(57)【要約】【課題】運転効率を向上させる。【解決手段】アキシャルギャップ型モータを、回転軸周りに回転可能なロータと、ロータの回転軸に平行な回転軸方向の両側からロータに対向配置されたステータとを備えて構成した。ロータを、磁化方向が回転軸方向であって周方向に配置された複数の主永久磁石片４１と、磁化方向が回転軸方向に直交する方向であって主永久磁石片４１の端部近傍に配置された複数の副永久磁石片４３と、周方向で隣り合う２つの副永久磁石片４３，４３間において主永久磁石片４１の回転軸方向の一方および他方の表面上に配置された磁性材部材４２とを備えて構成し、磁性材部材４２を、圧延加工により形成された圧延材から構成し、径方向内方または径方向外方の領域での圧延方向を回転軸方向とし、径方向内方と径方向外方との間の領域での圧延方向をロータの周方向とした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸周りに回転可能なロータと、前記ロータの回転軸に平行な回転軸方向の少なくとも一方側から前記ロータに対向配置されたステータとを備えるアキシャルギャップ型モータであって、
前記ロータは、磁化方向が前記回転軸方向であって周方向に配置された複数の主永久磁石と、磁化方向が前記回転軸方向に直交する方向であって前記主永久磁石の端部近傍に配置された複数の副永久磁石と、前記周方向で隣り合う２つの前記副永久磁石間において前記主永久磁石の前記回転軸方向の少なくとも一方側の表面上に配置された磁性部材とを備え、
前記磁性部材は、圧延加工により形成された圧延材から成り、少なくとも径方向内方または径方向外方の領域での圧延方向が前記回転軸方向であり、前記径方向内方と前記径方向外方との間の領域での圧延方向が前記ロータの周方向であることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項２】
前記圧延材は電磁鋼板であり、
前記磁性部材は前記ロータの径方向に複数の前記電磁鋼板が積層された積層鋼板から成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モータ。
【請求項３】
前記副永久磁石は、前記主永久磁石の回転軸方向の両端部近傍に配置された１対の第１副永久磁石および第２副永久磁石を備え、
前記ステータは前記回転軸方向で対向配置されて前記回転軸方向の両側から前記ロータを挟み込む１対の第１ステータおよび第２ステータを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【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モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば回転軸方向の両側からロータを挟み込むようにして対向配置された１対のステータを備え、ロータの永久磁石による界磁磁束に対して、１対のステータを介した磁束ループを形成する軸ギャップ型の永久磁石同期機が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−２７１７８４号公報
【特許文献２】特開２００１−１３６７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術に係る永久磁石同期機においては、例えば１対のステータの各固定子巻線に通電される電流の通電量が相対的に小さい場合等において、回転磁界を発生する磁束（固定子磁束）のうちロータを鎖交する磁束の量（鎖交磁束量）が低下し、漏洩磁束が増大してしまう場合があり、永久磁石同期機の運転効率を向上させることができないという問題が生じる。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、運転効率を向上させることが可能なアキシャルギャップ型モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係るアキシャルギャップ型モータは、回転軸周りに回転可能なロータ（例えば、実施の形態でのロータ１１）と、前記ロータの回転軸に平行な回転軸方向の少なくとも一方側から前記ロータに対向配置されたステータ（例えば、実施の形態でのステータ１２）とを備えるアキシャルギャップ型モータであって、前記ロータは、磁化方向が前記回転軸方向であって周方向に配置された複数の主永久磁石（例えば、実施の形態での主永久磁石片４１）と、磁化方向が前記回転軸方向に直交する方向であって前記主永久磁石の端部近傍に配置された複数の副永久磁石（例えば、実施の形態での副永久磁石片４３）と、前記周方向で隣り合う２つの前記副永久磁石間において前記主永久磁石の前記回転軸方向の少なくとも一方側の表面上に配置された磁性部材（例えば、実施の形態での磁性材部材４２）とを備え、前記磁性部材は、圧延加工により形成された圧延材から成り、少なくとも径方向内方または径方向外方の領域での圧延方向が前記回転軸方向であり、前記径方向内方と前記径方向外方との間の領域での圧延方向が前記ロータの周方向である。
【０００６】
さらに、本発明の第２態様に係るアキシャルギャップ型モータでは、前記圧延材は電磁鋼板であり、前記磁性部材は前記ロータの径方向に複数の前記電磁鋼板が積層された積層鋼板から成る。
【０００７】
さらに、本発明の第３態様に係るアキシャルギャップ型モータでは、前記副永久磁石は、前記主永久磁石の回転軸方向の両端部近傍に配置された１対の第１副永久磁石（例えば、実施の形態での副永久磁石片４３）および第２副永久磁石（例えば、実施の形態での副永久磁石片４３）を備え、前記ステータは前記回転軸方向で対向配置されて前記回転軸方向の両側から前記ロータを挟み込む１対の第１ステータ（例えば、実施の形態でのステータ１２）および第２ステータ（例えば、実施の形態でのステータ１２）を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の第１態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、ロータの主永久磁石の表面上に配置された磁性部材は圧延材から成ることから、この圧延材の圧延方向において初期透磁率が相対的に高くなる。このため、磁性部材の少なくとも径方向内方または径方向外方の領域での圧延方向が回転軸方向、つまりロータからステータに向かう方向に設定されることにより、ロータとステータとの間の磁路空隙部での電流磁束（つまり、ステータの固定子巻線に通電される電流に起因する磁束）がロータを鎖交せずに径方向内方または径方向外方に漏れ出てしまうことを抑制することができ、電流磁界と主永久磁石との間に発生する吸引／反発力に起因する磁石トルクを増大させることができる。また、磁性部材の径方向内方と径方向外方との間の領域での圧延方向がロータの周方向、つまりロータの回転方向に設定されることにより、電流磁界と磁性部材との間に発生する吸引力に起因する回転トルク（リラクタンストルク）を増大させることができると共に、ヒステリシス損失を低減することができることから、反回転方向のバックトルクの発生を抑制することができ、コギングトルクおよびトルクリップルを低減することができる。これらにより、アキシャルギャップ型モータの運転効率を向上させることができる。
【０００９】
さらに、本発明の第２態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、磁石トルクおよびリラクタンストルクを増大させることができ、アキシャルギャップ型モータの運転効率を向上させることができる。
【００１０】
さらに、本発明の第３態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、主永久磁石と第１副永久磁石および第２副永久磁石とによる所謂永久磁石のハルバッハ配置による磁束レンズ効果によって界磁磁束を適切に収束させつつ、回転軸方向で対をなす第１および第２ステータ間で界磁磁束を掃引することができ、各ステータの固定子巻線に鎖交する磁束量を増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のアキシャルギャップ型モータの一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ１０は、例えば図１および図２に示すように、このアキシャルギャップ型モータ１０の回転軸Ｏ周りに回転可能に設けられた略円環状のロータ１１と、回転軸Ｏ方向の両側からロータ１１を挟みこむようにして対向配置され、ロータ１１を回転させる回転磁界を発生する複数相の各固定子巻線を有する１対のステータ１２，１２とを備えて構成されている。
【００１２】
このアキシャルギャップ型モータ１０は、例えばハイブリッド車両や電動車両等の車両に駆動源として搭載され、出力軸がトランスミッション（図示略）の入力軸に接続されることで、アキシャルギャップ型モータ１０の駆動力がトランスミッションを介して車両の駆動輪（図示略）に伝達されるようになっている。
【００１３】
また、車両の減速時に駆動輪側からアキシャルギャップ型モータ１０に駆動力が伝達されると、アキシャルギャップ型モータ１０は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。さらに、例えばハイブリッド車両においては、アキシャルギャップ型モータ１０の回転軸が内燃機関（図示略）のクランクシャフトに連結されると、内燃機関の出力がアキシャルギャップ型モータ１０に伝達された場合にもアキシャルギャップ型モータ１０は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。
【００１４】
各ステータ１２は、略円環板状のヨーク部２１と、ロータ１１に対向するヨーク部２１の対向面上で周方向に所定間隔をおいた位置から回転軸Ｏ方向に沿ってロータ１１に向かい突出すると共に径方向に伸びる複数のティース２２，…，２２と、適宜のティース２２，２２間に装着される固定子巻線（例えば、図４に示す固定子巻線１２ａ）とを備えて構成されている。
【００１５】
各ステータ１２は、例えば主極が６個（例えば、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−）とされた６Ｎ型であって、一方のステータ１２の各Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極に対して、他方のステータ１２の各Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−極が回転軸Ｏ方向で対向するように設定されている。
例えば回転軸Ｏ方向で対向する１対のステータ１２，１２に対し、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極およびＵ−，Ｖ−，Ｗ−極の一方に対応する一方のステータ１２の３個のティース２２，２２，２２と、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極およびＵ−，Ｖ−，Ｗ−極の他方に対応する他方のステータ１２の３個のティース２２，２２，２２とが、回転軸Ｏ方向で対向するように設定され、回転軸Ｏ方向で対向する一方のステータ１２のティース２２と、他方のステータ１２のティース２２とに対する通電状態が電気角で反転状態となるように設定されている。
【００１６】
そして、ティース２２の周方向幅は、例えば径方向の内方から外方に向かい、例えば内周側幅Ｔａから外周側幅Ｔｂ（＞Ｔａ）へと漸次増大し、周方向で隣り合うティース２２，２２同士間の周方向での間隔、つまり周方向で隣り合うティース２２，２２間に形成されて径方向に伸びるスロット２３のスロット幅は、径方向において所定の一定値となるように設定されている。
【００１７】
ロータ１１は、複数の主磁石極部３１，…，３１と、複数の副磁石部３２，…，３２と、非磁性材からなるロータフレーム３３とを備えて構成され、主磁石極部３１と副磁石部３２とは、周方向において交互に配置された状態で、ロータフレーム３３内に収容されている。
【００１８】
ロータフレーム３３は、周方向に所定間隔をおいて配置された複数の径方向リブ３４，…，３４によって接続された内周側筒状部３５と外周側筒状部３６と、内周側筒状部３５の内周面上から内方に向かい突出する円環板状に形成され、外部の駆動軸（例えば、車両のトランスミッションの入力軸等）に接続される接続部３７とを備えて構成されている。
この実施の形態では、ロータフレーム３３の内周側筒状部３５が外部の駆動軸に接続されることから、径方向リブ３４の径方向の内方側がシャフト部側となり、径方向リブ３４の径方向の外方側がリム部側となる。
【００１９】
径方向リブ３４の径方向に対する断面積は、径方向において所定の一定値となるように設定されている。そして、径方向リブ３４の周方向幅は、後述する副永久磁石片４３の周方向幅と同等とされている。また、径方向リブ３４の回転軸Ｏ方向の厚さは、径方向において所定の一定値となるように設定されている。
【００２０】
主磁石極部３１は、例えば図３に示すように、厚さ方向（つまり、回転軸Ｏ方向）に磁化された略扇形板状の主永久磁石片４１と、この主永久磁石片４１を厚さ方向の両側から挟み込む１対の略扇形板状の磁性材部材４２，４２とを備えて構成され、周方向で隣り合う主磁石極部３１，３１の各主永久磁石片４１，４１は、例えば図４に示すように、磁化方向が互いに異方向となるように設定されている。
【００２１】
そして、ロータフレーム３３内に収容された複数の主磁石極部３１，…，３１は、径方向の両側から内周側筒状部３５と外周側筒状部３６とにより挟み込まれると共に、径方向リブ３４を介して周方向で隣り合うように配置されている。
ロータフレーム３３内において、各主磁石極部３１の主永久磁石片４１は２つの径方向リブ３４によって周方向の両側から挟み込まれ、主永久磁石片４１の回転軸Ｏ方向での厚さは、径方向リブ３４と同様に、径方向において所定の一定値となるように設定されている。
また、磁性材部材４２の回転軸Ｏ方向での厚さは、後述する副永久磁石片４３と同様に、径方向において所定の一定値となるように設定されている。
【００２２】
副磁石部３２は、例えば図２および図３に示すように、ロータフレーム３３内において回転軸Ｏ方向の両側から径方向リブ３４を挟み込む１対の副永久磁石片４３，４３を備えて構成され、回転軸Ｏ方向で対向する１対の副永久磁石片４３，４３は、例えば図４に示すように、それぞれ回転軸Ｏ方向および径方向に直行する方向（略周方向）に磁化され、互いに磁化方向が異方向とされている。
副永久磁石片４３の回転軸Ｏ方向での厚さは、磁性材部材４２と同様に、径方向において所定の一定値であって、副永久磁石片４３の周方向幅は、径方向リブ３４の周方向幅と同等とされている。
そして、ロータフレーム３３内において、周方向で隣り合う副磁石部３２，３２の副永久磁石片４３，４３同士は、主磁石極部３１の磁性材部材４２を周方向の両側から挟み込んでいる。
なお、ロータ１１のロータフレーム３３とロータフレーム３３以外の構成要素（つまり、主磁石極部３１および副磁石部３２）とを分離して示す図２においては、回転軸Ｏ方向で対向する１対の副永久磁石片４３，４３間および周方向で隣り合う主永久磁石片４１，４１間に、ロータフレーム３３の径方向リブ３４が配置される空間部３４ａが形成されている。
【００２３】
磁性材部材４２を介して周方向で対向する１対の副永久磁石片４３，４３同士は、例えば図４に示すように、互いに磁化方向が異方向とされている。
そして、回転軸Ｏ方向の一方側に配置された１対の副永久磁石片４３，４３同士は、回転軸Ｏ方向に磁化された主永久磁石片４１の一方側の磁極と同極の磁極を対向させ、回転軸Ｏ方向の他方側に配置された１対の副永久磁石片４３，４３同士は、回転軸Ｏ方向に磁化された主永久磁石片４１の他方側の磁極と同極の磁極を対向させるように配置されている。
【００２４】
つまり、例えば回転軸Ｏ方向の一方側がＮ極かつ他方側がＳ極とされた主永久磁石片４１に対して、回転軸Ｏ方向の一方側において磁性材部材４２を周方向の両側から挟み込む１対の副永久磁石片４３，４３は、互いのＮ極が周方向で対向するように配置され、回転軸Ｏ方向の他方側において磁性材部材４２を周方向の両側から挟み込む１対の副永久磁石片４３，４３は、互いのＳ極が周方向で対向するように配置されている。
これにより、所謂永久磁石のハルバッハ配置による磁束レンズ効果により主永久磁石片４１および各副永久磁石片４３，４３の各磁束が収束し、各ステータ１２，１２に鎖交する有効磁束が相対的に増大するようになっている。
【００２５】
そして、この実施の形態では、磁性材部材４２は圧延加工により形成された複数の電磁鋼板がロータ１１の径方向に積層されて構成されている。
そして、磁性材部材４２を構成する各電磁鋼板は、例えば図３から図５に示すように、少なくとも径方向内方または径方向外方の領域（例えば、径方向内方領域および径方向外方領域）での圧延方向が回転軸Ｏ方向であり、径方向内方と径方向外方との間の領域（例えば、径方向央部領域）での圧延方向がロータ１１の周方向となるように設定されている。
つまり、磁性材部材４２は、例えば図３に示すように、圧延方向がロータ１１の周方向とされた周方向圧延部４２ａと、圧延方向が回転軸Ｏ方向とされた軸方向圧延部４２ｂとを備えて構成され、径方向で対向する１対の軸方向圧延部４２ｂ，４２ｂによって周方向圧延部４２ａが径方向の両側から挟みこまれて構成されている。
なお、ロータ１１のロータフレーム３３以外の構成要素（つまり、主磁石極部３１および副磁石部３２）のみを示す図５においては、回転軸Ｏ方向で対向する１対の副永久磁石片４３，４３間および周方向で隣り合う主永久磁石片４１，４１間に、ロータフレーム３３の径方向リブ３４が配置される空間部３４ａが形成されている。
【００２６】
つまり、圧延加工により形成される電磁鋼板は、たとえ無方向性の電磁鋼板であっても、圧延方向に対する相対的な方向に応じて磁気特性が変化しており、例えば図６に示すように、圧延方向に平行な方向と、圧延方向に対して４５°だけ傾いた方向と、圧延方向の直交方向とに対して、相対的に高磁束密度領域での各直流磁化曲線はほぼ同等となるものの、相対的に低磁束密度領域では互いの直流磁化曲線同士間の偏差が増大していることから、初期透磁率が互いに異なっており、特に、圧延方向に磁化され易くなっている。
【００２７】
このため、磁性材部材４２を構成する各電磁鋼板に対して、径方向内方と径方向外方との間の径方向央部領域での圧延方向がロータ１１の周方向、つまりロータ１１の回転方向となるように設定されることにより、この径方向央部領域はロータ１１の回転方向に磁化され易くなり、例えば図４に示すように、ステータ１２の固定子巻線１２ａに通電される電流に起因する電流磁束によってＮ極およびＳ極の何れかに変化する磁性材部材４２の周方向端部のリラクタンストルク発生部と、電流磁界との間に発生する吸引力に起因する回転トルク（つまりリラクタンストルク）を増大させることができると共に、ヒステリシス損失を低減することができることから、反回転方向のバックトルクの発生を抑制することができ、コギングトルクおよびトルクリップルを低減することができる。
例えば図７に示す相電流進角に応じたトルク変化の一例において、圧延材から成る磁性材部材４２に対し、径方向央部領域においてロータ１１の周方向つまりロータ１１の回転方向に相対的に初期透磁率が高い方向が配置された実施例では、径方向央部領域において相対的に初期透磁率が高い方向がロータ１１の周方向以外の方向に設定された比較例に比べて、リラクタンストルクが増大している。
【００２８】
さらに、磁性材部材４２を構成する各電磁鋼板に対して、少なくとも径方向内方または径方向外方の領域（例えば、径方向内方領域および径方向外方領域）での圧延方向が回転軸Ｏ方向（つまり磁路空隙方向）となるように設定されることにより、この方向に磁束が集束され易くなり、例えば図５に示すように、ロータ１１とステータ１２との間の磁路空隙部での漏洩磁束の発生、つまりステータ１２から発生する電流磁束がロータ１１を鎖交せずに径方向内方または径方向外方に漏れ出てしまうことを抑制することができ、固定子巻線１２ａによる電流磁界と、主永久磁石片４１および副永久磁石片４３による界磁磁束との間に発生する吸引／反発力に起因する磁石トルクを増大させることができる。
例えば図７に示す相電流進角に応じたトルク変化の一例において、圧延材から成る磁性材部材４２に対し、径方向内方領域および径方向外方領域において回転軸Ｏ方向に相対的に初期透磁率が高い方向が配置された実施例では、径方向内方領域および径方向外方領域において相対的に初期透磁率が高い方向が回転軸Ｏ方向以外の方向に設定された比較例に比べて、磁石トルクが増大している。
【００２９】
上述したように、本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ１０によれば、圧延材から成る磁性材部材４２に対し、径方向内方と径方向外方との間の径方向央部領域ではロータ１１の周方向つまりロータ１１の回転方向に相対的に初期透磁率が高い方向を配置することにより、リラクタンストルクを増大させることができ、さらに、ヒステリシス損失およびバックトルクおよびコギングトルクおよび引きずり損失および運転時の騒音や振動等の発生を低減することができる。
さらに、径方向内方領域および径方向外方領域では回転軸Ｏ方向（つまり磁路空隙方向）に相対的に初期透磁率が高い方向を配置することにより、磁石トルクを増大させることができ、リラクタンストルクおよび磁石トルクが合成された合成トルクを増大させることができることから、アキシャルギャップ型モータ１０の運転効率を向上させることができる。
【００３０】
なお、上述した実施の形態では、回転軸Ｏ方向の両側からロータ１１を挟みこむようにして対向配置された１対のステータ１２，１２を備えるとしたが、これに限定されず、例えば１対のステータ１２，１２のうち、何れか一方のステータ１２のみを備えてもよい。
また、上述した実施の形態では、主磁石極部３１は主永久磁石片４１を厚さ方向の両側から挟み込む１対の磁性材部材４２，４２を備え、副磁石部３２は回転軸Ｏ方向の両側から径方向リブ３４を挟み込む１対の副永久磁石片４３，４３を備えるとしたが、これに限定されず、回転軸Ｏ方向の何れか一方側のみに磁性材部材４２と副永久磁石片４３とを備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータの分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータの要部分解斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの径方向に対する要部断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの要部斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの磁性材部材の圧延方向に対する相対的な各方向での直流磁化曲線を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る実施例および比較例に係るアキシャルギャップ型モータの相電流進角に応じたトルクの変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  アキシャルギャップ型モータ
１１  ロータ
１２  ステータ（ステータ、第１ステータ、第２ステータ）
２２  ティース
２３  スロット
４１  主永久磁石片（主永久磁石）
４２  磁性材部材（磁性部材）
４３  副永久磁石片（副永久磁石、第１副永久磁石、第２副永久磁石）
【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】
2008271642.tif 000007
【図６】
2008271642.tif 000008
【図７】
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