(57)【要約】【課題】アキシャルギャップ型永久磁石回転電機について使用する永久磁石の数を削減して、回転子を容易かつ安価に製造する。【解決手段】実施形態のアキシャルギャップ型永久磁石回転電機は、第１の回転子における、第２の回転子に軸方向で対向する面において取り付けた永久磁石の磁極方向が全て同じであり、第２の回転子における、第１の回転子に対向する面において取り付けた永久磁石の磁極方向が全て同じであり、夫々の回転子の周方向における２つの永久磁石の間を、周方向両側の永久磁石との間で軸方向の面が同じになるように永久磁石と概ね同じ大きさの磁性材料で構成し、第１および第２の回転子の間で、磁束がループを作りながら軸方向に流れて電機子を通過するように構成した。【選択図】図４
2015019546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの回転中心に対して垂直な面を有する磁性材料からなる第１および第２の回転円盤を設け、前記第１の回転円盤の軸方向の面に軸方向を磁極方向とする永久磁石を周方向に複数個取り付けて前記シャフトにより回転する第１の回転子を形成し、前記第２の回転円盤の軸方向の面に軸方向を磁極方向とする永久磁石を周方向に複数個取り付けて永久磁石の軸方向の面を前記第１の回転子の永久磁石の軸方向の面に向かい合わせて前記シャフトにより回転する第２の回転子を形成し、前記第１の回転子と前記第２の回転子における軸方向の対向面の間に電機子を配置したアキシャルギャップ型永久磁石回転電機において、
前記第１の回転子における、前記第２の回転子に対向する面において取り付けた永久磁石の磁極方向が全て同じであり、
前記第２の回転子における、前記第１の回転子に対向する面において取り付けた永久磁石の磁極方向が全て同じであり、
夫々の回転子の周方向における２つの永久磁石の間を、周方向両側の永久磁石との間で軸方向の面が同じになるように永久磁石と概ね同じ大きさの磁性材料で構成し、
前記第１および第２の回転子の間で、磁束がループを作りながら軸方向に流れて前記電機子を通過するように構成した
ことを特徴とするアキシャルギャップ型永久磁石回転電機。
【請求項２】
前記第１の回転子の永久磁石と前記第２の回転子の永久磁石とが互いに対向しないように周方向にずらして配置した
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永久磁石回転電機。
【請求項３】
前記第１の回転子の永久磁石と前記第２の回転子の永久磁石とが周方向位置において互いに対向し、
前記第１の回転子の永久磁石の磁極方向と前記第２の回転子の永久磁石の磁極方向は、軸方向の対向面において互いに異なる
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永久磁石回転電機。
【請求項４】
前記永久磁石は第１の回転子のみに取り付けられ、
前記第２の回転子を、永久磁石を取り付けない磁性材料の回転円盤で構成した
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永久磁石回転電機。
【請求項５】
永久磁石を取り付けたときの軸方向の面が平らとなるように前記回転子に溝を設け、この溝に永久磁石を取り付けた
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のアキシャルギャップ型永久磁石回転電機。
【請求項６】
周方向両側の永久磁石との間で軸方向の面が平らとなるように永久磁石と概ね同じ大きさで構成した磁性材料は、前記第１および第２の回転円盤の凸部である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のアキシャルギャップ型永久磁石回転電機。
【請求項７】
シャフトの回転中心に対して垂直な面を有する磁性材料からなる第１および第２の回転円盤を設け、前記第１の回転円盤の軸方向の面に軸方向を磁極方向とする永久磁石を周方向に複数個取り付けて前記シャフトにより回転する第１の回転子を形成し、前記第２の回転円盤の軸方向の面に軸方向を磁極方向とする永久磁石を周方向に複数個取り付けて永久磁石の軸方向の面を前記第１の回転子の永久磁石の軸方向の面に向かい合わせて前記シャフトにより回転する第２の回転子を形成し、前記第１の回転子と前記第２の回転子における軸方向の対向面の間に電機子を配置したアキシャルギャップ型永久磁石回転電機に適用される製造方法であって、
前記第１の回転子における、前記第２の回転子に対向する面において取り付けた永久磁石の磁極方向を全て同じとし、
前記第２の回転子における、前記第１の回転子に対向する面において取り付けた永久磁石の磁極方向を全て同じとし、
夫々の回転子の周方向における２つの永久磁石の間を、周方向両側の永久磁石との間で軸方向の面が同じになるように永久磁石と概ね同じ大きさの磁性材料で構成し、
前記第１および第２の回転子の間で、磁束がループを作りながら軸方向に流れて前記電機子を通過するように構成した
ことを特徴とするアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、アキシャルギャップ型永久磁石回転電機およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の界磁には高効率化の観点から永久磁石を使うのが一般的である。シャフトと垂直な面に永久磁石を配置し、この永久磁石に対向して電機子を配置し、軸方向にエアギャップを有するアキシャルギャップ型永久磁石回転電機では、回転子はロータディスクに永久磁石を貼り付ける構成となっている。
【０００３】
回転子は軸方向に複数個配置される。夫々の回転子の間に電機子が配置され、軸方向に夫々の回転子と電機子との間のエアギャップを有し、回転子から電機子を通って反対側の回転子へ磁束が通過するように構成される。
【０００４】
従って、回転電機を発電機として用いる場合は、何らかの動力で回転子を回転させることにより永久磁石から発せられた磁束が回転磁界となり電機子を通過することで、電機子で電力を発生させることができる。
【０００５】
先行技術としては、ダブルロータのアキシャルギャップ型永久磁石回転電機があり、固定子である電機子コイルを軸方向に挟んで回転子のバックヨークに埋め込まれた永久磁石が互いに対向した位置に配置した構成がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
ところで、永久磁石を界磁とした場合に高出力を得るためには、例えばネオジム磁石のような高性能な磁石を使用することになる。また、より減磁に強くする為にはＤｙ（ディスプロシウム）を多く使用したネオジム磁石を使うことになる。昨今のレアアース問題からして磁石を多く使うと回転電機にかかるコストが高価となってしまう。
【０００８】
また、永久磁石の製造コストに対する磁石の加工コストが占める割合が少なくないので、磁石の個数は、全体の組立工数だけではなく磁石の加工コストにも大きく影響する。
【０００９】
しかしながら、回転子において永久磁石を周方向に異極性となるように交互に並べて配置すると、極数の数だけ永久磁石が必要となるので部品数が多くなる。この場合、製造が煩雑で素材コスト、加工コスト共に高価な永久磁石を多く使うことになるので、回転電機にかかる全体的なコストが高価となってしまう。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、使用する永久磁石の数を削減して、回転子を容易かつ安価に製造することが可能なアキシャルギャップ型永久磁石回転電機およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態のアキシャルギャップ型永久磁石回転電機は、シャフトの回転中心に対して垂直な面を有する磁性材料からなる第１および第２の回転円盤を設け、第１の回転円盤の軸方向の面に軸方向を磁極方向とする永久磁石を周方向に複数個取り付けてシャフトにより回転する第１の回転子を形成し、第２の回転円盤の軸方向の面に軸方向を磁極方向とする永久磁石を周方向に複数個取り付けて永久磁石の軸方向の面を第１の回転子の永久磁石の軸方向の面に向かい合わせてシャフトにより回転する第２の回転子を形成し、第１の回転子と第２の回転子における軸方向の対向面との間に電機子を配置したアキシャルギャップ型永久磁石回転電機において、第１の回転子における、第２の回転子に対向する面において取り付けた永久磁石の磁極方向が全て同じであり、第２の回転子における、第１の回転子に対向する面において取り付けた永久磁石の磁極方向が全て同じであり、夫々の回転子の周方向における２つの永久磁石の間を、周方向両側の永久磁石との間で軸方向の面が同じになるように永久磁石と概ね同じ大きさの磁性材料で構成し、第１および第２の回転子の間で、磁束がループを作りながら軸方向に流れて電機子を通過するように構成した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アキシャルギャップ型永久磁石回転電機について使用する永久磁石の数を削減して、回転子を容易かつ安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の構成例を示す軸方向断面図。
【図２】第１の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機のＡ−Ａ線の矢視図。
【図３】第１の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機のＢ−Ｂ線の矢視図。
【図４】第１の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機のＣ−Ｃ線位置での周方向展開図。
【図５】第１の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機における磁束の流れを説明するためのフローチャート。
【図６】第２の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の構成例を示す軸方向断面図。
【図７】第２の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機のＣ−Ｃ線位置での周方向展開図。
【図８】第３の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機における磁束の流れを説明するためのフローチャート。
【図９】第３の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の構成例を示す軸方向断面図。
【図１０】第３の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機のＣ−Ｃ位置での周方向展開図。
【図１１】第３の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機における磁束の流れを説明するためのフローチャート。
【図１２】第４の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の構成例を示す軸方向断面図。
【図１３】第４の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機のＣ−Ｃ線位置での周方向展開図。
【図１４】第４の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機における磁束の流れを説明するためのフローチャート。
【図１５】従来技術によるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図１６】従来技術によるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機のＡ−Ａ線矢視図。
【図１７】従来技術によるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機のＢ−Ｂ線矢視図。
【図１８】従来技術によるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機のＣ−Ｃ線位置での周方向展開図。
【図１９】従来技術によるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機における磁束の流れを説明するためのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、各実施形態について図面を用いて説明する。  
まず、各実施形態の理解を容易にするために従来技術によるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機について説明する。  
図１５は、従来技術によるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の軸方向断面図である。図１６は、従来技術によるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の図１５中のＡ−Ａ線矢視図である。図１７は、従来技術によるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の図１５中のＢ−Ｂ線矢視図である。図１８は、従来技術によるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の図１５中のＣ−Ｃ線位置での周方向展開図である。  
図１５から図１８において、アキシャルギャップ型永久磁石回転電機は、シャフト１、回転子２、永久磁石３を備える。シャフト１は軸受等で自由に回転可能に支持されている。回転子２は、シャフト１の回転中心に対し垂直な面を有する磁性材料からなる回転円盤で構成され、シャフト１に固定されている。回転子２を構成する回転円盤における軸方向の面には、この軸方向を磁極方向とする永久磁石３が周方向（回転方向）に複数個取り付けられる。
【００１５】
また、回転子２には、概ね外周側の位置に永久磁石３を取り付けるための溝加工が施してあり、この溝に永久磁石３を取り付けた状態で回転子２の軸方向面が概ね平坦になるように構成される。  
また、回転子２は、軸方向に第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とから成る。これらの回転子は、永久磁石３の軸方向面を対向させてシャフト１に取り付けられている。
【００１６】
第１の回転子２−１に取り付けられる永久磁石を永久磁石３−１と呼び、第２の回転子２−２に取り付けられる永久磁石を永久磁石３−２と呼ぶ。  
第１の回転子２−１における、第２の回転子２−２に軸方向で対向する面において取り付けた永久磁石３−１の磁極方向は全て同じである。  
また、第２の回転子２−２における、第１の回転子２−１に軸方向で対向する面において取り付けた永久磁石３−２の磁極方向は全て同じである。  
また、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とでは、対向する面の周方向位置において、永久磁石３−１と永久磁石３−２とが異極性で対向するように取り付けられる。
【００１７】
第１の回転子２−１側の永久磁石３−１のＮ極が第２の回転子２−２側の永久磁石３−２のＳ極と対向するようにし、第２の回転子２−２側の永久磁石３−２のＮ極が第１の回転子２−１側の永久磁石３−１のＳ極と対向するようにする。
【００１８】
また、第１の回転子２−１側では、第２の回転子２−２側を向く永久磁石３−１の極性が周方向でＮ極、Ｓ極、Ｎ極というように交互になるように永久磁石３−１を配置する。第２の回転子２−２側では、第１の回転子２−１側を向く永久磁石３−２の極性が周方向でＳ極、Ｎ極、Ｓ極というように交互になるように永久磁石３−２を配置する。
【００１９】
また、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２における軸方向の対向面との間には電機子６が形成される。この電機子６は、電機子鉄心４と電機子コイル５とからなる。この電機子コイル５は、電機子鉄心４の軸方向に周回するように電機子鉄心４に対して巻かれる。
【００２０】
この電機子６は、周方向に１２個配置されて１２極の固定子７を構成する。この固定子７は回転しないように構成される。固定子７の１２個の電機子コイル５は、３相となるように夫々接続される。
【００２１】
次に、従来技術における作用について図１９を参照しながら説明する。図１８の矢印で示すように、第１の回転子２−１に取り付けられた永久磁石３−１のＮ極から磁束が発せられると（Ａ５１）、この磁束は、第１の回転子２−１と電機子鉄心４との間のエアギャップを軸方向に通過し、電機子鉄心４を通過し、さらに電機子鉄心４と第２の回転子２−２との間のエアギャップを軸方向に通過して第２の回転子２−２に到達する（Ａ５２）。
【００２２】
この時、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とは、周方向位置で互いに永久磁石３が異極性で対向するように配置されている。これにより、第１の回転子２−１の永久磁石３−１のＮ極から発せられた磁束は、第２の回転子２−２の永久磁石３−２のＳ極に流入する（Ａ５３）。
【００２３】
第２の回転子２−２の永久磁石３−２のＳ極に流入した磁束はＮ極から出て、この永久磁石３−２の周方向両側にある永久磁石３−２に夫々分かれ、この永久磁石３−２のＳ極に流入する（Ａ５４）。
【００２４】
この磁束は、流入した永久磁石３−２のＮ極から出て、さらに電機子鉄心４と第２の回転子２−２との間の軸方向エアギャップを通過し、電機子鉄心４を通過し、第１の回転子２−１と電機子鉄心４との間の軸方向エアギャップを通過して、第１の回転子２−１に到達する（Ａ５５）。
【００２５】
この時、前述したように、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とは、対向する周方向位置で永久磁石３が異極性で対向するように配置されている。よって、第２の回転子２−２の永久磁石３−２から発せられた磁束は、第１の回転子２−１の２つの永久磁石３−１の間の永久磁石３−１のＳ極に流入する（Ａ５６）。  
この磁束は、流入した永久磁石３−１のＮ極の周方向両側にある永久磁石３−１のＳ極に流入する（Ａ５７）。
【００２６】
以上説明したように、第１の回転子２−１および第２の回転子２−２との間で磁束がループを作りながら軸方向に流れ、この磁束は常に電機子鉄心４を通過する。  
第１の回転子２−１と第２の回転子２−２は、周方向の相対位置が固定された状態でシャフト１に取り付けられる。このシャフト１が回転することにより第１の回転子２−１および第２の回転子２−２も回転する。これにより、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２との間に流れる磁束が回転磁界となって電機子鉄心４を通過する。  
電機子鉄心４の軸方向周囲には電機子コイル５が巻かれているので、回転磁界の通過によって誘起電力が発生して、アキシャルギャップ型永久磁石回転電機が発電機として成立する。
【００２７】
次に、各実施形態について説明する。  
（第１の実施形態）
次に、第１の実施形態について説明する。  
第１の実施形態の構成について、図１、図２、図３、図４を用いて説明する。図１は、第１の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の軸方向断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ面における矢視図である。図３は、図１のＢ−Ｂ面における矢視図である。図４は、図１のＣ−Ｃ位置での周方向展開図である。  
図１から図４において、アキシャルギャップ型永久磁石回転電機は、シャフト１、回転子２、永久磁石３を備える。シャフト１は、軸受等で自由に回転可能に支持されている。回転子２は、シャフト１の回転中心に対し垂直な面を有する磁性材料からなる回転円盤で構成され、シャフト１に固定されている。
【００２８】
また、回転子２には、概ね外周側の位置に永久磁石３を取り付けるための、永久磁石３とほぼ同じ大きさの溝加工が施してあり、この溝に永久磁石を取り付けた状態で、回転子２の軸方向面が概ね平坦になるように構成される。
【００２９】
この結果、第１の回転子２−１については、図４に示すように、軸方向面が永久磁石３−１、回転円盤の凸部２−１−１、永久磁石３−１、凸部２−１−１、…の順で配列される。また、第２の回転子２−２については、図４に示すように、軸方向面が永久磁石３−２、回転円盤の凸部２−２−１、永久磁石３−２、凸部２−２−１、…の順で配列される。
【００３０】
また、回転子２は、軸方向に第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とから成る。これらの回転子は、永久磁石３の面を対向させてシャフト１に取り付けられている。  
また、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とは、対向する面の周方向位置において、永久磁石３−１と永久磁石３−２とが対向しない方向にずらして取り付けられる。  
また、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２の軸方向の対向面の間には、電機子６が形成される。この電機子６は、電機子鉄心４と電機子コイル５とからなる。この電機子コイル５は、電機子鉄心４の軸方向に周回するように電機子鉄心４に対して巻かれる。
【００３１】
この電機子６は、周方向に１２個配置されて１２極の固定子７を構成する。この固定子７は回転しないように取り付けられている。固定子７の１２個の電機子コイル５は、３相となるように夫々接続される。
【００３２】
次に、第１の実施形態における作用について説明する。図５は、第１の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機における磁束の流れを説明するためのフローチャートである。  
図４の矢印で示すように、第１の回転子２−１に取り付けられた永久磁石３−１のＮ極から磁束が発せられると（Ａ１）、この磁束は、第１の回転子２−１と電機子鉄心４との間のエアギャップを軸方向に通過し、電機子鉄心４を通過し、さらに電機子鉄心４と第２の回転子２−２との間のエアギャップを軸方向に通過して第２の回転子２−２に到達する（Ａ２）。
【００３３】
この時、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とは、周方向位置で互いに永久磁石３が対向しないように配置されている。これにより、第１の回転子２−１の永久磁石３−１のＮ極から発せられた磁束は、第２の回転子２−２の２つの永久磁石３−２の間の凸部２−２−１に到達する（Ａ３）。
【００３４】
第２の回転子２−２の凸部２−２−１に到達した磁束は、この凸部２−２−１の周方向両側にある永久磁石３−２に夫々分かれ、この永久磁石３−２のＳ極に流入する（Ａ４）。
【００３５】
この磁束は、第２の回転子２−２の永久磁石３−２のＮ極から出て、さらに電機子鉄心４と第２の回転子２−２との間の軸方向エアギャップを通過し、電機子鉄心４を通過し、第１の回転子２−１と電機子鉄心４との間の軸方向エアギャップを通過して、第１の回転子２−１に到達する（Ａ５）。
【００３６】
この時、前述したように、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とは、対向する周方向位置で永久磁石３が対向しないように周方向にずらして配置されている。よって、第２の回転子２−２の永久磁石３−２から発せられた磁束は、第１の回転子２−１の２つの永久磁石３−１の間の凸部２−１−１に到達する（Ａ６）。  
第１の回転子２−１の凸部２−１−１に流入した磁束は、この凸部２−１−１の周方向両側にある永久磁石３−１のＳ極に流入する（Ａ７）。
【００３７】
以上説明したように、第１の回転子２−１および第２の回転子２−２との間で、磁束がループを作りながら軸方向に流れ、常に電機子鉄心４を通過する。  
第１の回転子２−１と第２の回転子２−２は、周方向の相対位置が固定された状態でシャフト１に取り付けられ、このシャフト１が回転することにより第１の回転子２−１および第２の回転子２−２も回転する。これにより、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２との間に流れる磁束が回転磁界となって電機子鉄心４を通過する。
【００３８】
電機子鉄心４には、その軸方向周囲に電機子コイル５が巻かれているので、回転磁界の通過によって誘起電力が発生して、アキシャルギャップ型永久磁石回転電機が発電機として成立する。
【００３９】
以上説明したように、第１の回転子２−１および第２の回転子２−２には、夫々の回転子２−１および２−２の凸部２−１−１および２−２−１と、永久磁石３−１および３−２とが周方向において交互に配置されており、夫々の凸部２−１−１、２−２−１も磁極を形成している。これにより、１２極の回転電機を構成する場合、夫々の回転子について永久磁石の数を従来技術の１２個からと比べて半分の６個ずつとして磁路を形成することが可能となる。
【００４０】
従って、磁石のトータル数量を従来技術の２４個と比べて半分の１２個とすることができる。これにより、高価な永久磁石の使用量を少なくすることができ、且つ組立部品も少なくなるので組立が簡素化され、かつ組立コストを削減できる。
【００４１】
なお、磁性材部分と鉄心部分との間の磁気抵抗が、エアギャップ部分、永久磁石部分に比べて極めて小さいと仮定すると、従来技術では永久磁石１個当たり１つのエアギャップと１つの永久磁石との間の磁気抵抗を分担する。これに対し、本実施形態では、同じく永久磁石１個当たりエアギャップ２つと永久磁石１個分との間の磁気抵抗を分担することになる。しかし、永久磁石の厚みに対しエアギャップの厚みは極めて小さいので、永久磁石１個当たりの量は従来技術とほぼ同等とすることができ、個数が減る分だけ永久磁石の使用量も減少させることができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の構成について、図６、図７を用いて説明する。図６は、第２の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の軸方向断面図である。図７は、図５のＣ−Ｃ位置での周方向展開図である。図６、図７において、第１の実施形態で示した図１から図４と同じ要素で同じ機能を有するものは同一の符号を記しており、詳細な説明は省略し、構成・機能の異なる部分について説明する。  
図６および図７に示すように、第２の実施形態では、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とが対向する面の相対する周方向位置が、第１の回転子２−１の永久磁石３−１と第２の回転子２−２の永久磁石３−２とが夫々対向する位置になるように、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２がシャフト１に取り付けられる。
【００４３】
また、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とが対向する面において、第１の回転子２−１の永久磁石３−１の極性および第２の回転子２−２の永久磁石３−２の極性が夫々異なる極性になるように、永久磁石３−１が第１の回転子２−１における第２の回転子２−２に対向する面に貼り付けられ、永久磁石３−２が第２の回転子２−２における第１の回転子２−１に対向する面に貼り付けられる。
【００４４】
図７に示すように、第２の実施形態では、第１の回転子２−１の永久磁石３−１における第２の回転子２−２に対向する面の全ての極性がＮ極になり、第２の回転子２−２の永久磁石３−２における第１の回転子２−１に対向する面の全ての極性がＳ極になるように構成されている。その他の構成については第１の実施形態と同じであり、詳細な説明は省略する。
【００４５】
次に、第２の実施形態における作用について説明する。図８は、第２の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機における磁束の流れを説明するためのフローチャートである。  
第１の回転子２−１の永久磁石３−１のＮ極から磁束が発せられると（Ａ２１）、この磁束は、第１の回転子２−１と電機子鉄心４との間のエアギャップを軸方向に通過し、電機子鉄心４を通過し、さらに電機子鉄心４と第２の回転子２−２との間のエアギャップを軸方向に通過して（Ａ２２）、第２の回転子２−２の永久磁石３−２のＳ極に流入する（Ａ２３）。
【００４６】
この永久磁石３−２のＮ極から出た磁束は、この永久磁石３−２の周方向両側にある凸部２−２−１を通って、第２の回転子２−２と電機子鉄心４との間のエアギャップを軸方向に通過し、電機子鉄心４を通過し、さらに、電機子鉄心４と第１の回転子２−１との間のエアギャップを通過し（Ａ２４）、第１の回転子２−１の凸部２−１−１に流入する（Ａ２５）。この流入した磁束は、この凸部２−１−１の周方向両側にある永久磁石３−１のＳ極に流入して（Ａ２６）、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２との間をループ状に流れる。
【００４７】
第１の実施形態と同様に、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２は、周方向の相対的位置を保ったままでシャフト１に取り付けられている。このシャフト１が回転することによって、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２も周方向の相対的位置を保ったまま回転するので、電機子鉄心４に回転磁界が作用することになる。夫々の電機子鉄心４には電機子コイル５が軸方向に対して周囲に巻かれており、電機子コイル５は固定子７で３相を形成するように接続されている。これにより、アキシャルギャップ型永久磁石回転電機は誘起電力を発生することができ、発電機として成立する。
【００４８】
以上説明したように、第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、第１の回転子２−１および第２の回転子２−２は、凸部２−１−１および凸部２−２−１と、永久磁石３−１と永久磁石３−２とを周方向において交互に配置しており、夫々の凸部２−１−１、２−２−１も磁極を形成する。これにより、１２極のアキシャルギャップ型永久磁石回転電機を構成する場合、夫々の回転子の永久磁石の数を従来技術と比べて半分の６個ずつとすれば磁路を形成することが可能となる。
【００４９】
従って、磁石のトータル数量を従来技術の２４個と比べて半分の１２個とすることができる。これにより、高価な永久磁石の使用量を少なくすることができ、且つ組立部品も少なくなるので、組立が簡素化されて組立コストも削減できる。
【００５０】
なお、磁性材部分と鉄心部分の磁気抵抗が、エアギャップ部分と永久磁石部分に比べて極めて小さいとすると、従来技術では永久磁石１個当たり１つのエアギャップの磁気抵抗と１つの永久磁石の磁気抵抗とを分担する。これに対し、第２の実施形態では、第１の実施形態と同じく、永久磁石１個当たりエアギャップ２つ分の磁気抵抗と永久磁石１個分の磁気抵抗を分担することになるが、磁石の厚みに対しエアギャップの厚みは極めて小さいので、永久磁石１個当たりの使用量は従来技術とほぼ同等となり、個数が減る分だけ永久磁石の使用量も減少させることができる。
【００５１】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について図９、図１０を用いて説明する。図９は、第３の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の軸方向断面図である。図１０は、図９のＣ−Ｃ位置での周方向展開図である。図９、図１０において、第１の実施形態で示した図１から図４と同じ要素で同じ機能を有するものは同一の符号を記しており、詳細な説明は省略し、構成・機能の異なる部分について説明する。  
図９および図１０に示すように、第３の実施形態では、第１の回転子２−１は第１および第２の実施形態と同様に構成される。また、第２の回転子２−２は、シャフト１の回転中心に対し垂直な面を有する磁性材料から成る回転円盤だけで構成されてシャフト１に固定される。
【００５２】
第１および第２の実施形態と同様に、電機子６で構成される固定子７は第１の回転子２−１と第２の回転子２−２の軸方向の間に配置される。その他の構成については第１および第２の実施形態と同じである。
【００５３】
次に、第３の実施形態における作用について説明する。図１１は、第３の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機における磁束の流れを説明するためのフローチャートである。  
第１の回転子２−１の永久磁石３−１のＮ極から磁束が発せられると（Ａ３１）、この磁束は、第１の回転子２−１と電機子鉄心４との間のエアギャップを軸方向に通過し、電機子鉄心４を通過し、さらに電機子鉄心４と第２の回転子２−２との間のエアギャップを通過して（Ａ３２）、第２の回転子２−２に流入する（Ａ３３）。
【００５４】
第２の回転子２−２に流入した磁束は周方向両側に分かれて、電機子鉄心４の周方向両側に位置する面より、第２の回転子２−２と電機子鉄心４との間のエアギャップを通過し、電機子鉄心４を通過し、さらに電機子鉄心４と第１の回転子２−１との間のエアギャップを通過し（Ａ３３）、第１の回転子２−１の凸部２−１−１に流入する（Ａ３５）。第１の回転子２−１の凸部２−１−１に流入した磁束は、周方向に分かれて夫々の磁束が、この凸部２−１−１の周方向両側にある永久磁石３−１のＳ極に流入する（Ａ３６）。
【００５５】
従って、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２との間で磁気ループが形成され、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とがシャフト１によって回転させられる。これにより、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２との間に軸方向に配置された電機子６を通過する磁束が回転磁界となる。夫々の電機子６の電機子コイル５は、夫々が３相となるように接続されて固定子７を形成しているので、電機子コイル５の誘起電力により、アキシャルギャップ型永久磁石回転電機は発電機として成立する。
【００５６】
第３の実施形態では、第２の回転子２−２に永久磁石を使用しなくて良いので、１２極の回転電機を構成する場合、使用する永久磁石は第１の回転子２−１に使用する６個だけとなる。これにより、第２の実施形態と比べて磁石の数を大幅に削減することができる。
【００５７】
第３の実施形態では、永久磁石１個当たりの磁気抵抗の分担におけるエアギャップ分の磁気抵抗は、第１および第２の実施形態に比べて２倍の４箇所となる。しかし、エアギャップに比べて磁石は十分に厚いので、使用する磁石の量が大幅に増加することはない。
【００５８】
第３の実施形態では、永久磁石の数量を従来技術の１／４にすることができる。また、永久磁石１個当たりの使用量はエアギャップの磁気抵抗の増加に伴って増えるが従来技術に比べて２倍未満にできるので、磁石のトータル使用量を従来技術に比べて１／２未満にすることができる。
【００５９】
従って、磁石の使用量が減った分だけ部品コストを削減することができる。且つ部品数が減った分だけ組立が容易で組立工数を削減できるので作業コストも削減できる。これにより、アキシャルギャップ型永久磁石回転電機を非常に安価に製作することができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について図１２、図１３を用いて説明する。図１２は、第４の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機の軸方向断面図である。図１３は、図１２のＣ−Ｃ位置での周方向展開図である。図１２、図１３において、第１の実施形態で示した図１から図４と同じ要素で同じ機能を有するものは同一の符号を記しており、詳細な説明は省略し、構成・機能の異なる部分について説明する。  
図１２および図１３に示すように、第１の回転子２−１は、シャフト１に回転中心に対し垂直な面を有する磁性材料から成る回転円盤で構成されて、シャフト１に固定されている。
【００６１】
また、回転子２は、概ね外周側の位置に永久磁石３が貼り付けられ、永久磁石３と永久磁石３との間には、ほぼ永久磁石３と同形状の磁性材料からなる磁性材ブロック２−３が取り付けられている。その他構成については第１の実施形態と同じである。
【００６２】
図１３において、第１の回転子２−１の凸部２−１−１および第２の回転子２−２の凸部２−２−１に相当する箇所に磁性材ブロック２−３を配置して夫々の第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とを構成している。この磁性材ブロック２−３は磁性材料からなり、永久磁石３−１および３−２とほぼ同形状をなす。
【００６３】
この結果、第１の回転子２−１については、図１３に示すように、軸方向面が永久磁石３−１、磁性材ブロック２−３、永久磁石３−１、磁性材ブロック２−３、…の順で配列される。また、第２の回転子２−２については、図１３に示すように、軸方向面が永久磁石３−２、磁性材ブロック２−３、永久磁石３−２、磁性材ブロック２−３、…の順で配列される。よって、基本的な作用については第１の実施形態と同じである。
【００６４】
次に、第４の実施形態における作用について説明する。図１４は、第４の実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石回転電機における磁束の流れを説明するためのフローチャートである。  
図１３の矢印で示すように、第１の回転子２−１に取り付けられた永久磁石３−１のＮ極から磁束が発せられると（Ａ４１）、この磁束は、第１の回転子２−１と電機子鉄心４との間のエアギャップを軸方向に通過し、電機子鉄心４を通過し、さらに電機子鉄心４と第２の回転子２−２との間のエアギャップを軸方向に通過して第２の回転子２−２に到達する（Ａ４２）。
【００６５】
この時、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とは、周方向位置で互いに永久磁石３が対向しないように配置されている。これにより、第１の回転子２−１の永久磁石３−１のＮ極から発せられた磁束は、第２の回転子２−２の２つの永久磁石３−２の間の磁性材ブロック２−３に到達する（Ａ４３）。
【００６６】
第２の回転子２−２の磁性材ブロック２−３に到達した磁束は、この磁性材ブロック２−３の周方向両側にある永久磁石３−２に夫々分かれ、この永久磁石３−２のＳ極に流入する（Ａ４４）。
【００６７】
この磁束は、第２の回転子２−２の永久磁石３−２のＮ極から出て、さらに電機子鉄心４と第２の回転子２−２との間の軸方向エアギャップを通過し、電機子鉄心４を通過し、第１の回転子２−１と電機子鉄心４との間の軸方向エアギャップを通過して、第１の回転子２−１に到達する（Ａ４５）。
【００６８】
この時、前述したように、第１の回転子２−１と第２の回転子２−２とは、対向する周方向位置で永久磁石３が対向しないように周方向にずらして配置されている。よって、第２の回転子２−２の永久磁石３−２から発せられた磁束は、第１の回転子２−１の２つの永久磁石３−１の間の磁性材ブロック２−３に到達する（Ａ４６）。  
第１の回転子２−１の磁性材ブロック２−３に流入した磁束は、この磁性材ブロック２−３の周方向両側にある永久磁石３−１のＳ極に流入する（Ａ４７）。
【００６９】
以上説明したように、第１の回転子２−１および第２の回転子２−２との間で、磁束がループを作りながら軸方向に流れ、常に電機子鉄心４を通過する。  
効果に関しても、第１の実施形態で説明した同じ効果を奏する。ただし、その他の効果として、第１の回転子２−１および第２の回転子２−２において、夫々の永久磁石３−１又は３−２を取り付けるための溝加工、又は第１の実施形態で説明した凸部２−１−１又は凸部２−２−１を設けるための溝加工をする必要が無い。よって、第１の実施形態と比較して加工工数を低減できる。
【００７０】
なお、第４の実施形態に関しては、第１の実施形態で説明した第１の回転子２−１又は第２の回転子の両方又は片方に対して、凸部２−１−１又は凸部２−２−１を磁性材ブロック２−３に置き換えるだけで実現できる。よって、第４の実施形態を第２および第３の実施形態にも適用でき、同様の効果が得られることは改めて言及するまでも無い。
【００７１】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７２】
１…シャフト、２…回転子、２−１…第１の回転子、２−２…第２の回転子、２−３…磁性材ブロック、２−１−１…第１の回転子の凸部、２−２−１…第２の回転子の凸部、２−３…磁性材ブロック、３…永久磁石、３−１…第１の回転子の永久磁石、３−２…第２の回転子の永久磁石、４…電機子鉄心、５…電機子コイル、６…電機子、７…固定子。
【図１】
2015019546.tif 000003
【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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【図１８】
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【図１９】
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