(57)【要約】【課題】磁石に作用する遠心力にたいする遠心強度を向上させることの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】固定子と、固定子とギャップを介して配置された回転子とを有するアキシャルギャップ型回転電機であって、回転子は、軸方向に凹部を有するバックヨークと、凹部に配置される磁石と、を備え、磁石において、径方向最外周における周方向長さＷoutよりも大きい周方向長さＷinが形成されるアキシャルギャップ型回転電機。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
前記固定子とギャップを介して配置された回転子とを有するアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記回転子は、軸方向に凹部を有するバックヨークと、
前記凹部に配置される磁石と、を備え、
前記磁石において、径方向最外周における周方向長さＷoutよりも大きい周方向長さＷinが形成されるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項２】
請求項１において、
Ｗinが形成されることにより、前記磁石は、径方向の側面において二つの突出部を有するアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項３】
請求項１において、
Ｗinが形成されることにより、前記磁石は、径方向における一つの側面が突出部を有し、他方の側面は平坦部を有するアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項４】
請求項１において、
Ｗinが前記磁石の最内径に形成されるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかにおいて、
Ｗinが前記磁石の径方向最内周に形成され、
前記磁石において、最外周側から最内周側にかけて周方向長さが大きくなるように形成されるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記バックヨークは電磁鋼板またはアモルファス箔の磁性薄板が積層されて構成されるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記磁石および前記バックヨークの最外周部の外周側に保持部材が配置され、
前記保持部材はリング状であるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記バックヨークに段差が設けられ、
前記バックヨークの段差に対応して前記磁石に段差が設けられるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記アキシャルギャップ型回転電機は、前記回転子を二つ有し、
前記二つの回転子は、前記固定子の軸方向両側にそれぞれギャップを介して配置される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、アキシャルギャップ型回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
アキシャルギャップ型回転電機は、固定子と、この固定子と所定のギャップを介して回転軸方向に配置される回転子で構成される。回転子は、軸方向に凹部を有するバックヨークと、この凹部に配置される磁石とで構成される。このような構成のアキシャルギャップ型回転電機では、磁石は分割されて周方向に複数配置されているため、回転子が回転する際には、回転数の２乗に比例する遠心力が磁石に作用する。
【０００３】
軸方向に凹部を有するバックヨークと、凹部に配置される磁石とで構成される磁石とで構成されるアキシャルギャップモータについては、例えば特許文献１で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５１７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の構造は、磁石に働く遠心力に対する抑えがないため、高速回転時の磁石の保持強度が課題となる。
【０００６】
本発明は、磁石に作用する遠心力に対する遠心強度を向上させることのできるアキシャルギャップ型回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する手段は、例えば次の通りである。
【０００８】
固定子と、固定子とギャップを介して配置された回転子とを有するアキシャルギャップ型回転電機であって、回転子は、軸方向に凹部を有するバックヨークと、凹部に配置される磁石と、を備え、磁石において、径方向最外周における周方向長さＷoutよりも大きい周方向長さＷinが形成されるアキシャルギャップ型回転電機。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、磁石に作用する遠心力にたいする遠心強度を向上させることのできるアキシャルギャップ型回転電機を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の基本構成を示す斜視図。
【図２】本発の一実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の基本構成を示す断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を示す斜視図。
【図４】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を示す斜視図。
【図５】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を示す斜視図。
【図６】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を示す断面図。
【図７】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を示す斜視図。
【図８】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を示す斜視図。
【図９】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を示す斜視図。
【図１０】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００１２】
図１および図２に、本発明を適用する２ロータ−１ステータ型アキシャルギャップ型回転電機の基本構成を示す斜視図および断面図を示す。２ロータ−１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機では、２枚の回転子を有するため、１ロータ型のアキシャルギャップ型回転電機と比較し、より多くの磁石磁束を利用できる。そのため、高効率化・高出力密度化の点で有利である。本発明は２ロータ−１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機に限定されない。
【実施例１】
【００１３】
＜アキシャルギャップ型回転電機１００＞
図１および図２に示すように、２ロータ−１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機１００は、二つの回転子１０、固定子２０、ハウジング４０、ベアリング５０、回転軸６０で構成される。アキシャルギャップ型回転電機１００は、回転軸６０方向に一対の円板形状の回転子１０を対向するように配置し、一対の回転子１０の間に所定のギャップＧを介して固定子２０を挟み込んだ構造を有している。回転子１０は、磁石１１およびバックヨーク１２で構成される。また、二つの回転子１０は、固定子２０の軸方向両側にそれぞれギャップを介して配置されている。
【００１４】
＜固定子＞
図２に示すように、固定子２０は、周方向に配置される複数のコア２１と、コア２１の周囲に巻回されるコイル２２と、コア２１を保持する保持部材３０と、から構成される。固定子２０は、保持部材３０の外周側でハウジング４０へと保持する。コア２１は、渦電流の発生を抑制するために、例えば電磁鋼板やアモルファス箔帯などの磁性薄板の積層体で構成されており、各磁性薄板間は絶縁層で絶縁されている。
【００１５】
＜ハウジング４０＞
ハウジング４０の内側には回転子１０と固定子２０が配置されており、ハウジング４０は固定子２０を保持している。ハウジング４０は、放熱性を向上させたり、固定子２０が発生させる磁束が外部に漏れるのを防止するために、例えば、アルミニウムや鉄などの金属で構成される。
【００１６】
＜ベアリング５０＞
ベアリング５０は、ハウジング４０と回転軸６０との間に設けられる。ベアリング５０により、ハウジング４０は固定された状態であっても、回転軸６０のみが回転することが可能となる。これにより、固定子２０および回転子１０から発生する磁気エネルギーによって得られる回転力(トルク)を、回転軸６０を介して外部へと出力する。 
＜回転子１０＞
図３は、第１実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図である。図３に示すように、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機１００の回転子１０は、軸方向に凹部を有するバックヨーク１２と、各凹部に配置される磁石１１とを有する。磁石１１は、例えば接着や溶接によってバックヨーク１２の凹部に設置されている。また、回転子１０は、凹部１２ａおよび凸部１２ｂを有するバックヨーク１２と、凹部１２ａに配置される磁石１１とで構成される。
【００１７】
磁石１１は、径方向最外周における周方向長さＷoutよりも大きい周方向長さＷinが内径側のいずれかに、少なくとも１箇所に形成されている。
【００１８】
以上に示した第１実施例のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造によれば、回転子１０が回転した際、磁石１１に作用する遠心力によって磁石１１が外径側に抜け出ることを抑制し、高強度に磁石１１を保持することが可能となる。また、磁石幅がＷin＞Ｗoutとなる箇所を設けることで、コア２１のギャップ面に対して磁石１１のギャップ面がスキュー効果を得ることが可能となる。
【００１９】
磁石に働く遠心力に対する強度を向上するために、ロータの内周側および外周側にリング状の部材を設け、各リングをつなぐスポークを有する保持部材によって磁石を保持した場合、スポークを設けるため、ギャップにおけるトルク寄与面積が減少し、トルク低下を招く可能性がある。また、保持部材の加工工数の増加や、保持部材を設けるために部品点数が増加する可能性がある。本実施例では、別途部材を設けることなく遠心強度を確保できるため、トルク低下を招く可能性や部品点数が増加する可能性を低減できる。
【００２０】
なお、最外周の周方向長さＷoutよりも大きい周方向長さＷｉｎが形成される場所および形状は、図３に示す構造に限定されるものではなく、例えば、図４や図５に示す構造でもよく、周方向長さＷout＜Ｗinが磁石１１に形成されていればよい。
【００２１】
図３では、磁石１１において最外周の周方向長さＷoutよりも大きい周方向長さＷinが内径側のいずれかに少なくとも１箇所に形成されることにより、磁石１１の径方向における二つの側面が突出した形となっている。換言すれば、磁石１１は径方向の側面において、二つの突出部を有している。これにより、磁石１１の二つの側面で遠心強度が確保されているため、耐遠心強度を高くできる。
【００２２】
図４では、磁石１１の径方向における一つの側面が突出部を有しており、もうひとつの側面は平坦部を有する。このように、片面にのみ突出部が設けられているため、磁石の表面積を広く確保できる。
【００２３】
図５では、磁石１１の最内径幅がＷinとなるように構成されている。また、磁石１１の径方向における二つの側面は平坦になっている。これにより、内周側の磁石１１の幅を広く確保でき、磁束が集中する磁石１１内径側での減磁を抑制できる。
【実施例２】
【００２４】
図６は、第２実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図である。なお、上述した実施例と同一個所に関しては同一符号を用い、説明を省略する。
【００２５】
図６に示すように、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機１００の磁石１１は、第１実施例の構成に加えて、最外周の周方向長さＷoutよりも大きい周方向長さＷinが、磁石１１の最内周に形成されている。
【００２６】
以上に示した第２実施例のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造によれば、回転子１０が回転した際、磁石１１に作用する遠心力によって磁石１１が外径側に抜け出ることを抑制し、高強度に磁石１１を保持することが可能となる。
【００２７】
また、磁石１１は、最外周側から最内周側にかけて周方向長さが大きくなるように形成されているため、回転子１０の回転に伴う磁束の変化を滑らかにすることが可能となり、トルク脈動を抑制することが可能となる。
【００２８】
さらに、コイル２２の磁束が集中する磁石１１の内周側の磁石量を多く確保できるため、磁石の減磁抑制効果がある。
【実施例３】
【００２９】
図７は、第３実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図である。なお、上述した実施例と同一個所に関しては同一符号を用い、説明を省略する。
【００３０】
図７に示すように、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機１００は、第１実施例〜第２実施例の構成に加えて、バックヨーク１２が、例えば電磁鋼板やアモルファス箔などの磁性薄板１３の積層体で構成されている。図７では、磁性薄板１３が径方向に積層されることでバックヨーク１２が構成されている。
【００３１】
以上に示した第３実施例のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造によれば、第１実施例〜第２実施例に示した効果に加えて、バックヨーク１２に交流磁界が作用した際に発生する渦電流を抑制し、モータの損失を抑制することが可能となる。
【実施例４】
【００３２】
図８および図９は、第４実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図である。なお、上述した実施例と同一個所に関しては同一符号を用い、説明を省略する。
【００３３】
図８および図９に示すように、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機は、第１実施例〜第３実施例の構成に加えて、磁石１１の内周側および外周側にリング状の保持部材１４ａおよび保持部材１４ｂを配置している。なお、リング状の保持部材１４ａおよび保持部材１４ｂの材質は、例えば金属であるが、金属に限定されるものではなく、例えば、リング状に形成された樹脂であってもよい。保持部材１４ａは、磁石１１およびバックヨーク１２の最外周部の外周側に配置されている。アキシャルギャップ型回転電機の回転軸が水平になるように設置される場合、保持部材１４ｂは、磁石１１が内径側に抜け落ちるのを防止する。
【００３４】
以上に示した第４実施例のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造によれば、第１実施例〜第３実施例に示した効果に加えて、磁石に作用する遠心力を外周側のリング状保持部材１４ａでも担保することが可能になり、高速回転時にも高信頼に磁石１１を保持することが可能となる。
【実施例５】
【００３５】
図１０は、第５実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図である。なお、上述した実施例と同一箇所に関しては同一符号を用い、説明を省略する。
【００３６】
図１０に示すように、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機は、第１実施例〜第４実施例の構成に加えて、バックヨーク１２の凹凸部(１２ａおよび１２ｂ)に段差１２ｃを設けている。また、磁石１１には、バックヨーク１２の段差１２ｃに対応した段差１１ｃを設ける。さらに、磁石１１はバックヨーク１２の凹部１２ａに嵌合される。
【００３７】
以上に示した第５実施例のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造によれば、第１実施例〜第４実施例に示した耐遠心強度を向上させる効果に加えて、磁石に作用する軸方向(ギャップ面方向)の磁気吸引力によって、磁石が抜け落ちることを抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００３８】
１００：アキシャルギャップ型回転電機
１０  ：回転子
１１  ：磁石
１２  ：バックヨーク
１２ａ：凹部
１２ｂ：凸部
１３  ：磁性薄板
１４  ：リング状保持部材
１４ａ：外周側のリング状保持部材
１４ｂ：内周側のリング状保持部材
２０  ：固定子
２１  ：コア
２２  ：コイル
３０  ：保持部材
４０  ：ハウジング
５０  ：ベアリング
６０  ：シャフト（回転軸）
【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】
2015216715.tif 000009
【図８】
2015216715.tif 000010
【図９】
2015216715.tif 000011
【図１０】
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