(57)【要約】【課題】ロータの振動を抑えることができ、ロータの回転駆動力を主軸で出力することができるアキシャルエアギャップ型電動機を提供する。【解決手段】第１ロータ３１を出力軸に同軸的に固定し、他方の第２ロータ３２は出力軸４に対して非連結とし、ステータ２の外周面を通って第１ロータ３１に固定する。【選択図】図１ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１，第２の２つのロータがそれぞれステータの側面に出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向的に配置されているアキシャルエアギャップ型電動機において、
上記一方の第１ロータは、上記出力軸に同軸的に固定されており、上記他方の上記第２ロータは、内周縁が上記出力軸に非連結であって、外周縁が所定の連結手段を介して上記第１ロータに連結されていることを特徴とするアキシャルエアギャップ型電動機。
【請求項２】
上記連結手段は、上記第１ロータまたは第２ロータのバックヨークの外周端から一体的に立設された側板を含み、上記側板が上記第１ロータから立設されている場合は、上記第２ロータが連結され、上記側板が上記第２ロータから立設されている場合は、上記第１ロータが連結されていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
【請求項３】
上記第２ロータの上記出力軸に対して非連結の内周縁側は、上記ステータとの間に設けられたベアリングによって支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
【請求項４】
上記第２ロータの中央には、上記ステータに接続される各種ケーブルを上記第２ロータの側面に引き出すための引出孔が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
【請求項５】
上記ステータの上記第２ロータに対向する側面には、上記引出孔を介して上記第２ロータの側面に引き出される凸部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
【請求項６】
上記凸部の一部には、上記ステータを制御する制御基板が載置される段差面が設けられており、上記段差面には上記ステータの端子ピンが突設されていることを特徴とする請求項５に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
【請求項７】
上記ロータおよびステータはブラケット内に収納され、上記ブラケットの開放端に蓋カバーが取り付けられ、上記凸部には、上記ブラケットまたは上記蓋カバーを固定するための固定手段が設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
【請求項８】
上記出力軸には、上記第１ロータを上記出力軸に固定するための固定部材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータを挟んで一対のロータが出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向的に配置されているアキシャルエアギャップ型電動機に関し、さらに詳しく言えば、各ロータを連結して、ロータの振動を低減するようにしたアキシャルエアギャップ型電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示すように、アキシャルエアギャップ型電動機は、ステータを挟んで一対のロータが出力軸の軸線方向に所定の空隙をもって対向配置したものからなり、一般的なラジアルギャップ型電動機に比べ、軸線方向長さを短くすることができるという特徴がある。
【０００３】
各ロータは、円盤状のロータバックヨークを有し、その中央に出力軸が同軸的に取り付けられている。ロータバックヨークには、複数個の扇状のロータマグネットが出力軸を中心に環状に配置されている。
【０００４】
このアキシャルエアギャップ型電動機は、ロータマグネットがステータの磁極間を乗り越える際に吸引と反発が繰り返されるため、ロータに振動が発生する。ロータの振動は、振動音やロータとのステータの接触問題などの問題を引き起こすおそれがあるため、可能な限り抑えることが好ましい。
【０００５】
そこで、従来ではロータとステータのギャップ距離を大きく取ったり、バックヨークを厚くして剛性を上げるなどの振動防止対策が取られていた。また、別の方法として、特許文献２に示すように、各ロータの外周縁同士を円筒状のロータリングで連結して、ロータの振動を拘束できるようにしたものも提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２８２９８９号公報
【特許文献２】特開２００６−３１１６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載のアキシャルエアギャップ型電動機では、ステータが各ロータとロータリングによって完全に覆われているため、ステータに電源を供給するための電源ケーブルを主軸の中を通して、外部に引き出すようにしている。
【０００８】
しかしながら、これによると主軸を回転させることができないため、従来のように主軸を出力軸として回転駆動力を取り出すことができず、主軸とは別の部材でロータで発生する回転駆動力を取り出さなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明は上述した課題を解決するため、ロータの振動を抑えることができ、ロータの回転駆動力を主軸を介して出力することができるアキシャルエアギャップ型電動機を提供することにある。
【００１０】
上述した目的を達成するため、本発明は、以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１に記載の発明は、第１，第２の２つのロータがそれぞれステータの側面に出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向的に配置されているアキシャルエアギャップ型電動機において、上記一方の第１ロータは、上記出力軸に同軸的に固定されており、上記他方の上記第２ロータは、内周縁が上記出力軸に非連結であって、外周縁が所定の連結手段を介して上記第１ロータに連結されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、上記連結手段は、上記第１ロータまたは第２ロータのバックヨークの外周端から一体的に立設された側板を含み、上記側板が上記第１ロータから立設されている場合は、上記第２ロータが連結され、上記側板が上記第２ロータから立設されている場合は、上記第１ロータが連結されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２において、上記第２ロータの上記出力軸に対して非連結の内周縁側は、上記ステータとの間に設けられたベアリングによって支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、上記請求項１ないし３のいずれか１項において、上記第２ロータの中央には、上記ステータに接続される各種ケーブルを上記第２ロータの側面に引き出すための引出孔が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、上記請求項４において、上記ステータの上記第２ロータに対向する側面には、上記引出孔を介して上記第２ロータの側面に引き出される凸部が設けられていることを特徴としている。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、上記請求項５において、上記凸部の一部には、上記ステータを制御する制御基板が載置される段差面が設けられており、上記段差面には、上記ステータの端子ピンが突設されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、上記請求項５または６において、上記ロータおよびステータはブラケット内に収納され、上記ブラケットの開放端に蓋カバーが取り付けられ、上記凸部には、上記ブラケットまたは上記蓋カバーを固定するための固定手段が設けられていることを特徴としている。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、上記請求項１ないし７のいずれか１項において、上記出力軸には、上記第１ロータを上記出力軸に固定するための固定部材が設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、第１ロータが出力軸に固定され、第２ロータは内周側が出力軸に非連結で、外周端が第１ロータの一部に固定されていることにより、ロータの振動を効率的に抑えることができるばかりでなく、ロータの回転駆動力を出力軸を介して取り出すことができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、連結手段として、第１ロータまたは第２ロータのバックヨークの外周端から上記ステータの側周面に沿って一体的に立設された側板を有し、側板に第２ロータを連結することにより、複数のパーツを用いることなく、ロータ同士を組み合わせることができ、より防振特性がよくなる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、第２ロータの他端がステータとの間に設けられたスラストボールベアリングによって支持されていることにより、第２ロータを確実に拘束して、ロータに発生する振動をより確実に抑えることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、第２ロータの中央には、ステータに接続される各種ケーブルを第２ロータの側面に引き出すための引出孔が設けられていることにより、ロータの間に挟まれたステータからケーブルを簡単に引き出すことができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、ステータの第２ロータに対向する側面に第２ロータの側面に引き出される凸部が設けられていることにより、凸部の一部を引出孔を介して第２ロータの側面に突出させることで、ケーブルを容易に引き出すことができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、凸部の一部にステータを制御する制御基板が載置される段差面が設けられ、段差面にステータの端子ピンが突設されていることにより、制御基板の位置決めとステータとの電気的な接続を同時に行うことができるとともに、制御基板を無理なく収納でき、第２ロータに隣接した制御基板上のオンボードセンサによってロータマグネット位置をセンシングすることもできる。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、凸部の一部にブラケットまたは蓋カバーを固定するための固定手段を設けたことにより、ステータをブラケット内に強固に収納できる。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、出力軸に第１ロータを出力軸に対して強固に固定するための固定部材を設けたことにより、第１ロータと出力軸の連結をより強固にでき、出力軸との間で滑りが生じるのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこの限りではない。図１ａは、本発明の一実施形態に係るアキシャルエアギャップ型電動機の分解斜視図であり、図１ｂは同アキシャルエアギャップ型電動機の断面図である。
【００２７】
図１ａ，図１ｂに示すように、このアキシャルエアギャップ型電動機１は、円盤状に形成されたステータ２と、同ステータ２を挟んで、その両側面に所定の空隙（ギャップ）をもって対向的に配置される一対のロータ３とを備え、ステータ２およびロータ３は、ブラケット６内に収納されている。
【００２８】
ステータ２は出力軸４の回転軸線を中心とする円周方向に沿って環状に等間隔で配置された複数個（この例では９個）のポールメンバー２１を備えている。各ポールメンバー２１は、同一構成であり、その各々は左右の両端にティース面２２ａ，２２ｂを有するコア材にコイル２３が巻回されている。
【００２９】
コア材は、Ｈ字状に形成された複数枚の電磁鋼板を半径方向に沿って積層することにより形成される。このコア材は、磁性体粉末を粉体成型によって形成したものであってもよい。なお、各ポールメンバー２１の隣り合う面（スロット面）にコギングトルク低減のためのスキューが形成されている場合は、振動がより低減される。
【００３０】
各ポールメンバー２１は、上記連結手段によって環状に連結されたのち、軸受部２４とともにインサート成形によって樹脂で一体にモールドされる。軸受部２４は、金属製のスリーブ金具からなり、中心に一対のラジアルボールベアリング２４１，２４２の外輪が保持され、その内輪に出力軸４が圧入されている。
【００３１】
第１ロータ３１とラジアルボールベアリング２４１との間には、第１ロータ３１とティース面２２ａとの間の距離を位置決めするスペーサ２４３が設けられている。出力軸４は、一端側がステータ２の側面（図１ｂでは左側面）からブラケット６の外部に引き出されており、他端は、ステータ２内に納められている。
【００３２】
次に、ロータ３は、ステータ２の一方の側面（図１ｂでは左側面）に所定の空隙をもって対向配置される第１ロータ３１と、ステータ２の他方の側面（図１ｂでは右側面）に所定の空隙をもって対向配置される第２ロータ３２とを備えている。
【００３３】
第１ロータ３１は、ステータ２の一方のティース面２２ａを含む平面に対してほぼ平行に配置された円板状のバックヨーク３１１と、バックヨーク３１１の外周端からステータ２の円周面に沿ってほぼ垂直に折り曲げられた側板３１２とを含む皿状を呈し、バックヨーク３１１には、複数個の、好ましくは扇状に形成されたロータマグネット３３がティース面２２ａに対向するように環状に設けられている。
【００３４】
側板３１２の他端には、第２ロータ３２を受け止めるためのフランジ３１３が設けられており、このフランジ部３１３に沿って第２ロータ３２が当接するようになっている。バックヨーク３１１の中央には、出力軸４が取り付けられる軸固定孔３１４が設けられており、この軸固定孔３１４に出力軸４が圧入されている。
【００３５】
第２ロータ３２は、ステータ２の他方のティース面２２ｂに対してほぼ平行となるように配置された円板状のバックヨーク３２１を有し、バックヨーク３１１には、複数個の、好ましくは扇状に形成されたロータマグネット３３がティース面２２ｂに対向するように環状に設けられている。
【００３６】
第２ロータ３２の中央には、ステータ２の凸部２６をブラケット６の蓋カバー６２側（図１ｂの右側面側）に引き出すための引出孔３２２が出力軸４の軸線を中心として同軸的に設けられている。引出孔３２２は、少なくとも凸部２６を引き出し可能な大きさを有し、凸部２６の外面から所定間隔をもって同軸的に配置されている。したがって、第２ロータ３２は、出力軸４に連結されていない。
【００３７】
ステータ２の一方の側面（図１ｂでは右側面）には、ステータ２の一部を一側面がステータ２と対向する第２ロータ３２の他側面側に引き出すための凸部２６が設けられている。凸部２６は、上述したインサート成形時に合成樹脂によって一体成型される円筒状を呈し、出力軸４の軸線に対して同軸的に突出している。
【００３８】
凸部２６の一部には、ステータ２の回転を制御するための制御基板５が載置される段差面２６１が形成されている。この段差面２６１には、コイル２３に接続された端子ピン２６２が突設されており、この端子ピン２６２を制御基板５に設けられた図示しないスルーホールに差し込むことにより、端子ピン２６２がガイドとなって段差面２６１に制御基板５が取り付けられる。
【００３９】
凸部２６１の頂部２６３は、後述するブラケット６の蓋カバー６２に当接しており、頂部２６３には、蓋カバー６２を固定するための図示しないネジ孔が設けられている。この例において、頂部２６３には、固定手段としてのネジ孔が設けられているが、ボルトネジなどが埋設されていてもよい。これ以外に、溶接で固定してもよい。
【００４０】
制御基板５は、第２ロータ３２の側面に対向して配置された円盤状を呈し、電子部品が実装されている。制御基板５には、第２ロータ３２の位置をセンシングするためのセンサ（図示しない）を設けることができる。その場合、センサは、ロータマグネット３３にバックヨーク３２１を挟んで対向的に設けられた位置検知用マグネット３４に対向するように実装されている。
【００４１】
なお、この例において、第２ロータ３２は、第１ロータ３１によって支持されており、出力軸４とは非連結であるが、図２に示すように、ステータ２の側面と第２ロータ３２との間にスラストボールベアリング２４３を設けて第２ロータ３２の内周側を支持するようにしてもよく、このような態様も本発明に含まれる。なお、図２において、同一もしくは同一と見なされる箇所には同じ参照符号が付けられている。
【００４２】
第２ロータ３２は、第１ロータ３１のフランジ３１３に対してプロジェクション溶接やネジ止めなどによって固定されているが、より好ましい態様としては、図３（ｃ）〜（ｄ）に示すように、第２ロータ３２を第１ロータ３１に位置決めするための位置決め手段が設けられていることが好ましい。
【００４３】
図３（ａ）に示す位置決め手段は、フランジ３１３と第２ロータ３２の対向面に凹凸からなる半抜き部３４１が設けられており、これらを互いに合致させることにより、第１ロータ３１と第２ロータ３２とが位置決めされるようになっている。位置決めしたのち、プロジェクション溶接などの溶接により、第１ロータ３１と第２ロータ３２とを接着する。
【００４４】
第１ロータ３１と第２ロータ３２とを固定する別の方法として、図３（ｂ）に示すように、フランジ３１３と第２ロータ３２の対向面にネジ孔３４２を形成しておき、各ネジ孔３４２をネジ３４３によってネジ止めするようにしてもよい。ネジ以外にリベットなどを用いてもよい。
【００４５】
この場合、位置決め手段は、図３（ｃ）に示すように、第２ロータ３２の一部をプレス加工してガイド凸部３４４を形成しておき、第１ロータ３１の側板３１２の内径に沿ってガイド凸部３４４を互いに合致させてもよい。
【００４６】
また、別の位置決め手段として図３（ｄ）に示すように、第２ロータ３２の第１ロータ３１との対向面に段差面３４５を設けておき、段差面３４５に沿って第１ロータ３１のフランジ３１３を嵌め合わせてもよい。
【００４７】
この例において、出力軸４は第１ロータ３１に圧入によって固定されているが、第１ロータ３１は、第２ロータ３２を支持するため、より強固に固定されることが好ましい。その一例を図４（ａ）〜（ｃ）に例示する。
【００４８】
図４（ａ）に示すように、この出力軸４には、第１ロータ３１をより強固に固定するための固定部材７が同軸的に取り付けられている。固定部材７は、中央に出力軸４に沿って圧入される円筒状を呈し、外周面には第１ロータ３１のバックヨーク３１１を受け止めるフランジ７１が形成されている。
【００４９】
フランジ７１には、図示しないネジ孔が設けられており、このフランジ７１に沿ってバックヨーク３１１を当接させたのち、ネジ７２によってフランジ７１にネジ止め固定することにより、第１ロータ３１が出力軸４に取り付けられるようになっている。この例において、固定部材７には、フランジ７１とラジアルボールベアリング２４１との間を位置決めするスペーサ７１１が一体的に設けられている。
【００５０】
また、別の方法として、図４（ｂ）に示すように、固定部材７のバックヨーク３１１が差し込まれる支軸７３にねじ山を形成しておき、そこにナット７４を取り付けて、第１ロータ３１を固定するようにしてもよい。
【００５１】
また、固定部材７に代えて、図４（ｃ）に示すように、取付孔３１４の一部をバーリング加工によって筒状に形成して、そこに出力軸４を圧入するようにしてもよく、これによっても、出力軸４に対する接触面積が増えるため、より強固に固定することができる。
【００５２】
ブラケット６は、ステータ２およびロータ３を覆い隠す深さを有するカップ状のブラケット本体６１と、同ブラケット本体６１の開放端を塞ぐ蓋カバー６２とを備えている。ブラケット本体６１の中央には、出力軸４を引き出す軸引出孔６１１が設けられている。
【００５３】
蓋カバー６２は、ブラケット本体６１の開口部を塞ぐ円盤状を呈し、上述したようにステータ２の凸部２６の頂部２６３にネジ止めによって固定されている。本発明において、ブラケット６の構成はあくまで任意的事項である。
【００５４】
次に、図１ａおよび図２を参照して、このアキシャルエアギャップ型電動機１の組立手順の一例について説明する。なお、以下の説明において、ステータ２およびロータ３はあらかじめ組み立てられているものとする。
【００５５】
まず、第１ロータ３１の軸受孔３１４にステータ２から引き出された出力軸４を圧入してゆき、スペーサ２４３がラジアルボールベアリング２４１に当接するまで押し込む。これにより、第１ロータ３１とティース面２２ａとの間隔が位置決めされる。次に、第１ロータ３１のフランジ３１３に沿って第２ロータ３２を取り付ける。
【００５６】
このとき、図３（ａ）〜（ｄ）に示す位置決め手段を介して、第１ロータ３１と第２ロータ３２とは、互いに対称となる位置に位置決めされる。しかるのち、第１ロータ３１のフランジ３１３と第２ロータ３２とをプロジェクション溶接によって一体的に固定する。
【００５７】
これにより、第２ロータ３２の引出孔３２２からステータ２の凸部２６が突出する。次に、凸部２６の段差面２６１に端子ピン２６２をガイドとして、制御基板５を取り付けることで、段差面２６１に沿って制御基板５が載置される。
【００５８】
最後に、制御基板５から引き出されたコード５１をブラケット本体６１から引き出したのち、ブラケット本体６１の開口部に蓋カバー６２を被せ、凸部２６の頂部２６１と蓋カバー６２とを一体的に固定する。以上、一連の動作により、ブラケット６１内にステータ２とロータ３とが一体的に組み付けられる。
【００５９】
この例において、第１ロータ３１と第２ロータ３２とは、第１ロータ３１に一体的に形成された側板３１２によって連結されているが、側板３１２はリング状の別体で成型されていてもよいし、第１ロータ３１および第２ロータ３２のそれぞれに側板を一体的に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１ａ】本発明の一実施形態に係るアキシャルエアギャップ型電動機の分解斜視図。
【図１ｂ】上記実施形態に係るアキシャルエアギャップ型電動機の要部断面図。
【図２】上記アキシャルエアギャップ型電動機にスラストボールベアリングを適用した状態の要部断面図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）第１ロータと第２ロータの位置合わせ手段を説明する部分断面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）第１ロータと出力軸の取付態様を説明する説明図。
【符号の説明】
【００６１】
１  アキシャルエアギャップ型電動機
２  ステータ
２１  ポールメンバー
２２  ティース面
２３  コイル
２４  軸受部
２６  凸部
３  ロータ
３１  第１ロータ
３１１  バックヨーク
３１２  側板
３１３  フランジ
３２  第２ロータ
３２１  ロータ
３２２  引出孔
３３  ロータマグネット
４  出力軸
５  制御基板
６  ブラケット
【図１ａ】
2008312402.tif 000003
【図１ｂ】
2008312402.tif 000004
【図２】
2008312402.tif 000005
【図３】
2008312402.tif 000006
【図４】
2008312402.tif 000007