(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心（２１）とコイル（２２）が配置されて電磁石を構成するステータ（２）と、
ロータシャフト（１０）の軸線方向において、前記ステータと対向させて、かつ、空隙（Ｇ）を介してステータを両側から挟んで配設され、永久磁石（１１）を有し、前記ロータシャフト（１０）に対して軸線方向に摺動可能に支持され、軸線方向に移動した分空隙長さを変化させる二つのロータ（１）と、
該各ロータ間に配設され、前記空隙を軸線方向において拡大する方向に前記各ロータを付勢する弾性部材（３）とを備えるとともに、
前記空隙は、前記弾性部材が前記コイルへの非通電時には前記永久磁石の吸引力に抗して伸張することによって拡大し、前記弾性部材が前記コイルへの通電により前記ステータと前記ロータとの間に作用する電磁石の吸引力と、前記永久磁石の吸引力との合力に屈して縮むことによって狭まることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
【請求項２】
前記弾性部材の伸縮による前記空隙の最大値と最小値を規定するストッパ（１３）を更に備えたことを特徴とする、請求項１記載のアキシャルギャップモータ。
【請求項３】
鉄心（２１）とコイル（２２）が配置されて電磁石を構成するステータ（２）と、該ステータとロータシャフト（１０）の軸線方向に空隙（Ｇ）を挟んで対向し、永久磁石（１１）を有するロータ（１）とを備えてなるアキシャルギャップモータにおいて、
前記ロータは、可撓性を有し、弾性反発力により、前記ステータとロータとの間に作用する永久磁石の吸引力に抗して前記空隙を拡大する方向に変位可能とされたことを特徴とするアキシャルギャップモータ。
【請求項４】
前記ロータは、前記ロータシャフトに軸線方向に不動に支持され、前記ステータとの対向面が、軸線に垂直な面に対して傾斜する方向への可撓性を有し、
前記コイルへの通電により前記ステータと前記ロータとの間に作用する電磁石の吸引力と、前記永久磁石の吸引力との合力により可撓変形し、対向する前記ステータの端面と前記ロータの端面とが略平行となるようにて前記空隙を維持し、非通電による電磁石の吸引力の消滅により永久磁石の吸引力に抗する弾性反発力により空隙を拡大する方向に戻り傾斜変形をすることを特徴とする、請求項３記載のアキシャルギャップモータ。
【請求項５】
前記ロータは対を成し、前記ステータの軸線方向両側に対向させて配置されたことを特徴とする、請求項３又は４記載のアキシャルギャップモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円盤状のロータとステータを軸線方向に対向させたアキシャルギャップモータに関し、特に該モータの空隙を可変とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
円盤型のロータに対して、ロータの軸線方向の端面に空隙を挟んでステータを対向させて配置したいわゆるアキシャルギャップモータは従来から知られている。このモータは、軸線方向で対向したロータとステータの表面間で作用する磁力により回転駆動力を得るものである。アキシャルギャップモータは、在来の円筒状のロータとその周面を取巻く環状のステータとで構成されるいわゆるラジアルタイプのモータに対して、軸線方向の厚みを小さくできるという長所がある。
【０００３】
ところで、永久磁石モータでは、ロータ回転数の上昇に比例して逆起電力が生じる。この逆起電力がモータを回転駆動する電圧より高くなると、それ以上モータを高速回転させることはできない。
【０００４】
そこで、この逆起電力を抑えるために、ステータコイルにモータ駆動用の磁界に加えて逆起電力を生じさせる磁界を打ち消すための磁界を発生させるように電圧を加える。この方法は、通常、弱め界磁制御と呼ばれる。この弱め界磁制御により、モータをより高速に回転させることが可能となる。
【０００５】
しかし、モータ設計上は、図８に特性を示すように、想定される最高回転数において、弱め界磁制御なしにモータが発生する逆起電圧がインバータの耐圧を越えないように逆起電圧定数（単位回転数当り発生する逆起電圧：Ｖ／ｒｐｍ：図の傾めの太実線の傾きがこの定数を表す）が設定される。図８の斜めの太実線とその延長線としての破線が、この逆起電圧定数の設定による逆起電圧特性を示す。こうした設定を行う理由は、逆起電圧がインバータ耐圧を超えるとインバータが破壊に至るため、弱め界磁制御によりモータが高速回転中に、何らかの原因で弱め界磁制御が停止し、モータの逆起電圧が急上昇した場合でも、逆起電圧がインバータの耐圧を超えないようにするためである。
【０００６】
また、モータが外部から駆動されている場合や、トルクを発生させて一旦高回転にした後、惰性で回転させる場合のように、モータ駆動トルクなしにモータが高速回転している場合、逆起電圧がインバータ入力電圧を超えないように、モータ駆動トルクは不用であっても、弱め界磁制御を行っている。図８における水平方向の太実線部分（両方向矢印でこの制御を行う回転数範囲を示す）がこの制御による逆起電圧の抑制状態を示す。こうした制御を行う理由は、逆起電圧がインバータ入力電圧を超えると、モータからインバータ入力側に電力を供給している電源へ電流が流れてしまうため、これを防ぐものである。
【０００７】
前記の逆起電圧定数は、トルク定数（単位電流あたりに発生することのできるモータトルク）とほぼ比例関係にあり、前記の設定のような逆起電圧定数の上限値によりトルク定数も制限される。すなわち、単位電流当り発生することのできるモータトルクも制限される。小さなトルク定数で大きなトルクを発生させるためには、大電流を流す必要があり、インバータの大形化を招く。また大電流をコイルに流すと、コイル中での電流損失が大きくなり、またその分発熱量も多くなる。
【０００８】
また、前記の理由から、高回転時にモータ駆動トルクが不必要な場合にも、逆起電圧を抑えるために弱め界磁制御を行う必要がある。この制御は、モータ駆動トルクとは関係ないため、消費電力に対するモータ駆動力の効率という観点からは無駄な電力を消費することとなる。
【０００９】
ところで、逆起電力はロータとステータの間の空隙（エアギャップ）の長さが長くなるほど小さくなる。そこで、高回転時には低回転時よりエアギャップ長さを長くして逆起電力を低減する技術が提案されている。
【００１０】
その１つの技術として、アキシャルギャップ式の電動発電機において、ステータをラック・ピニオン式の送り機構で回転軸方向に移動可能として、ステータとロータの間のエアギャップ長さを調整するものがある（特許文献１参照）。
【００１１】
また、他の技術として、永久磁石式アキシャルギャップ形電動機において、ロータを回転軸線方向に移動可能とし、ロータ内の径方向に、軸方向に傾斜したガイド溝を設け、ガイド溝におけるロータを支持する位置を変更することで、ロータとステータの間のエアギャップ長さを調整する技術が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２４７８２２号公報
【特許文献２】特開平１１−３３２１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記従来技術は、いずれも、アキシャルギャップ式の回転電機において、ロータとステータとの間のエアギャップ長さを可変とすることで、高回転時の逆起電圧を低減する意味において、所期の目的を達成するものである。しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、ステータをエアギャップ方向に電気的に駆動する装置が付加されている点で機構的な大形化は避けられない。また、エアギャップ長の変更に能動的な制御手段を必要とする点で、作動の信頼性の確保の問題も生じる。
【００１３】
一方、特許文献２に記載の技術にあっては、エアギャップの変更に遠心力を利用し、回転数に応じてエアギャップ長さが自動的に設定される、すなわちエアギャップ長さ調整そのものは受動的になされるため、制御手段の付設やその信頼性の確保の問題はなくすことができる。しかしながら、遠心力の利用であるため、回転数に応じてエアギャップ長さが設定されてしまう。すなわち回転数に応じてトルク定数も規定されてしまう。また、ロータに傾斜形成部を設ける必要があるため、少なくともエアギャップ可変幅の２倍以上のロータ軸方向の長さの増加が避けられない。
【００１４】
いずれにしても前記従来技術は、軸方向に短いモータが実現可能というアキシャルギャップ式モータの特徴を十分に生かした上でのエアギャップ調整技術とはいいがたい。
【００１５】
本発明は、前記のような技術分析に基づき、軸方向寸法の格別な増加を伴うことなく、作動の信頼性の高い簡単な機構で、エアギャップ長さを可変としたアキシャルギャップモータを提供することを主要な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するため、本発明のアキシャルギャップモータは、鉄心（２１）とコイル（２２）が配置されて電磁石を構成するステータ（２）と、ロータシャフト（１０）の軸線方向において、前記ステータと対向させて、かつ、空隙（Ｇ）を介してステータを両側から挟んで配設され、永久磁石（１１）を有し、前記ロータシャフト（１０）に対して軸線方向に摺動可能に支持され、軸線方向に移動した分空隙長さを変化させる二つのロータ（１）と、該各ロータ間に配設され、前記空隙を軸線方向において拡大する方向に前記各ロータを付勢する弾性部材（３）とを備えるとともに、前記空隙は、前記弾性部材が前記コイルへの非通電時には前記永久磁石の吸引力に抗して伸張することによって拡大し、前記弾性部材が前記コイルへの通電により前記ステータと前記ロータとの間に作用する電磁石の吸引力と、前記永久磁石の吸引力との合力に屈して縮むことによって狭まることを特徴とする。
前記の構成において、前記弾性部材の伸縮による前記空隙の最大値と最小値を規定するストッパ（１３）を備えるのが有効である。
【００１７】
次に、本発明は、鉄心（２１）とコイル（２２）が配置されて電磁石を構成するステータ（２）と、該ステータとロータシャフト（１０）の軸線方向に空隙（Ｇ）を挟んで対向し、永久磁石（１１）を有するロータ（１）とを備えてなるアキシャルギャップモータにおいて、前記ロータは、可撓性を有し、弾性反発力により、前記ステータとロータとの間に作用する永久磁石の吸引力に抗して前記空隙を拡大する方向に変位可能とされたことを特徴とする。
この場合の前記ロータは、前記ロータシャフトに軸線方向に不動に支持され、前記ステータとの対向面が、軸線に垂直な面に対して傾斜する方向への可撓性を有し、モータ駆動時の前記コイルへの通電により前記ステータと前記ロータとの間に作用する電磁石の吸引力と、前記永久磁石の吸引力との合力により可撓変形し、対向する前記ステータの端面と前記ロータの端面とが略平行となるようにて前記空隙を維持し、非通電による電磁石の吸引力の消滅により永久磁石の吸引力に抗する弾性反発力により空隙を拡大する方向に戻り傾斜変形をするものとされる。
【００１８】
そして、前記ロータは対を成し、前記ステータの軸線方向両側に対向させて配置された構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のアキシャルギャップモータによれば、空隙の拡大及び縮小が弾性反発力と電磁石及び永久磁石の吸引力により成され、しかもその作用がモータ自体の制御、すなわちステータのコイルへの通電の大小又は有無により受動的に生じるため、作動の信頼性の高い簡単且つコンパクトな機構で、空隙長さ調整のための特別な機構を用いることなく空隙長さを可変とすることができる。
また、本発明では、駆動トルクが必要なときはコイルに電流を流すことで空隙長さが減少し、空隙による磁気抵抗が小さくなるため、トルク定数を大きくすることができ、モータ駆動時により大きなトルクを出力することができる。その一方で、故障時、又はトルク不要時にコイルへの通電を停止されることによって空隙長さが大きくなり、磁気抵抗も大きくなるため、逆起電力を小さくすることが可能となる。
【００２０】
この関係をモータの特性として整理すると、
空隙長さ大→逆起電圧定数小（トルク定数小）
空隙長さ小→逆起電圧定数大（トルク定数大）
となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、ロータをロータシャフト方向に移動可能とし、移動の両端が所定の位置で規制される形態とすることが望ましい。これにより、空隙長さの最大値と最小値の設定が、弾性部材の反発力と永久磁石吸引力及び電磁石吸引力との関係、すなわちステータコイルへの通電・非通電との関連で可能となる。
【００２２】
そして、本発明による、空隙最大値と最小値のときの逆起電圧、インバータ耐圧及びインバータ入力電圧の関係を図２に示すように、設計上の最高回転数時に、空隙最大値（図にギャップ拡大時と表記）での逆起電圧がインバータ耐圧を下回るように空隙最大値を設定すれば、最高回転数時における空隙最小値（図にギャップ縮小時と表記）の状態で、モータトルク定数を決定するにあたり、インバータ耐圧による制限を考慮することなく、大きなトルク定数を設定することができる。こうした設定が可能なのは、高回転時に故障により弱め界磁制御が停止した場合でも、メカニカルに空隙が最大値に変化することで、逆起電圧によりインバータを破壊することがないためである。
【００２３】
また、設計上の最高回転数時に、空隙最大値での逆起電圧がインバータ入力電圧を下回るように空隙最大値を設定すれば、高回転時、モータトルク不要時には弱め界磁制御をする必要がなく、弱め界磁制御用の電力が不用となる。こうした設定が可能なのは、高回転におけるトルク不要時には、ステータコイルへの通電を停止することで、メカニカルにエアギャップが最大値となり、逆起電圧をインバータ入力電圧値以下にすることができるためである。
【００２４】
また、弾性部材は、ステータの径方向内側の空間を利用して配置することが望ましい。このような弾性部材配置を採ると、空隙長を固定とした場合に対して、空隙長さ可変分の軸線方向寸法の増加を要するのみで、空隙長可変の構成を実現できるため、軸線方向にコンパクトなアキシャルギャップ式モータの特徴を十分に生かした上での空隙調整が可能となる。
【実施例１】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。図１は実施例１に係るアキシャルギャップモータの模式断面を示す。この実施例のアキシャルギャップモータは、鉄心２１とコイル２２が配置されて電磁石を構成するステータ２と、ロータシャフト１０の軸方向にステータ２と空隙（エアギャップ）Ｇを挟んで対向し、永久磁石１１を有し、軸線方向に摺動可能にロータシャフト１０に支持されたロータ１と、エアギャップＧを軸線方向に拡大する方向にロータ１を付勢する弾性部材３と、を備える。
【００２６】
このモータにおけるエアギャップＧは、コイル２２への非通電時には、図１のロータシャフトを挟む上半分に示すように、弾性部材３が永久磁石１１のステータ２の鉄心２１に対する吸引力に抗して伸張することによって拡大して最大値Ｇ’となり、弾性部材３がコイル２２への通電によりステータ２とロータ１との間に作用する電磁石の吸引力と、永久磁石１１の吸引力との合力に屈して図１のロータシャフトを挟む下半分に示すように、縮むことによって最小値Ｇ’に狭まる。なお、図１において、エアギャップＧ，Ｇ’は実際の長さより極めて長く示されている。
【００２７】
更に、このモータは、弾性部材３の伸縮によるエアギャップの最大値Ｇ’と最小値Ｇを規定するストッパ１３を備える。
【００２８】
更に、各部分ごとに細部構成を説明する。この実施例では、ロータ１は対を成し、ステータ２の軸線方向両側に対向させて配置されたダブルロータ形のモータとされている。このモータは、軸方向に対称であるので、以下、図上の左右対称な構成部材を、相互関係を説明する場合を除き、特に区別することなく説明する。
【００２９】
ロータ１は、ロータ保持部１２と、ロータ保持部に極数に応じて周方向に複数固定配置された永久磁石１１とで構成されている。ロータ保持部１２は、軸線方向に所定の長さを有するハブ部１２ａと、ハブ部の外端側から径方向に延びる円盤部１２ｂを備える構成とされている。ハブ部１２ａは、ロータシャフト１０にスプライン係合等の回り止め手段で係合し、それによりロータ保持部１２がロータシャフト１０に対して軸線方向に摺動可能に支持されている。円盤部１２ｂには、極数に応じた数の永久磁石１１が周方向に等間隔で固定配置されている。
【００３０】
ステータ２は、ロータシャフト１０の軸端方向からみて扇形の鉄心２１の周りにコイル２２を巻付けた電磁石セグメントを周方向に極数分だけ連結して、全体として環状に構成されている。ステータ２の間には環板状のステータ保持部材２３が配置され、この保持部材が図示しないケースに支持されている。
【００３１】
２つのロータ保持部１２は、ハブ部１２ａの先端を互いに対向させて配置されており、弾性部材３は、ロータシャフト１０に軸方向不動に固定されたバネ座１４に一端を当接させ、他端をそれぞれのハブ部１２ａに当接させて配置されている。この例では、弾性部材３は、円筒コイルバネで構成されている。
【００３２】
ロータシャフト１０には、対向するロータ保持部１２相互の拡開を規制するストッパ１３が固定配置されている。これらのストッパ１３は、両ロータ保持部１２の後端、すなわち円盤部１２ｂが径方向に延びる根元部分に当接する配置とされている。
【００３３】
図３は、前記バネ３の荷重設定を示す。ロータとステータとの間に作用する吸引力は、コイルに電流が流れていない状態では、永久磁石の吸引力のみとなるため、図に○印を繋いだ曲線で示すように、エアギャップ長の変化に対して低い値であまり変化しない。これに対して、コイルに電流が流れている状態では、吸引力は、永久磁石の吸引力と電磁石の吸引力の合力となるため、図に×印を繋いだ曲線で示すように、エアギャップ長の減少に対して急激に大きな値に変化する。そして、永久磁石のみの吸引力と、永久磁石の吸引力と電磁石の吸引力の合力との間には、エアギャップ長の最大値においても所定の差がある。そこで、バネの反発力を、図に右下がりの実線で示すように、コイルに電流が流れていない状態のロータ・ステータ間の吸引力に打ち勝ち、かつ、電流が流れている場合の吸引力には屈するような反発力に設定する。
【００３４】
こうした設定により、コイルに通電中は、図１の下半分に示すように、ロータ１がステータ２方向に吸引されて、バネ３が最も縮んだ状態、すなわちバネ３の巻線が相互に当接した状態で、バネをストッパとして固定され、エアギャップが最小値Ｇとなる。このとき、逆起電圧定数、トルク定数が最も高い状態となり、モータ駆動状態で大きなトルクを発生させることができる。
【００３５】
コイル非通電中は、バネ３の伸張によってストッパ１３に制限されるまでロータ１が引き離され、エアギャップが最大値Ｇ’となる。このとき、逆起電圧定数が最も低い状態となる。したがって、このときの逆起電圧定数を、最高回転数においてもインバータ入力電圧を超えないように設定すれば、無効電力をなくすことができ、また、インバータを破壊させることもない。
【００３６】
次に示す図４は、電流を同じにして、エアギャップ長が固定のモータで逆起電圧を耐圧範囲内に押さえようとした場合と、バネによりエアギャップ長が可変となった場合のトルクの比較を示す。図３に破線で示すように、エアギャップ長さ固定では、トルク定数はインバータ耐圧により制限されるが、エアギャップ長可変では、エアギャップ長さ最小時のトルク定数を大きくとれるので、同じ耐圧値を有するインバータを用いる場合でも、より大きなトルクを発生することのできるモータを実現できる。このトルク増大効果を図の両端矢印で示す。
【００３７】
次に示す図５は、同様に、モータトルク出力不要時（モータが外から回されている場合や、惰性で回転させる場合）の無効電力の比較を示す。図に破線で示すように、エアギャップ長さ固定では、モータ回転数が上昇するにつれ、逆起電圧をインバータ入力電圧より低く抑えるための弱め界磁用の電力がより多く必要となるが、エアギャップ長さ可変では、コイルへの通電を停止するだけで、エアギャップ長さが広がり、逆起電力を小さくすることができるので、弱め界磁制御が不用となり、無駄な電力を消費する必要がなくなる。この電力削減効果を図の両端矢印で示す。
【００３８】
以上詳述したように、コイル２２に電流が流れていない場合には、ロータ１とステータ２の間に働く吸引力よりもバネ３による反発力のほうが勝り、ロータ１が押し広げられてエアギャップ長さは最大値Ｇ’となる。このようにエアギャップが広がると磁気抵抗が上がり、逆起電圧定数が低下する。また、コイル２２に電流が流れている場合には、ロータ１とステータ２の間に働く吸引力のほうがバネ３による反発力に勝り、ロータ１が吸い寄せられてエアギャップが最小値Ｇとなる。このようにエアギャップが狭くなると磁気抵抗が下がり、逆起電圧定数が増加する。
【００３９】
この作用をモータの運転に即していえば、駆動トルクが必要なときはコイル２２に電流を流すことでエアギャップ長さが最小値となり、トルク定数を大きくすることができ、より大きなトルクを出力することができる。ただし、高回転時には弱め界磁を併用する必要はある。一方、同じ回転数（高回転時）であっても、故障時、又はトルク不要時にコイル２２への通電が停止されることによってエアギャップ長さが大きくなり、逆起電力を小さくすることが可能である。
【００４０】
なお、この実施例１によれば、高速回転時、コイル２２への通電を遮断しなくとも、回転トルクを与えるためにコイル２２に通電する電流による吸引力がバネ３の反発力より小さければエアギャップ長さは最大長Ｇ’に保持され、逆起電力を小さくすることができる。すなわち、小さいトルクであれば高回転時に、弱め界磁制御なしでもトルクを与えることができる。換言すれば、コイル２２に電流を流すことで生じるロータ・ステータ間の吸引力がバネ３の反発力以下となる条件を満足する範囲で、弱め界磁制御をしなくともトルクを付与することができる。
【実施例２】
【００４１】
次に図６の模式断面図を参照して示す実施例２は、実施例１と同様に、鉄心２１とコイル２２が配置されて電磁石を構成するステータ２と、ステータとロータシャフト１０の軸方向にエアギャップＧを挟んで対向し、永久磁石１１を有するロータ１とを備えてなるアキシャルギャップモータにおいて、ロータ１は、弾性反発力により、ステータ２とロータ１との間に作用する永久磁石の吸引力に抗してエアギャップＧを拡大する方向に変位可能とされたものである。
【００４２】
ただし、この実施例では、実施例１と異なり、ロータ１は、ロータシャフト１０に軸方向不動に固定支持され、ステータ２との対向面が、軸線に垂直な面に対して傾斜する方向への可撓性を有するものとされている。したがって、この実施例では、コイル２２への通電によりステータ２とロータ１との間に作用する電磁石の吸引力と永久磁石１１の吸引力との合力により可撓変形し、対向するステータ２の端面とロータ１の端面とが略平行となるようにてエアギャップＧを維持し、非通電による電磁石の吸引力の消滅により、永久磁石１１の吸引力に抗する弾性反発力によりエアギャップを拡大する方向に戻り傾斜変形をする。
【００４３】
この例においても、モータを構成する各構成要素は、概ね実施例１と同様であるので、構成要素個々の説明は、対応する要素に同じ参照符号を付して説明に代え、以下、相違点のみ説明する。
【００４４】
この例の場合、両ロータ１はそれらのハブ部１２ａの間にスペーサ１５を挟んでステータ２に対して位置決めされている。ステータ２のロータ１との対向面、詳しくはロータの永久磁石１１との対向面が外径側を軸方向に薄くして、軸線に垂直な面に対して傾斜した面とされている。したがって、永久磁石吸引力のみの作用時には、図の上半分に示すように、エアギャップが広がった状態となる。このエアギャップが広がった状態での逆起電圧定数が、先の実施例１と同様に、最高回転数において入力電圧を超えないように設定されている。この設定により、無効電力がなくなり、コイル２２への通電停止時でもインバータを破壊することもない。
【００４５】
そして、コイルへの通電により電磁石吸引力が発生すると、図６の下半分に示すようにロータ１がステータ２側に撓むが、ステータ２の外径側が薄くなっているので、この状態でエアギャップが精度よく確保されることになる。この作動によりエアギャップが狭まることになり、逆起電圧定数が上がり、大きなトルクを発生することができる。
【００４６】
このようにステータ２の外径側を軸方向に薄くする構成により、エアギャップが最大値（コイルへ無通電時）におけるロータ保持部１２を、実施例１と同様に軸に対して垂直にするよう設計できる。
【００４７】
この実施例に特有の利点としては、モータを運転しない状態でのロータの形状をエアギャップ非可変の構造と同じにできることで、モータケースなどの部材を従来形のものと共用できる点が挙げられる。
【００４８】
なお、この実施例２の変形例として、ロータ保持部１２を実施例１と同様に剛性構造とし、ロータ１のハブ部１２ａと円盤部１２ｂとを回転角度を規制可能なヒンジ連結とし、このヒンジ部に円盤部１２ｂを直立させる反発力を生じさせる捩りバネを配置する構成を採ることで、先の実施例１と同様に、弾性反発手段をロータ保持部１２とは別体の弾性部材をとするアキシャルギャップモータを構成することもできる。
【実施例３】
【００４９】
次に図７の模式断面図を参照して示す実施例３は、実施例２と同様に、鉄心２１とコイル２２が配置されて電磁石を構成するステータ２と、該ステータとロータシャフト１０の軸方向にエアギャップを挟んで対向し、永久磁石１１を有するロータ１とを備えてなるアキシャルギャップモータにおいて、ロータ１は、弾性反発力により、ステータ２とロータ１との間に作用する永久磁石の吸引力に抗して空隙Ｇを拡大する方向に変位可能とされたものである。
【００５０】
この実施例でも、実施例２と同様に、ロータ１は、ロータシャフト１０に軸線方向に不動に支持され、ステータ２との対向面が、軸線に垂直な面に対して傾斜する方向への可撓性を有するものとされている。したがって、この実施例でも、コイル２２への通電によりステータ２とロータ１との間に作用する電磁石の吸引力と永久磁石１１の吸引力との合力により可撓変形し、対向するステータ２の端面とロータ１の端面とが略平行となるようにてエアギャップＧを維持し、非通電による電磁石の吸引力の消滅により永久磁石１１の吸引力に抗する弾性反発力によりエアギャップを拡大する方向に戻り傾斜変形をする。
【００５１】
この例においても、モータを構成する各構成要素は、概ね実施例２と同様であるので、構成要素個々の説明は、対応する要素に同じ参照符号を付して説明に代え、以下、相違点のみ説明する。
【００５２】
この実施例では、ステータ２の端面は実施例１と同様に軸線に垂直な面とされ、ロータ保持部１２は、あらかじめ外径側が開いた形状とされている。このように外径側が開いた状態では、特に外径側のエアギャップが広がるので、逆起電圧定数が低下している。したがって、この例では、この状態の逆起電圧定数を最高回転数において入力電圧を超えないように設定される。この構成の場合、コイル２２への通電停止時は、吸引力が少なくなりロータ１の外径が開いた状態となるので、無効電力がなく、インバータを破壊することもない。
【００５３】
コイル２２へ通電中は、ロータ１とステータ２の間に吸引力が発生し、円盤部１２ｂがその吸引力によりハブ部１２ａに対して撓み変形する。ロータ保持部１２ｂの剛性は、最大の吸引力が発生したときにエアギャップが最小となるように設定される。この状態ではエアギャップが狭まり、逆起電圧定数が増加するので、大きなトルクを発生することができる。
【００５４】
この実施例に特有の利点としては、モータ駆動時、すなわちエアギャップが最小となった時点で、ロータ１の回転面がロータシャフト１０に対して垂直となるように設定できることにある。これにより、モータの回転時にロータ１とステータ２との間のエアギャップを精度良く維持する構造を設計しやすくなる。また、先の実施例２と比較して、ステータ２は従来形のモータと同じ形状の設計が可能となるので、ステータの設計が容易となる点が挙げられる。
【００５５】
この実施例３においても、実施例２に対する変形例と同様の変形が可能である。この場合、ロータ１のハブ部１２ａと円盤部１２ｂとを連結するヒンジ部に配置する捩りバネによりロータを拡開方向に付勢する構成を採ることで、先の実施例１と同様に、弾性反発手段をロータ保持部１２とは別体の弾性部材をとするアキシャルギャップモータを構成することもできる。
【００５６】
以上、本発明をダブルロータ形のモータに適用した３つの実施例を挙げたが、本発明は、シングルロータ形のモータにも当然に適用可能である。また、本発明がロータに永久磁石を有することを前提とするため、永久磁石トルク式のモータを例示したが、本発明は、ロータに永久磁石と磁性体からなる突極を交互に配置した永久磁石トルクとリラクタンストルクを併用する形式のモータについても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、あらゆる用途のモータあるいはモータジェネレータに適用可能であるが、特に軸線方向寸法が小さいことを生かせる用途、例えば電機自動車においてホイールに内蔵されるホイルモータや、エンジン横置式のハイブリッド車用駆動装置におけるエンジンと同軸上又は平行軸上に配置されるモータ又はモータジェネレータに用いて特に有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の適用に係るアキシャルギャップモータの実施例１を模式化して示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態の設定によるモータ特性を示すグラフである。
【図３】実施例１の弾性部材のバネ設定を示すグラフである。
【図４】実施例１によるトルク改善効果を示すグラフである。
【図５】実施例１による無効電力改善効果を示すグラフである。
【図６】実施例２の構成を示す模式断面図である。
【図７】実施例３の構成を示す模式断面図である。
【図８】モータの一般的特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１    ロータ
２    ステータ
３    バネ（弾性部材）
１０    ロータシャフト
１１    永久磁石
１３    ストッパ
２１    鉄心
２２    コイル
【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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