(57)【要約】【課題】変動する負荷に適応するとともに、広い回転速度範囲で効率のよいアキシャルギャップ型電動機を提供する。【解決手段】保持板１は中心に軸受１ｂを備えており、この軸受１ｂには回転軸３が軸支されている。一方、固定子２の鉄心２ａの端部と隙間を隔てて対向する１６個の永久磁石４ａが配設され、向き合った２枚の円板４からなる回転子５の中心には回転軸３が固定されている。固定子の巻線２ｂは、内周部用と外周部用とに独立して駆動されるようになっており、内周部用のみ、外周部用のみ、外周部と内周部と両方を駆動するように制御し、それぞれ、低速回転、常用回転、高速回転の３つ場合に対応させる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に２列にして同心円状に複数の孔を穿設するとともに中心に軸受を備えた円板状の保持板を前記複数の孔位置が合致するように相対向して配設し、円柱状の鉄心に巻線を巻回した複数の固定子の両端を対応する前記孔に嵌着することにより前記保持板の間に２列の固定子列を形成し、前記鉄心の端部と隙間を隔てて対向する位置に複数の永久磁石を備えた２枚の円板をそれぞれ前記保持板の外側に位置するように前記軸受に軸支された回転軸に固定して回転子を形成し、前記保持板をブラケット内面に保持してなることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【請求項２】
円周方向に２列にして同心円状に複数の孔を穿設するとともに中心に挿通孔を備えた円板状の保持板を前記複数の孔位置が合致するように相対向して配設し、円柱状の鉄心に巻線を巻回した複数の固定子の両端を対応する前記孔に嵌着することにより前記保持板の間に２列の固定子列を形成し、前記鉄心の端部と隙間を隔てて対向する位置に複数の永久磁石を備えた２枚の円板をそれぞれ前記保持板の外側に位置するように前記挿通孔に挿通された回転軸に固定して回転子を形成し、前記回転軸を軸支する軸受を両側に備えたブラケット内面に前記保持板を保持してなることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【請求項３】
前記固定子は各固定子列ごとに同じ個数であり、円周方向に対して同じ角度で配設されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアキシャルギャップ型電動機。
【請求項４】
前記固定子は各固定子列ごとに同じ個数であり、円周方向に対して前記固定子列ごとに補間する角度で配設されてなることを特徴とする請求項１記載または請求項２記載のアキシャルギャップ型電動機。
【請求項５】
前記固定子は、各固定子列ごとに前記固定子の数が異なることを特徴とする請求項１または請求項２記載記載のアキシャルギャップ型電動機。
【請求項６】
前記永久磁石を複数の前記固定子列を横断し、それぞれの前記固定子列の１つの固定子と対応する形状としてなることを特徴とする請求項３または請求項４記載記載のアキシャルギャップ型電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アキシャルギャップ型電動機に係わり、より詳細には、固定子と回転子の永久磁石との配置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アキシャルギャップ型電動機は、図８の側断面図に示すような構造である。図８（Ａ）と図８（Ｂ）との違いは回転軸を軸支する軸受の取付位置の違いである。
図８の電動機は、２枚の円板状の保持板９０と、対向する２枚の保持板９０の間に配設されて両端が保持板９０に固定された固定子９１と、保持板９０の側面側に配設され、回転軸９２に固定された２枚の円板９３からなる回転子９４と、保持板９０を両側から内面に保持するブラケット９５とで構成されている。
固定子９１は、円柱状の鉄心９１ａに巻線９１ｂを巻回して構成され、２枚の保持板９０の孔９０ａに鉄心９１ａの両端がそれぞれ嵌合されている。また、保持板９０の中心には挿通孔９０ｂが備えられている。
そして、図８（Ａ）では回転軸９２に挿通された軸受９６がブラケット９５の両端に備えられ、図８（Ｂ）では回転軸９２に挿通された軸受９７が挿通孔９０ｂに固定されている。
前述のようにこの２つの電動機は、軸受の取付位置が異なるのみであり、また軸受の取付位置は本願の特徴部分ではないため、以下の説明は図８（Ｂ）についてのみ記載する。
【０００３】
アキシャルギャップ型電動機の固定子および回転子は、回転子軸方向から見た図６（Ａ）正面の断面図、および、回転軸を左右に配置して見た図６（Ｂ）側断面図に示すように、２枚の円板状の保持板８０と、対向する２枚の保持板８０の間に配設されて両端が保持板８０に固定された固定子８１と、保持板８０の側面側に配設され、回転軸８２に固定された２枚の円板８３からなる回転子８４とで構成されている。
固定子８１は、円柱状の鉄心８１ａに巻線８１ｂを巻回して構成され、２枚の保持板８０の孔８０ａに鉄心８１ａの両端がそれぞれ嵌合されている。またこの固定子８１は、図６（Ａ）に示すように、保持板８０の円周方向に等間隔で合計８個が配置されて固定子列を形成している。
【０００４】
保持板８０は中心に軸受８０ｂを備えており、この軸受８０ｂには回転軸８２が軸支されている。一方、鉄心８１ａの端部と隙間を隔てて対向する８個の永久磁石８３ａが配設されて向き合った２枚の円板８３の中心に回転軸８２が固定されて回転子８４を構成している。
回転子８４に配設された円柱状の永久磁石８３ａは、鉄心８１ａの端部と対応する回転子８４の円板８３に埋設されており、隣接する永久磁石８３ａの極性が異なるように配設されている。
【０００５】
次に図７の制御回路のブロック図を用いて動作を説明する。この制御回路は、固定子の巻線８１ｂの２つの巻線グループと、ＤＣ電源を入力して巻線８１ｂを駆動する駆動部９０と、他の制御機器、例えばエアコンの制御部（図示せず）からの回転制御信号と回転子の回転位置を検出するロータ位置検出部９１の信号を入力し、駆動部９０へ巻線８１ｂの駆動タイミング信号を出力する制御部９２とで構成されている。
固定子の巻線８１ｂは、巻線グループ１と巻線グループ２とに分かれて駆動されるように駆動部９０に接続されている。各巻線グループは４つの巻線８１ｂからなり、また、各巻線８１ｂは図６（Ａ）の配置において、円周方向に１つおきの巻線８１ｂが直列に接続されている。
【０００６】
制御部９２では、回転制御信号で示される回転速度を目標とし、ロータ位置検出部９１で検出される位置パルスで回転子の位置と、また、その周期から現在の回転速度とを検出し、目標となる回転速度となるように駆動部９０へ巻線８１ｂの駆動タイミング信号を出力する。駆動タイミング信号は、各巻線グループを時間的に交互に駆動するタイミングや、駆動パルス幅が制御された信号であり、この信号を入力した駆動部９０が巻線グループを駆動することにより回転子が回転する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
しかしながら、このようなアキシャルギャップ型電動機は、一定負荷の運転では高効率である一方、負荷の変動に対応して高速や低速で運転する用途では効率が低下するという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２００９８７号公報　（第５頁、第１０図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上述べた問題点を解決し、変動する負荷に適応するとともに、広い回転速度範囲で効率のよいアキシャルギャップ型電動機を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するため、円周方向に２列にして同心円状に複数の孔を穿設するとともに中心に軸受を備えた円板状の保持板を前記複数の孔位置が合致するように相対向して配設し、円柱状の鉄心に巻線を巻回した複数の固定子の両端を対応する前記孔に嵌着することにより前記保持板の間に２列の固定子列を形成し、前記鉄心の端部と隙間を隔てて対向する位置に複数の永久磁石を備えた２枚の円板をそれぞれ前記保持板の外側に位置するように前記軸受に軸支された回転軸に固定して回転子を形成し、前記保持板をブラケット内面に保持する。
【００１１】
または、円周方向に２列にして同心円状に複数の孔を穿設するとともに中心に挿通孔を備えた円板状の保持板を前記複数の孔位置が合致するように相対向して配設し、円柱状の鉄心に巻線を巻回した複数の固定子の両端を対応する前記孔に嵌着することにより前記保持板の間に２列の固定子列を形成し、前記鉄心の端部と隙間を隔てて対向する位置に複数の永久磁石を備えた２枚の円板をそれぞれ前記保持板の外側に位置するように前記挿通孔に挿通された回転軸に固定して回転子を形成し、前記回転軸を軸支する軸受を両側に備えたブラケット内面に前記保持板を保持する。
【００１２】
また、前記固定子は各固定子列ごとに同じ個数であり、円周方向に対して同じ角度で配設されてなる構造とする。
【００１３】
もしくは、前記固定子は各固定子列ごとに同じ個数であり、円周方向に対して前記固定子列ごとに補間する角度で配設されてなる構造とする。
【００１４】
もしくは、前記固定子は、各固定子列ごとに前記固定子の数が異なる構造とする。
【００１５】
また、前記永久磁石を複数の前記固定子列を横断し、それぞれの前記固定子列の１つの固定子と対応する形状とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明によるアキシャルギャップ型電動機を詳細に説明する。
図１は本発明によるアキシャルギャップ型電動機の回転子および固定子の第一実施例を示す（Ａ）は回転軸方向から見た正面の断面図、（Ｂ）は回転軸を左右に配置して見た側断面図である。基本的な構造は従来の例と同じであるが、環状に配設された固定子列が複数であることが本願の特徴である。また、ブラケットの構造については、従来例と同じ構造であるため説明を省略する。さらに、軸受の配設箇所は従来例で説明した通り、ブラケット内、または円板内の２通りの構造があるが、本願では図８（Ｂ）を基にして説明する。従って本願では軸受の配設箇所を特定するものではない。
【００１７】
本発明によるアキシャルギャップ型電動機の回転子および固定子は、２枚の円板状の保持板１と、対向する２枚の保持板１の間に配設されて両端が固定された固定子２と、保持板１の側面側に配設され、回転軸３が固定された円板４からなる回転子５とで構成されている。
固定子２は、円柱状の鉄心２ａに巻線２ｂを巻回して構成されており、２枚の保持板１の孔１ａに鉄心２ａの両端がそれぞれ嵌合して固定されている。またこの固定子２は、図１（Ａ）に示すように、保持板１の円周方向に８個の固定子が、等間隔で２つの固定子列として配置されている。また、内周側の固定子列の固定子２は、外周側の固定子列の固定子２に比べて直径が小さく、また、円周方向に同じ角度で設けられている。
【００１８】
保持板１は中心に軸受１ｂを備えており、この軸受１ｂには回転軸３が軸支されている。一方、固定子２の鉄心２ａのそれぞれの端部と隙間を隔てて対向する１６個の永久磁石４ａが配設された２枚の円板４の中心には回転軸３が固定されて回転子５を構成している。
回転子５に配設された円柱状の永久磁石４ａは、固定子２の鉄心２ａの端部と対応する位置で回転子５の円板４に埋設されており、円周方向で隣接する永久磁石４ａの極性が異なるように、また、半径方向で隣接する永久磁石４ａの極性が同じとなるように配設されている。
【００１９】
次に図５の制御回路のブロック図を用いて動作を説明する。この制御回路は、固定子の巻線として内周部用と外周部用とのグループに分かれ、それぞれが組として駆動される２つの巻線グループと、内周部用の巻線グループ１及び２と外周部用の巻線グループ３及び４とを巻線切換信号によって切り換える駆動信号切換部１０と、ＤＣ電源を入力して巻線２ｂを駆動する駆動部１１と、他の制御機器、例えばエアコンの制御部（図示せず）からの回転制御信号と回転子の回転位置を検出するロータ位置検出部１２の信号とを入力し、駆動部１１へ巻線２ｂの駆動タイミング信号と駆動信号切換部１０への巻線切換信号とを出力する制御部１３とで構成されている。
固定子の巻線２ｂは、内周部用／外周部用ごとに巻線グループ１及び２／巻線グループ３及び４とに分かれて駆動されるように駆動信号切換部１０に接続されている。各巻線グループ１から４は、それぞれ４つの巻線２ｂからなり、また、各巻線２ｂは図１（Ａ）の配置において、円周方向に１つおきの巻線２ｂが固定子列ごとに直列に接続されている。
【００２０】
制御部１３では、回転制御信号で示される回転速度を目標とし、ロータ位置検出部１２で検出される位置パルスで回転子の位置と、また、その周期から現在の回転速度とを検出し、目標となる回転速度となるように駆動部１１へ巻線２ｂの駆動タイミング信号を出力する。駆動タイミング信号は、各巻線グループを時間的に交互に駆動するタイミングや、駆動パルス幅が制御された信号であり、この信号を入力した駆動部１１が巻線グループを駆動することにより回転子が回転する。
【００２１】
この時、制御部１３は駆動信号切換部１０に対して３種類の巻線切換信号を回転制御信号に対応して出力する。この３種類の巻線切換信号は、常用回転で使用される巻線グループ１と２との駆動、低速回転で使用される巻線グループ３と４との駆動、高速回転で使用される巻線グループ１から４の全駆動に対応している。つまり、制御部１３は回転制御信号で指示される回転速度に対応し、低トルク回転、常用トルク回転、高トルク回転の３つのゾーンに分類し、それぞれの回転速度ゾーンに対応してこの３つのトルクゾーンを対応させ、巻線切換信号を選択する。そして、各ゾーン内の回転速度範囲では、従来の制御手段であるパルス幅制御や電圧制御を用いて細かく回転速度を制御する。
【００２２】
このような固定子の配置と制御方法とにより、従来の構造では得られなかった広範囲なトルク制御が可能であり、また、内周と外周との２つの固定子列を同時に駆動することにより、従来例よりトルクを増加させることができる。
また、内周の固定子は外周の固定子（従来例の固定子と同じ大きさ）より小さくすることにより駆動電力を小さくできるため、低トルク運転時に効率を向上させることができる。
【００２３】
図２は本発明による第二実施例を示す正面の断面図である。第一実施例に比べて内周の固定子の配置と、この固定子に対応して配置された永久磁石（図示せず）が異なる。
この実施例では保持板２２の外周に８個の固定子２０が円周方向に等間隔で配置されており、また、内周にも８個の固定子２１が円周方向に等間隔で配置されている。内周の固定子２１は、円周方向に対して外周の固定子２０の固定子列を補間する角度で配設されている。つまり、外周の固定子列の隣接する固定子２０の間に内周側の固定子２１がそれぞれ配設されている。
この構造によりトルクリップルを減少させ、振動を低減させることができる。ただし、内周と外周との固定子の配置角度をずらしたため、内周と外周との固定子の駆動タイミングがずれる。従って制御部は内周用と外周用の２つの駆動タイミングを発生する。
また、この構造は外周の固定子列の隣接する固定子２０の間のスペースを有効に利用できる。従って内周の固定子２１の直径を大きく設計できるため、図１の例に比べてトルクを増加させることができる。
【００２４】
図３は本発明による第三実施例を示す正面の断面図である。第二実施例に比べて内周の固定子の配置と、この固定子に対応して配置された永久磁石（図示せず）が異なる。
この実施例では保持板３２の外周に８個の固定子３０が円周方向に等間隔で配置されており、また、内周には６個の固定子３１が円周方向に等間隔で配置されている。
このように、複数の固定子列の固定子の数を各固定子列ごとに異なるように配設することにより、各固定子列の固定子の数で決定される駆動特性を切り換えて駆動できるため、任意のトルク制御範囲を得ることが容易となる。
【００２５】
図４は回転子４３の円板４０の断面図である。この回転子４３は図１の固定子２に対応しており、永久磁石４１を２つの固定子列（図１では内周と外周との列）を横断し、それぞれの固定子列の１つの固定子２と対応する形状となっている。つまり、円周方向に同じ角度で配設され、同じ極性で駆動される内周と外周との２つ固定子を覆う１つの永久磁石４１が８個配置されている。
この構造により、複数の固定子列を設けたとしても、回転子の永久磁石は１つの列の固定子の数で済むため、部材の管理や組立工数を削減することができる。また、永久磁石４１を大きくすることができるため、トルク改善を図ることができる。また図示しないが、この形状の永久磁石は、各固定子列の固定子の数が同じ場合に適用できる。従って、本願の第二実施例（図２）の構造においても適用可能である。
【００２６】
以上のように保持板の内周と外周とに配設された固定子の配置や数により低トルクから高トルクまでの広いトルク制御範囲で運転可能な電動機とすることができる。従って各回転速度で必要なトルクを選択し、結果的に電動機の効率を高めることができる。
また、本願は実施例に示した固定子の数や配置に限るものではなく、固定子列を複数設けたり、各固定子列の固定子の数を増減させたりして配置してもよい。さらに、固定子列ごとに配設された固定子の巻線の直径や巻線の数をそれぞれ異なるようにし、各固定子列を選択して駆動し、これらの組合せにより必要となる電動機のトルク仕様に容易に対応できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるアキシャルギャップ型電動機によれば、請求項１および２に係わる発明は、固定子列を回転軸と同心円状に複数設け、運転状態に適応して固定子列ごとに選択して駆動することにより、従来の構造では得られなかった広範囲なトルク制御が可能であり、また、全ての固定子列を同時に駆動することにより、従来例よりトルクを増加させることができる。
【００２８】
また、請求項３に係わる発明は、固定子を複数の固定子列ごとに同じ個数とし、円周方向に対して同じ角度で配設することにより、トルクリップルを減少させ、振動を低減させることができる。また、内周の固定子は外周の固定子（従来例の固定子と同じ大きさ）より小さくすることにより駆動電力を小さくできるため、低トルク運転時に効率を向上させることができる。
【００２９】
また、請求項４に係わる発明は、固定子を各固定子列ごとに同じ個数とし、円周方向に対して固定子列ごとに補間する角度で配設することにより、トルクリップルを減少させ、振動を低減させることができる。また、この構造は隣接する固定子の間のスペースを有効に利用できる。従って、補間して配置される固定子の直径を大きく設計できるため、トルクを増加させることができる。
【００３０】
また、請求項５に係わる発明は、固定子の数を各固定子列ごとに異なるように配設することにより、固定子の数で決定される駆動特性を固定子列ごとに切り換えて駆動できるため、任意のトルク制御範囲を得ることが容易となる。
【００３１】
また、請求項６に係わる発明は、永久磁石を複数の固定子列を横断し、それぞれの固定子列の１つの固定子と対応する形状とすることにより、複数の固定子列を設けたとしても、回転子の永久磁石は１つの列の固定子の数で済むため、部材の管理や組立工数を削減することができる。また、永久磁石を大きくすることができるため、トルク改善を図ることができる。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアキシャルギャップ型電動機の第一実施例であり、固定子と回転子との構造を示す（Ａ）は正面の断面図、（Ｂ）は側断面図である。
【図２】本発明によるアキシャルギャップ型電動機の第二実施例を示す正面の断面図である。
【図３】本発明によるアキシャルギャップ型電動機の第三実施例を示す正面の断面図である。
【図４】本発明によるアキシャルギャップ型電動機の第四実施例を示す回転子の円板の断面図である。
【図５】本発明によるアキシャルギャップ型電動機を駆動するための一実施例を示す制御ブロック図である。
【図６】従来のアキシャルギャップ型電動機の固定子と回転子との構造を示す（Ａ）は正面の断面図、（Ｂ）は側断面図である。
【図７】従来のアキシャルギャップ型電動機を駆動するための一実施例を示す制御ブロック図である。
【図８】従来のアキシャルギャップ型電動機を示す側面の断面図であり、（Ａ）は一実施例、（Ｂ）は他の実施例である。
【符号の説明】
１、２２、３２　保持板
１ａ　孔
１ｂ　軸受
２、２０、２１、３０、３１　固定子
２ａ　鉄心
２ｂ　巻線
３、４２　回転軸
４、４０　円板
４ａ、４１　永久磁石
５、４３　回転子
１０　駆動信号切換部
１１　駆動部
１２　ロータ位置検出部
１３　制御部
【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】
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【図８】
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