(57)【要約】【課題】ロータコア利用率を向上させることができ、リラクタンストルクを増加できるとともに、リラクタンストルクを上げてもマグネットトルクとのトータルのトルクを増加できるアキシャルギャップ型回転電機を提供する。【解決手段】永久磁石を有するロータと、ステータコイルを有するステータと、からなり、少なくとも１つのロータと少なくとも１つのステータとがアキシャル方向に配設された構造を有するアキシャルギャップ型回転電機において、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石３２−１と回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石３２−２とをロータ２３に設けるとともに、ロータ２３のラジアル方向外周部および／またはラジアル方向内周部に、アキシャル方向のステータ２４−１、２４−２とは別のステータ２４−３を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有するロータと、ステータコイルを有するステータと、からなり、少なくとも１つのロータと少なくとも１つのステータとがアキシャル方向に配設された構造を有するアキシャルギャップ型回転電機において、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石と回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石とをロータに設けるとともに、ロータのラジアル方向外周部および／またはラジアル方向内周部に、アキシャル方向のステータとは別のステータを設けたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項２】
径方向に配置された、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石と、外周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石と、で三角形のスペースを構成し、三角形の永久磁石を同磁極が向かい合うように配置した構成のロータを、第１のステータ及び第２のステータでアキシャル方向に挟むよう配置するとともに、ラジアル方向外周部に第３のステータを配置した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回転電機。
【請求項３】
径方向に配置された、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石と、内周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石と、で外周側に開口部を有するコの字型のスペースを構成し、コの字型の永久磁石を同磁極が向かい合うように配置した構成のロータを、第１のステータ及び第２のステータでアキシャル方向に挟むよう配置するとともに、ラジアル方向外周部および／またはラジアル方向内周部に第３のステータを配置した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回転電機。
【請求項４】
径方向に配置された、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石と、外周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石と、で内周側に開口部を有するコの字型のスペースを構成し、コの字型の永久磁石を同磁極が向かい合うように配置した構成のロータを、第１のステータ及び第２のステータでアキシャル方向に挟むよう配置するとともに、ラジアル方向外周部および／またはラジアル方向内周部に第３のステータを配置した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回転電機。
【請求項５】
径方向に配置された、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石と、内周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石と、外周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石と、で四角形のスペースを構成し、四角形の永久磁石を同磁極が向かい合うように配置した構成のロータを、第１のステータ及び第２のステータでアキシャル方向に挟むよう配置するとともに、ラジアル方向外周部および／またはラジアル方向内周部に第３のステータを配置した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回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を有するロータと、ステータコイルを有するステータと、からなり、少なくとも１つのロータと少なくとも１つのステータとがアキシャル方向に配設された構造を有するアキシャルギャップ型回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石を有するロータと、ステータコイルを有するステータと、からなり、少なくとも１つのロータと少なくとも１つのステータとがアキシャル方向に配設された構造を有するアキシャルギャップ型回転電機は、種々の構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−８８０３２号公報
【０００３】
図７は（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来のアキシャルギャップ型回転電機におけるロータの一例を説明するための図である。ここで、図７（ａ）は従来のアキシャルギャップ型回転電機の平面図を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。図７（ａ）、（ｂ）に示す例において、従来のロータ５１は、ロータコア５２の周方向に複数の扇状の永久磁石５３を配置して構成されている。そして、永久磁石５３は、各永久磁石５３において回転軸方向に平行に着磁されるとともに、隣り合う永久磁石５３の着磁方向が交互に逆向きになるよう構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した図７（ａ）、（ｂ）に示すような従来のアキシャルギャップ型回転電機では、ロータ５１は回転軸方向に着磁されているため、リラクタンストルクを上げようとするとマグネットトルクが下がってしまい、トータルでトルクが下がってしまう問題点があった。
【０００５】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、ロータコア利用率を向上させることができ、リラクタンストルクを増加できるとともに、リラクタンストルクを上げてもマグネットトルクとのトータルのトルクを増加できるアキシャルギャップ型回転電機を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のアキシャルギャップ型回転電機は、永久磁石を有するロータと、ステータコイルを有するステータと、からなり、少なくとも１つのロータと少なくとも１つのステータとがアキシャル方向に配設された構造を有するアキシャルギャップ型回転電機において、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石と回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石とをロータに設けるとともに、ロータのラジアル方向外周部および／またはラジアル方向内周部に、アキシャル方向のステータとは別のステータを設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のアキシャルギャップ型回転電機によれば、ロータを回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石と回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石とから構成することで、ロータコア利用率を向上させることができ、リラクタンストルクを増加させることができる。また、ロータの内周部および／または外周部に、アキシャル方向のステータとは別のステータを設けたことで、トルクを増加させることができる。
【０００８】
なお、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の好適例として、径方向に配置された、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石と、外周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石と、で三角形のスペースを構成し、三角形の永久磁石を同磁極が向かい合うように配置した構成のロータを、第１のステータ及び第２のステータでアキシャル方向に挟むよう配置するとともに、ラジアル方向外周部に第３のステータを配置することができる。このように構成することで、リラクタンストルク及びトータルトルクをより効果的に増加させることができる。
【０００９】
また、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の好適例として、径方向に配置された、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石と、内周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石と、で外周側に開口部を有するコの字型のスペースを構成し、コの字型の永久磁石を同磁極が向かい合うように配置した構成のロータを、第１のステータ及び第２のステータでアキシャル方向に挟むよう配置するとともに、ラジアル方向外周部および／またはラジアル方向内周部に第３のステータを配置することができる。このように構成することで、リラクタンストルク及びトータルトルクをより効果的に増加させることができる。
【００１０】
さらに、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の好適例として、径方向に配置された、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石と、外周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石と、で内周側に開口部を有するコの字型のスペースを構成し、コの字型の永久磁石を同磁極が向かい合うように配置した構成のロータを、第１のステータ及び第２のステータでアキシャル方向に挟むよう配置するとともに、ラジアル方向外周部および／またはラジアル方向内周部に第３のステータを配置することができる。このように構成することで、リラクタンストルク及びトータルトルクをより効果的に増加させることができる。
【００１１】
さらにまた、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の好適例として、径方向に配置された、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石と、内周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石と、外周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石と、で四角形のスペースを構成し、四角形の永久磁石を同磁極が向かい合うように配置した構成のロータを、第１のステータ及び第２のステータでアキシャル方向に挟むよう配置するとともに、ラジアル方向外周部および／またはラジアル方向内周部に第３のステータを配置することができる。このように構成することで、リラクタンストルク及びトータルトルクをより効果的に増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明のアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。図１に示す例において、回転軸となるロータ軸２と、ロータ軸２に固定された円盤状のロータ３と、ロータ３に対向して設けられた２つのステータ４−１、４−２とを、ハウジング５内に収納して、アキシャルギャップ型回転電機１を構成している。本例において、ロータ軸２は、ベアリング６−１、６−２を介してハウジング５に回転自在に装着されている。また、ロータ３は、ロータコア７と、ロータコア７の両側に設けられた永久磁石８−１、８−２とから構成されている。さらに、ステータ４−１、４−２のそれぞれは、円筒形状のステータコア９−１、９−２内に、コイル１０−１、１０−２を巻回したステータティース１１−１、１１−２を複数個、等間隔で円周状に配置して構成されている。
【００１３】
本発明のアキシャルギャップ型回転電機の特徴は、上述した構成のアキシャルギャップ型回転電機において、ロータを構成する永久磁石の構成及びステータの構成を変更し、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石と回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石とをロータに設けるとともに、ロータのラジアル方向外周部および／またはラジアル方向内周部に、アキシャル方向のステータとは別のステータを設けるよう構成した点である。以下、それらの変更点について詳細に説明する。
【００１４】
図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。ここで、図２（ａ）はロータ及びステータにおける変更点の説明を簡単にするためロータ及び追加したステータの一部を縦断面で示す図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿った断面を示す図である。図２（ａ）、（ｂ）に示す例において、本発明のアキシャルギャップ型回転電機２１は、図示しないロータ軸に固定された円盤状のロータ２３と、ロータ２３を挟んでアキシャル方向に対向して設けられた第１のステータ２４−１及び第２のステータ２４−２と、ロータ２３に対してラジアル方向外周部に配置された第３のステータ２４−３とを、ハウジング２５内に収納して構成されている。
【００１５】
ロータ２３は、軟磁性体等により構成されるロータコア３１内に、径方向に配置された、回転軸に対し周方向に着時されている永久磁石３２−１と、外周部に配置された、回転軸に対し径方向に着時されている永久磁石３２−２と、で三角形のスペースを構成し、三角形の２つの永久磁石３２−１と１つの永久磁石３２−２とが同磁極（例えばＮまたはＳ）で向かい合うよう構成されている。第１のステータ２４−１、第２のステータ２４−２及び第３のステータ２４−３の各々の構成は、従来のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造と基本的には同じ構造である。すなわち、第１のステータ２４−１及び第２のステータ２４−２では、ロータ２３と対向する面の周方向に、また、第３のステータ２４−３では、ロータ２３の外周面に対向する位置に、それぞれ、所定の間隔でステータコイル３３を巻回したステータティース３４を配置することで、ステータを構成している。
【００１６】
本例におけるロータコア３１内の永久磁石３２−１、３２−２による三角形スペースの状態を、図３に斜視図として立体的に示す。当該実施例においては、永久磁石３２−２、ステータ２４−３、隣りの相の永久磁石３２−２へ磁束流れを形成するラジアルギャップ型モータとしての磁束ループと、永久磁石３２−２と永久磁石３２−１と囲まれた極の異なる磁束をステータ２４−１を介した磁束流れを形成するアキシャルギャップ型モータとしての磁束ループによって、マグネットトルクを生み出すと共に、本例特有の磁束の流れを図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）に示すように、永久磁石３２−２のロータ内側は同極の径方向に配置された永久磁石３２−１で囲まれている。ロータ内側はＳ極であり、永久磁石３２−２をロータ内側からロータ径方向に向う磁束は、コイル３３によってステータティース３４内に同方向の磁束を発生させることによってステータ２４−３に吸引され、更にバックヨーク２５を介して、永久磁石３２−２と永久磁石３２−１で囲まれるＳ極となっている隣りの相へ磁束の流れをステータ２４−１によってコントロールされる。ロータ内側がＮ極の相は、ステータ２４−１、バックヨーク２５、ステータ２４−３を介してロータ内側がＮ極の隣りの相へ磁束が流れるようコントロールされる。即ち、磁石量が増えた分だけマグネットトルクを増加することができる。
【００１７】
図２（ａ）、（ｂ）及び図３に示す例では、ロータ２３における永久磁石３２−１、３２−２の配置を上述したように変更することで、永久磁石３２−２と永久磁石３２−１と囲まれた路ターコア３１の軟磁性体のステータ２４−１に面する面積を確保することによって、リラクタンストルクを増加させることができる。よって、上述したように、マグネットトルクの増加を図ると共にリラクタンストルクも増加することができ、回転電機全体としてのトルクを増加することができる。
【００１８】
図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップ型回転電機の他の例を説明するための図である。ここで、図４（ａ）はロータ及びステータにおける変更点の説明を簡単にするためロータ及び追加したステータの一部を縦断面で示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＯ−Ｘ線に沿った断面を示す図である。図４（ａ）、（ｂ）に示す例において、図２（ａ）、（ｂ）に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１９】
図４（ａ）、（ｂ）に示す例において、図２（ａ）、（ｂ）に示す例と異なる点は、ロータ２３を構成するロータコア３１内の永久磁石の配置を、径方向に配置された、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石３２−１と、内周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石３２−２と、で外周側に開口部を有するコの字型のスペースを構成し、コの字型の永久磁石を同磁極が向かい合うように配置した点である。なお、４１はロータ２３と接続してなり回転軸となるシャフトである。
【００２０】
図４（ａ）、（ｂ）に示す例でも、ロータ２３における永久磁石３２−１、３２−２の配置を上述したように変更することで、ロータコア利用率を向上させることができ、リラクタンストルクを増加させることができる。また、ロータ２３をアキシャル方向に挟んで設けた第１のステータ２４−１及び第２のステータ２４−２に加えて、ロータ２３の外周部に第３のステータ２４−３を設けることで、回転電機全体としてのトルクを増加することができる。
【００２１】
なお、本例では、ロータ２３のラジアル方向外周部に第３のステータ２４−３を設けているが、本発明はその構成に限定されるものではない。例えば、ロータ２３のラジアル方向内周部に第３のステータ２４−３を設けても、あるいは、ロータ２３のラジアル方向外周部およびラジアル方向内周部のそれぞれに第３のステータ２４−３を設けても、同様の効果を得ることができる。
【００２２】
図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップ型回転電機のさらに他の例を説明するための図である。ここで、図５（ａ）はロータ及びステータにおける変更点の説明を簡単にするためロータ及び追加したステータの一部を縦断面で示す図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＯ−Ｘ線に沿った断面を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）に示す例において、図２（ａ）、（ｂ）に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２３】
図５（ａ）、（ｂ）に示す例において、図２（ａ）、（ｂ）に示す例と異なる点は、ロータ２３を構成するロータコア３１内の永久磁石の配置を、径方向に配置された、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石３２−１と、外周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石３２−２と、で外周側に開口部を有するコの字型のスペースを構成し、コの字型の永久磁石を同磁極が向かい合うように配置するとともに、ロータ２３のラジアル方向内周部に第３のステータ２４−３を設けた点である。なお、４１はロータ２３と接続してなり回転軸となるシャフトである。
【００２４】
図５（ａ）、（ｂ）に示す例でも、ロータ２３における永久磁石３２−１、３２−２の配置を上述したように変更することで、ロータコア利用率を向上させることができ、リラクタンストルクを増加させることができる。また、ロータ２３をアキシャル方向に挟んで設けた第１のステータ２４−１及び第２のステータ２４−２に加えて、ロータ２３の内周部に第３のステータ２４−３を設けることで、回転電機全体としてのトルクを増加することができる。
【００２５】
なお、本例では、ロータ２３のラジアル方向内周部に第３のステータ２４−３を設けているが、本発明はその構成に限定されるものではない。例えば、ロータ２３のラジアル方向外周部に第３のステータ２４−３を設けても、あるいは、ロータ２３のラジアル方向外周部およびラジアル方向内周部のそれぞれに第３のステータ２４−３を設けても、同様の効果を得ることができる。
【００２６】
図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップ型回転電機のさらに他の例を説明するための図である。ここで、図６（ａ）はロータ及びステータにおける変更点の説明を簡単にするためロータ及び追加したステータの一部を縦断面で示す図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＯ−Ｘ線に沿った断面を示す図である。図６（ａ）、（ｂ）に示す例において、図２（ａ）、（ｂ）に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２７】
図６（ａ）、（ｂ）に示す例において、図２（ａ）、（ｂ）に示す例と異なる点は、ロータ２３を構成するロータコア３１内の永久磁石の配置を、径方向に配置された、回転軸に対し周方向に着磁されている永久磁石３２−１と、内周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石３２−２と、外周部に配置された、回転軸に対し径方向に着磁されている永久磁石３２−２と、で四角形のスペースを構成し、四角形の永久磁石を同磁極が向かい合うように配置するとともに、ロータ２３のラジアル方向内周部及びラジアル方向外周部のそれぞれに第３のステータ２４−３を設けた点である。なお、本例では第１のステータ２４−１を設けず、その部分に、ロータ２３と接続してなり回転軸となるシャフト４１を設けている。
【００２８】
図６（ａ）、（ｂ）に示す例でも、ロータ２３における永久磁石３２−１、３２−２の配置を上述したように変更することで、ロータコア利用率を向上させることができ、リラクタンストルクを増加させることができる。また、ロータ２３をアキシャル方向に挟んで設けた第１のステータ２４−１及び第２のステータ２４−２に加えて、ロータ２３の内周部に第３のステータ２４−３を設けることで、回転電機全体としてのトルクを増加することができる。
【００２９】
なお、本例では、ロータ２３のラジアル方向内周部及びラジアル方向外主部のそれぞれに第３のステータ２４−３を設けているが、本発明はその構成に限定されるものではない。例えば、ロータ２３のラジアル方向外周部のみに第３のステータ２４−３を設けても、あるいは、ロータ２３のラジアル方向内周部のみに第３のステータ２４−３を設けても、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のアキシャルギャップ型回転電機は、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機において、ロータコア利用率を向上させ、リラクタンストルクを増加できるとともに、リラクタンストルクを上げてもマグネットトルクとのトータルのトルクを増加できる用途に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。
【図３】図２に示す例におけるロータコア内の永久磁石による三角形スペースの状態を示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップ型回転電機の他の例を説明するための図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップ型回転電機のさらに他の例を説明するための図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップ型回転電機のさらに他の例を説明するための図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来のアキシャルギャップ型回転電機におけるロータの一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３２】
１、２１  アキシャルギャップ型回転電機
２  ロータ軸
３、２３  ロータ
４−１、４−２、２４−１、２４−２、２４−３  ステータ
５、２５  ハウジング
５ａ  周壁
６−１、６−２  ベアリング
７、３１  ロータコア
８−１、８−２、３２−１、３２−２  磁石
９−１、９−２  ステータコア
１０−１、１０−２、３３  コイル
１１−１、１１−２、３４  ステータティース
４１  シャフト
【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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