(57)【要約】  コアとコイルとボビンにより形成される複数のコアユニットが、回転軸を中心としてハウジング内周面に沿って環状に配置された固定子と、回転軸径方向に所定のギャップを介してコアの端面と面対向する回転子とを有するアキシャルギャップ型回転電機であって、回転子は、円板形状の永久磁石と永久磁石の外周において把持する端部を備えて永久磁石を保持するローターベースからなり、ローターベースの端部の厚みを固定子側に向かって薄くした。特に、ローターベースの端部の厚みが固定子側に向かって薄くしたテーパ形状をなすようにした。また、ローターベースの端部に、周方向にわたり高い部分と低い部分が周期的に表れる形状をなすようにした。  これにより、固定子からの磁束を効率よく回転子に回流させて、出力を高く保つことができる。
2018142469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとコイルとボビンにより形成される複数のコアユニットが、回転軸を中心としてハウジング内周面に沿って環状に配置された固定子と、回転軸径方向に所定のギャップを介して前記コアの端面と面対向する回転子とを有するアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記回転子は、円板形状の永久磁石と前記永久磁石の外周において把持する端部を備えて前記永久磁石を保持するローターベースとを有し、
前記ローターベースの端部の厚みを固定子側に向かって薄くしたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項２】
前記ローターベースの端部上端が、前記永久磁石の上端面まで達していることを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項３】
前記ローターベースの端部上端が、前記永久磁石の上端面まで達していないことを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項４】
前記ローターベースの端部の厚みを固定子側に向かって薄くしたテーパ形状をなすことを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項５】
前記ローターベースの端部は、固定子側が小さな段を有する階段形状をなすことを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項６】
前記ローターベースの端部は、厚みが周期的に小さくなる形状をなすことを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項７】
前記ローターベースの端部の厚みを固定子側に向かって薄くしたラウンド形状をなすことを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項８】
前記ローターベースの端部に、周方向にわたり高い部分と低い部分が周期的に表れる形状をなすことを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項９】
前記ローターベースの端部の低い部分をカーブ形状にしたことを特徴とする請求項８記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【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回転電機に係る。
【背景技術】
【０００２】
アキシャルギャップ型回転電機は，円筒状の固定子と円盤状の回転子を、回転軸径方向に所定のエアギャップを介して面対向して配置したものである。固定子は、ハウジング部内周方向に反って配置した複数の鉄心と、これに巻き回されたコイルとを含む。アキシャルギャップ型回転電機は、トルクを発生するギャップ面が、おおよそ径の２乗に比例して増加するため、径方向にギャプを有する機構のラジアルギャップ型と比較して、高能率で薄型形状に好適な回転電機と考えられている。【０００３】
特に、２枚の回転子で一つの固定子を挟み込んだダブルロータ型のアキシャルギャップ型回転電機は，２倍のギャップ面積を確保することができるため、より優れた特性を得られる可能性がある構造として注目されている。【０００４】
アキシャルギャップ型回転電機の回転子は、通常、ドーナツ形状の永久磁石とそれを保持する部材（ローターベース）からなる。【０００５】
例えば、特許文献１には、永久磁石３１がローターベースによって保持される断面図が示されている（図２（ａ）、図４（ａ））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１５９３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１では、永久磁石３１を保持するローターベースの端部（外周において磁石を把持する部分）は、一定の厚みをもって、回転時の永久磁石３１を押さえている。【０００８】
しかしながら、誘導モータにおけるＩＥ３効率規制の影響もあり、さらに回転電機の効率を上げたいというニーズがある。【０００９】
そのため、効率が良く、損失の少ないアキシャルギャップ型回転電機が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のアキシャルギャップ型回転電機は、好ましくは、コアとコイルとボビンにより形成される複数のコアユニットが、回転軸を中心としてハウジング内周面に沿って環状に配置された固定子と、回転軸径方向に所定のギャップを介してコアの端面と面対向する回転子とを有するアキシャルギャップ型回転電機であって、回転子は、円板形状の永久磁石と永久磁石の外周において把持する端部を備えて永久磁石を保持するローターベースとを有し、ローターベースの端部の厚みを固定子側に向かって薄くしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、固定子からの磁束を効率よく回転子に回流させて、出力を高く保つことのできるアキシャルギャップ型回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機の概要構成図である（その一）。
【図１Ｂ】実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機の概要構成図である（その二）。
【図２】一般的なアキシャルギャップ型回転電機の回転子の斜視図である。
【図３】回転子における永久磁石の配置例を示した斜視図である。
【図４Ａ】従来技術に係るアキシャルギャップ型回転電機の回転子の断面の要部拡大図である（その一）。
【図４Ｂ】従来技術に係るアキシャルギャップ型回転電機の回転子の断面の要部拡大図である（その二）。
【図５】回転子の永久磁石からの磁束の様子を示した断面図である。
【図６Ａ】実施形態１に係るローターベースの端部の形状を示す断面図である（テーパ形状、その一）。
【図６Ｂ】実施形態１に係るローターベースの端部の形状を示す断面図である（テーパ形状、その二）。
【図７Ａ】実施形態１に係るローターベースの端部の形状を示す断面図である（テーパ形状、その三）。
【図７Ｂ】実施形態１に係るローターベースの端部の形状を示す断面図である（テーパ形状、その四）。
【図８Ａ】実施形態１に係るローターベースの端部の形状を示す断面図である（階段形状、その一）。
【図８Ｂ】実施形態１に係るローターベースの端部の形状を示す断面図である（階段形状、その二）。
【図９Ａ】実施形態１に係るローターベースの端部の形状を示す断面図である（階段形状、その三）。
【図９Ｂ】実施形態１に係るローターベースの端部の形状を示す断面図である（階段形状、その四）。
【図１０Ａ】実施形態１に係るローターベースの端部の形状を示す断面図である（くし型形状、その一）。
【図１０Ｂ】実施形態１に係るローターベースの端部の形状を示す断面図である（くし型形状、その二）。
【図１１Ａ】実施形態１に係るローターベースの端部の形状を示す断面図である（Ｒ面形状、その一）。
【図１１Ｂ】実施形態１に係るローターベースの端部の形状を示す断面図である（Ｒ面形状、その二）。
【図１２Ａ】実施形態２に係るローターベースの端部の形状を示す回転子の側面図である（その一）。
【図１２Ｂ】実施形態２に係るローターベースの端部の形状を示す回転子の側面図である（その二）。
【図１２Ｃ】実施形態２に係るローターベースの端部の形状を示す回転子の側面図である（その三）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した各実施形態を、図１Ａないし図１２Ｃを用いて説明する。
【実施形態１】
【００１４】
以下、本発明を適用した実施形態１を、図１Ａないし図１１Ｂを用いて説明する。
【００１５】
先ず、図１Ａおよび図１Ｂを用いて実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機の全体構成について説明する。
【００１６】
図１Ａの断面図は、実施形態１に係るダブルロータ型アキシャルギャップ型永久磁石同期モータ１（以下、単に「モータ１」という場合がある。）の概要構成を表わしている。
【００１７】
モータ１は、図１Ａに示されるように、ハウジング５０の内周面に沿って配置されたドーナツ形状の固定子１９を、円盤状の２つの回転子３０が、回転軸径方向に所定のエアギャップを介してはさむようにして、それぞれ面対向して配置されている。
【００１８】
回転子３０は、円盤中央が回転軸４０と固定されている。そして、回転軸４０は、固定子１９の中央部分を貫通して配置され、両端部が軸受７０を介してエンドブラケット６０と回転可能に固定されている。また、エンドブラケット６０は、概略円筒形からなるハウジング５０の両開口端部付近で固定される。
【００１９】
さらに、回転子３０は、円形のローターベース３３に、永久磁石３１を備え、ローターベース３３が永久磁石３１を保持する構造である。永久磁石３１は、回転軸４０方向を中心とする概略扇形の形状からなる複数の平板状の磁石からなり、回転方向に異なる極性の磁石が配置される。なお、永久磁石３１はフェライトを適用するものとするが、これに限るものではない。
【００２０】
モータ１の電機子構成は、図１Ｂの斜視図に示されるようになる。固定子１９は、回転軸心Ａを中心方向としてハウジング５０の内周に沿って配置された１２個のコアユニット２０からなる。一つのコアユニット２０が、１スロットを構成するようになっている。また、コアユニット２０同士およびハウジング５０の内周面は、樹脂モールドによって互いに一体的に成形され、固定子に固定されるようになっている。
【００２１】
次に、図２を用いて回転子の構成について説明する。
【００２２】
回転子３０は、図２に示されるように、永久磁石３１と、その永久磁石３１を保持する筒型形状のローターベース３３とから構成される。ローターベース３３は、通常、鉄を主成分とする磁性体である。永久磁石３１は、リング状の円板であり、図３に示すようにＮ極とＳ極は交差して軸方向と平行して着磁される。ここで、永久磁石３１と、固定子１９のコアユニット２０のコア２１は、回転軸方向に対向している構造となり、エアギャップを挟んで平行に対向する。これが「アキシャルギャップ型」といわれる所以である。なお、本実施形態は、一つの固定子１９と二つの回転子３０を有するアキシャルギャップ型回転電機の構成を例に採り示したが、一つの固定子１９と一つの回転子３０との組合せ、一つの回転子３０と二つの固定子１９との組合せにも適用できる。固定子１９のコアユニット２０は、扇型断面を有しコア２１とコイル２３とそれらを保持するボビン２２から構成されるが、アキシャルギャップ回転電機の出力トルクはロータ磁石とステータ鉄心の対向面積の大きさと関係があるため、なるべくその面積を大きくすることが望ましい。また、出力トルクはロータ磁石とステータ鉄心の対向距離(ギャップ長)にも関係するため、ギャップ長が短いほど望ましい。
【００２３】
次に、図４Ａないし図５を用いて従来技術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。
【００２４】
従来技術に係るアキシャルギャップ型回転電機の回転子３０におけるローターベース３３の外周の端部３４における形状は、図４Ａ、図４Ｂに示されるようになり、一定の幅を有する端部３４が永久磁石３１を保持している。なお、図４Ａは、端部上端３５が永久磁石３１の上端面まで達していない例を示しており、図４Ｂは、端部上端３５が永久磁石３１の上端面まで達している例である。
【００２５】
回転子３０の永久磁石３１からの磁束Φは、図５に示されるように、回転子３０の永久磁石３１のＮ極がＳ極に達するような磁束Φの回流路が形成される。そして、固定子１９のコアユニット２０におけるコア２１に巻かれたコイル２３を通電して、コア２１の磁極をＮ極、Ｓ極を切り換えることにより、回転子３０側の永久磁石３１との間に吸引力と反発力を生じさせて、回転子３０を回転させるのが、アキシャルギャップ型回転電機の原理である。
【００２６】
ここで、永久磁石３１からの磁束Φは、磁性体であるローターベース３３の外周の端部３４が一定の厚みがあるため、磁束の短絡が生じ、回転電機の効率が低下するという問題点があった。また、ローターベース３３の外周の端部３４において、渦電流ｉが発生し、渦電流損のため、回転電機の効率が低下するという問題点があった。
【００２７】
次に、図６Ａないし図１１Ｂを用いて実施形態１に係るローターベースの端部の形状について説明する。
【００２８】
本実施形態では、従来技術における回転電機の効率の低下という問題点を解決するために、図６Ａ、図６Ｂに示されるように、ローターベース３３の外周の端部３４を、固定子１９側を細くしたテーパ形状とした。図６Ａは、端部上端３５が永久磁石３１の上端面まで達していない例を示しており、図６Ｂは、端部上端３５が永久磁石３１の上端面まで達している例である。また、図７Ａ、図７Ｂに示されるように、端部上端３５がない形状でもよい。
【００２９】
また、図８Ａ、図８Ｂに示されるように、端部３４が固定子１９側が小さな段を形成して、二段階の階段形状、あるいは、図９Ａ、図９Ｂに示されるように、端部３４が固定子１９側が小さな段を形成して、それ以上の段数となる階段形状であってもよい。
【００３０】
また、図１０Ａ、図１０Ｂに示されるように、端部３４がくし型形状であってもよい。
【００３１】
さらに、図１１Ａ、図１１Ｂに示されように、端部３４がＲ（ラウンド）面であってもよい。図１１Ａが下に凸のＲ面を形成する場合であり、図１１Ｂが上に凸のＲ面を形成する場合を示している。
【００３２】
以上述べてきたように本実施形態によれば、ローターベース３３の外周の端部３４の径方向厚みを固定子に向かって薄くなる形状で形成することにより、ローターベース３３が永久磁石３１をしっかりと把持しながらも、永久磁石３１からの磁束Φの流れが端部３４により短絡したり、渦電流が発生することする現象を緩和して、回転電機の効率の低下が回避される。
【実施形態２】
【００３３】
以下、本発明を適用した実施形態２を、図１２Ａないし図１２Ｃを用いて説明する。
【００３４】
本実施形態では、ローターベース３３の端部３４を図１２Ａ、図１２Ｂに示されるように、高い部分３６と低い部分３７を交互に設けた構成を特徴の一つとしている。これにより、端部３４を全て一様な高さにしたときと比較して、ローターベース３３が永久磁石３１をしっかりと把持しながらも、永久磁石３１からの磁束Φの流れが端部３４により短絡したり、渦電流が発生することする現象を緩和して、回転電機の効率の低下が回避される。ここで、図１２Ａ、図１２Ｂは、高い部分３６と低い部分３７の幅と間隔が異なっている例を示している。
【００３５】
また、図１２Ｃに示すように、ローターベース３３の端部３４の低い部分３７をなだらかなカーブを描くように形成してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…モータ、１９…固定子、２０…コアユニット、２１…コア、２２…ボビン、２３…コイル、３０…回転子、３１…永久磁石、３３…ローターベース、３４…端部、３５…端部上端、３６…高い部分、３７…低い部分、４０…回転軸、５０…ハウジング、６０…エンドブラケット、７０…軸受。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
2018142469.tif 000018
【図１０Ｂ】
2018142469.tif 000019
【図１１Ａ】
2018142469.tif 000020
【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【国際調査報告】
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2018142469.tif 000026
2018142469.tif 000027
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