(57)【要約】【課題】アキシャルギャップ型の電気機械装置において、ローター表面に渦電流が生じにくい構造を提供する。【解決手段】アキシャルギャップ型の電機機械装置であって、回転軸３００と、前記回転軸と垂直な円盤面に配置され、磁束の方向が前記回転軸と平行な永久磁石２００と、前記円盤面に対向して配置された電磁コイル１００と、を備え、前記永久磁石２００は、前記電磁コイル１００側の面に、前記回転軸３００の周りを回る方向に溝２１０が形成されている。【選択図】図１
2011259630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アキシャルギャップ型の電機機械装置であって、
回転軸と、  
前記回転軸と垂直な円盤面に配置され、磁束の方向が前記回転軸と平行な永久磁石と、
前記円盤面に対向して配置された電磁コイルと、
を備え、
前記永久磁石は、前記電磁コイル側の面に、前記回転軸の周りを回る方向に溝が形成されている、電機機械装置。
【請求項２】
請求項１に記載された電気機械装置において、
前記円盤面に配置される前記永久磁石の数がｎ個（ｎは３以上の偶数）のとき、前記溝は、頂点が隣接する２つの磁石の境界にある正ｎ角形である、電機機械装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電気機械装置において、
前記溝の幅は、５０μｍ以下である、電気機械装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのうちのいずれか一項に記載の電気機械装置において、
前記溝の深さは、前記永久磁石の磁束方向の長さの半分である、電気機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アキシャルギャップ型の電気機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モーターは、永久磁石と電磁コイルとの間のローレンツ力により、駆動力を発生させている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５９８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のモーター（電気機械装置）では、高トルク負荷では、コイルに大電流がＰＷＭ駆動により供給される。その際にコイルによる電磁界の変化によりローター表面に渦電流損が発生し、ローターを発熱させ、電気機械装置の特性を劣化させる場合があった。
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決し、アキシャルギャップ型の電気機械装置において、ローター表面（磁石）に渦電流が生じにくい構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
アキシャルギャップ型の電機機械装置であって、回転軸と、前記回転軸と垂直な円盤面に配置され、磁束の方向が前記回転軸と平行な永久磁石と、前記円盤面に対向して配置された電磁コイルと、を備え、前記永久磁石は、前記電磁コイル側の面に、前記回転軸の周りを回る方向に溝が形成されている、電機機械装置。
この適用例によれば、渦電流の向きと溝の向きが交わる方向なので、渦電流の発生を抑制し易い。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載された電気機械装置において、前記円盤面に配置される前記永久磁石の数がｎ個（ｎは３以上の偶数）のとき、前記溝は、頂点が隣接する２つの磁石の境界にある正ｎ角形である、電機機械装置。
この適用例によれば、溝の形状が、回転対称形になるので、永久磁石で発生する渦電流の大きさの偏りを抑制することが可能となる。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の電気機械装置において、前記溝の幅は、５０μｍ以下である、電気機械装置。
磁束密度の劣化を考慮すれば、溝の幅は細い方が好ましく、溝の加工装置の加工精度から、溝の幅は、５０μｍ以下が好ましい。
【００１０】
［適用例４］
適用例１から適用例３までのうちのいずれか一項に記載の電気機械装置において、前記溝の深さは、前記永久磁石の磁束方向の長さの半分である、電気機械装置。
溝は、浅すぎると渦電流の抑制効果が少なく、深すぎると物理的強度が弱くなる。そのため、永久磁石の磁束方向の長さ（厚さ）の半分程度が好ましい。
【００１１】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、アキシャルギャップモーターの他、アキシャルギャップモーターの磁石の構造等、様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施例のアキシャルギャップモーターを示す説明図である。
【図２】永久磁石の表面の構造を拡大して示す説明図である。
【図３】永久磁石の溝構造の別の構成例を示す説明図である。
【図４】渦電流損の測定方法を説明する説明図である。
【図５】渦電流損の特性を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本実施例のアキシャルギャップモーターを示す説明図である。図１（Ａ）は、回転軸３００と平行な平面で切った断面を示す説明図であり、図１（Ｂ）は、回転軸３００と垂直な１Ｂ−１Ｂ線でアキシャルギャップモーターを切った断面を示す説明図であり、永久磁石の表面の形状を示している。図１（Ｃ）は、回転軸３００と垂直な１Ｂ−１Ｂ線でアキシャルギャップモーターを切った断面を示す説明図であり、電磁コイルの形状を示している。アキシャルギャップモーター１０（以下、単に「モーター１０」と呼ぶ。）は、ステーター１５と、ローター２０とを備える。ステーター１５は、電磁コイル１００を備え、ローター２０は、永久磁石２００と、回転軸３００と、バックヨーク３１０と、を備える。
【００１４】
永久磁石２００は、６個あり、一方の面から見て、回転方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に現れるように、回転軸３００と垂直な円盤形状に、配置されている。各永久磁石２００の磁束の方向は、回転軸３００の方向と平行である。電磁コイル１００は、永久磁石２００が形成される円盤面に対して対向するように配置されている。バックヨーク３１０は、永久磁石２００の、電磁コイル１００と反対側の面に配置されている。
【００１５】
永久磁石２００は、電磁コイル１００側の面に溝２１０を有する。本実施例では、溝２１０は、３重になっており、それぞれの溝２１０は、永久磁石がＮ極からＳ極（あるいはＳ極からＮ極）に切り替わる境界線上に頂点がある、正六角形の形状を有している。この正六角形の「六」は、永久磁石２００の数「６」から決まったものであり、例えば磁石の数がｎ個であれば、溝２１０の形状は正ｎ角形になる。
【００１６】
また、永久磁石２００の製造方法を考慮すれば、各永久磁石２００において、溝２１０は直線であることが好ましい。すなわち、円盤形状に貼り合わされた永久磁石の製造において、まず、各永久磁石２００が、扇型の形状に形成される。次に、各永久磁石２００において、ワイヤ放電加工機等により溝２１０が形成される。このとき溝２１０が直線である方が、ワイヤ放電加工機等による加工が容易である。次に、６個の永久磁石を円盤形状に貼り合わせる。このような工程で製造されるため、溝２１０は、各永久磁石２００において直線であることが好ましい。
【００１７】
本実施例では、電磁コイル１００を６極備えている。各電磁コイル１００は、角が丸い略三角形形状（略二等辺三角形形状）に巻かれている。電磁コイル１００は、永久磁石２００と重なる部分と重ならない部分とを有している。重ならない部分をコイルエンド領域１０１と呼び、重なる部分を有効コイル領域１０２と呼ぶ。本実施例では、電磁コイル１００が為す二等辺三角形の底辺に相当する部分がコイルエンド領域１０１となり、等辺に対応する部分が有効コイル領域１０２となる。
【００１８】
モーター１０の駆動時、各電磁コイル１００には、電流が印可される。この電流は、永久磁石２００の位相により、大きさや向きが変わる。一般に、導体に電流が流れると、導体の周りに磁界が生じる。本実施例では、電磁コイル１００に電流が流れると、電磁コイル１００の周りに磁界が生じる。その磁界は、隣接する永久磁石２００による磁界を強め、あるいは弱める方向に作用する。ところで、上述したように、電磁コイル１００に流れる電流は、永久磁石２００の位相により、大きさや向きが変わる。そうすると、電磁コイル１００から永久磁石２００に作用する磁界もかわる。そのとき、永久磁石２００には、その磁界の変化を妨げる方向に磁界が生じるように電流が流れる。この電流は、渦を巻くように流れるため、一般に渦電流と呼ぶ。渦電流が生じると、渦電流損が発生し、モーター１０の効率が悪くなる。本実施例では、渦電流の向きは、有効コイル領域１０２に流れる電流の向きとほぼ平行である。すなわち、渦電流の向きは、放射方向である。したがって、放射方向と交わる方向、すなわち、回転軸３００の周りを回る方向に溝２１０が形成されていると、渦電流の発生を抑制し易い。
【００１９】
図２は、永久磁石の表面の構造を拡大して示す説明図である。本実施例では、永久磁石２００の溝２１０幅Ｌ１は５０μｍである。この幅Ｌ１の大きさは、本実施例で用いたワイヤ放電加工機に依存する値である。磁束密度の劣化を考慮すれば、５０μｍよりも小さい幅の方が好ましい。また、溝２１０の深さＬ３は、永久磁石２００の厚さＬ２の半分程度が好ましい。溝２１０は、浅すぎると渦電流の抑制効果が少なく、深すぎると物理的強度が弱くなる。そのため、永久磁石２００の厚さＬ２の半分程度が好ましい。ただし、永久磁石２００の磁束密度分布、永久磁石の物理的強度によっては、Ｌ３は、永久磁石２００の厚さＬ２の半分程度でなくてもよい。
【００２０】
図３は、永久磁石の溝構造の別の構成例を示す説明図である。図１（Ｂ）に示した溝２１０の構成は、溝２１０の向きは、渦電流流れる方向とほぼ垂直に交わる方向である。しかしながら、渦電流の方向、すなわち、放射方向と交わる方向、すなわち、回転軸３００の周りを回る方向に溝２１０が形成されていればよく、例えば、図３に示すような溝２１０の構成であってもよい。この形は、辺の中心部が外側に膨らんだ略正三角形形状である。この場合、溝２１０を中心軸周りに７２０／６＝１２０度回転させれば、もとの溝２１０の形状に重なる回転対称形である。このときの上式の分母の「６」は、永久磁石２００の数「６」から得られた物であり、一般に、永久磁石２００がｎ個であれば、７２０／ｎ度の回転対称形である。なお、図１に示した溝２１０の形状が正ｎ角形になる場合もこの式は満たしている。このように溝２１０を回転対称形に形成すれば、各永久磁石２００で発生する渦電流の大きさの偏りを抑制することが可能となる。これらの溝２１０は、ローター２０の回転時に空気による風損失の発生を抑制するため、溝２１０を塗装処理又はメッキ処理により覆うことが好ましい。
【００２１】
図４は、渦電流損の測定方法を説明する説明図である。測定装置は、駆動モーター４００と、カップリング４１０と、を備える。カップリング４１０に被測定物を接続し、駆動モーター４００を予め定められた回転数で回し、駆動モーターの消費電力を測定する。その測定結果を用いて、渦電流損特性を求める。
【００２２】
図４（Ａ）に示す状態では、カップリング４１０にローター２０のみを接続する。そして、予め定められた回転数で駆動モーター４００を回し、基準電力Ｐｄを測定する。この場合、ステーター１５（電磁コイル１００）は接続されないので、逆起電力や渦電流は発生しない。また、ローター２０の永久磁石の溝２１０の有無も基準電力Ｐｄに影響を与えない。
【００２３】
次に図４（Ｂ）に示すように、カップリング４１０に被測定モーター１０を接続し、モーター１０の電磁コイル１００のコイル端１１０を開放した状態で予め定められた回転数で駆動モーター４００を回し、基準電力Ｐｎ、Ｐｓを測定する。ここで、基準電力Ｐｎは、ローター２０の永久磁石２００に溝２１０がない場合の電力であり、基準電力Ｐｓは、ローター２０の永久磁石２００に溝２１０がある場合の電力である。
【００２４】
溝２１０がない場合の渦電流損は、
ΔＰｎ＝Ｐｎ−Ｐｄ
で求まり、
溝２１０がある場合の渦電流損、
ΔＰｓ＝Ｐｓ−Ｐｎ−Ｐｄ
で求まる。
【００２５】
図５は、渦電流損の特性を示す説明図である。図５から明らかなように、永久磁石２００に溝２１０がある場合の方が、無い場合よりも、渦電流損が少なくなっている。これは、溝２１０により、放射方向に電流（渦電流）が流れにくくなっていることに起因すると考えられる。
【００２６】
以上、本実施例によれば、回転軸３００と、回転軸３００と垂直な円盤面に配置され、磁束の方向が回転軸３００と平行な永久磁石２００と、当該円盤面に対向して配置された電磁コイル１００と、を備え、永久磁石２００は、電磁コイル１００側の面に、回転軸３００の周りを回る方向に溝２１０が形成されている。そのため、渦電流の向きと溝の向きが交わる方向なので、渦電流の発生を抑制し易い。
【００２７】
また、溝２１０は、正六角形であるので、各永久磁石における溝２１０の形状が、回転対称形になる。その結果、各永久磁石２００で発生する渦電流の大きさの偏りを抑制することが可能となる。
【００２８】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００２９】
１０…アキシャルギャップモーター（モーター）
１５…ステーター
２０…ローター
１００…電磁コイル
１０１…コイルエンド領域
１０２…有効コイル領域
１１０…コイル端
２００…永久磁石
２１０…溝
３００…回転軸
３１０…バックヨーク
４００…駆動モーター
４１０…カップリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011259630.tif 000006
【図５】
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