(57)【要約】【課題】ステータとロータとの間に形成される軸方向の空隙の間隔を調整可能とするアキシャルギャップ型モータにおいて、出力トルクを増大させながら比較的径方向のサイズを小さくすることができるモータを提供する。【解決手段】モータ１００Ａは、ロータシャフト１０の外周上を、軸方向に摺動可能に配置されたロータ１と、ロータ１と空隙を挟んで対向配置されたステータ２と、を備えるアキシャルギャップ型モータである。ロータシャフト１０は、その外周面に、弾性部材３Ａを支持するための径方向外方に拡径された支持部５３Ａを有し、ロータ１は、永久磁石１１が周方向に配列された領域よりも径方向内方側に、ステータ２と対向する面に開口し、回軸方向に伸びる環状でかつ有底の位置設定部材配置室３５Ａを有し、弾性部材３Ａが、位置設定部材配置室３５Ａの底部と支持部５３Ａのロータ１と対向する面に当接して、付勢力をロータ１に与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心軸周りに回転可能なシャフトの外周上を、前記回転中心軸方向に摺動可能に配置されたロータと、前記回転中心軸方向の一方側から前記ロータと空隙を挟んで対向配置され、コイルを巻回するためのコアとして用いられるステータと、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、前記ステータとの対向面に周方向に配列され、前記回転中心軸方向に磁化されるとともに、前記周方向に隣接する磁極が互いに反転するように配置された複数の永久磁石部を有し、
前記空隙の間隔を拡大する方向に前記回転中心軸に沿って前記ロータを付勢する位置設定部材を前記ロータの内周部に配置することを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項２】
前記位置設定部材は、弾性部材であ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。
【請求項３】
前記位置設定部材は、圧電素子を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項４】
前記位置設定部材は、同一磁極の面を対向して配置した一対の永久磁石を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項５】
前記シャフトは、その外周面に、前記位置設定部材を支持するための径方向外方に拡径された位置設定支持部を有し、
前記ロータは、前記永久磁石部が周方向に配列された領域よりも径方向内方側に、前記ステータと対向する面に開口し、前記回転中心軸方向に伸びる環状でかつ有底の位置設定部材配置室を有し、
前記位置設定部材は、前記位置設定部材配置室の底部と前記位置設定支持部の前記ロータと対向する面に当接することによって、付勢力を前記ロータに与えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項６】
前記シャフトは、その外周面に、前記位置設定部材を支持するための径方向外方に拡径された位置設定支持部を有し、
前記ロータは、前記永久磁石部が周方向に配列された領域よりも径方向内方側に、前記ステータと対向する面に開口し、前記回転中心軸方向に伸びる環状かつ有底の位置設定部材配置室を有し、
前記位置設定部材は、一対の永久磁石であり、一方の永久磁石を前記位置設定部材配置室に固定し、他方の永久磁石を前記位置設定支持部の前記ロータと対向する面に、同一磁極が対向するように固定することによって、付勢力を前記ロータに与え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。
【請求項７】
前記位置設定部材配置室の前記開口の縁部は、前記位置設定支持部の前記ロータと対向する面と当接可能に配置し、
前記開口の縁部と前記位置設定支持部の前記ロータと対向する面とが当接することにより、前記ロータと前記ステータとの空隙を最小間隔に規定することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項８】
前記空隙の間隔を短縮するため、強め界磁電流を前記ステータのコイルに通電し、前記弾性部材の付勢力より大きい磁気吸引力を発生させ、前記弾性部材の付勢力に打ち勝って前記ロータを回転中心軸方向に移動させ、
前記ステータのコイルに無通電時の磁気吸引力が前記弾性部材の付勢力より大きくなる回転中心軸方向の位置範囲で、前記強め界磁電流を停止することを特徴とする請求項２に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項９】
前記空隙の間隔を拡大するため、弱め界磁電流を前記ステータのコイルに通電し、前記弾性部材の付勢力より小さい磁気吸引力を発生させ、前記弾性部材の付勢力によって前記ロータを回転中心軸方向に移動させ、
前記ステータのコイルに無通電時の磁気吸引力が前記弾性部材の付勢力より小さくなる回転中心軸方向の位置範囲で、前記弱め界磁電流を停止することを特徴とする請求項２または請求項８に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項１０】
前記位置設定部材は、要求トルクに応じた前記空隙の間隔となるように、前記空隙の間隔に対して非線形の荷重特性を有することを特徴とする請求項２に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項１１】
前記位置設定部材は、圧電素子または同一磁極の面を対向して配置した一対の永久磁石と、前記弾性部材とを組み合わせたものであり、前記空隙の間隔に対して非線形の荷重特性を有することを特徴とする請求項１０に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項１２】
前記空隙の間隔に対して非線形の荷重特性は、コイルバネの軸方向ピッチを変えることにより実現されることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項１３】
前記空隙の間隔に対して非線形の荷重特性は、バネ定数の異なる複数のコイルバネを直列に重ねた多段バネにより実現されることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項１４】
前記空隙の間隔に対して非線形の荷重特性は、円錐コイルバネにより実現されることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項１５】
前記空隙の間隔に対して非線形の荷重特性は、永久磁石と電磁石とを対にして配置し、前記電磁石に通電する電流を制御することによって実現されることを特徴とする請求項１０に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項１６】
前記一対の永久磁石内の一方の永久磁石を、前記位置設定部材配置室に圧入された第１のカラーで固定し、
前記他方の永久磁石を、前記位置設定支持部の前記ロータと対向する面に開口するように形成した環状の位置設定部材配置溝に挿入し、その後に、第２のカラーを前記位置設定部材配置溝に圧入して固定され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。
【請求項１７】
前記シャフトの外周面に、前記ロータが前記空隙の許容される最大間隔以上前記ステータと離れないようにストッパを設けたことを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円盤状のロータとステータを回転中心軸線方向に対向させたアキシャルギャップ型モータに関し、特に該モータの空隙を可変とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
円盤型のロータに対して、ロータの回転中心軸線方向の端面に空隙を挟んでステータを対向させて配置したいわゆるアキシャルギャップ型モータは従来から知られている。このモータは、回転中心軸線方向で対向したロータとステータの対向する表面間で作用する磁力により回転駆動力を得るものである。アキシャルギャップ型モータは、在来の円筒状のロータとその周面を取巻く環状のステータとで構成されるいわゆるラジアルタイプのモータに対して、回転中心軸線方向の厚みを小さくできるという長所がある。
【０００３】
そして、永久磁石同期モータでは、モータ回転速度の上昇に比例して逆起電力が生じ、この逆起電力がモータを回転駆動する電圧より高くなると、それ以上モータを高速回転させることはできない。
そこで、この逆起電力を抑えるために、ステータコイルにモータ駆動用の磁界に加えて逆起電力を生じさせる磁界を打ち消すための磁界を発生させるように電圧を加える。この方法は、通常、弱め界磁制御と呼ばれる。この弱め界磁制御により、モータをより高速に回転させることが可能となる。
【０００４】
そして、例えば、車両駆動用モータとして用いられ、定速走行状態では、モータは高速回転で低出力トルクであることが求められる。そのような場合に、前記した弱め界磁制御のための電流を弱めることが可能なように、前記空隙距離を増大させてステータとロータ間の磁界を弱めることにより弱め界磁制御の電流を抑制可能にするアキシャルギャップ型モータの技術が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３１８７１８号公報（図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載の技術では、ステータとロータとの回転中心軸方向の空隙を拡大する方向にロータを付勢する弾性部材（本発明における位置設定部材に対応）としてのコイルバネが、ステータの内周部にロータシャフトに沿って配置された構成が示されており（特許文献１、図１参照）、ステータのコアが配置される領域の内径を小さくし、トルクに有効な磁路面積を確保しようとすると、ステータの内周部に配置されたコイルバネがそれを制約する構成であった。
また、弾性部材の付勢力（弾性力）は、ロータとステータとの磁気吸引力に応じて設定する必要があり、大きなトルクを発生させるようなアキシャルギャップ型モータの場合、磁気吸引力も大きくなるので、それに応じて付勢力（斥力）が大きな弾性部材が必要となる。その場合に、弾性部材としてコイルバネを考えると、コイルバネの線材径を太くするとともに、外径も大きくする必要がある。そうすると、ステータの周方向に周期的に複数配置されたコアの領域の内径を小さくすることがより強く制約される。
【０００７】
本発明は、前記した課題を解決するものであり、ステータとロータとの間に形成される軸方向の空隙の間隔を調整可能とするアキシャルギャップ型モータにおいて、出力トルクを増大させながら比較的径方向のサイズを小さく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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、回転中心軸周りに回転可能なシャフトの外周上を、回転中心軸方向に摺動可能に配置されたロータと、回転中心軸方向の一方側からロータと空隙を挟んで対向配置され、コイルを巻回するためのコアとして用いられるステータと、を備えるアキシャルギャップ型モータであって、ロータは、ステータとの対向面に周方向に配列され、回転中心軸方向に磁化されるとともに、周方向に隣接する磁極が互いに反転するように配置された複数の永久磁石部を有し、空隙の間隔を拡大する方向に回転中心軸に沿ってロータを付勢する位置設定部材をロータの内周部に配置することを特徴とする。
【０００９】
通常、ロータに放射状に固定される永久磁石部が配置される領域の内径の方が、ステータのコアおよびコイルを含めた領域の内径よりもステータのコイルエンド分だけ大きいので、ロータの永久磁石部より径方向内方側の内周部にスペースが確保できる。
請求項１に記載の発明によれば、位置設定部材をロータの内周部に配置するので、ステータのコアを径方向内方側に広げ、従来よりも広い磁路面積を確保しつつ、径方向にコンパクトで回転中心軸方向の空隙を拡大、縮小できるギャップ可変のアキシャルギャップ型モータを構成できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項１に記載の発明の構成に加え、位置設定部材が、弾性部材であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、ステータのコイルに通電する電流を制御することにより、コイルに流れる電流に応じて発生するロータとステータとの磁気吸引力と、位置設定部材である弾性部材の付勢力とがバランスする空隙の間隔に制御でき、アキシャルギャップ型モータの弱め界磁制御における弱め界磁電流の電流値を抑制制御できる。
弾性部材として、例えば、コイルバネを用いることで、所定のバネ定数を容易に設定できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項１または請求項２に記載の発明の構成に加え、位置設定部材が、圧電素子を含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、位置設定部材として圧電素子を用いることにより、強い付勢力を発生することができる。また、圧電素子を用いることにより、ロータとステータとの空隙の間隔を、圧電素子に通電する電圧により任意に制御できる。
特に、位置設定部材としてコイルバネと圧電素子を組み合わせることにより、例えば、圧電素子のスタックを伸縮させるように通電制御することにより、位置設定部材による付勢力を制御し、あたかもコイルバネのバネ定数を変化させたかのようなバネ特性を実現できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明の構成に加え、位置設定部材が、同一磁極の面を対向して配置した一対の永久磁石を含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、位置設定部材は、同一磁極の面を対向して配置した一対の永久磁石を含むので、例えば、Ｓ極同士、または、Ｎ極同士を対向して配置することにより磁気斥力が発生し、空隙の間隔と付勢力の関係を非線形にすることができる。
特に、位置設定部材としてコイルバネと、同一磁極の面を対向して配置した一対の永久磁石とを組み合わせることにより、空隙の間隔と付勢力の関係を非線形に、特に、永久磁石間の距離と磁気斥力の特性から、空隙の間隔が最小に近づくと急激に位置設定部材の付勢力が増加する特性にすることができる。これにより、ロータの永久磁石部およびステータのコイルに通電する電流による吸引力が強い場合も、空隙の間隔を最小値より大きく維持することも可能となる。
【００１６】
特に、位置設定部材として、圧電素子のスタックと、同一磁極の面を対向して配置した一対の永久磁石とを組み合わせることにより、空隙の間隔と付勢力の関係を非線形に、特に、永久磁石間の距離と磁気斥力の特性から、空隙の間隔が最小に近づくと急激に位置設定部材の付勢力が増加する特性にすることができる。また、圧電素子を組み合わせて用いることにより、ロータとステータとの空隙の間隔を、圧電素子に通電する電圧により任意に制御できる。
【００１７】
請求項５に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明の構成に加え、シャフトが、その外周面に、位置設定部材を支持するための径方向外方に拡径された位置設定支持部を有し、ロータは、永久磁石部が周方向に配列された領域よりも内周側に、ステータと対向する面に開口し、回転中心軸方向に伸びる環状でかつ有底の位置設定部材配置室を有し、位置設定部材は、位置設定部材配置室の底部と位置設定支持部のロータと対向する面に当接することによって、付勢力をロータに与えることを特徴とする。
【００１８】
通常、ロータに放射状に固定される永久磁石部が配置される領域の内径の方が、ステータのコアおよびコイルを含めた領域の内径よりも大きいので、ロータの永久磁石部より径方向内方側の内周部にスペースが確保できる。
請求項５に記載の発明によれば、永久磁石部が周方向に配列された領域よりも径方向内方側に、位置設定部材配置室を配し、位置設定部材は、位置設定部材配置室の底部と位置設定支持部のロータと対向する面に当接するように配置するので、ステータのコアを径方向内方側に広げ、従来よりも広い磁路面積を確保しつつ、径方向にコンパクトで回転中心軸方向の空隙を拡大、縮小できるギャップ可変のアキシャルギャップ型モータを構成できる。
【００１９】
請求項６に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項１に記載の発明の構成に加え、シャフトが、その外周面に、置設定部材を支持するための径方向外方に拡径された位置設定支持部を有し、ロータは、永久磁石部が周方向に配列された領域よりも内周側に、ステータと対向する面に開口し、回転中心軸方向に伸びる環状かつ有底の位置設定部材配置室を有し、位置設定部材は、一対の永久磁石であり、一方の永久磁石を位置設定部材配置室に固定し、他方の永久磁石を位置設定支持部のロータと対向する面に、同一磁極が対向するように固定することによって、付勢力をロータに与えることを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、永久磁石部が周方向に配列された領域よりも内周側に、位置設定部材配置室を配し、一対の永久磁石のうちの一方の永久磁石を位置設定部材配置室に固定し、他方の永久磁石を位置設定支持部のロータと対向する面に、同一磁極が対向するように固定するので、ステータのコアを径方向内方側に広げ、従来よりも広い磁路面積を確保しつつ、径方向にコンパクトで回転中心軸方向の空隙を拡大、縮小できるギャップ可変のアキシャルギャップ型モータを構成できる。
【００２１】
請求項７に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項５または請求項６に記載の発明の構成に加え、位置設定部材配置室の開口の縁部が、位置設定支持部のロータと対向する面と当接可能に配置し、開口の縁部と位置設定支持部のロータと対向する面とが当接することにより、ロータとステータとの空隙を最小間隔に規定することを特徴とする。
【００２２】
請求項７に記載の発明によれば、位置設定部材配置室の開口の縁部が、位置設定支持部のロータと対向する面と当接可能に配置し、開口の縁部と位置設定支持部のロータと対向する面とが当接することにより、ロータとステータとの空隙を最小間隔に規定するので、ロータとステータとが接触することを防止できる。
【００２３】
請求項８に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項２に記載の発明の構成に加え、空隙の間隔を短縮するため、強め界磁電流をステータのコイルに通電し、弾性部材の付勢力より大きい磁気吸引力を発生させ、弾性部材の付勢力に打ち勝ってロータを回転中心軸方向に移動させ、ステータのコイルに無通電時の磁気吸引力が弾性部材の付勢力より大きくなる回転中心軸方向の位置範囲で、強め界磁電流を停止することを特徴とする。
【００２４】
請求項９に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項２または請求項８に記載の発明の構成に加え、空隙の間隔を拡大するため、弱め界磁電流をステータのコイルに通電し、弾性部材の付勢力より小さい磁気吸引力を発生させ、弾性部材の付勢力によってロータを回転中心軸方向に移動させ、ステータのコイルに無通電時の磁気吸引力が弾性部材の付勢力より小さくなる回転中心軸方向の位置範囲で、弱め界磁電流を停止することを特徴とする。
【００２５】
例えば、弾性部材がコイルバネの場合、そのバネ荷重特性に相当する弾性部材の荷重特性を、ステータのコイルに無通電時の磁気吸引力と空隙の間隔との特性曲線に対し、空隙の間隔が大のときは弾性部材の反発力が前記特性曲線を上回り、空隙の間隔が最小値に近いときは弾性部材の反発力が前記特性曲線を下回るように、前記特性曲線と弾性部材の荷重特性曲線をクロスさせる。
【００２６】
その場合、請求項８に記載の発明によれば、強め界磁電流をステータのコイルに通電し、弾性部材の付勢力より大きい磁気吸引力を発生させ、弾性部材の付勢力に打ち勝ってロータを回転中心軸方向に移動させ、空隙の間隔を最小にできるので、低回転速度で、より大きなトルクを出力できるモータ運転状態とすることができる。
【００２７】
また、請求項９に記載の発明によれば、弱め界磁電流をステータのコイルに通電し、弾性部材の付勢力より小さい磁気吸引力を発生させ、弾性部材の付勢力によってロータを回転中心軸方向に移動させ、空隙の間隔を大きくできるので、高回転速度において、弱め界磁電流を抑制できるモータ運転状態とすることができる。
【００２８】
請求項１０に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項２に記載の発明の構成に加え、要求トルクに応じた前記空隙の間隔となるように、空隙の間隔に対して非線形の荷重特性を有することを特徴とする。
【００２９】
請求項１１に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項１０に記載の発明の構成に加え、前記位置設定部材が、圧電素子または同一磁極の面を対向して配置した一対の永久磁石と、弾性部材とを組み合わせたものであり、空隙の間隔に対して非線形の荷重特性を有することを特徴とする。
【００３０】
請求項１２に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項１０または請求項１１に記載の発明の構成に加え、空隙の間隔に対して非線形の荷重特性が、コイルバネの軸方向ピッチを変えることにより実現されることを特徴とする。
【００３１】
請求項１３に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項１０または請求項１１に記載の発明の構成に加え、空隙の間隔に対して非線形の荷重特性が、バネ定数の異なる複数のコイルバネを直列に重ねた多段バネにより実現されることを特徴とする。
【００３２】
請求項１４に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項１０または請求項１１に記載の発明の構成に加え、空隙の間隔に対して非線形の荷重特性が、円錐コイルバネにより実現されることを特徴とする。
【００３３】
請求項１５に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項１０に記載の発明の構成に加え、空隙の間隔に対して非線形の荷重特性が、永久磁石と電磁石とを対にして配置し、電磁石に通電する電流を制御することによって実現されることを特徴とする。
【００３４】
請求項１０から請求項１５に記載の発明によれば、ロータとステータとの空隙の間隔を２段階、つまり、最小間隔と、ステータのコイルに流れる電流に応じて発生するロータとステータとの磁気吸引力と位置設定部材である弾性部材の付勢力とがバランスする空隙の間隔と、の２段階に制御ができる請求項９に記載のアキシャルギャップ型モータよりも、多段階または連続的に制御ができる。
【００３５】
請求項１６に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項６に記載の発明の構成に加え、一対の永久磁石内の一方の永久磁石を、位置設定部材配置室に圧入された第１のカラーで固定し、他方の永久磁石を、位置設定支持部のロータと対向する面に開口するように形成した環状の位置設定部材配置溝に挿入し、その後に、第２のカラーを位置設定部材配置溝に圧入して固定されることを特徴とする。
【００３６】
請求項１６に記載の発明によれば、第１および第２のカラーで一対の永久磁石をそれぞれ固定できるので、永久磁石を確実に固定できる。
【００３７】
請求項１７に記載の発明のアキシャルギャップ型モータは、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の発明の構成に加え、シャフトの外周面に、ロータが空隙の許容される最大間隔以上ステータと離れないようにストッパを設けたことを特徴とする。
【００３８】
請求項１７に記載の発明によれば、位置設定部材の付勢力によりロータとステータが回転中心軸方向に離れ過ぎて、ロータとステータ間で磁気吸引力が発生しなくなるのを防止でき、弱め界磁制御、強め界磁制御が可能となる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、ステータとロータとの対向面の間に形成される回転中心軸方向の空隙の間隔を調整可能とする位置設定部材の付勢力を、より増大させながら、ステータのコアとロータの磁路面積を確保しつつ、径方向のサイズを小さくすることができる出力トルクが大きなアキシャルギャップ型モータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面である。
【図２】第１の実施形態における空隙の間隔の制御の説明図である。
【図３】図１におけるロータとステータの回転中心軸Ｌの上半分を模式的に示したものであり、（ａ）は、ロータとステータとの磁気吸引力が増すように界磁電流を通電制御している場合の説明図、（ｂ）は、ロータとステータとの磁気吸引力が減ずるように界磁電流を通電制御している場合の説明図である。
【図４】第２の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの図１におけるＡ部拡大図である。
【図５】第２の実施形態における弾性部材の荷重特性の曲線Ｘ１Bと、コイルへの非通電時に、ロータの永久磁石とステータのコアとの間に働く磁気吸引力ＦMの特性曲線の説明図である。
【図６】第３の実施形態におけるアキシャルギャップ型モータの図１におけるＡ部拡大図であり、（ａ）は、弾性部材として軸方向ピッチの異なる円筒コイルバネを用いた場合の説明図、（ｂ）は、弾性部材として円錐コイルバネを用いた場合の説明図である。
【図７】第３の実施形態における弾性部材の荷重特性の曲線Ｘ１Cと、コイルへの非通電時に、ロータの永久磁石とステータのコアとの間に働く磁気吸引力ＦMの曲線の説明図である。
【図８】第２および第３の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータにおけるロータとステータの回転中心軸Ｌの上半分を模式的に示したものであり、（ａ）は、コイルに非通電時の空隙の間隔最大の状態の説明図、（ｂ）は、ロータとステータとの磁気吸引力を増して空隙の間隔を縮小する状態の説明図、（ｃ）は、トルク制御に応じたロータとステータとの磁気吸引力により弾性部材の反発力とバランスしている状態の説明図である。
【図９】第２および第３の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータにおける空隙の間隔の制御方法の説明図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面である。
【図１１】図１０におけるＢ部拡大図である。
【図１２】第４の実施形態の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの図１０におけるＢ部拡大図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面である。
【図１４】本発明の第６の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面である。
【図１５】（ａ），（ｂ）は、第６の実施形態の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの図１４におけるＣ部拡大図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの比較例の模式断面である。
【図１７】本発明の第１の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの比較例の模式断面である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
《第１の実施形態》
まず、図１から図３を参照して本発明の第１の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータについて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面であり、図２は、第１の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータにおける空隙の間隔の制御の説明図である。
本実施形態におけるモータ１００Ａは、アキシャルギャップ型モータであり、コア２ｂとコイル２２が配置されて電磁石を構成するステータ２と、ロータシャフト（シャフト）１０の軸方向にステータ２と空隙を挟んで対向し、永久磁石（永久磁石部）１１を有し、回転中心軸Ｌの方向（以下、「軸線方向」と称する）に摺動可能にロータシャフト１０に支持されたロータ１と、空隙を軸線方向に拡大する方向にロータ１を付勢する弾性部材（位置設定部材）３Ａと、を備える。ここで、弾性部材３Ａは、その軸方向に等ピッチの円筒コイルバネで構成されている。
図１では、ロータ１とステータ２のそれぞれの対向面１０１，１０３の間の空隙の最小間隔ＬＧminの状態を示し、二点鎖線の仮想線で空隙の最大間隔の状態位置を示す。
【００４２】
図２を参照しながら弾性部材３Ａの空隙の間隔ＬＧに対する弾性部材３Ａの反発力（付勢力）ＦSの変化を示す荷重特性と、コイル２２への非通電時に、永久磁石１１とステータ２のコア２ｂとの間に働く磁気吸引力ＦMについて説明する。図２において横軸は空隙の間隔ＬＧ（ｍｍ）を示し、縦軸は弾性部材３Ａの反発力ＦSと、磁気吸引力ＦMを示す。
このモータ１００Ａにおける空隙の間隔ＬＧに対する弾性部材３Ａの反発力ＦSの変化を示す荷重特性は、図２に直線Ｘ１Aで示すように線形である。そして、コイル２２への非通電時に、永久磁石１１とステータ２のコア２ｂとの間に働く磁気吸引力ＦMは、図２に曲線Ｘ２で示すように、空隙の間隔ＬＧが増大すると急速に減衰する非線形である。ここで、空隙の間隔ＬＧは最小間隔ＬＧminと最大間隔ＬＧmaxとの間、つまり、ΔＬＧの区間に後記するように規制されている。
そして、弾性部材３Ａを構成するコイルバネの線材径やコイルバネの内径および線材の材質などによって決まるバネ定数（荷重特性）は空隙の間隔ＬＧが最小間隔ＬＧminに近い場合は、反発力ＦSが磁気吸引力ＦMよりも下回り、空隙の間隔ＬＧが大きくなると、逆に反発力ＦSが磁気吸引力ＦMを上回るように、つまり、直線Ｘ１Aと曲線Ｘ２がクロスするように設定する。
【００４３】
図１にもどって、各部分ごとに細部構成を説明する。
ロータ１は、主にハブ部１ａと、ハブ部１ａの径方向外方側に設けられ、極数に応じて周方向に複数固定配置された永久磁石１１を保持する円盤部１ｂとで構成されている。ハブ部１ａは、ほぼ環状体の形状をしており、内周側がロータシャフト１０にスプライン係合構造５１などの回り止め手段で係合し、それによりハブ部１ａがロータシャフト１０に対して軸線方向に摺動可能に、かつ、周方向に相対回転不能に支持されている。
【００４４】
円盤部１ｂのロータコア４２には、極数に応じた数の永久磁石１１が周方向に等間隔で固定配置されている。このとき、周方向に隣接する永久磁石１１の磁極が互いに反転するように、具体的には、ステータ２側に向いた永久磁石１１の磁極がＳ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、…と周方向に交互に反転するように配置する。
永久磁石１１は、例えば、内周部が空所となった透磁率の高い材質で構成されたロータコア４２に埋め込まれ、磁極表面をステータ２側に露出させて固定されている。そして、ロータコア４２に放射状に穿かれた固定部材孔と連通するハブ部１ａの外周側の固定用孔に、ネジ孔を有する固定用部材４０を挿通し、その後に固定リング４３をロータコア４２の外周に嵌め、ネジ４１で前記ネジ孔に締付け固定することによって、ロータコア４２がハブ部１ａに固定されている。
【００４５】
ステータ２は、ロータシャフト１０の軸端方向からみて扇形のコア２ｂの周りにコイル２２を巻付けた電磁石セグメントを、ロータ１側に対向するように周方向に極数分だけ設け、磁極環状のバックヨーク部２ａで全体としてほぼ環状体の形状に構成されている。ステータ２は図示しないモータケースに支持されている。
【００４６】
ハブ部１ａの内周側の前記したスプライン係合構造５１部分から径方向外側に所定の距離を離して、ステータ２側に開口した有底の環状の位置設定部材配置室３５Ａが設けられている。また、ロータシャフト１０の外周面に、弾性部材３Ａの一端を支持するための径方向外方に拡径された鍔状の支持部（位置設定支持部）５３Ａが、ステータ２側に近接して設けられている。弾性部材３Ａは、一端を前記した位置設定部材配置室３５Ａの底部に当接させ、他端を前記した支持部５３Ａに当接させて配置されている。
ロータシャフト１０には、ハブ部１ａのステータ２から遠ざかる軸方向への移動量、つまり、空隙の最大間隔ＬＧmaxを規制するストッパ１３が固定配置されている。このストッパ１３は、ハブ部１ａのステータ２と反対側のスプライン係合構造５１部分に設けられたストッパ当て座３３と当接する配置とされている。
そして、ストッパ１３と前記した支持部５３Ａとによりハブ部１ａの軸方向の移動可能な範囲が規制される。
【００４７】
ちなみに、ハブ部１ａの位置設定部材配置室３５Ａの開口の径方向内方側の縁部を、前記した支持部５３Ａのロータ１側の面と当接させて、空隙の最小間隔ＬＧminを規制する突き当て部３１とし、ロータ１とステータ２とが接触しないようにしている。また、突き当て部３１は、対向面１０１よりもステータ２側と反対側の軸方向に後退させてあり、支持部５３Ａのロータ１側の面と突き当て部３１のステータ２側の面が当接するとき、支持部５３Ａはハブ部１ａの軸方向の長さの中に含まれるように構成してあり、モータ１００Ａの外形の軸方向長さを短くできる構成としてある。
【００４８】
（空隙の間隔の制御方法）
次に、図２、図３を参照しながら、モータ運転時に、ロータ１とステータ２との空隙の間隔を２段階、つまり、最小間隔ＬＧminと、ステータ２のコイル２２に流れる電流に応じて発生するロータ１とステータ２との磁気吸引力と弾性部材３Ａの付勢力とがバランスする空隙の間隔と、の２段階に制御する方法について説明する。
【００４９】
図３は、図１におけるロータ１とステータ２の回転中心軸Ｌの上半分を模式的に示したものであり、（ａ）は、ロータとステータとの磁気吸引力が増すように界磁電流を通電制御している場合の説明図、（ｂ）は、ロータとステータとの磁気吸引力が減ずるように界磁電流を通電制御している場合の説明図である。
ステータ２のコア２ｂに発生する界磁磁束Φａは、コイル２２に流される界磁電流Ｉａによって決まる。界磁電流Ｉａは、ベクトルとしてＩａ＝［Ｉｄ，Ｉｑ］Tと表わされる。ここで、Ｉｄはｄ軸電流成分を、Ｉｑはｑ軸電流成分を示す。電流位相差βは、回転磁界Φａを作る界磁電流Ｉａおよび回転磁界Φａと、ｑ軸との位相差である。
【００５０】
界磁電流Ｉａを、電流位相差βが遅角９０°のｄ軸電流成分、つまり、強め界磁電流成分の多いものとする。言い換えると、永久磁石１１の形成する磁束ＢMに加えて、さらに、コイル２２に流す界磁電流Ｉａのｄ軸電流成分により形成されるステータ磁束ＢSにより、さらに磁気吸引力ＦMが増すように界磁電流Ｉａを制御すると、ロータ１とステータ２との間の磁気吸引力ＦMが増加し、もし、空隙の間隔ＬＧが、図２において直線Ｘ１Aと曲線Ｘ２のクロスポイントより右側にいたとしても、直線Ｘ１Aの反発力ＦSを上側に越えるようなロータ１の永久磁石１１およびステータ２の電磁石による合成力の磁気吸引力ＦMになると、空隙の最小間隔ＬＧmin上のポイントＰHiに移動する。
【００５１】
例えば、モータ１００Ａのコイル２２に非通電状態で図２おいて空隙の間隔がＬＧmaxのＦM2の位置にあったとしても、直線Ｘ１Aの反発力ＦSを上側に越えるようなステータ２の電磁石による吸引力や、弾性部材３Ａの反発力ＦS2を越えるようなステータ２の電磁石による吸引力ΔＦC2が加わると、経路Ｙ１に沿って、空隙の最小間隔ＬＧmin上のポイントＰHiに移動する。ここで、コイル２２に流す前記した強め界磁電流を停止すれば、ポイントＦM1に移動する。ここでは、コイル２２に非通電状態でも永久磁石１１による磁気吸引力ＦMの値（ＦM1）であり、弾性部材３Ａの反発力ＦSの値（ＦS1）よりも大きいので、その後は、空隙の間隔ＬＧはＬＧminを維持する。
【００５２】
界磁電流Ｉａを、電流位相差βが進角９０°のｄ軸電流成分、つまり、弱め界磁電流成分の多いものとする。言い換えると、永久磁石１１の形成する磁束ＢMと反対方向のステータ磁束ＢSを界磁電流Ｉａのｄ軸電流成分により形成させるように界磁電流Ｉａを制御すると、磁束ＢMが打ち消されて、ロータ１とステータ２との間の磁気吸引力ＦMが低減し、空隙の間隔ＬＧが、図２において空隙の最小間隔ＬＧminの位置にいたとしても、曲線Ｘ２の磁気吸引力ＦMを下側に越えるようなロータ１の永久磁石１１およびステータ２の電磁石による合成力の磁気吸引力ＦMまで低減すると、経路Ｙ２に沿って空隙の最大間隔ＬＧmax上のポイントＰLOWに移動する。
【００５３】
図２において、直線Ｘ１Aと曲線Ｘ２のクロスポイントの位置を右側に越えた任意の位置で、コイル２２に流す前記した弱め界磁電流を停止すれば、その後の空隙の間隔ＬＧは、弾性部材３Ａの反発力ＦSと、永久磁石１１の磁束ＢMおよびコイル２２に流れる界磁電流Ｉａによるステータ磁束ＢSの合成による磁気吸引力ＦMとがバランスするところに落ち着く。
【００５４】
本実施形態によれば、ロータ１の永久磁石１１が、周方向に配列された円盤部１ｂ（永久磁石部が周方向に配列された領域）よりも径方向内方側のハブ部１ａに、位置設定部材配置室３５Ａを配し、弾性部材３Ａは、位置設定部材配置室３５Ａの底部と支持部５３Ａのロータ１と対向する面に当接するように配置するので、ステータ２のコア２ｂを径方向内方側に広げ、従来よりも広い磁路面積を確保して出力トルクや回生トルクを増大させつつ、径方向にコンパクトな、軸方向の空隙を拡大、縮小できるギャップ可変のアキシャルギャップ型モータであるモータ１００Ａを構成できる。
【００５５】
図１に示す本実施形態のモータ１００Ａを、図１７に示す比較例のアキシャルギャップ型のモータ１５０と比較すると、比較例のモータ１５０ではステータ２のコア２ｂおよびコイル２２を含む環状の領域の内周部に弾性部材であるバネ１５３を配置しているので、コア２ｂを周方向に配置する領域の内周径はＤ2となり、図１におけるコア２ｂを周方向に配置する領域の内周径はＤ1の方が小さな値となっている。つまり、本実施形態によれば、比較例よりも径方向に小型のモータとすることができる。
また、比較例のモータ１５０では、ステータ２の内周部に配置するため、バネ１５３の巻き径が本実施形態の弾性部材３Ａのコイルスプリングよりも小さくなり、空隙の間隔を拡大する方向のバネ反発力（付勢力）を大きくする上でも不利な構成である。逆に言えば、本実施形態は、図１７の比較例に比して、バネ反発力（付勢力）を大きくする上で有利な構成である。
【００５６】
また、弾性部材３Ａのバネ定数（荷重特性）は空隙の間隔ＬＧが最小間隔ＬＧminに近い場合は、反発力ＦSが磁気吸引力ＦMよりも下回り、空隙の間隔ＬＧが大きくなると、逆に反発力ＦSが磁気吸引力ＦMを上回るように、つまり、直線Ｘ１Aと曲線Ｘ２がクロスするように設定しているので、界磁電流Ｉａの弱め界磁制御や強め界磁制御により、モータの運転状態に適した空隙の間隔ＬＧに２段階、最小間隔ＬＧminと、永久磁石１１の磁束ＢMおよびステータ磁束ＢSの合成による磁気吸引力ＦMとがバランスする位置のいずれかを任意に選択して設定できる。その結果、必要とされる出力トルクまたは回生トルクの値が小さいときとか、モータ１００Ａの回転速度が大きく、弱め界磁電流を低減する場合には、積極的に空隙の間隔を最小間隔より大きくすることができ、モータの効率の良い運転が可能となる。
【００５７】
《第２の実施形態》
次に、図１、図４および図５を参照しながら本発明の第２の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータについて説明する。
本実施形態におけるモータ１００Ｂは基本的に、第１の実施形態における弾性部材３Ａが弾性部材（位置設定部材）３Ｂに置き換わり、弾性部材３Ｂの荷重特性曲線が変わった点を除いて、第１の実施形態と同じ構成である。第１の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５８】
図４は、第２の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの図１におけるＡ部拡大図であり、図５は、第２の実施形態における弾性部材の荷重特性の曲線Ｘ１Bと、コイルへの非通電時に、ロータの永久磁石とステータのコアとの間に働く磁気吸引力ＦMの特性曲線の説明図である。
図４に示すように本実施形態における弾性部材３Ｂは、複数のコイルバネ３Ｂ1，３Ｂ2，３Ｂ3を、環状の板材４６Ａ，４６Ｂを介して直列に重ねた多段バネで構成されている。そして、コイルバネ３Ｂ1，３Ｂ2，３Ｂ3のそれぞれの線材径をｄB1，ｄB2，ｄB3とすると、ｄB2＞ｄB3＞ｄB1の配置としている。これは、線材径の一番大きいものを軸方向中央に配置することにより、コイルバネ３Ｂ2の座屈を防止するためである。
【００５９】
このように、バネ定数の異なる複数のコイルバネ３Ｂ1，３Ｂ2，３Ｂ3を、直列に接続することにより、図５に曲線Ｘ１Bで示すような、折れ線状の荷重特性が得られる。そして、本実施形態では、空隙の間隔ＬＧの最小間隔ＬＧminと最大間隔ＬＧmaxとの間（ΔＬＧ）で、第１の実施形態のように荷重特性の直線Ｘ１Aと磁気吸引力の曲線Ｘ２をクロスさせることなく、荷重特性の曲線Ｘ１Bが磁気吸引力の曲線Ｘ２を常に上回るように、バネ定数を設定する。
【００６０】
《第３の実施形態》
次に、図１、図６および図７を参照しながら本発明の第３の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータについて説明する。
本実施形態におけるモータ１００Ｃは基本的に、第１の実施形態における弾性部材３Ａが弾性部材（位置設定部材）３Ｃまたは弾性部材３Ｄに置き換わり、弾性部材３Ｂまたは弾性部材３Ｄの荷重特性曲線が変わった点を除いて、第１の実施形態と同じ構成である。第１の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６１】
図６は、第３の実施形態におけるアキシャルギャップ型モータの図１におけるＡ部拡大図であり、（ａ）は、弾性部材として軸方向ピッチの異なる円筒コイルバネを用いた場合の説明図、（ｂ）は、弾性部材として円錐コイルバネを用いた場合の説明図である。図７は、第３の実施形態における弾性部材の荷重特性の曲線Ｘ１Cと、コイルへの非通電時に、ロータの永久磁石とステータのコアとの間に働く磁気吸引力ＦMの曲線の説明図である。
【００６２】
本実施形態における第１の実施例の弾性部材３Ｃは、図６の（ａ）に示すように軸方向に非等ピッチの円筒コイルバネで構成されている。また、本実施形態おける第２の実施例の弾性部材３Ｄは、図６の（ｂ）に示すように円錐コイルバネで構成されている。
このように、非等ピッチ円筒コイルバネや、円錐コイルバネを用いることにより、図７に曲線Ｘ１Cで示すような、非線形の荷重特性が得られる。そして、本実施形態では、空隙の間隔ＬＧの最小間隔ＬＧminと最大間隔ＬＧmaxとの間（ΔＬＧ）で、第１の実施形態のように荷重特性の直線Ｘ１Aと磁気吸引力の曲線Ｘ２をクロスさせることなく、荷重特性の曲線Ｘ１Cが磁気吸引力の曲線Ｘ２を常に上回るように、バネ定数を設定する。
【００６３】
（第２および第３の実施形態における空隙の間隔ＬＧの制御方法）
次に、図８、図９を参照しながら第２の実施形態および第３の実施形態における空隙の間隔ＬＧの制御方法について説明する。この説明においては、代表的に弾性部材３Ｄ、つまり、円錐コイルバネを用いた第３の実施形態のモータ１００Ｃとし、弾性部材３Ｃの荷重特性の曲線Ｘ１Cを例に説明する。
図８は、第２および第３の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータにおけるロータとステータの回転中心軸Ｌの上半分を模式的に示したものであり、（ａ）は、コイルに非通電時の空隙の間隔が最大の状態の説明図、（ｂ）は、ロータとステータとの磁気吸引力を増して空隙の間隔を縮小する状態の説明図、（ｃ）は、トルク制御に応じたロータとステータとの磁気吸引力により弾性部材の反発力とバランスしている状態の説明図である。
図９は、第２および第３の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータにおける空隙の間隔の制御方法の説明図である。
【００６４】
モータ１００Ｃでは、弾性部材３Ｄの荷重特性の反発力ＦSが、空隙の間隔ＬＧの許容範囲ΔＬＧ内で、非通電時のロータ１とステータ２の磁気吸引力ＦMの曲線Ｘ２の値よりも上回っているので、モータ１００Ｃを運転している場合は、弾性部材３Ｄの荷重特性の反発力ＦSと磁気吸引力ＦMとがバランスする空隙の間隔ＬＧとなる。
例えば、ロータ１が空隙の最大間隔ＬＧmax、図９におけるポイントＰ1にある場合に、空隙の間隔ＬＧをより縮小したい場合は、移動電流として界磁電流Ｉａにおいて、電流位相差βが遅角９０°のｄ軸電流成分を増大させる（図８における移動電流通電の状態）。つまり、強め界磁電流成分の多い９０°遅角に近い界磁電流Ｉａとして、強め界磁制御を行い、ポイントＰ2の状態に移行させる（Ｓｔｅｐ１）。
すると、磁気吸引力ＦMが反発力ＦSを上回るので、図９において左上方向に磁気吸引力を増大させながら移動する（Ｓｔｅｐ２）。
ちなみに、図８の（ａ），（ｂ）における左側の図が、このロータ１が空隙の最大間隔ＬＧmaxである初期状態を示している。そして、前記したＳｔｅｐ１，Ｓｔｅｐ２の状態が図８の（ａ），（ｂ）における左右中央の図である。
【００６５】
目標の空隙の間隔ＬＧ（ポイントＰ3）に到ったときに移動電流として加えた電流位相差βが遅角９０°のｄ軸電流成分を元のレベルまで減少させ、界磁電流Ｉａをトルク制御に好適な制御（図８におけるトルク通電の状態）を行う（Ｓｔｅｐ３）と、弾性部材３Ｃの反発力ＦSとトルク通電の状態における磁気吸引力ＦMがバランスして、ポイントＰ5に落ち着き、空隙の間隔ＬＧはモータ効率の良い値に維持される。コイル２２への通電を切るとポイントＰ1に戻る。
【００６６】
もし、Ｓｔｅｐ２において、移動電流として加えた電流位相差βが遅角９０°のｄ軸電流成分を元のレベルまで減少させるタイミングが遅く、Ｓｔｅｐ２’の経路でポイントＰ4の最小間隔ＬＧminまで行き過ぎても、移動電流として加えた電流位相差βが遅角９０°のｄ軸電流成分を元のレベルまで減少させれば、Ｓｔｅｐ３’の経路でポイントＰ4に落ち着く。
なお、トルク通電状態において、ロータ１とステータ２の空隙の間隔ＬＧを最大間隔ＬＧmaxとしたい場合は、界磁電流Ｉａを９０°進角のｄ軸電流成分、つまり、弱め界磁電流成分の多い弱め界磁制御をすることにより、容易に曲線Ｘ１Cに沿って右下方向に移動し、空隙の最大間隔ＬＧmaxとするモータ１００Ｃの運転ができる。
【００６７】
このように第２および第３の実施形態のモータ１００Ｂ，１００Ｃによれば、第１の実施形態と同様に、径方向にコンパクトで図１７に示したような比較例よりも出力トルクおよび回生トルクの大きい、空隙の間隔ＬＧが可変のアキシャルギャップ型モータを構成できる。
さらに、弾性部材３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの荷重特性を図１７の比較例よりも大きな付勢力とでき、かつ、非線形にすることができ、空隙の間隔調整のため一時的に前記した移動電流の制御（ｄ軸電流成分の制御）を行い、トルク制御の上でモータ効率の良い空隙の間隔ＬＧに任意に移動させることができる。
【００６８】
《第４の実施形態》
次に、図１０、図１１を参照しながら本発明の第４の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１００Ｄについて説明する。図１０は、本発明の第４の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面であり、図１１は、図１０におけるＢ部拡大図である。
本実施形態のモータ１００Ｄは、第１の実施形態のモータ１００Ａと以下の点が異なる。（１）第１の実施形態のモータ１００Ａにおける弾性部材３Ａの代わりに、一対の永久磁石（位置設定部材）５４（５４Ａ，５４Ｂ）を、同一磁極を対向して、永久磁石５４Ａを位置設定部材配置室３５Ｂと支持部５３Ｂに設けた溝５６に嵌め込んだ点である。
第１の実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６９】
第１の実施形態における位置設定部材配置室３５Ａよりも位置設定部材配置室３５Ｂの軸方向の深さは浅くなっており、一対の環状体の永久磁石５４の内の永久磁石５４Ａが嵌められ、さらに、カラー５５Ａ（図１１参照）が圧入されて、径方向および軸方のガタつきの無いように固定されている。また、ロータシャフト１０の外周面には、径方向外方に拡径されたフランジ状の支持部（位置設定支持部）５３Ｂが、ステータ２側に近接して設けられている。支持部５３Ｂには、ロータ１側の面に開口した環状の溝５６が形成され、前記一対の永久磁石５４の他方の永久磁石５４Ｂが嵌められ、カラー５５Ｂ（図１１参照）が圧入されて、径方向および軸方のガタつきが無いように固定されている。
【００７０】
ちなみに、ハブ部１ａの位置設定部材配置室３５Ｂの開口の径方向内方側の縁部を、前記した支持部５３Ｂの溝５６の対向する開口の径方向内方側縁部と当接させて、空隙の最小間隔ＬＧminを規制する突き当て部３１とし、ロータ１とステータ２とが接触しないようにしてある。
本実施形態では、フランジ状の支持部５３Ｂの軸方向の厚みは、第１の実施形態の鍔状の支持部５３Ａよりも厚く、その分、突き当て部３１は、対向面１０１よりもステータ２側と反対側の軸方向により深く後退させてあり、支持部５３Ｂのロータ１側の面と突き当て部３１のステータ２側の面が当接するとき、支持部５３Ｂはハブ部１ａの軸方向の長さの中に含まれるように構成してあり、モータ１００Ｄの外形の軸方向長さを短くできる構成としてある。
【００７１】
本実施形態における一対の永久磁石５４によっても、図７に示した非線形の荷重特性の曲線Ｘ１Cが実現できる。
【００７２】
（第４の実施形態の変形例）
次に、図１２を参照しながら第４の実施形態の変形例を説明する。図１２は、第４の実施形態の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの図１０におけるＢ部拡大図である。
ハブ部１ａの位置設定部材配置室３５Ｂの形状や、支持部５３Ｂの形状は、第１の実施形態に寸法的に近い。つまり、環状の位置設定部材配置室３５Ｂの軸方向の長さは、第１の実施形態並みに長く、支持部５３Ｂは鍔状であり、溝５６はロータ１側に開口した浅い軸方向深さの環状の溝である。
【００７３】
本変形例では、例えば、軸方向に等ピッチの円筒コイルバネである弾性部材３Ａの一端が、位置設定部材配置室３５Ｂの底部に当接し、他端が永久磁石５４Ａを保持する断面コの字形の環状の金属製保持リング５４ａに溶接されている。そして、永久磁石５４Ａと一対をなす他方の永久磁石５４Ｂが支持部５３Ｂの溝５６に嵌めこまれ固定されている。ここで、弾性部材３Ａと一対の永久磁石５４の組み合わせが、特許請求の範囲に記載の「位置設定部材」に対応する。
このように円筒コイルバネの弾性部材３Ａと一対の永久磁石５４とを組み合わせることによって、一対の永久磁石５４だけの場合よりも移動可能な空隙の間隔ΔＬＧを拡大でき、かつ、図７に示すような非線形の荷重特性を実現できる。
【００７４】
このように第４の実施形態のモータ１００Ｄおよびその変形例によれば、第１の実施形態と同様に、径方向にコンパクトで図１７に示したような比較例よりも出力トルクおよび回生トルクの大きい、空隙の間隔ＬＧが可変のアキシャルギャップ型モータを構成できる。
さらに、一対の永久磁石５４、または、弾性部材３Ａと一対の永久磁石５４を組み合わせたものの荷重特性を図１７の比較例よりも大きな付勢力とでき、かつ、非線形にすることができ、空隙の間隔調整のため一時的に前記した移動電流の制御（ｄ軸電流成分の制御）を行い、トルク制御の上でモータ効率の良い空隙の間隔ＬＧに任意に移動させることができる。特に一対の永久磁石５４をもちいることにより、空隙の最小間隔ＬＧminに近づくほど急激に反発力の増大する特性を位置設定部材に持たせることができる。
【００７５】
なお、本変形例では、一対の永久磁石５４に軸方向に組み合わせる弾性部材として、軸方向等ピッチの円筒コイルバネである弾性部材３Ａとしたがそれに限定されるものではない。弾性部材３Ａの代わりに前記した非等ピッチの円筒コイルの弾性部材３Ｃまたは円錐コイルバネである弾性部材３Ｄを一対の永久磁石５４に軸方向に組み合わせても良い。
【００７６】
（第４の実施形態に対する比較例）
なお、比較例として、図１６に示すように、一対の永久磁石５４Ａ，５４Ｂを、ステータ２のコア２ｂおよびコイル２２を含むほぼ環状体の領域よりも内方側に配置することも考えられる。その場合、ロータシャフト１０の外周面から拡径して、ロータ１の突き当て部３１に当接する段差部と、さらに拡径して、永久磁石５４Ａ，５４Ｂを収容可能なスペースと他方の永久磁石５４Ｂを固定する支持部１５５Ｂを設ける。この場合、一方の永久磁石５４Ａを、ロータ１の突き当て部３１より径方向外側のステータ２に面する面に固定する。
このように、一対の永久磁石５４をステータ２のコア２ｂおよびコイル２２を含むほぼ環状体の領域よりも内方側に配置するので、図１０におけるコア２ｂを周方向に配置する領域の内周径はＤ3の方が小さな値となっている。つまり、第４実施形態およびその変形例によれば、図１６に示す比較例よりも径方向に小型のモータとすることができる。
【００７７】
《第５の実施形態》
次に、図１３を参照しながら本発明の第５の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１００Ｅについて説明する。図１３は、本発明の第５の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面である。
本実施形態のモータ１００Ｅは、第４の実施形態のモータ１００Ｄと以下の点が異なる。（１）第４の実施形態のモータ１００Ｄにおける一対の永久磁石５４の代わりに、永久磁石５４Ａを位置設定部材配置室３５Ｂに配置し、支持部５３Ｂに設けた溝５６に電磁石５７を嵌め込んだ点である。
ここで、永久磁石５４Ａと電磁石５７が、特許請求の範囲に記載の「位置設定部材」に対応する。
第４の実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７８】
位置設定部材配置室３５Ｂには、永久磁石５４Ａが嵌められ、さらに、カラーが圧入されて、径方向および軸方のガタつきの無いように固定されている。環状の溝５６には、コア５７ｂにコイル５７ａ巻回した電磁石５７が、周方向に複数はめ込まれ、さらに、カラーが圧入されて、径方向および軸方のガタつきの無いように固定されている。支持部５３Ｂには溝５６の底部からステータ２の内周側に斜めに貫通する配線孔１０５が穿かれ、コイル５７ａの絶縁被覆された配線５８が、挿通されている。その配線５８は、ロータシャフト１０の外周面を軸方向に沿って配線され、プラス端子とマイナス端子のスリップリング１０７Ａ，１０７Ｂに電気接続されている。そして、図示しない２つの摺動子がそれぞれのスリップリング１０７Ａ，１０７Ｂと摺動して直流電流を供給可能になっている。
【００７９】
本実施形態における永久磁石５４Ａと電磁石５７との間で斥力が発生するように電磁石５７に通電制御することによっても、図７に示した非線形の荷重特性の曲線Ｘ１Cが実現できる。そして、空隙の間隔ＬＧを制御するために、ｄ軸電流成分の制御をする必要は無く、単に電磁石５７のコイル５７ａへの通電電流を制御することでトルク制御の上でモータ効率の良い空隙の間隔ＬＧに任意に移動させることができる。
【００８０】
《第６の実施形態》
次に、図１４を参照しながら本発明の第６の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１００Ｆについて説明する。図１４は、本発明の第６の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面である。
本実施形態のモータ１００Ｆは、第４の実施形態のモータ１００Ｄと以下の点が異なる。（１）第４の実施形態のモータ１００Ｄにおける一対の永久磁石５４の代わりに、環状体をしたピエゾ素子スタック（圧電素子）５９の軸方向長さのほぼ半分長を位置設定部材配置室３５Ｃに嵌め込み、支持部５３Ｃに設けた溝５６に前記したピエゾ素子スタック５９の軸方向長さの残りほぼ半分長を嵌め込んだ点である。
ここで、ピエゾ素子スタック５９が、特許請求の範囲に記載の「位置設定部材」に対応する。
第４の実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００８１】
ピエゾ素子スタック５９は、環状体に成型されており、ロータ１のハブ部１ａに第４の実施形態における位置設定部材配置室３５Ｂよりも軸方向に深い位置設定部材配置室３５Ｃおよび溝５６に挿入される。支持部５３Ｃは、第４の実施形態における支持部５３Ｂとほぼ同じ形状であるが、軸方向により深い溝５６を有している。溝５６の底部からステータ２の内周側に斜めに貫通する配線孔１０５が穿かれ、コイル５７ａの絶縁被覆された配線５８が、挿通されている。その配線５８は、ロータシャフト１０の外周面を軸方向に沿って配線され、プラス端子とマイナス端子のスリップリング１０７Ａ，１０７Ｂに電気接続されている。そして、図示しない２つの摺動子がそれぞれのスリップリング１０７Ａ，１０７Ｂと摺動して直流電圧を供給可能になっている。
そして、ピエゾ素子スタック５９は、伸縮両方向の電圧をかけることによって空隙の間隔ＬＧを調節可能としている。
なお、図１４では、ピエゾ素子スタック５９の軸方向長さが最小長さに縮小した状態を示している。
【００８２】
本実施形態によれば、ピエゾ素子スタック５９を用いることにより、ロータ１とステータ２との空隙の間隔を、ピエゾ素子スタック５９に通電する電圧により任意に制御できる。本実施形態におけるピエゾ素子スタック５９が発生する伸び力によっても、図７に示した非線形の荷重特性の曲線Ｘ１Cが実現できる。
なお、ロータ１とステータ２との間には、コイル２２に通電、非通電に係りなく、永久磁石１１による常にロータ１とステータ２との間の磁気吸引力が働いていて、ピエゾ素子スタック５９には圧縮力が作用しており、ピエゾ素子スタック５９を縮小させる電圧を印加しても、ピエゾ素子スタック５９に引張り応力が発生することはない。
【００８３】
（第６の実施形態の変形例）
次に、図１５を参照しながら第６の実施形態の変形例を説明する。図１５の（ａ），（ｂ）は、第６の実施形態の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの図１４におけるＣ部拡大図である。
図１５の（ａ）に示す変形例は、例えば、軸方向に等ピッチの円筒コイルバネである弾性部材３Ａの一端が、位置設定部材配置室３５Ｃの底部に当接し、他端がピエゾ素子スタック５９の一端に固定された環状の金属製座板５９ａに溶接されている。そして、ピエゾ素子スタック５９のほぼ全体が支持部５３Ｃの溝５６に格納され、底部にその他端が固定されている。ここで、弾性部材３Ａとピエゾ素子スタック５９の組み合わせが、特許請求の範囲に記載の「位置設定部材」に対応する。
このように円筒コイルバネの弾性部材３Ａとピエゾ素子スタック５９とを組み合わせることによって、ピエゾ素子スタック５９だけの場合よりも移動可能な空隙の間隔ΔＬＧを拡大でき、かつ、図７に示すような非線形の荷重特性を実現できる。
ちなみに、ピエゾ素子スタック５９と組み合わせる弾性部材は、軸方向等ピッチの円筒コイルバネに限定されることは無く、前記した軸方向に不等ピッチの円筒コイルバネ、円錐コイルバネなどでも良い。
【００８４】
図１５の（ｂ）に示す変形例は、一対の同一磁極同士を対向させた環状体の永久磁石５４（５４Ａ，５４Ｂ）の一方の永久磁石５４Ａが、位置設定部材配置室３５Ｃの底部にカラー５５Ａを圧入することで固定されている。また、他方の永久磁石５４Ｂをその一端に接続部材５９ｂを介して固定された環状体のピエゾ素子スタック５９の一端に固定された環状の金属製座板５９ａに溶接されている。そして、ピエゾ素子スタック５９のほぼ全体が支持部５３Ｃの溝５６に格納され、底部にその他端が固定されている。ここで、一対の永久磁石５４（５４Ａ，５４Ｂ）とピエゾ素子スタック５９の組み合わせが、特許請求の範囲に記載の「位置設定部材」に対応する。
このように一対の永久磁石５４とピエゾ素子スタック５９とを組み合わせることによって、ピエゾ素子スタック５９だけの場合よりも移動可能な空隙の間隔ΔＬＧを拡大でき、かつ、図７に示すような非線形の荷重特性を実現できる。
【００８５】
このように第６の実施形態のモータ１００Ｆおよびその変形例によれば、第１の実施形態と同様に、径方向にコンパクトで図１７に示したような比較例よりも出力トルクおよび回生トルクの大きい、空隙の間隔ＬＧが可変のアキシャルギャップ型モータを構成できる。
さらに、弾性部材とピエゾ素子スタック５９の組み合わせ、または、一対の永久磁石５４とピエゾ素子スタック５９の組み合わせたものの荷重特性を非線形にすることができ、空隙の間隔調整のためにｄ軸電流成分の制御を行うことなく、ピエゾ素子スタック５９に印加する電圧を制御することで、トルク制御の上でモータ効率の良い空隙の間隔ＬＧに任意に移動させることができる。
【００８６】
なお、第１の実施形態（図１参照）、第２の実施形態（図４参照）、第３の実施形態（図６参照）、第４の実施形態の変形例（図１２参照）、第６の実施形態の変形例（図１５の（ａ）参照）における弾性部材３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの代わりに皿バネを複数重ねて用いても良い。また、弾性部材３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの一部分を、１枚または複数枚重ねた皿バネで置き換えても良い。
【符号の説明】
【００８７】
１      ロータ
１ａ    ハブ部
１ｂ    円盤部
２      ステータ
２ａ    バックヨーク部
２ｂ    コア
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ  弾性部材（位置設定部材）
３Ｂ1，３Ｂ2，３Ｂ3  コイルバネ
１０    ロータシャフト（シャフト）
１１    永久磁石（永久磁石部）
１３    ストッパ
２２    コイル（コイル）
３１    突き当て部
３３    ストッパ当て座
３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ  位置設定部材配置室
４０    固定用円盤部材
４３    固定リング
４６Ａ  板材
５１    スプライン係合構造
５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ  支持部
５４    一対の永久磁石
５４Ａ、５４Ｂ  永久磁石
５４ａ  金属製保持リング
５５Ａ，５５Ｂカラー
５６    溝
５７    電磁石
５７ａ  コイル
５７ｂ  コア
５８    配線
５９    ピエゾ素子スタック（圧電素子）
５９ａ  金属製座板
５９ｂ  接続部材
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ  モータ
１０１  対向面（ロータの対向面）
１０３  対向面（ステータの対向面）
１０５  配線孔
１０７Ａ、１０７Ｂ  スリップリング
Ｌ      回転中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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