(57)【要約】【課題】回転軸方向における回転子の一方側に巻線固定子を配設すると共に、他方側に非巻線固定子を配設したアキシャルギャップ型回転電機において、コギングトルクをなるべく抑制すること。【解決手段】回転軸２８ａ方向に沿って１つの回転子２０の両側に巻線固定子３０及び非巻線固定子４０が配設されている。巻線固定子３０側に溝部３８Ｓが形成されると共に、非巻線固定子４０には、非巻線固定子側凹部４２Ｓが形成されている。非巻線固定子側凹部４２Ｓは、巻線固定子側凹部としての溝部３８Ｓを回転軸２８ａに沿って投影した位置から外れた位置に形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（２８ａ）を中心として回転自在に配設され、前記回転軸方向における両面に前記回転軸周りに複数の磁極を呈する回転子（２０、１２０）と、
前記回転軸方向における前記回転子の一方側にギャップを隔てて配設され、略円盤状の第１バックヨーク磁心（３２、１３２）と、前記第１バックヨーク磁心の前記回転子側に前記回転軸周りに沿って配設された複数の固定子磁心（３４）と、前記各固定子磁心のうち前記回転子に対向する面に回転磁界を発生させるコイル（３６）とを有する巻線固定子（３０、３３０）と、
前記回転軸方向における前記回転子の他方側にギャップを隔てて配設され、実質的に、略円盤状の第２バックヨーク磁心（４２、２４２、３４２）のみ有する非巻線固定子（４０、２４０、３４０）と、
を備え、
前記巻線固定子のうち前記回転子側の部分であって前記各固定子磁心間に、前記回転子に対して凹む巻線固定子側凹部（３８Ｓ）が形成され、
前記非巻線固定子のうち前記回転子側の部分であって前記巻線固定子側凹部を前記回転軸に沿って投影した位置から外れた位置に、前記非巻線固定子の径方向に沿って延びる非巻線固定子側凹部（４２Ｓ）が形成された、アキシャルギャップ型回転電機。
【請求項２】
請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記巻線固定子側凹部は、前記各固定子磁心（３４）間の溝、又は、前記各固定子磁心の先端部に取付けられた幅広磁心（３８）間の溝（３８Ｓ）である、アキシャルギャップ型回転電機。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記各非巻線固定子側凹部（４２Ｓ）と前記各巻線固定子側凹部（３８Ｓ）とは、略同幅、略同間隔、同数設けられている、アキシャルギャップ型回転電機。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記各非巻線固定子側凹部（４２Ｓ）の延在方向が前記回転軸を中心として前記各巻線固定子側凹部（３８Ｓ）の延在方向に対してずれる角度が、（１８０÷Ｎｃ）゜（但し、Ｎｃは前記巻線固定子の前記各固定子磁心の数と前記回転子の片面側に現れる磁極数との最小公倍数）である、アキシャルギャップ型回転電機。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記回転子（１２０）は、前記回転軸周りに間隔を有して配設された永久磁石（１２２）を複数有しており、
前記各永久磁石間に、その各永久磁石とは磁気的に独立する介在磁心（１２８）が介在する、アキシャルギャップ型回転電機。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機を備えた圧縮機（８０）。
【請求項７】
請求項６記載の圧縮機であって、
前記アキシャルギャップ型回転電機の回転駆動を受けて圧縮動作を行う圧縮機構部（９０）を備え、
前記非巻線固定子（４０、３４０）は、前記回転子（２０）に対して前記圧縮機構部側に設けられている、圧縮機。
【請求項８】
請求項７記載の圧縮機であって、
前記回転子の回転軸部（２８）の前記巻線固定子側端部は、前記巻線固定子を非貫通な位置に設けられており、前記各コイルのわたり配線部（３７）は、前記コイルの回転軸側に設けられた、圧縮機。
【請求項９】
請求項７又は請求項８記載の圧縮機であって、
前記巻線固定子（３３０）の第１バックヨーク磁心（３３２）の内径（Ｂ１）は、前記非巻線固定子（３４０）の第２バックヨーク磁心（３４２）の内径（ｂ２）よりも小さく、
前記巻線固定子の第１バックヨーク磁心の前記回転軸方向の厚み（ｃ１）は、前記非巻線固定子の第２バックヨーク磁心の前記回転軸方向の厚み（ｃ２）より小さい、圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、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モータは、固定子と回転子とが回転軸に沿ってギャップを隔てて設けられた構成とされている。このようなアキシャルギャップ型モータは、回転軸方向に薄型化しても、界磁用永久磁石の磁極面を広くすることができ、また、巻線の高占積率化も容易であり、大きさに比してトルクないし出力を大きくできる形態として、研究が進められている。
【０００３】
しかしながら、アキシャルギャップ型モータでは、回転軸方向に沿って、固定子と回転子との間で吸引力が作用してしまうため、軸受損失が大きくなったり、軸受寿命が短くなってしまうという問題がある。
【０００４】
なお、本発明に関連する従来技術として、特許文献１〜３がある。
【０００５】
特許文献１には、回転軸方向に沿って、コイルを有する固定子の両側に第１のヨーク及び第２のヨークを配設し、その第１のヨークに永久磁石を設けた構成が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、単相インダクションモータにおいて、回転軸方向に沿って、ロータの両側に第１のステータ及び第２のステータを設け、第１のステータに主巻線を設けると共に、第２のステータに補助巻線を設けた構成が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、ステータに、エアギャップを挟んでロータを対向配置し、ローラの反対側にエアギャップを挟んで補助ヨークを設けたアキシャルギャップ型回転電機が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−１８５０４０号公報
【特許文献２】特開平１−１７４２４８号公報
【特許文献３】特開２００６−３５３０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
アキシャルギャップ型モータにおいて、軸方向に作用する力を防止するためには、例えば、回転軸方向に沿って、１つの巻線固定子の両側に回転子を２つ設けるか、又は、同じく回転軸方向に沿って、１つの回転子の両側に２つの巻線固定子を設ける等して、複数箇所で作用する吸引力をキャンセルするように相互作用させて、軸方向における全体吸引力を低減させるような構成が提案される。
【００１０】
しかしながら、前者のように２つの回転子を２つ設ける構成では、軸受構成が複雑化する上、回転軸が長くなり、ねじり振動を生じ易いという問題がある。
【００１１】
なお、特許文献１は、一方の回転子だけに永久磁石を設けた構成を開示しているが、２つの回転子を有する構成であるため、上記問題を解決することはできない。
【００１２】
また、後者のように、２つの巻線固定子を設けた構成では、コイルを２つの巻線固定子に分けて設ける必要があるため、コイル数が２倍必要となり、組立工数増加及び各コイル間の結線によるデッドスペースが増大するという問題があった。
【００１３】
ちなみに、特許文献２に開示の技術では、第１のステータに主巻線を設けると共に、第２のステータに補助巻線を設けている。しかしながら、単相インダクションモータでは、主巻線に流れる電流は、補助巻線に流れる電流よりも大きいため、それぞれによる磁気吸引力は十分にはキャンセルされない。つまり、特許文献２は、そもそも軸方向に作用する力を防止するための技術を開示ないし示唆するものではない。また、両方のステータに巻線を設けているため、結局は、上記２つの巻線固定子を設けた構成と同じと評価でき、上記問題の解決手段を提示するものではない。
【００１４】
ここで、特許文献３には、ロータの一方側に、コイルを有するステータを、他方側に補助ヨークを配設している。このため、コイル数の増加を抑制しつつ、軸方向に作用する磁気吸引力をなるべくキャンセルすることができる。
【００１５】
しかしながら、特許文献３では、補助ヨークの補助ヨークコアが、ステータの各ステータコアに対向する位置に形成されている。このため、ステータと補助ヨークとで、各コア間の各スリットがロータを挟んで対向する位置に形成されることになり、ロータが回転する際に比較的大きなコギングトルクが発生してしまう。
【００１６】
そこで、本発明は、回転軸方向における回転子の一方側に巻線固定子を配設すると共に、他方側に非巻線固定子を配設したアキシャルギャップ型回転電機において、コギングトルクをなるべく抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、このアキシャルギャップ型回転電機は、回転軸を中心として回転自在に配設され、前記回転軸方向における両面に前記回転軸周りに複数の磁極を呈する回転子と、前記回転軸方向における前記回転子の一方側にギャップを隔てて配設され、略円盤状の第１バックヨーク磁心と、前記第１バックヨーク磁心の前記回転子側に前記回転軸周りに沿って配設された複数の固定子磁心と、前記各固定子磁心のうち前記回転子に対向する面に回転磁界を発生させるコイルとを有する巻線固定子と、前記回転軸方向における前記回転子の他方側にギャップを隔てて配設され、実質的に、略円盤状の第２バックヨーク磁心のみ有する非巻線固定子と、を備え、前記巻線固定子のうち前記回転子側の部分であって前記各固定子磁心間に、前記回転子に対して凹む巻線固定子側凹部が形成され、前記非巻線固定子のうち前記回転子側の部分であって前記巻線固定子側凹部を前記回転軸に沿って投影した位置から外れた位置に、前記非巻線固定子の径方向に沿って延びる非巻線固定子側凹部が形成されたものである。
【００１８】
この場合に、前記巻線固定子側凹部は、前記各固定子磁心間の溝、又は、前記各固定子磁心の先端部に取付けられた幅広磁心間の溝であってもよい。
【００１９】
また、前記各非巻線固定子側凹部と前記各巻線固定子側凹部とは、略同幅、略同間隔、同数設けられていてもよい。
【００２０】
また、前記各非巻線固定子側凹部の延在方向が前記回転軸を中心として前記各巻線固定子側凹部の延在方向に対してずれる角度が、（１８０÷Ｎｃ）゜（但し、Ｎｃは前記巻線固定子の前記各固定子磁心の数と前記回転子の片面側に現れる磁極数との最小公倍数）であってもよい。
【００２１】
また、前記回転子は、前記回転軸周りに間隔を有して配設された永久磁石を複数有しており、前記各永久磁石間に、その各永久磁石とは磁気的に独立する介在磁心が介在するものであってもよい。
【００２２】
また、上記課題を解決する圧縮機は、上記のいずれかのアキシャルギャップ型回転電機を備えたものである。
【００２３】
この場合に、前記アキシャルギャップ型回転電機の回転駆動を受けて圧縮動作を行う圧縮機構部を備え、前記非巻線固定子は、前記回転子に対して前記圧縮機構部側に設けられていてもよい。
【００２４】
また、前記回転子の回転軸部の前記巻線固定子側端部は、前記巻線固定子を非貫通な位置に設けられており、前記各コイルのわたり配線部は、前記コイルの回転軸側に設けられていてもよい。
【００２５】
また、前記巻線固定子の第１バックヨーク磁心の内径は、前記非巻線固定子の第２バックヨーク磁心の内径よりも小さく、前記巻線固定子の第１バックヨーク磁心の前記回転軸方向の厚みは、前記非巻線固定子の第２バックヨーク磁心の前記回転軸方向の厚みより小さくてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
このアキシャルギャップ型回転電機によると、前記巻線固定子のうち前記回転子側の部分であって前記各固定子磁心間に、前記回転子に対して凹む巻線固定子側凹部が形成され、前記非巻線固定子のうち前記回転子側の部分であって前記巻線固定子側凹部を前記回転軸に沿って投影した位置から外れた位置に、前記非巻線固定子の径方向に沿って延びる非巻線固定子側凹部が形成されていると、回転軸方向における回転子の一方側に巻線固定子を配設すると共に、他方側に非巻線固定子を配設したアキシャルギャップ型回転電機において、巻線固定子側と非巻線固定子側とで磁気回路をなるべく同じにしつつ、コギングトルクをなるべく抑制するができる。
【００２７】
また、前記各非巻線固定子側凹部と前記各巻線固定子側凹部とは、略同幅、略同間隔、同数設けられていると、巻線固定子側と非巻線固定子側とで磁気回路を同様にすることができる。
【００２８】
また、上記アキシャルギャップ型回転電機では、回転子１回転あたり、前記巻線固定子の前記各固定子磁心の数と前記回転子の片面側に現れる磁極数との最小公倍数Ｎｃだけ、基本波形が現れる。そこで、前記非巻線固定子側凹部の延在方向が前記回転軸を中心として前記巻線固定子側凹部の延在方向に対してずれる角度を、（１８０÷Ｎｃ）゜にすることで、巻線固定子側と非巻線固定子側とで、コギングトルクの基本波形を逆位相にすることができ、コギングトルクをより効果的に抑制することができる。
【００２９】
また、各永久磁石間に、その各永久磁石とは磁気的に独立する介在磁心が介在していると、その介在磁心を利用して、リラクタンストルクを併用できる。
【００３０】
上記のいずれかのアキシャルギャップ型回転電機を備えた圧縮機によって、コギングトルクをなるべく抑制することができる。
【００３１】
また、前記非巻線固定子は、前記回転子に対して前記圧縮機構部側に設けられていると、前記巻線固定子のコイルの結線やリード線の引出しを容易にすることができる。
【００３２】
また、前記回転子の回転軸部の前記巻線固定子側端部は、前記巻線固定子を非貫通な位置に設けられており、前記各コイルのわたり配線部は、前記コイルの回転軸側に設けられていると、わたり線の短寸化、コンパクト化等を図ることができる。
【００３３】
また、前記巻線固定子の第１バックヨーク磁心の内径は、前記非巻線固定子の第２バックヨーク磁心の内径よりも小さく、前記巻線固定子の第１バックヨーク磁心の前記回転軸方向の厚みは、前記非巻線固定子の第２バックヨーク磁心の前記回転軸方向の厚みより小さくすることで、両バックヨーク磁心の磁路断面積を同じようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
｛第１実施形態｝
以下、第１実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機について説明する。図１は第１実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を示す分解斜視図であり、図２は同回転電機を示す斜視図であり、図３は同回転電機における巻線固定子側凹部と非巻線固定子側凹部との位置関係を示す図であり、図４は同回転電機を概念的に示す断面図である。
【００３５】
このアキシャルギャップ型回転電機１０は、１つの回転子２０と、２つの固定子３０，４０とを備えている。回転子２０は略円盤状に形成されており、固定子３０，４０も略円盤状に形成されている。２つの固定子３０，４０は、回転子２０の両面側に配設されている。これらの固定子３０，４０のうちの一方は、コイル３６を有する巻線固定子３０であり、他方は巻線を有さない非巻線固定子４０である。
【００３６】
各部についてより詳細に説明する。
【００３７】
回転子２０は、回転軸部２８（図４参照）を介して所定の回転軸２８ａ周りに回転自在に配設されている。なお、回転軸２８ａは軸受２９（図４参照）によって回転自在に支持されている。また、この回転子２０は、前記回転軸２８ａにおける両面において前記回転軸２８ａ周りに交互の磁極を呈する永久磁石２２を、回転軸２８ａ周りに複数有している。より具体的には、各永久磁石２２は、回転軸２８ａ周りのドーナツ板状部材を複数（ここでは８つ）に分割した形状、即ち、回転軸２８ａ周りに延びる弧状かつ帯状の板形状に形成されており、それぞれの間に間隔をあけて配設されている。また、各永久磁石２２は、回転軸２８ａに沿った方向、即ち、永久磁石２２の厚み方向に着磁されており、回転軸２８ａの周囲で環状かつ交互の磁極を呈するように配設されている。
【００３８】
また、各永久磁石２２の一方面、つまり、巻線固定子３０側の面だけに、それぞれ回転子磁心２４が設けられている。各回転子磁心２４は、各永久磁石２２の形状に対応する弧状かつ帯状の板形状に形成されており、永久磁石２２の一方面に重ね合せ状に配設されている。
【００３９】
これにより、励磁された巻線固定子３０の外部磁界によって回転子２０に減磁界が作用した場合に、各回転子磁心２４によって、各永久磁石２２に作用する減磁界の影響を緩和し、もって、各永久磁石２２が減磁するのを防止している。
【００４０】
一方、非巻線固定子４０は励磁されないので、非巻線固定子４０からの減磁界を考慮する必要はないので、回転子２０のうち非巻線固定子４０側では、永久磁石２２が直接露出していても問題はない。このため、ここでは、各永久磁石２２の他方面である非巻線固定子４０側には、回転子磁心を設けていない。なお、非巻線固定子４０側に回転子磁心を設けてもよく、この場合の回転子磁心は永久磁石２２を保護する役割を有する。
【００４１】
なお、上記回転子磁心２４は、抵抗率が高い材質、例えば、圧粉鉄心で形成されていることが好ましい。これは次の理由による。つまり、次のような観点からして、各永久磁石２２は、ネオジウム系の焼結の希土類磁石を用いると好適である。すなわち、ネオジウム系の希土類磁石は磁気エネルギー積が極めて高いため、アキシャルギャップ型回転電機をさらに小型化でき、銅損を減らすことにより高効率化を実現できるからである。ところが、このように各永久磁石２２がネオジウム系の焼結の希土類磁石等、抵抗率が小さい材質で形成され、しかも、回転子磁心２４も抵抗率が小さい材質で形成されていると、これら永久磁石２２や回転子磁心２４で生じた渦電流の減少効果はあまり期待できない。そこで、回転子磁心２４を高抵抗率の材料で形成することで、回転子磁心２４で生じた渦電流の減少効果を期待できる。特に、例えば、ＰＷＭインバータ駆動によって巻線固定子３０が発生させるキャリア高周波数成分の磁束は、永久磁石２２まで作用し難く、その磁束による渦電流は表皮効果によって回転子磁心２４の表面近傍で発生し易い。そこで、回転子磁心２４を高抵抗率の材料で形成することで、そのような高周波数成分の渦電流を有効に減少させることができる。永久磁石の渦電流損の低減は、鉄損の低減に加え、永久磁石の発熱による熱減磁を防止できるという効果を有する。さらに、特に、巻線固定子４０の巻線方式が集中巻である場合や、巻線に流れる電流が大きい場合には、巻線に流れる電流が直接永久磁石２２に作用せず、回転子磁心２４を介して、場合によっては、永久磁石２２ではなく、隣設する回転子磁心２４に短絡して流れることにより、永久磁石２２に作用する減磁界を低減する効果も有する。これは、磁石材質によらず得られる効果であるが、フェライト系の磁石や、希土類系であってもボンド磁石のように保磁力が比較的小さい材質の場合に特に効果を有する。
【００４２】
なお、これらの各永久磁石２２及び各回転子磁心２４は、非磁性体によって形成されるホルダ２６によって上記配設形態で保持されると共に、回転軸部２８に固定されている（図４参照）。図１及び図２ではホルダ２６及び回転軸部２８の図示を省略している。ネオジウム系の希土類磁石は磁気エネルギー積が高いため、磁極の境界では大きな磁束密度の変化が発生し、コギングトルクが大きくなる傾向にある。特に焼結品であれば、形状の自由度が比較的小さいため、磁石形状のみでのコギング対策には限界がある。
【００４３】
２つの固定子３０，４０は、回転軸２８ａ方向における回転子２０の両側に、当該回転子２０に対してギャップ（ここでは僅かなギャップ）を隔てて対向するように配設されている。各固定子３０，４０は、図示省略のケーシング等に固定されている。
【００４４】
一方の巻線固定子３０は、第１バックヨーク磁心３２と、複数の固定子磁心３４と、複数のコイル３６とを有している。
【００４５】
第１バックヨーク磁心３２は、磁性体によって構成されており、略中央部に孔部３２ｈが形成された略円盤板状に形成されている。孔部３２ｈは、後述のように回転軸部２８の端部が、巻線固定子の非貫通な位置に設けられている場合は必須ではない。第１バックヨーク磁心３２は、圧粉鉄心、積層鋼板等のいずれで形成されていてもよい。この第１バックヨーク磁心３２は、固定子磁心３４を、上記回転子２０とは反対側で支持している。
【００４６】
各固定子磁心３４は、第１バックヨーク磁心３２の回転子２０側の面に、回転軸２８ａ周りの周方向に沿って間隔をあけて環状に配設されている。各固定子磁心３４は、回転軸２８ａと略直交する平面において、２等辺三角形状の各頂点を丸めた形状を有する板状に形成されており、回転軸２８ａから外方向に向けて順次幅広になる姿勢で配設されている。この固定子磁心３４は、圧粉鉄心、積層鋼板等のいずれで形成されていてもよい。なお、互いに周方向に隣接する各固定子磁心３４間は、略等間隔である。
【００４７】
各コイル３６は、各固定子磁心３４のうち回転子２０に対向する面に回転磁界を発生させるものであり、ここでは、上記各固定子磁心３４に巻回されている。なお、各コイル３６同士を結線するわたり配線部３７は、第１バックヨーク磁心３２の略中央部であって回転子２０側の部分に設けられている。また、このわたり配線部３７からの外部配線３７ａは、孔部３２ｈ等を通って外部に引き出されている。回転軸部２８は、非巻線固定子４０の軸挿通孔部４２ｈに挿通されて、回転子２０を回転自在に支持しており、巻線固定子３０に達しない程度の長さに形成されているため、第１バックヨーク磁心３２の略中央部であって回転子２０側の部分に結線用の空間を設けることができる。なお、各コイル３６の巻線形態は、必ずしも上記のような集中巻形態である必要はなく、分布巻等の形態であっても構わない。
【００４８】
なお、各コイル３６同士を結線するわたり配線部３７は、各固定子磁心３４及びコイル３６の外周側に設けられてもよく、このわたり配線部３７からの外部配線３７ａも、第１バックヨーク磁心３２の外側または、第１バックヨーク磁心３２の外側に設けられた切り欠き等を通して外部に引き出されてもよい。
【００４９】
また、この巻線固定子３０では、各固定子磁心３４の回転子２０側の面に幅広磁心３８がそれぞれ設けられている。各幅広磁心３８は、回転軸２８ａと略直交する平面において、固定子磁心３４よりも大きい（ここでは一回り大きな）広がりを有する板状部材（ここでは略扇状の板状部材）に形成されており、本巻線固定子３０と回転子２０との対向面積を増す機能を果す。
【００５０】
また、各幅広磁心３８間には、回転軸２８ａを中心とする円の径方向に沿って延びる等幅の溝部３８Ｓが形成されている。この各溝部３８Ｓは、固定子磁心３４と同数（ここでは１２個）設けられており、回転軸２８ａ周りに沿って略等間隔で設けられている。この各溝部３８Ｓは各幅広磁心３８を磁気的に分離する役割を有している。ここでは、これらの各溝部３８Ｓが、巻線固定子３０のうち回転子２０側の部分であって各固定子磁心３４間に形成され、回転子２０に対して凹む巻線固定子側凹部として機能する。
【００５１】
また、各幅広磁心３８は、巻線固定子３０の内周側と外周側で連結部３８ａにより連結されており、全ての幅広磁心３８を一体物として取扱えるようになっている。もっとも、連結部３８ａは、各幅広磁心３８間で容易に磁気飽和するように、薄肉に仕上げる等、十分に断面積が小さくなるように形成されており、各幅広磁心３８は、実質的には、磁気的に独立している。
【００５２】
この幅広磁心３８によって、回転子２０と巻線固定子３０との間で、磁束密度の向上を図ることができる。また、回転子２０に対する巻線固定子３０の平面度を高めることで、回転子２０と巻線固定子３０との間の実質的なギャップ長をより小さくできる。
【００５３】
なお、連結部３８ａは必須ではなく、また、各幅広磁心３８も必ずしも必要とはしない。
【００５４】
非巻線固定子４０は、実質的に、略円盤状の第２バックヨーク磁心４２のみ有している。ここで、非巻線固定子４０が、実質的に、第２バックヨーク磁心４２のみ有しているとは、コイル等の電気的な磁界発生に係る要素を持たないことを意味している。
【００５５】
第２バックヨーク磁心４２は、略円板状に形成され、その略中央部に回転軸部２８を挿通可能な軸挿通孔部４２ｈが形成されている。第２バックヨーク磁心４２は、圧粉鉄心、積層鋼板等のいずれで形成されていてもよい。なお、軸受が、軸挿通孔部４２ｈにまで伸びていてもよく、軸挿通孔部４２ｈにて軸受を保持しても良い。
【００５６】
また、この非巻線固定子４０には、その回転子２０側の部分であって上記巻線固定子側凹部としての溝部３８Ｓを回転軸２８ａに沿って投影した位置から外れた位置に、非巻線固定子側凹部４２Ｓが形成されている。
【００５７】
より具体的には、第２バックヨーク磁心４２のうち回転子２０側の面に、回転軸２８ａを中心とする円の径方向に沿って延びる非巻線固定子側凹部４２Ｓが複数形成されている。各非巻線固定子側凹部４２Ｓは、上記溝部３８Ｓと略同幅であり、また、上記溝部３８Ｓと同数（ここでは１２個）設けられており、さらに、上記溝部３８Ｓと略同間隔（ここでは、回転軸２８ａ周りに３０度間隔）で配設されている。これにより、回転子２０の両側で同様の磁気回路を形成できるようになっている。
【００５８】
また、溝部３８Ｓを回転軸２８ａに沿って投影した位置から外れた位置に各非巻線固定子側凹部４２Ｓが配設される具体的態様は次のようになっている。すなわち、各非巻線固定子側凹部４２Ｓの延在方向が、回転軸２８ａを中心として各溝部３８Ｓの延在方向に対して所定角度θずれている。
【００５９】
そのずれ角度θの好ましい値は、（１８０÷Ｎｃ）゜（但し、Ｎｃは巻線固定子３０の各固定子磁心３４の数と回転子２０の片面側に現れる磁極数との最小公倍数）である。このようなずれ角度θが好ましい理由は次の通りである。すなわち、本実施形態に係る回転電機１０では、回転子２０が１回回転するあたり、巻線固定子３０の各固定子磁心３４の数（ここでは１２個）と、回転子２０の片面に現れる磁極数（ここでは８個）の最小公倍数Ｎｃだけ、コギングトルクの基本波形が現れる。そこで、上記のようにずれ角度θを（（３６０／Ｎｃ）／２）゜つまり、（１８０÷Ｎｃ）゜とすることで、巻線固定子３０側の溝部３８Ｓによるコギングトルクの基本波形と、非巻線固定子側凹部４２Ｓ側の非巻線固定子側凹部４２Ｓによるコギングトルクの基本波形とを逆位相にすることができ、全体として見た場合のコギングトルクを効果的に抑制することができる。ここでは、Ｎｃは、８と１２の最小公倍数である２４であるから、ずれ角度θを（１８０÷Ｎｃ）＝７．５゜にすることで、それぞれのコギングトルクの基本波形を逆位相にすることができる。
【００６０】
このアキシャルギャップ型回転電機１０は、例えば、３相のインバータにより駆動される。一般に３相インバータにより駆動される３相の回転電機は、電気角１周期につき相数の２倍、すなわち、３×２＝６のトルク脈動を発生する。即ち１回転では、極対数４に６をかけた２４のトルク脈動となる。従って、ずれ角度θを（３６０／２４）／２＝７．５°とすることで、トルク波形も逆位相にしてトルク脈動を低減することができる。
【００６１】
このように構成されたアキシャルギャップ型回転電機１０は、回転軸２８ａ方向に沿って１つの回転子２０の両側に２つの固定子３０，４０を設けた構成であるため、従来のように、回転子を２つ設けた構成と比べて、軸受構成の簡易化、及び、回転軸部の短尺化を図ることができ、また、回転軸部のねじり振動を防止できる。
【００６２】
また、かかる構成を前提として、回転軸２８ａ方向における回転子２０の両側に、巻線固定子３０及び非巻線固定子４０が配設されており、巻線固定子３０及び非巻線固定子４０は、回転子２０を介して共通の磁気回路を形成しているため、回転子２０の両側のギャップを通過する磁束量はほぼ同じとなる。これにより、両ギャップで働く磁気吸引力がなるべくキャンセルされ、回転子２０及び回転軸部２８に作用するスラスト力を小さくすることができる。これにより、軸受損失を低減し、また、軸受寿命を延すこともできる。
【００６３】
また、２つの固定子３０，４０のうち、一方の巻線固定子３０だけがコイル３６を有し、非巻線固定子４０は、実施的に、第２バックヨーク磁心４２のみを有しているため、固定子を２個としても、コイル数の増加を抑制することもできる。これにより、工程の短縮、結線の簡素化、コイルとコアとの間の絶縁の総量を低減すること等が可能となる。
【００６４】
また、巻線固定子３０側に溝部３８Ｓが形成されると共に、非巻線固定子４０には、非巻線固定子側凹部４２Ｓが形成されているため、巻線固定子３０側と非巻線固定子４０側とで磁気回路をなるべく同じにすることができる。しかも、非巻線固定子側凹部４２Ｓは、その回転子２０側の部分であって上記巻線固定子側凹部としての溝部３８Ｓを回転軸２８ａに沿って投影した位置から外れた位置に形成されているため、巻線固定子３０側と非巻線固定子４０側とでコギングトルクの発生タイミングをずらして、コギングトルクをなるべく抑制することができる。つまり、巻線固定子３０側と非巻線固定子４０側とで磁気回路をなるべく同じにしつつ、コギングトルクをなるべく抑制するができる。
【００６５】
しかも、溝部３８Ｓと非巻線固定子側凹部４２Ｓとが、略同幅、略同間隔、同数設けられているため、巻線固定子３０側と非巻線固定子４０側とで磁気回路をより同じにすることができる。また、各非巻線固定子側凹部４２Ｓの延在方向が、回転軸２８ａを中心として各溝部３８Ｓの延在方向に対して所定角度θずれており、そのずれ角度θが（１８０÷Ｎｃ）゜であるため、巻線固定子３０側の溝部３８Ｓによるコギングトルクの基本波形と、非巻線固定子側凹部４２Ｓ側の非巻線固定子側凹部４２Ｓによるコギングトルクの基本波形とを逆位相にすることができる。これにより、コギングトルクをより効果的に抑制することができる。なお、非巻線固定子側凹部４２Ｓの深さは、第二バックヨーク磁心の磁束を妨げない程度の深さ、溝部３８Ｓに比べて十分に浅くなる。
【００６６】
本アキシャルギャップ型回転電機の基本的構成は上記の通りである。以下では、上記構成を前提にして、変形例、好ましい具体的構成等について説明する。
【００６７】
上記実施形態では、幅広磁心３８がある例で説明したが、幅広磁心３８を省略してもよい。この場合、上記各非巻線固定子側凹部４２Ｓは、各固定子磁心３４間の溝を回転軸２８ａに沿って投影した位置から外れた位置に形成すればよい。また、各非巻線固定子側凹部４２Ｓを、各固定子磁心３４間の溝と略同幅、略同間隔及び同数設けるとよい。さらに、各非巻線固定子側凹部４２Ｓの延在方向を、各固定子磁心３４間の溝の延在方向を基準にして上記角度θずらすとよい。
【００６８】
つまり、上記幅広磁心３８間の溝部３８Ｓや、幅広磁心３８を省略した場合の各固定子磁心３４間の溝等、巻線固定子３０のうち回転子２０側の部分であって各固定子磁心３４間で回転子２０に対して凹む巻線固定子側凹部を基準として、非巻線固定子側凹部４２Ｓの位置や形状、大きさ、個数等を設定すればよい。
【００６９】
図５は回転子に介在磁心を設けた例を示す図である。
【００７０】
すなわち、この回転子１２０は、回転軸２８ａ周りに間隔を有して配設された永久磁石１２２を複数（ここでは４つ）有している。また、各永久磁石１２２の巻線固定子３０側の面には回転子磁心１２４が設けられている。なお、永久磁石１２２及び回転子磁心１２４は、回転軸２８ａ周りの方向に沿った寸法が異なる点を除いて、上記永久磁石２２及び回転子磁心２４と同様構成である。また、回転子１２０は、各永久磁石１２２間に、各永久磁石１２２とは磁気的に独立する介在磁心１２８を有している。この介在磁心１２８は、巻線固定子３０及び非巻線固定子４０の双方に面している。つまり、各永久磁石１２２と介在磁心１２８とは、回転軸２８ａ周りで環状かつ交互に配置されている。これらの各永久磁石１２２と介在磁心１２８とは、非磁性体によって形成されたホルダ１２６によって磁気的に独立した状態で保持されている。上記介在磁心１２８としては、例えば、圧粉鉄心のように、等方性の軟磁性材料を用いることが好ましい。なお、図５では理解を容易にするため、ホルダ１２６を部分的に切り欠いている。
【００７１】
上記介在磁心１２８を設けることで、永久磁石１２２の中心を示すｄ軸のインダクタンスＬｄよりも、極間を示すｑ軸のインダクタンスＬｑを大きくすることができ、逆突極性（Ｌｑ＞Ｌｄ）を示す。このため、電流位相をｑ軸に対して適当な進み角をもって制御することで、いわゆるマグネットトルクに対して、いわゆるリラクタンストルクを更に加えて、トルクやエネルギー効率を高めることができる。
【００７２】
回転軸２８ａ方向において回転子２０の両側のギャップ長について説明する。両側のギャップ長については、機械加工上可能な最小の寸法を採用して、両ギャップ長を略同一とすることで、磁気抵抗を当該両ギャップでの磁気抵抗を最小とすることができる。これにより、動作点磁束密度を向上させ、永久磁石２２のエネルギーを有効に利用することができる。しかしながら、非巻線固定子４０は、実質的に第２バックヨーク磁心４２のみ有する構成であるため、巻線固定子３０と比べると、加工精度や組立精度上、少ない誤差で最終的に仕上げられる。従って、実際には、非巻線固定子４０と回転子２０との間のギャップ長を、巻線固定子３０と回転子２０との間のギャップ長よりも小さくすることができ、そのような構成であっても構わない。
【００７３】
もっとも、巻線固定子３０では、各固定子磁心３４間の磁束漏洩防止のため、幅広磁心３８間にスリットが形成されている。このため、巻線固定子３０が回転子２０と対向する面積は、非巻線固定子４０が回転子２０と対向する面積よりも小さくなっている。
【００７４】
このため、各ギャップでのパーミアンスを考慮すると、巻線固定子３０側のギャップ長を、非巻線固定子４０側のギャップ長よりも小さくするのが好ましいことになる。
【００７５】
また、両ギャップでの磁気吸引力に着目しても、両ギャップ長が同一であれば、上記対向面積の相違により、巻線固定子３０と回転子２０との間に作用する磁気吸引力は、非巻線固定子４０と回転子との間に作用する磁気吸引力よりも小さくなる傾向にある。このため、両ギャップでの磁気吸引力をなるべく同じにするためには、上記と同様に、巻線固定子３０側のギャップ長を、非巻線固定子４０側のギャップ長よりも小さくするのが好ましいことになる。
【００７６】
これらの理由により、両ギャップでの磁気吸引力をなるべくキャンセルして、回転子２０及び回転軸部２８のスラスト力を低減するためには、巻線固定子３０側のギャップ長を、非巻線固定子４０側のギャップ長よりも小さくするということがより好ましいということになる。
【００７７】
なお、回転電機１０は、電動機（モータ）としてだけではなく、発電機としても適用し得る。
【００７８】
｛第２実施形態｝
以下、第２実施形態に係る圧縮機について説明する。図６は、上記アキシャルギャップ型回転電機としてのモータを適用した圧縮機を示す断面図である。
【００７９】
この圧縮機８０は、いわゆる高圧ドーム型の圧縮機であり、ケーシングとしての略筒状の密閉容器８２内に、回転電機１０及び圧縮機構部９０を備えている。密閉容器８２の下部には、油溜部８３が設けられている。
【００８０】
圧縮機構部９０は、吸入管９１から供給された冷媒を、上記回転電機１０の駆動を受けて圧縮動作を行い、圧縮した高圧冷媒を吐出管９２から吐出する。
【００８１】
回転電機１０は、上記第１実施形態で、図１〜図４を参照して説明したものと同様構成である。この回転電機１０は、回転軸部２８（シャフト）を介して圧縮機構部９０を駆動する。なお、第１バックヨーク磁心３２は、外周部において、密閉容器８２内側に溶接等により固定される。また、第２バックヨークも同様に、外周部において、密閉容器８２内側に溶接等により固定されるが、圧縮機構部の上端面からピン等を介して固定されても良い。
【００８２】
この回転電機１０は、上記密閉容器８２内で高圧の冷媒ガスが満たされる高圧領域Ｈ、ここでは、圧縮機構部９０の上側に設けられている。つまり、この圧縮機８０は、縦置きの形態である。
【００８３】
回転電機１０の設置構成について説明する。この回転電機１０は、回転軸部２８を、密閉容器８２の中心軸に沿わせた姿勢で配設されている。また、巻線固定子３０は、回転子２０に対して圧縮機構部９０よりも遠い側に配設され、非巻線固定子４０は、回転子２０に対して圧縮機構部９０に近い側に配設されている。
【００８４】
また、回転子２０に連結された回転軸部２８は、非巻線固定子４０を貫通して圧縮機構部９０に連結されている。そして、回転子２０の回転運動を、回転軸部２８を介して圧縮機構部９０に伝達する。なお、回転軸部２８は、巻線固定子３０を貫通しておらず、つまり、回転軸部２８及び回転子２０は、実質的に、圧縮機構部９０側だけで保持される片側支持構造とされている。第１実施形態で説明したように、回転軸部２８の短尺化が図られているため、このように片側支持構造としても、回転軸部２８の傾斜等による影響は小さい。
【００８５】
また、この圧縮機８０では、回転軸部２８の端部は、巻線固定子３０を非貫通な位置、つまり、巻線固定子３０よりも回転子２０側にあるため、巻線固定子３０のうち、各コイル３６の中央よりの部分に、配線用のスペースを確保できる。そこで、各コイル３６同士を結線するわたり配線部３７を、固定子磁心３４の内側に設けている。また、わたり配線部３７からの外部配線３７ａは、巻線固定子３０の略中央の孔部３２ｈ等を通って外部に引出されている（図４も参照）。なお、上記孔部３２ｈは、冷媒や冷凍機油の通路としても使用される。もちろん、第１バックヨーク磁心３２及び第２バックヨーク磁心４２の内周部や外周部（回転子２０と対向しない部分）に、冷媒や冷凍機油を通すための孔を任意に設けることができる。
【００８６】
このように構成された圧縮機８０では、上記第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００８７】
しかも、回転子２０の回転軸部２８は、実質的に、圧縮機構部９０だけで支持されており、非巻線固定子４０は、回転子２０に対して圧縮機構部９０側に設けられているため、回転子２０をより短尺化することができる。
【００８８】
さらに、わたり配線部３７を、固定子磁心３４の内側に設けているので、わたり線の短尺化、及び、回転電機１０のコンパクト化を図ることができる。また、外部への配線を、巻線固定子３０から集中して引出すことができるので、配線作業の容易化、及び、外部配線のコンパクト化を図ることができる。
【００８９】
本圧縮機の基本的構成は上記の通りである。以下では、上記構成を前提にして、好ましい変形例について説明する。なお、以下の説明では、上記したものと同様要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００９０】
図７は非巻線固定子の変形例を示す図である。この変形例に係る非巻線固定子２４０（上記非巻線固定子４０に対応する）は、積層鋼板部２４２ａと圧粉鉄心リング部２４２ｂとを有する第２バックヨーク磁心２４２（上記第２バックヨーク磁心４２に対応する）とを備えている。
【００９１】
積層鋼板部２４２ａは、十分に強度のある鋼板を回転軸２８ａ方向に積層した積層鋼板により形成されている。また、積層鋼板部２４２ａは、第２バックヨーク磁心４２と同様の外周形状を有する略円板状に形成されると共に、回転子２０の各永久磁石２２と対向する環状部分に環状凹部２４２ａｈが形成されている。
【００９２】
圧粉鉄心リング部２４２ｂは、圧粉鉄心により形成されており、環状凹部２４２ａｈに嵌め込み可能なリング状に形成されている。この圧粉鉄心リング部２４２ｂは、環状凹部２４２ａｈに、焼きばめや溶接等により嵌め込んで固定されている。
【００９３】
この変形例では、積層鋼板部２４２ａによって、非巻線固定子２４０を密閉容器８２内に固定保持するために必要な強度を得ることができる。一方、積層鋼板が回転子２０に対向していると、回転子２０との磁束のやりとりの際に、積層間の隙間や絶縁皮膜によって磁気抵抗が大きくなってしまう。そこで、上記のように、圧粉鉄心リング部２４２ｂを用いることで、磁気抵抗の増加を防止している。
【００９４】
図８は圧縮機の変形例を示す断面図である。ここでは、巻線固定子３３０（巻線固定子３０に対応する）の第１バックヨーク磁心３３２（第１バックヨーク磁心３２に対応する）孔３３２ｈの内径ｂ１を、非巻線固定子３４０（非巻線固定子４０に対応する）の第２バックヨーク磁心３４２（第２バックヨーク磁心４２に対応する）の内径ｂ２よりも小さくしている。また、巻線固定子３３０の第１バックヨーク磁心３３２の厚み寸法ｃ１を、非巻線固定子３４０の第２バックヨーク磁心３４２の厚み寸法ｃ２よりも小さくしている。
【００９５】
つまり、非巻線固定子３４０は、コイルを有していないため、形状に対する制約が少ないので、上記のように軸挿通孔部３４２ｈの内径を大きくすることができる。例えば、回転軸部２８との接触防止の隙間を設けたり、冷媒の通路としたり、また、軸受を軸挿通孔７４２ｈにまで伸すことで回転子２０の傾きをより低減することも可能である。このように軸挿通孔部３４２ｈの内径を大きくすると、第２バックヨーク磁心３４２での磁路断面積が減少してしまう。そこで、第２バックヨーク磁心３４２の厚みを比較的大きく、つまり、第１バックヨーク磁心３３２の厚みよりも大きくするようにすればよい。これにより、第１バックヨーク磁心３３２を必要以上に厚くして使用材料を増加させることなく、両バックヨーク磁心３３２，３４２で磁路断面積を同じようにすることができる。なお、非巻線固定子３４０の軸挿通孔部３４２ｈの内径を大きくすることは、負荷（圧縮機構部）と回転子を繋ぐのに必要な太い回転軸部２８を挿通する必要性があることからも必然的に要求されることとなる。また、非巻線固定子３４０の第２バックヨーク磁心３４２は、径方向に積層、例えば巻回した電磁鋼板を用いても良い。その場合、巻回数を減らすためにも、上記寸法ｂ１を寸法ｂ２よりも小さくし、寸法ｃ１を寸法ｃ２よりも小さくする構成は望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】第１実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を示す分解斜視図である。
【図２】同上の回転電機を示す斜視図である。
【図３】同上の回転電機における巻線固定子側凹部と非巻線固定子側凹部との位置関係を示す図である。
【図４】同上の回転電機を概念的に示す断面図である。
【図５】回転子に介在磁心を設けた例を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る圧縮機を示す断面図である。
【図７】非巻線固定子の変形例を示す図である。
【図８】圧縮機の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０  アキシャルギャップ型回転電機
２０、１２０  回転子
２２、１２２  永久磁石
２４、１２４  回転子磁心
２８ａ  回転軸
３０、３３０  巻線固定子
３２、３３２  第１バックヨーク磁心
３４  固定子磁心
３６  コイル
３７  配線部
３７ａ  外部配線
３８  幅広磁心
３８ａ  連結部
３８Ｓ  溝部
４０、２４０、３４０  非巻線固定子
４２、２４２、３４２  第２バックヨーク磁心
４２Ｓ  非巻線固定子側凹部
８０  圧縮機
９０  圧縮機構部
１２８  介在磁心
【図１】
2008220128.tif 000003
【図２】
2008220128.tif 000004
【図３】
2008220128.tif 000005
【図４】
2008220128.tif 000006
【図５】
2008220128.tif 000007
【図６】
2008220128.tif 000008
【図７】
2008220128.tif 000009
【図８】
2008220128.tif 000010