(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周方向に沿って第１のピッチで配置された複数のロータ歯を有し、前記回転軸回りに回転可能なロータと、
前記ロータ歯に対向する対向面をそれぞれ含み、前記周方向に沿って前記第１のピッチと異なる第２のピッチで配置された複数のステータ歯と、前記各ステータ歯の周囲にそれぞれ巻回されたコイルであって、前記周方向に沿う方向で互いに隣り合う前記コイルに位相の異なる電力が供給されるコイルと、前記各ステータ歯の外周面を覆い、前記各コイルが巻回される筒状部と、前記筒状部の各縁部に設けられ、前記筒状部から内側に突出する第１及び第２の爪とを有し、絶縁材料で構成されたインシュレータと、前記各ステータ歯の前記対向面上にそれぞれ設けられ、前記周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置された永久磁石とを有し、前記回転軸の軸方向で前記ロータと対向配置されるステータと、
を具備し、
前記永久磁石の外周の縁部に前記第１の爪によって押さえつけられる面を設け、
前記各ステータ歯の外周に沿って、前記第２の爪が嵌合される嵌合溝を設けた
アキシャルモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アキシャルモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工作機械やポンプ等の駆動源として、モータの回転軸方向においてステータとロータとが対向配置されたアキシャルモータが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のアキシャルモータは、コイルが巻回された複数のティース部を有するステータと、ティース部に対向配置された複数の永久磁石を有するロータとを備えている（段落［００１６］、図１参照）。このアキシャルモータは、対向配置されたティース部と永久磁石との間に発生する磁束の作用により、ロータがステータに対して回転する構成とされている。
アキシャルモータは、ロータとステータとが回転軸の半径方向に対向配置されるラジアルモータに比べて、薄型化、小型化が容易であるというメリットを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４４９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、特許文献１に記載のアキシャルモータでは、ロータ側に永久磁石が設けられている。この場合、アキシャルモータの長期の使用により、ロータの回転による遠心力によって、永久磁石がロータから剥がれ落ちてしまう場合がある。このように、ロータ側に永久磁石が設けられている形態では、アキシャルモータの耐久性が低いといった問題がある。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、耐久性を向上させることができるアキシャル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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るアキシャルモータは、ロータと、ステータとを具備する。
前記ロータは、回転軸の周方向に沿って第１のピッチで配置された複数のロータ歯を有し、前記回転軸回りに回転可能である。
前記ステータは、複数のステータ歯と、コイルと、永久磁石とを有し、前記回転軸の軸方向で前記ロータと対向配置される。
前記複数のステータ歯は、前記ロータ歯に対向する対向面をそれぞれ含み、前記周方向に沿って前記第１のピッチと異なる第２のピッチで配置される。
前記コイルは、前記各ステータ歯の周囲にそれぞれ巻回されたコイルであって、前記周方向に沿う方向で互いに隣り合う前記コイルに位相の異なる電力が供給される。
前記永久磁石は、前記各ステータ歯の前記対向面上にそれぞれ設けられ、前記周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。
【０００８】
本発明では、ステータ歯に巻回されたコイルに電力が供給されると、回転軸の周方向に沿って配置されたステータ歯にそれぞれ磁束が発生する。回転軸の周方向に沿う方向で互いに隣り合うコイルには、位相の異なる電力が供給されるので、互いに隣り合うコイルには、時間的に変化する、原則的に異なる強さの磁束が発生する。
コイルにより発生した磁束は、ステータ歯の対向面上にそれぞれ設けられた永久磁石の磁束に作用する。永久磁石は、回転軸の周方向に沿って磁極が交互に異なるように対向面上に配置されているので、コイルに発生した磁束により、回転軸の周方向に沿って、永久磁石の磁束が強められたり、弱められたりする。
これにより、回転軸の周方向に沿って磁束の強弱が発生し、かつ、この磁束の強弱は、時間的に変化することになる。このような、回転軸の周方向に沿った磁束の強弱の時間的な変化により、ステータ歯のピッチ（第１のピッチ）と異なるピッチ（第２のピッチ）で配置されたロータ歯が誘導されるので、ロータが回転軸回りを回転する。
【０００９】
このように、本発明では、アキシャルモータのステータ側に永久磁石を配置することで、ロータの回転を実現している。これにより、ロータの回転による遠心力により、永久磁石がロータから剥がれ落ちてしまうこともなくなり、アキシャルモータの耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、耐久性を向上させることができるアキシャルモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るアキシャルモータを示す側方断面図である。
【図２】アキシャルモータをロータ側から見た斜視図である。
【図３】アキシャルモータをステータ側から見た斜視図である。
【図４】ロータをステータ側から見たの平面図である。
【図５】ステータをロータ側から見た平面図である。
【図６】ステータの一部が分解された様子を示す分解斜視図である。
【図７】交流電力がコイルに供給されていない場合の、アキシャルモータの動作を説明するための図であり、アキシャルモータがリニアに展開された様子を示す図である。
【図８】交流電力がコイルに供給された場合の、アキシャルモータの動作を説明するための図であり、アキシャルモータがリニアに展開された様子を示す図である。
【図９】Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルに流れる電流の変化を示す図であり、図８を説明するための補足図である。
【図１０】他の実施形態に係るインシュレータを説明するための図であり、ステータ歯、永久磁石、インシュレータの断面図である。
【図１１】さらに別の実施形態に係るロータを示す斜視図である。
【図１２】さらに別の実施形態に係るステータを示す斜視図である。
【図１３】さらに別の実施形態のステータを示す分解斜視図である。
【図１４】さらに別の実施形態のステータが有するリング状磁石をロータ側から見た平面図である。
【図１５】アキシャルモータが２対のロータ及びステータで構成される場合の一例を示す側面図である。
【図１６】アキシャルモータが２対のロータ及びステータで構成される場合の一例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１実施形態＞
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態に係るアキシャルモータを示す模式的な側方断面図である。
図１に示すように、アキシャルモータ１００は、回転軸３回りに回転可能なロータ１と、回転軸３の軸方向でロータ１と対向配置されたステータ２とを備える。ロータ１は、ロータ１の背面側に固定された取り付け具４を介して回転軸３に固定されており、これにより、回転軸３を中心軸として回転可能とされる。回転軸３は、図示しない軸受によって軸支される。
【００１４】
本明細書中の説明では、回転軸３の軸の向く方向を軸方向、回転軸３の周囲の方向を周方向、回転軸３の半径方向を径方向として説明する。
【００１５】
図２は、アキシャルモータ１００をロータ１側から見た斜視図であり、図３は、アキシャルモータ１００をステータ２側から見た斜視図である。図２では、図面を見やすいように、ロータ１の一部が破断されて図示されている。同様に、図３では、図面を見やすいように、ステータ２の一部が破断されて図示されている。なお、図２以降では、回転軸３等の部材については、図面を見やすく示すため省略する。
【００１６】
図４は、ロータ１をステータ２側から見た平面図であり、図５は、ステータ２をロータ１側から見た平面図である。図６は、ステータ２の一部が分解された様子を示す分解斜視図である。
【００１７】
これらの図に示すように、ロータ１は、リング状のロータ本体１１と、ロータ本体１１からステータ２側に突出するように設けられた複数のロータ歯１２を有する。
ロータ歯１２は、回転軸の周方向に沿って、所定のピッチ（第１のピッチ）で、複数個設けられる。本実施形態では、ロータ歯１２は、４５度ピッチで、８個設けられている（図４参照）。
【００１８】
ロータ歯１２は、ロータ１の内周側から外周側にむけて徐々に周方向での幅が広くなるように設けられている。
【００１９】
ロータ１は、鉄、ケイ素鋼などの強磁性体によって構成される。ロータ１は、鉄などの強磁性体の薄板が、回転軸３の径方向で積層された積層体構造とされる。
ロータ１が、強磁性体の薄板が径方向で積層された積層構造とされることで、磁束の変化による渦電流の発生を抑制することができる。これにより、エネルギーの損失を低減することができる。
【００２０】
ステータ２は、リング状のステータ本体２１１と、ステータ本体２１１からロータ１側に突出するように設けられた複数のステータ歯２１２（図６参照）とを含むステータコア２１を有する。また、ステータ２は、ステータ歯２１２の外周面にそれぞれ巻回されたコイル２２と、ステータ歯２１２の、ロータ歯１２に対向する対向面２１２ａ上にそれぞれ設けられた永久磁石２３とを有する。
【００２１】
ステータ歯２１２は、回転軸３の周方向に沿って、ロータ歯１２のピッチとは異なるピッチ（第２のピッチ）で、複数個設けられる。本実施形態では、ステータ歯２１２は、６０度ピッチで、６個設けられている（図５参照）。
【００２２】
ステータ歯２１２は、ステータ２の内周側から外周側に向けて徐々に周方向での幅が広くなるように設けられている。
【００２３】
ステータコア２１は、ロータ１と同様に、鉄、ケイ素鋼などの強磁性体によって構成されており、強磁性体の薄板が、回転軸３の径方向で積層された積層体構造とされる。
ステータコア２１が、回転軸３の径方向で積層された積層構造とされることで、磁束の変化による渦電流の発生を抑制することができ、エネルギーの損失を低減することができる。
【００２４】
ステータ歯２１２に巻回されたコイル２２には、周方向に沿って順番にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の交流電力が供給される。すなわち、周方向で互いに隣り合うコイル２２には、異なる位相の交流電力が供給される。
【００２５】
永久磁石２３は、磁極がロータ１側を向くように、かつ、周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。１つのステータ歯２１２に対しては、Ｎ極がロータ１側を向くＮ極の永久磁石２３ＮとＳ極がロータ１側を向くＳ極の永久磁石２３Ｓと含む、一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓが配置される。すなわち、永久磁石２３は、１つのステータ歯に対して、それぞれ２つずつ設けられる。
【００２６】
一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓは、ステータ歯２１２と同様に、内周側から外周側に向けて周方向での幅が広くなるように形成されている。一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓは、ステータ歯２１２の対向面２１２ａと同等の面積とされており、対向面２１２ａの全面を覆うように設けられる。
【００２７】
永久磁石２３は、個々に分離されており、この個々に分離された永久磁石２３が接着剤などにより、ステータ歯２１２の対向面２１２ａ上に接着される。
【００２８】
次に、アキシャルモータの動作について説明する。
【００２９】
図７は、交流電力がコイル２２に供給されていない場合の、アキシャルモータ１００の動作を説明するための図である。図７では、アキシャルモータ１００をリニアに展開した様子が示されており、また、交流電力がコイル２２に供給されていない場合の磁束の流れが示されている。
【００３０】
図８は、交流電力がコイル２２に供給された場合の、アキシャルモータ１００の動作を説明するための図である。図８（Ａ）〜図８（Ｃ）には、アキシャルモータ１００をリニアに展開した様子が示されており、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２に流れる電流が最大である場合の磁束の流れが示されている。
【００３１】
図９は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２に流れる電流の変化を示す図であり、図８を説明するための補足図である。
【００３２】
なお、図７〜図９の説明では、便宜的に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力が供給されるコイルをそれぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗと呼ぶ。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが巻回されたステータ歯をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ歯２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗと呼ぶ。同様に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ歯２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗに設けられた一対の永久磁石をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の一対の永久磁石２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗと呼ぶ。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の一対の永久磁石２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗのうち、Ｎ極の永久磁石と、Ｓ極の永久磁石とを特に区別する場合には、Ｕ相Ｎ極、Ｕ相Ｓ極、Ｖ相Ｎ極、Ｖ相Ｓ極、Ｗ相Ｎ極、Ｗ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＮ、２３ＵＳ、２３ＶＮ、２３ＶＳ、２３ＷＮ、２３ＷＳと呼ぶ（図８参照）。
【００３３】
なお、図８では、ステータ歯を区別するために、便宜的に左から順番に４つずつ、１２Ａ〜１２Ｄの符号が付されている。
【００３４】
図７に示すように、３相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに交流電力が供給されていない状態では、コイルによる磁束は発生せず、３相の一対の永久磁石２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗによる磁束のみが発生する。この場合、３相の一対の永久磁石２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗの磁束がロータ歯１２に作用することになるが、ステータ２が発生する磁力を受けたロータ１の力がバランスする位置でロータ１は静止している。本実施形態では、４つのロータ歯１２に対して３つのステータ歯２１２が対応するように、ロータ１に働く力がバランスする。
【００３５】
次に、３相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに交流電力が供給された場合について説明する。
【００３６】
まず、図８（Ａ）を参照して、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流が最大である瞬間の、ステータ歯２１２とロータ歯１２との位置関係ついて説明する。
【００３７】
この場合、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流が最大であり、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｖ、２２Ｗには、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流の半分の電流が、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流と逆向きに流れる（図９（Ａ）参照）。これにより、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに下向きに、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに上向きに、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに上向きに、それぞれ磁束が発生する。この場合、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに生じる磁束が最大となり、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖ、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗには、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに発生する磁束の半分の磁束がそれぞれ発生する。
【００３８】
３相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗにより３相のステータ歯２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗに発生した磁束は、３相の一対の永久磁石２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗの磁束に作用する。
【００３９】
Ｕ相に着目すると、Ｕ相のコイル２２ＵによりＵ相のステータ歯２１２Ｕにより発生した磁束は、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮの磁束を強め、Ｕ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳの磁束を弱める。Ｖ相に着目すると、Ｖ相のコイル２２ＶによりＶ相のステータ歯２１２Ｖにより発生した磁束は、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮの磁束を弱め、Ｖ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳの磁束を強める。Ｗ相に着目すると、Ｗ相のコイル２２ＷによりＷ相のステータ歯２１２Ｗにより発生した磁束は、Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮの磁束を弱め、Ｗ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳの磁束を強める。
【００４０】
これにより、アキシャルモータ１００の磁束の流れは、図８（Ａ）に示すような流れとなる。この磁束の流れをＵ相を起点として説明すると、Ｕ相のコイル２２ＵによりＵ相のステータ歯２１２Ｕに発生した磁束は、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮの磁束を強め、このＵ相Ｎ極の永久磁石を介してロータ歯１２Ａへ流れ込む。ロータ１側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータ歯１２Ｃを介してＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータ歯１２Ｄを介してＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳへ流れ込む。
【００４１】
Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに流れ込んだ磁束は、Ｖ相のコイル２２Ｖにより強められ、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに流れ込んだ磁束は、Ｗ相のコイル２２Ｗにより強められる。これらの磁束は、合流し、合流した磁束は、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込む。そして、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込んだ磁束は、Ｕ相のコイル２２Ｕにより強められて、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮを介して、再びロータ歯１２Ａへ流れ込む。
【００４２】
Ｕ相Ｎ極の永久磁石化２３ＵＮからロータ歯１２Ａに流れ込む磁束は、ロータ歯１２Ａの中心に垂直に流れ込むので、この磁束による力は、ロータ１の回転方向でバランスされている。ロータ歯１２ＣからＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳに流れ込む磁束による力と、ロータ歯１２ＤからＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳに流れ込む磁束による力とは、ロータ１の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。
【００４３】
すなわち、Ｕ相に流れる電流が最大である瞬間においては、ステータ歯２１２と、ロータ歯１２の位置関係は、図８（Ａ）に示す位置関係でバランスされている。
【００４４】
この状態から、時間が経過し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる電流が変化することにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ歯２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗに発生する磁束が変化する。これに伴い、磁束が強められる永久磁石２３と、磁束が弱められる永久磁石２３が変化し、ステータ２側から発生する磁束も変化することになる。この磁束の変化に伴って、ステータ歯２１２と異なるピッチで配置されたロータ歯１２が誘導されて、ロータ１が回転軸３回りを回転される。
【００４５】
図８（Ｂ）を参照して、Ｕ相に流れる電流が最大である瞬間から時間が経過し、Ｖ相に流れる電流が最大となった場合について説明する。
【００４６】
この場合、Ｖ相のコイル２２Ｖに流れる電流が最大であり、Ｕ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｗには、Ｖ相のコイル２２Ｖに流れる電流の半分の電流が、Ｖ相のコイル２２Ｖと逆向きに流れる（図９（Ｂ）参照）。これにより、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに下向きに磁束が発生し、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕ及びＷ相のステータ歯２１２Ｗに上向きに、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに発生する磁束の半分の磁束が発生する。
【００４７】
これにより、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮの磁束、Ｕ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳの磁束及びＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳの磁束が強められ、Ｖ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳの磁束、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮの磁束及びＷ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮの磁束が弱められる。
【００４８】
図８（Ｂ）に示す磁束の流れをＶ相を起点として説明する。Ｖ相のコイル２２ＶによりＶ相のステータ歯２１２Ｖに発生した磁束は、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮの磁束を強め、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮを介してロータ歯１２Ｂへ流れ込む。ロータ１側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータ歯１２Ａを介してＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータ歯１２Ｄを介してＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳへ流れ込む。
【００４９】
Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込んだ磁束及びＷ相のステータ歯２１２Ｗに流れ込んだ磁束は、Ｕ相のコイル２２Ｕ及びＷ相のコイル２２Ｗにより強められる。これらの磁束は、合流して、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに流れ込み、Ｖ相のコイル２２Ｖにより強められ、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮを介して、再びロータ歯１２Ｂへ流れ込む。
【００５０】
Ｖ相Ｎ極の永久磁石化２３ＶＮからロータ歯１２Ｂに流れ込む磁束による力は、ロータ１の回転方向でバランスされている。ロータ歯１２ＡからＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳに流れ込む磁束による力と、ロータ歯１２ＤからＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳに流れ込む磁束による力とは、ロータ１の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。つまり、Ｖ相に流れる電流が最大である場合、ステータ歯２１２と、ロータ歯１２の位置関係は、図８（Ｂ）に示す位置関係でバランスされている。
【００５１】
この状態から時間が経過し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる電流が変化することにより、ステータ２側から発生する磁束が変化することによって、ステータ歯１２が誘導されてロータ１が回転される。
【００５２】
図８（Ｃ）を参照して、Ｖ相に流れる電流が最大である瞬間から時間が経過し、Ｗ相に流れる電流が最大となった場合について説明する。
【００５３】
この場合、Ｗ相のコイル２２Ｗに流れる電流が最大であり、Ｕ相、Ｖ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖには、Ｗ相のコイル２２Ｗに流れる電流の半分の電流が、Ｗ相のコイル２２Ｗと逆向きに流れる（図９（Ｃ）参照）。これにより、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに下向きに磁束が発生し、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕ及びＶ相のステータ歯２１２Ｖに上向きに、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに発生する磁束の半分の磁束が発生する。
【００５４】
これにより、Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮの磁束、Ｕ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳの磁束及びＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳの磁束が強められ、Ｗ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳの磁束、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮの磁束及びＶ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮの磁束が弱められる。
【００５５】
図８（Ｃ）に示す磁束の流れをＷ相を起点として説明する。Ｗ相のコイル２２ＷによりＷ相のステータ歯２１２Ｗに発生した磁束は、Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮの磁束を強め、Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮを介してロータ歯１２Ｃへ流れ込む。ロータ１側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータ歯１２Ａを介してＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータ歯１２Ｂを介してＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳへ流れ込む。
【００５６】
Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込んだ磁束及びＶ相のステータ歯２１２Ｖに流れ込んだ磁束は、Ｕ相のコイル２２Ｕ及びＶ相のコイル２２Ｖにより強められる。これらの磁束は、合流して、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに流れ込む。
【００５７】
Ｗ相Ｎ極の永久磁石化２３ＷＮからロータ歯１２Ｃに流れ込む磁束による力は、ロータ１の回転方向でバランスされている。ロータ歯１２ＡからＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳに流れ込む磁束による力と、ロータ歯１２ＢからＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳに流れ込む磁束による力とは、ロータ１の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。従って、Ｗ相に流れる電流が最大である場合、ステータ歯２１２と、ロータ歯１２の位置関係は、図８（Ｃ）に示す位置関係でバランスされている。
【００５８】
この状態から時間が経過し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる電流が変化することにより、ステータ２側から発生する磁束が変化することによって、ステータ歯１２が誘導されてロータ１が回転される。
【００５９】
そして、再び、Ｕ相に流れる電流が最大となる。このようなサイクルによって、３相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに交流電流が供給されている場合には、ロータ１は、回転軸３回りを回転し続ける。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態では、アキシャルモータ１００のステータ２側に永久磁石を配置することで、ロータ１の回転を実現している。これにより、ロータ１の回転による遠心力により、永久磁石２３がロータ１から剥がれ落ちてしまうこともなくなり、アキシャルモータ１００の耐久性を向上させることができる。
【００６１】
さらに、本実施形態では、ロータ１及びステータコア２１が、回転軸の径方向で積層された積層構造とされているので、磁束の変化による渦電流の発生を抑制することができ、エネルギーの損失を低減することができる。
＜第２実施形態＞
【００６２】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
上述の第１実施形態では、コイル２２がステータ歯２１２に直接巻回される場合について説明した。一方、第２実施形態では、コイル２２がインシュレータを介してステータ歯２１２に巻回される点、及びインシュレータが永久磁石２３をステータ歯２１２に固定するように構成されている点で第１実施形態と異なっている。従って、その点を中心に説明する。なお、第２実施形態以降の説明では、上述の第１実施形態と同様の構成及び機能を有する部材については、同一符号を付し、説明を簡略化または省略する。
【００６３】
図１０は、本実施形態に係るインシュレータを説明するための図であり、ステータ歯２１２、永久磁石２３、インシュレータの断面図である。図１０では、断面をステータの外周側から見た様子が示されている。なお、図１０では、コイル２２を省略して図示している。
【００６４】
図１０に示すように、第２実施形態では、ステータ本体２１１とステータ歯２１２との境界部（ステータ歯２１２の付け根部分）において、ステータ歯２１２の外周に沿って嵌合溝２１３が設けられている。この嵌合溝２１３は、ステータ歯２１２の外周の全周に亘って設けられる。また、第２実施形態では、ステータ歯２１２の対向面２１２ａ上に設けられた一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓの外周の縁部には、全周に亘って、外側に向けて傾斜するテーパ面２３ａが設けられている。
【００６５】
インシュレータ２４は、ステータ歯２１２の外周面を覆い、コイル２２が巻回される筒状部２４１と、筒状部２４１の上部の縁部に設けられ、筒状部２４１から外側に突出する上部フランジ部２４２と、筒状部２４１の下部の縁部に設けられ、筒状部２４１から外側に突出する下部フランジ部２４３とを有する。上部フランジ部２４２と、下部フランジ部２４３とは、筒状部２４１の各縁部の全周に亘って設けられる。すなわち、インシュレータ２４は、コイルボビンとしての機能も有する。
【００６６】
また、インシュレータ２４は、筒状部２４１の上部の縁部に設けられ、筒状部２４１から内側に突出する第１の爪２４４と、筒状部２４１の下部の縁部に設けられ、筒状部２４１から内側に突出する第２の爪２４５とを有する。第１の爪２４４及び第２の爪２４５は、筒状部２４１の各縁の全周に亘って設けられる。
【００６７】
第１の爪２４４には、一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓのテーパ面２３ａと同等の角度で傾斜するテーパ面２４４ａが設けられている。この第１の爪２４４のテーパ面２４４ａが、一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓのテーパ面２３ａと当接することで、第１の爪２４４が一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓを上方から押さえつける。
【００６８】
第２の爪２４５は、ステータコア２１に設けられた嵌合溝２１３に嵌合される。これにより、インシュレータ２４がステータ歯２１２から抜け落ちてしまうことを防止することができ、インシュレータ２４をステータ歯２１２に確実に固定することができる。
インシュレータ２４は、樹脂等の絶縁材料で構成されており、ステータ歯２１２とコイル２２とを確実に電気的に絶縁することができる。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態では、第２の爪２４５により、インシュレータ２４がステータ歯２１２に確実に固定されており、かつ、第１の爪２４４により、一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓを上方から押さえつけることができる。これにより、一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓをステータ歯２１２に確実に固定することができ、アキシャルモータ１００の耐久性をさらに向上させることができる。
【００７０】
上述の説明では、第１の爪２４４は、筒状部２４１の上部の縁の全周に亘って設けられるとして説明した。しかし、これに限られず、第１の爪２４４は、筒状部２４１の上部の縁に沿って、間欠的に設けられていてもよい。この場合、一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓの外周側に設けられたテーパ面２３ａも、一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓの縁部に沿って、間欠的に設けられていてもよい。
【００７１】
同様に、第２の爪２４５も、筒状部２４１の下部の縁の全周に亘って設けられる場合に限られず、筒状部２４１の下部の縁に沿って間欠的に設けられていてもよい。この場合、ステータコア２１に設けられた嵌合溝２１３もステータ歯２１２の外周に沿って間欠的に設けられていてもよい。
【００７２】
インシュレータ２４は、１つの部材により一体的に構成される形態であってもよく、ステータ歯２１２の外周面に沿う方向で分割された複数の部材が組み合わされて構成される形態であってもよい。インシュレータ２４が複数の部材により構成される形態の場合、複数の部材がステータ歯２１２に嵌め込まれて組み合わされた後、インシュレータ２４にコイル２２が巻回されると、組み立てが容易になる。
一方、インシュレータ２４が１つの部材により構成される形態の場合、インシュレータ２４にコイル２２が巻回された後、コイル２２が巻回されたインシュレータ２４がステータ歯２１２に嵌め込まれるようにすると、組み立てが容易になる。しかし、必ずしもそれに限られず、インシュレータ２４がステータ歯２１２に嵌め込まれてから、コイル２２がインシュレータ２４に巻回されてもよい。
＜第３実施形態＞
【００７３】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
第３実施形態では、ロータ歯及びステータ歯の数（ピッチ）が上述の各実施形態と異なっている。また、一枚のリング状部材が着磁されて複数の永久磁石が形成されている点で、上述の各実施形態と異なっている。従って、その点を中心に説明する。
【００７４】
図１１は、第３実施形態に係るロータを示す斜視図である。図１２は、第３実施形態に係るステータを示す斜視図である。図１３は、ステータを示す分解斜視図である。図１４は、リング状磁石をロータ側から見た平面図である。
【００７５】
図１１に示すように、第３実施形態に係るロータ６は、リング状のロータ本体６１と、ロータ本体６１からステータ５側に突出する４つのロータ歯６２とを有する。ロータ歯６２は、回転軸３の周方向沿って９０度ピッチで配置される。
【００７６】
図１２〜図１４に示すように、第３実施形態に係るステータ５は、リング状のステータ本体５１１と、ステータ本体５１１からロータ６１側に突出するように設けられた３つのステータ歯５１２とを含むステータコア５１を有する。３つのステータ歯５１２は、回転軸３の周方向に沿って、１２０度ピッチで配置される。また、ステータ５は、ステータ歯５１２に巻回された３つのコイル５２と、ステータ歯５１２の対向面５１２ａ上に設けられたリング状磁石５３とを有する。
【００７７】
リング状磁石５３は、磁極がロータ６１側を向くように、かつ、回転軸３の周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置された複数の永久磁石５３１を有する。永久磁石５３１は、鉄などの強磁性体でなる薄板状のリング状部材が、回転軸３の周方向に沿って、磁極が交互に異なるように着磁されて形成される。
【００７８】
Ｎ極の永久磁石５３１Ｎ及びＳ極の永久磁石５３１Ｓで構成される一対の永久磁石５３１Ｎ、５３１Ｓは、ステータ歯５１２と同様に、周方向に沿って１２０度ピッチで３つ設けられる（図１４参照）。一対の永久磁石５３１Ｎ、５３１Ｓは、内周側から外周側に向けて周方向での幅が広くなるように形成されており、ステータ歯５１２の対向面５１２ａと同等の面積とされている。３組の一対の永久磁石５３１Ｎ、５３１Ｓの間には、３つの未着磁部５３２が形成される。
【００７９】
３組の一対の永久磁石５３１Ｎ、５３１Ｓは、それぞれ３つのステータ歯５１２の対向面５１２ａに接着剤などによって接着される。
【００８０】
第３実施形態では、リング状磁石５３の未着磁部５３２によって、コイル５２を上方から押さえつけることができる。これにより、コイル５２がステータ歯５１２から抜け落ちてしまうことを防止することができるので、アキシャルモータの耐久性を向上させることができる。
【００８１】
また、本実施形態は、上記第１の実施形態に係るアキシャルモータ１００の永久磁石２３のように、個々に分離され、個々に永久磁石２３がステータコア２１に接着されるのとは異なる。本実施形態では１つのリング状磁石５３がステータコア５１に接着されればよいので、アキシャルモータの製造が容易になる。
【００８２】
第３実施形態の説明では、ステータ歯５１２、コイル５２及び一対の永久磁石５３１Ｎ、５３１Ｓがそれぞれ３つである場合の形態について説明したが、これらの数については、特に限定されない。
＜各種変形例＞
【００８３】
上述の各実施形態では、アキシャルモータが、一対のロータ１及びステータ２（またはステータ５）で構成される場合について説明した。しかし、これに限られず、アキシャルモータは、２対以上のロータ１及びステータ２（またはステータ５）で構成されていても構わない。
【００８４】
図１５及び図１６は、アキシャルモータが２対のロータ１及びステータ２で構成される場合の一例を示す側面図である。
【００８５】
図１５に示すように、アキシャルモータ２００は、２つのロータ１が背面側で対向配置され、各ロータ１に各ステータ２が対向配置されて構成される。アキシャルモータ２００では、各ステータ２によって各ロータ１が吸引される力が、回転軸３の軸方向で相殺されるので、ロータ１をスムーズに回転させることができる。
【００８６】
図１６に示すように、アキシャルモータ３００は、２つのステータ２が背面側で対向配置され、各ステータ２に各ロータ１が対向配置されて構成される。
【００８７】
上述の各実施形態の説明では、ロータ歯１２（または、ロータ歯６２、以下同様）と、ステータ歯２１２（または、ステータ歯５１２、以下同様）との個数の比率が４：３とされる場合について説明した。
【００８８】
しかし、ロータ歯１２と、ステータ歯２１２との個数の比率は、これに限られない。原則的には、ロータ歯１２の数とステータ歯２１２の数とが異なっていれば（ロータ歯１２のピッチとステータ歯２１２のピッチとが異なっていれば）、ロータ１を適切に回転させることは可能である。
【００８９】
ロータ歯１２及びステータ歯２１２の数として少ない数が選択された場合には、ロータ１を高速に回転させることができる点で有利であり、多い数が選択された場合、ロータ１の回転を精密に制御することができる点で有利である。
【００９０】
なお、ロータ歯１２及びステータ歯２１２の数として、少ない数が選択され、高速のアキシャルモータとされる場合には、上記した４：３の比率により、高速に適したアキシャルモータを作成することができる。
【００９１】
上述の各実施形態の説明では、永久磁石２３（または、永久磁石５３１、以下同様）は、ステータ歯２１２（または、ステータ歯５１２、以下同様）ごとに、周方向に沿ってＮ極Ｓ極、Ｎ極Ｓ極、Ｎ極Ｓ極・・・の順番で配列される場合について説明した（図５、図１４等参照）。しかし、これに限られず、永久磁石２３は、ステータ歯２１２ごとに、周方向に沿ってＮ極Ｓ極、Ｓ極Ｎ極、Ｎ極Ｓ極、・・の順番で配列されていてもよい。なお、この場合においても、１つのステータ歯２１２に対しては、永久磁石２３は、磁極が周方向で交互に異なるように配置されている。
【００９２】
上述の各実施形態の説明では、１つのステータ歯２１２（または、ステータ歯５１２、以下同様）に対して、一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓ（または、一対の永久磁石５３１Ｎ、５３１Ｓ、以下同様）が配置されるとして説明した。すなわち、１つのステータ歯２１２に対して、２つの永久磁石２３Ｎ、２３Ｓが配置されるとして説明した。
【００９３】
しかし、これに限られず、１つのステータ歯２１２に対して、１つの永久磁石２３が配置されていてもよい。あるいは、１つのステータ歯２１２に対して、３つ以上の永久磁石２３が配置されていてもよい。なお、これらの場合にも、永久磁石２３は、回転軸の周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。このような場合にも、ロータ歯１２及びステータ歯２１２の数（ピッチ）を適宜調整することでロータを回転させることは可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１、６…ロータ
２、５…ステータ
３…回転軸
１１、６１…ロータ本体
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、６２…ロータ歯
２１、５１…ステータコア
２２、２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗ、５２…コイル
２３、２３Ｎ、２３Ｓ、２３ＵＮ、２３ＵＳ、２３ＶＮ、２３ＶＳ、２３ＷＮ、２３ＷＳ、５３１、５３１Ｎ、５３１Ｓ…永久磁石
２４…インシュレータ
５３…リング状磁石
１００、２００、３００…アキシャルモータ
２１１、５１１…ステータ本体
２１２、２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗ、５１２…ステータ歯
２１２ａ、５１２ａ…対向面
【図１】
0005515662.tif 000002
【図２】
0005515662.tif 000003
【図３】
0005515662.tif 000004
【図４】
0005515662.tif 000005
【図５】
0005515662.tif 000006
【図６】
0005515662.tif 000007
【図７】
0005515662.tif 000008
【図８】
0005515662.tif 000009
【図９】
0005515662.tif 000010
【図１０】
0005515662.tif 000011
【図１１】
0005515662.tif 000012
【図１２】
0005515662.tif 000013
【図１３】
0005515662.tif 000014
【図１４】
0005515662.tif 000015
【図１５】
0005515662.tif 000016
【図１６】
0005515662.tif 000017