(57)【要約】      （修正有）【課題】同一のハウジング枠内で、固定子コア寸法や回転子構造体ヨークの寸法を変更しないで、アキシャルギャップ型回転電機の出力調整を行うことができる構造を提供する。【解決手段】軸方向に１つの固定子３００と、その両側に第１および第２の２つの回転子１００，２００を有するアキシャルギャップ型回転電機であって、界磁のための永久磁石３の一部を、軟磁性材料からなる継鉄部４で置き換えたことを特徴とする。また、第１の回転子１００には、界磁のための永久磁石３を配置し、第２の回転子２００には、軟磁性材料からなる継鉄部４を配置してもよい。また、第１の回転子１００または前記第２の回転子２００の何れか一方に、或いは両方に界磁のための永久磁石３が配置され、その表面にＮ極またはＳ極の何れか一方だけが配置され、永久磁石極３間には、軟磁性体からなる継鉄部４が配置されているものでよい。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に１つの固定子と、当該固定子の両側に第１および第２の２つの回転子を有するアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記第１および第２の回転子に配置された、界磁のための永久磁石の一部を、軟磁性材料からなる継鉄部で置き換え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】
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記第１の回転子には、界磁のための永久磁石を配置し、
前記第２の回転子には、前記軟磁性材料からなる継鉄部を配置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３】
請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機おいて、
前記第２の回転子の継鉄部は、前記軟磁性材料によって磁束が継鉄の役割を果たす方向に流れるとともに、その方向に垂直な渦電流を電気的に遮断する方向に非磁性のギャップを有する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４】
請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機おいて、
前記第２の回転子の継鉄部は、電磁鋼板、アモルファス金属箔帯、冷間圧延鋼板、パーメンジュールなどの軟磁性材料を渦巻き状に巻き取って構成する巻き鉄心構造を備える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５】
請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機おいて、
前記第２の回転子の継鉄部は、圧粉磁心またはフェライトで構成する鉄心構造を備える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６】
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記第1の回転子または前記第２の回転子の何れか一方に、或いは両方に界磁のための永久磁石が配置され、
当該永久磁石の配置は、表面にＮ極またはＳ極の何れか一方だけが配置され、
永久磁石極間には、前記軟磁性体からなる継鉄部が配置されている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７】
請求項２乃至５の何れか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記第２の回転子の表面に径方向の溝または突起を形成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８】
請求項１乃至６の何れか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記第１の回転子または前記第２の回転子に、カウンターウエイトを取り付け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９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機を実装するポンプ。
【請求項１０】
請求項１乃至８の何れか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機を実装する圧縮機。
【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モータなどのアキシャルギャップ型の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業機械の動力源として用いられる回転電機として、アキシャルギャップ型回転電機は、モータ部分の薄型化や高イナーシャ化、高効率化などの特徴があるため、各種の用途に用いられている。アキシャルギャップ型回転電機は、一般的なラジアル型回転電機に比べて、比較的大きな径を持つディスク状の回転子を有する構造となっている。このため、決められた径の中にモータを構成しようとするとき、ディスクの径を大きくできるので、ラジアル型モータに比べて大きなトルクが得られるといった特徴を持っている。さらに大きなトルクを期待する場合に、一つの固定子に対して、軸方向に２つの回転子を有する構造のアキシャルギャップ型回転電機を構成することができる。この方式は、ディスク上に多くの界磁源である永久磁石を配置できるため、トルク発生に寄与する磁束量を増加させることが可能となる。
【０００３】
特許文献１では、１つの固定子と２つの回転子を有するアキシャルギャップ型モータの高効率化方法が提案されている。固定子の鉄心部分に、損失の低いアモルファス金属箔帯で構成した鉄心を用い、回転子磁石に渦電流損失などの損失の少ない材料を用いることにより、発生する損失を抑えることができるので、モータの効率を高めることができる構造として提案されている。
【０００４】
一方、アキシャルギャップ型のモータにおいて、１つの回転子に対して２つの固定子を有するものも検討されている。軸方向中央に永久磁石を有する回転子を備え、その両側に固定子を配置した構造である。この構造は、上述した２つの回転子を有するアキシャルギャップ型回転電機と同様、固定子と回転子のギャップ対向面積を大きくできるため、高トルク化が期待できる。しかし、巻線されたコイルや絶縁物などで構成される複雑な固定子部分が２つとなることで、システム全体の構造が複雑になることが懸念される。システムの簡素化の方法として、１つの固定子と、１つの回転子を有するアキシャルギャップ型モータがある。このモータ構造は、ギャップ部で発生する磁気吸引力が常に片側方向に働き続ける構造となり、ベアリングに大きなスラスト力をかけ続けることになるため、寿命の観点から産業用機械での適用は進んでいない。特許文献２では、このギャップ部に働く吸引力を緩和する構造が提案されている。２つの固定子を有するアキシャルギャップモータとして、固定子の片側を継鉄部として簡素化する構造が提案されている。これによって、ギャップ部の吸引力をバランスさせることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６３５９２１号公報
【特許文献２】特開２００８−１９９８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１などに示されるアキシャルギャップ型回転電機は、大きな径の円盤状回転子磁石によってトルク出力を大きくすることが特徴である一方、ラジアル型回転電機に比べて出力の調整代が少ないことが知られている。一般的なラジアル型回転電機の場合、軸方向の長さを変化させることで、トルク出力の調整が可能である。したがって、同一断面を有する固定子鉄心や回転子鉄心を、電磁鋼板、またはケイ素鋼板と呼ばれる板厚が０．３から０．５ｍｍの薄い鉄板で構成し、それを積層することで固定子鉄心や回転子鉄心を形成することができる。これにより、トルクが必要な場合は、同一断面の回転子と固定子を軸長方向に可能な限り延ばして構成することができるので、ひとつの金型（コア形状、ハウジング寸法）で、何種類もの出力違いのモータを構成することができる。
【０００７】
これに対して、アキシャルギャップ型回転電機では、軸方向長に固定子鉄心を延ばしても、磁石界磁の量を増やすことが出来ないため、出力の調整を行うことが困難となっている。アキシャルギャップ型回転電機では、ラジアルギャップ型回転電機のコア積厚（軸方向長）にあたる要素は、径寸法となる。径方向の寸法を変化させると、磁石回転子と、固定子鉄心のギャップ対向面積が増加し、トルク出力を増加することができる。しかし、この方法で出力を調整しようとする場合、径の異なるハウジングや、形状の異なる固定子鉄心、また、径の異なる回転子円盤、回転子磁石を複数種類用意する必要があり、一つの機種の生産量によっては、非常にコストが高くなってしまう。特許文献１に示される方法では、ひとつの固定子と２つの回転子で構成するユニットを、軸方向に複数重ねて配置する方法が示されている。これによると基本構成単位の整数倍のトルク出力は担保することができる。この方式の課題は、ユニット単位で構成される回転電機の間を埋める設計への対応と、コスト低減である。ユニット毎に回転電機が構成されているため、複数倍の出力を得ようとした場合に、軸受や回転子磁石、接続部部品などが余分に使用されることになり、高コストになる恐れがある。また、軸方向に多数重ねる場合に、アキシャルギャップ型モータの薄型であるという特徴を失うことにもつながる。
【０００８】
本発明は、同一のハウジング枠内で、固定子コア寸法や回転子構造体ヨークの寸法を変更しないで、アキシャルギャップ型回転電機の出力調整を行うことができる構造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】
【０００９】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、軸方向に１つの固定子と、当該固定子の両側に第１および第２の２つの回転子を有するアキシャルギャップ型回転電機であって、前記第１および第２の回転子に配置された、界磁のための永久磁石の一部を、軟磁性材料からなる継鉄部で置き換えたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のアキシャルギャップ型回転電機は、前記第１の回転子には、界磁のための永久磁石を配置し、前記第２の回転子には、前記軟磁性材料からなる継鉄部を配置したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のアキシャルギャップ型回転電機は、前記第１の回転子または前記第２の回転子の何れか一方に、或いは両方に界磁のための永久磁石が配置され、当該永久磁石の配置は、表面にＮ極またはＳ極の何れか一方だけが配置され、永久磁石極間には、前記軟磁性体からなる継鉄部が配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、同一のハウジング枠内で、固定子コア寸法や回転子構造体ヨークの寸法を変更しないで、アキシャルギャップ型回転電機の出力調整が可能となる。また、準備する部品の点数が減ることから、多品種をそろえる場合でも低コストで生産することが可能となる。そして、アキシャルギャップ型モータが薄型に構成でき、高効率であるという利点を保ったまま、多種類の機種を実現することができるため、前述した産業用機械への適用で、機械類の小型高効率化に貢献することができる。
【００１３】
上述した以外の課題、構成および効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の実施例１に係るアキシャルギャップ型回転電機の固定子と回転子の関係を示す斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の実施例１に係るアキシャルギャップ型回転電機の固定子と回転子の関係を示す断面図である。
【図２Ａ】一般的なラジアルギャップ型回転電機の構造を説明する説明図である。
【図２Ｂ】一般的なアキシャルギャップ形回転電機の構造を説明する説明図である。
【図３】本発明の軟磁性ヨーク回転子を有する産業用アキシャルギャップ型回転電機の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１の回転子構造を説明する斜視図である。
【図５】本発明の実施例１の回転子を実現するための各種形態を示す断面図である。
【図６Ａ】本発明の実施例２に係る回転子構造を示す斜視図である。
【図６Ｂ】本発明の実施例２に係る他の回転子構造を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例３に係る回転子構造を示す斜視図である。
【図８】本発明の回転子構造の動作を説明するための断面図である。
【図９】本発明の磁石を減らす回転子構造の動作を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の実施例４に係る回転子構造を有する産業用アキシャルギャップ型回転電機の断面図である。
【図１１】本発明の実施例５に係るアキシャルギャップ型回転電機を実装するポンプ構造を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施例６に係るアキシャルギャップ型回転電機を実装するスクロール圧縮機構造を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施例７に係るアキシャルギャップ型回転電機を実装するスクリュー圧縮機構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【実施例１】
【００１６】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施例１に係るアキシャルギャップ型回転電機の固定子と回転子の関係を示す斜視図、および断面図である。
【００１７】
図１Ａおよび図１Ｂに示すアキシャルギャップ型回転電機は、１つの固定子３００と２つの回転子（第１の回転子、第２の回転子）１００，２００で構成される。２つの回転子１００，２００は、固定子３００の両側に配置され、回転軸７に取り付けられて、回転する。固定子３００は、複数の固定子鉄心１とそれぞれの固定子鉄心の周囲に設けた固定子コイル２から構成されている。
【００１８】
紙面下側に示す第１の回転子１００は、永久磁石３を有する回転子である。永久磁石回転子は、Ｎ極とＳ極で対となった磁極が回転方向に周期的に並ぶ構造である。図１Ａでは、リング状の円盤状磁石は、周方向に１０極の磁極が並ぶ構造となっている。１つの磁極は、扇形形状となっており、等角度ピッチで円周上に並ぶ構造となっている。この磁極は、一極あたり、または複数の分割された磁石を貼り付けることによっても同様の回転子構造が得られる。この永久磁石回転子１００は、図１Ｂの断面図に示すように、通常は永久磁石３と構造体回転子ヨーク５の間に継鉄部４を有している。継鉄部４は、永久磁石からの磁束を通すために軟磁性材料で構成される。永久磁石３の磁束は直流成分であるため、渦電流損失の影響が少ないために、磁石裏側の磁性体は、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）や磁性ステンレス鋼などで構成される場合もある。モータの効率を高めることを目的とする場合、固定子側で作る回転磁界、交番磁界による影響で発生する渦電流損を抑えるために、渦電流を発生させにくい構造の継鉄部４を構成する場合がある。
【００１９】
本実施例では、図１Ａまたは図１Ｂに示すように、紙面上側の円盤状の第２の回転子２００は、永久磁石を有さない構造とする。こうすることにより、同じ体格で磁石磁束量を低減させて出力を低減することが可能となる。このとき、磁石を有さない第２の回転子２００は、継鉄部４と構造体ヨーク部５で構成される。継鉄部４は、固定子からの交流の基本波磁束を常時通すため、渦電流損失が発生しにくい構造を取る必要がある。本実施例では、電磁鋼板（ケイ素鋼板）を渦巻き状に巻いて構成する継鉄部４を構造体ヨーク部５に圧入、接着、溶接などの方法を用いて固定する構造を図示している。電磁鋼板は、０．３〜０．５ｍｍ厚みのシリコン含有鉄であり、その表面に絶縁が施されている。このために、渦巻き状に巻き取った鉄心は、円周方向には、鉄でつながっているために、磁束を流しやすいが、その流れた方向に直交する方向の電流を遮断できる構造となるために、渦電流損失の発生を防止できる効果がある。この軟磁性材のみで構成された回転子を片方の回転子として構成することにより、永久磁石の供給する磁束量を低減して出力を調整することが可能となる。また、このときに構造体ヨーク５の寸法や、固定子鉄心の寸法を変える必要が無いため、複数種類の出力を生産する場合でも、生産性が向上できる効果がある。
【００２０】
図２Ａおよび図２Ｂには、一般的なラジアルギャップ型回転電機とアキシャルギャップ型回転電機の構造比較をそれぞれ斜視図で示している。図２Ａはラジアルギャップ型回転電機を示し、図２Ｂはアキシャルギャップ型回転電機を示している。本比較例では、どちらも同一のハウジング１０に実装される場合を想定して図示している。図２Ａに示すラジアルギャップ型回転電機は、スロットと呼ばれる巻線（コイル）２を実装するための溝を有する電磁鋼板を軸方向に積層した固定子鉄心１をハウジング１０の内径部に構成する。さらに、その内側部分には、永久磁石３を回転軸７上に実装した回転子が構成されている。このとき、回転子と固定子の対向面積は、回転子の直径φｄと軸長Ｌで決まり、その大きさは、π×φｄ×Lとなる。ハウジングの径に対して回転子径は固定子の内側となるため、φｄは小さめである。図２Ａにおいて、符号８はベアリングを、符号９はエンドブラケットを表す。
【００２１】
一方、図２Ｂに示すアキシャルギャップ型回転電機は、２枚の永久磁石３を実装した回転子を備えるものを図示している。こちらの構造では、回転子と固定子コア１の対向面積は、回転子径φＤがハウジングの内径いっぱいまで使用することができるために、大きな面積となる。図示したモデルでは、対向面積は、π/4×φＤ2×2となる。この値は、先に示したラジアルギャップ型回転電機に比べてこのモデルでは約３倍となっている。このことから、アキシャルギャップ型回転電機は同一径のハウジング内に実装する場合には、ラジアルギャップ型回転電機に比べて大きなトルクが得られる利点があることがわかる。
【００２２】
しかし、ラジアルギャップ型回転電機の場合、軸方向の長さＬを変化させることで、トルク出力の調整が可能である。したがって、同一断面を有する固定子鉄心１を、電磁鋼板、またはケイ素鋼板と呼ばれる板厚が０．３から０．５ｍｍの薄い鉄板で構成し、それを積層することで固定子鉄心や回転子鉄心を形成することができる。これにより、トルクが必要な場合は、同一断面の回転子と固定子を軸長方向に可能な限り延ばして構成することができるので、ひとつの金型（コア形状、ハウジング寸法）で、何種類もの出力違いのモータを構成することができる。これに対して、アキシャルギャップ型回転電機では、軸方向長に固定子鉄心を延ばしても、磁石界磁の量を増やすことが出来ないため、出力の調整を行うことが困難となっている。アキシャルギャップ型回転電機では、ラジアルギャップ型回転電機のコア積厚（軸方向長）にあたる要素は、径寸法となる。径方向の寸法を変化させると、磁石回転子と、固定子鉄心のギャップ対向面積が増加し、トルク出力を増加することができる。しかし、この方法で出力を調整しようとする場合、径の異なるハウジングや、形状の異なる固定子鉄心、また、径の異なる回転子円盤、回転子磁石を複数種類用意する必要があり、一つの機種の生産量によっては、非常にコストが高くなってしまう。
【００２３】
そこで、本発明ではアキシャルギャップ型回転電機の出力調整手法として、前述した軟磁性材料のみで構成した回転子構造を適用することでその調整を行う。回転電機のトルクは、回転子と固定子がギャップを介して対抗する面積（以後、「ギャップ対向面積」と称す）と、磁石の磁束供給量（磁石の強さ）の積に比例する。このため、片側の磁石を無くすることで、磁束の供給量を半分として、出力を低減することができる。このとき、片側の磁石が配置されていた部分の空隙を詰める効果により、半分よりも大きな出力が期待できることになる。通常、ギャップ寸法にもよるが６０から８０％の出力範囲で調整が可能となる。これにより、同一のハウジング枠内で、軸方向長や、固定子コア形状、回転子の構造体ヨークなどの寸法もそのままで、出力を調整することが可能となる。また、磁石の使用量を少なくできることより、低コスト化効果も得られることになる。さらに、この回転子のギャップ寸法を調整することにより、５０%または、それ以下の出力にも調整可能である。
【００２４】
図３に、本実施例の軟磁性ヨーク回転子２００を有する産業用アキシャルギャップ型回転電機の断面図を示す。固定子３００に対して、紙面左側が磁石を有する回転子１００であり、右側が軟磁性体継鉄回転子２００である。ここに示したモデルでは、ハウジング１０にもともとのアキシャルギャップ型回転電機を構成していた部品をそのまま用いて構成出来ることを示している。シャフト７，エンドブラケット９，ベアリング８などの構成部品はそのままの寸法であり、また、構造体ヨーク５も左右で同一のものを使用することで構成できる。したがって、右側の回転子２００の継鉄部４の軸方向長は、もとの設計の磁石３寸法と、継鉄部４の軸方向寸法を合わせた寸法となる。図３において、符号２１は外扇ファンを、符号２２はファンカバーを表す。
【００２５】
図４は、継鉄のみの回転子２００の具体的構造を説明する斜視図である。図４（ａ）は構造体ヨーク５と継鉄部４とを分解した図、図４（ｂ）は構造体ヨーク５と継鉄部４を組み合わせた図である。この実施例では、円盤状の構造体ヨーク５は、旋盤加工などで、内側と外側に保持、位置決め用のガイド部５５が加工されている。このガイド部５５に合わせて、電磁鋼板（ケイ素鋼板）を渦巻き状に巻き取って構成した鉄心（継鉄部４）を接着、圧入、溶接などの方法を用いて構造体ヨーク５と一体構造にする。このとき、電磁鋼板の渦巻き状鉄心は、巻いたことにより残留応力が鉄心内に残るため、ゼンマイのようにスプリングバックを持ったり、鉄心内の鉄損（ヒステリシス損）の増大につながったりすることがある。このため、焼鈍処理を行なったものを組立することも、性能向上には有効であると考えられる。また、本継鉄部４は回転するため、耐遠心力に対する強度向上のため、外側部分のガイドを厚く、または、しっかりとガイドする構成とすることも可能である。その場合、構造体ヨーク５が金属体の場合は、固定子からの磁束の影響によって渦電流損失を発生させないように、継鉄部４の径を固定子鉄心やその周囲に配置されるコイルが配置されている部分の外径部よりも大きくするなどの対策が有効である。また、モータトルクが大きく無い場合には、構造体ヨーク５は、樹脂材料などの非磁性体、非導電体で構成することも可能である。さらに、耐遠心力に対しての強度アップのために、外周部を炭素繊維、ガラスファイバーなどの高強度部材で構成することも対策の一つである。
【００２６】
図５に、各種の継鉄部４を有する第２の回転子２００の構造を示す。図５（ａ）は、図４に示した渦巻き状鉄心４ａの例を示す。この渦巻き状鉄心４ａは、モータの効率レベルによって変更することが可能である。電磁鋼板の場合には、鉄損を小さくしたい要求が厳しい場合には、０．１ｍｍや０．２ｍｍ厚の高グレードなケイ素鋼板を、また、方向性ケイ素鋼板の使用も磁束の流れからは利用可能である。また、損失を気にしない場合、０．５ｍｍや０．７５ｍｍ厚の電磁鋼板の使用や、冷間圧延鋼板(SPCC)などの使用も可能である。また、損失を大幅に抑えたい場合、０．０２５ｍｍ厚さのアモルファス金属箔帯や、ファインメットなどの軟磁性材料の使用も考えられる。また、磁束密度を大幅に上げた設計とする場合には、パーメンジュールの鉄板の使用も考えられる。幅方向スリットのみで構成できるため、各種の軟磁性材料が使用可能である。図５（ｂ）には、継鉄部４ｂがソリッドな状態の変形例を示している。このソリッドな継鉄部４ｂを構成する材料としては、導電率が小さい圧粉磁心や、フェライトなどが考えられる。図５（ｃ）は継鉄部４ｃと構造体ヨーク５が一体（同一材料）の例を示している。鉄損の増加を気にしなくて良い低周波モータの場合など、渦電流の発生を気にしなくて良い場合は、磁束の流れをつくる軟磁性材料で構成することが可能である。磁性を持ちながら抵抗値の高い電磁ステンレスなどで構成することも可能である。図５（ｄ）は、構造体ヨークと一体でありながらも、渦電流損の発生を抑える例である。図５（ａ）のような渦巻き状鉄心を用いずとも、構造体５に渦巻き状、または同心円状の溝加工４ｄを行うことによって同一の効果を持たせるものである。
【００２７】
本実施例によれば、固定子の両側に配置した２つの回転子の一方を軟磁性材料からなる継鉄を備える回転子とすることにより、同一のハウジング枠内で、固定子コア寸法や回転子構造体ヨークの寸法を変更しないで、アキシャルギャップ型回転電機の出力調整が可能となる。
【実施例２】
【００２８】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の実施例２に係る回転子構造を示す斜視図である。継鉄回転子２００のバリエーションによって回転電機の性能を向上させる例を示している。図６Ａは、継鉄部４に径方向の溝４４を形成した構造である。永久磁石を備える回転電機には、磁束の流れによって発生するコギングトルクやトルクリプルといった、トルクの脈動が発生する。このリプルは、周期的に発生するため、その発生を抑える方向に逆のリプルを発生させることでその脈動を打ち消すことが可能である。継鉄だけでできた、本実施例の回転子構造は、その表面を加工、またはあらかじめ形状を作成することによって、トルクの脈動を打ち消すための逆トルクを発生させる構造とすることができる。図６Ａでは径方向の溝４４を形成したが、径方向の突起を形成しても良い。
【００２９】
また、産業用の機械では、機械そのものが持つトルクの変動が発生する場合がある。例えば、レシプロ型（シリンダー，ピストン構造）圧縮機などでは、１回転に１回などのトルク脈動が発生する。これにより、モータ側もその反動を受けることになる。このような場合、回転子２００にカウンターウエイト２４をつけることで、反動を軽減できる。本発明の回転子構造は、磁石を有さないために、磁石の磁束を乱すかもしれないウエイトなどを自由に配置することが可能である。図６Ｂは、回転子の裏側にカウンターウエイト２４を有する構造例である。
【実施例３】
【００３０】
図７に、本発明の実施例３に係る、磁石を低減する回転子構造を示す。図７（ａ）は本実施例の回転子の分解斜視図であり、図７（ｂ）は回転子を組み立てた状態の斜視図であり、図７（ｃ）は図７（ｂ）の断面図である。磁石を有する側の回転子磁極は必ずＮ極とＳ極の対で構成されており、偶数極となっている。この偶数極の片側の磁石（Ｎ極或いはＳ極）を削除し、継鉄とすることで、磁石量を減らすことが可能となる。図７に示すのは、１０極（５極対）の例である。この場合、表面がＳ極のものだけを残し、表面Ｎ極の磁石は削除した例となっている。この場合も、磁石の量が半減していても、ギャップ量の変化によりトルク半分よりも大きなトルクが見込めることになる。
【００３１】
図８では、磁石の一部を継鉄で置き換えた場合の磁束の流れを説明する。図８（ａ）は、２つの回転子に磁石をフルに実装した場合の断面図である。固定子の上下で回転子のＮ極とＳ極が交互に向き合うようになっており、Ｎ極表面から出た磁束が、固定子を通って反対側の磁石のＳ極表面から入り、回転子継鉄部４を通って、隣り合うに磁石３に入るような磁路が形成されている。
【００３２】
図８（ｂ）は、実施例１の片側を継鉄部だけとした回転子を有する構造である。この時も、下部回転子の磁石３のＮ極から出た磁束は、固定子を通って、上部回転子の継鉄部４を通り、別の固定子から、下部回転子の磁石３のＳ極表面に入るという、図８（ａ）の構成と同一の磁路を構成することがわかる。このときの固定子に鎖交する磁束量は、もとの場合と同一であるため、大きく性能が劣化するものでないことがわかる。図８（ａ）の状態に比べ、上部回転子の磁石３が有った部分が継鉄部４に変わったことによる磁気抵抗の低減により、巻線のインダクタンスが上昇することにより、動作点が変わるために、巻線の巻き数の調整は必要となる。しかし、前述したとおり、磁石量が半分になってもその出力性能は半分までにはならないために、コストの低減効果は期待できる。
【００３３】
次いで図９に、図８の場合と異なる、実施例３の磁石量低減手法を同一の断面図で説明する。図８（ｂ）の場合には、磁石を片側の回転子、図では上側の回転子で継鉄に置き換える構造としたが、図９（ａ）は、上側および下側の両方の回転子の磁石を、それぞれ半分にする方法を示している。図７に示したように、１対の磁石の片側極を継鉄で置き換え、上下で互い違いに構成することでも、同一の磁路を構成することができる。この場合も磁石表面から出る磁束量は同一となるので、図８（ｂ）とほぼ同一の性能が期待できる。
【００３４】
図９（ｂ）に、更に磁石を減らした構造について示す。図９（ａ）から、上側の回転子の磁石３を全て無くした構造となっている。この場合にも、下側回転子の磁石３のＮ極表面から出た磁束は、固定子磁極を通り、上側回転子の継鉄４を通って、別の固定子磁極を通り、下側回転子に戻る磁路を構成することがわかる。この場合も、磁気抵抗を低減する効果と、巻線のインダクタンスが変化する調整が必要となるが、磁石の使用量に対する性能は有利となる方向である。
【００３５】
本実施例によれば、上側回転子および／または下側回転子の磁石の一部或いは全てを軟磁性材料からなる継鉄で置き換えることにより、同一のハウジング枠内で、固定子コア寸法や回転子構造体ヨークの寸法を変更しないで、アキシャルギャップ型回転電機の出力調整が可能となる。
【実施例４】
【００３６】
図１０に、本発明の実施例４に係る回転子構造を示す。この実施例は、磁石の磁束量を変化させる手段として、磁石を有する回転子の径を変更するものである。紙面左側の磁石を有する回転子１００の直径φを変更することでその出力を調整することが可能となる。すなわち、回転子の磁石３と固定子コア１の対向面積は、π/4×φ2となるため、回転子１００の直径φを変更することでその出力を調整することができる。
【実施例５】
【００３７】
実施例５は、本発明のアキシャルギャップ型回転電機をポンプに用いたものである。
【００３８】
図１１は、本発明の実施例５の、アキシャルギャップ型回転電機を実装するポンプ構造を示す断面図である。この実施例では、アキシャルギャップ型回転電機の出力軸７にポンプのインペラ３１が実装される構造を示している。通常、ポンプは、油、水などの圧力を調整したり、液体を搬送する目的で使用される。インペラ３１は、水や油の中に配置されている。水や油などの液体は右側から吸い込まれ、図示しない吐出管から吐き出される。本実施例では、アキシャルギャップ型回転電機の片側の回転子は、ポンプ室３３とモータ実装部を隔てる隔壁３２を介して分離される構造となっている。出力軸７は、シールされて繋がる構造である。この出力側の隔壁３２のポンプインペラ面に継鉄部４が実装されている。これにより、回転子の片側構造体を省略できるなどの効果がある。
【実施例６】
【００３９】
実施例６は、本発明のアキシャルギャップ型回転電機をスクロール圧縮機に用いたものである。
【００４０】
図１２は、本発明の実施例６の、アキシャルギャップ型回転電機を実装するスクロール圧縮機構造を示す断面図である。スクロール型の圧縮機は、圧縮容器３５の中にモータとスクロール圧縮機構３６が実装される構造となっている。スクロール圧縮機構３６は、従来の一般的なものである。スクロール圧縮機構３６を回転させるための回転軸７にアキシャルギャップ型回転電機の回転子が結合されてトルクを伝達する構造となっている。ここでは、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の片方の回転子に、カウンターウエイト２４を取り付けた例を示している。スクロール圧縮機構３６も１回転あたりに発生するトルク変動があり、これを抑える構造が必要となる。
【実施例７】
【００４１】
実施例７は、本発明のアキシャルギャップ型回転電機をスクリュー圧縮機に用いたものである。
【００４２】
図１３は、本発明の実施例７の、アキシャルギャップ型回転電機を実装するスクリュー圧縮機構造を示す断面図である。スクリュー圧縮機構３８は、従来の一般的なものである。スクリュー圧縮機構３８からのシャフトにアキシャルギャップ型回転電機の回転子が結合されてトルクを伝達する構造となっている。
【００４３】
この構造では、まずスクリュー圧縮機３８部分を先に組み立てて、モータを結合する組立方法が取られることが多い。先ず、スクリュー圧縮機構３８のケース３９から出てきた軸７に継鉄部４および構造体ヨーク５から成る右側回転子を取り付ける。次に、ハウジング１０と一体のアキシャルギャップ型回転電機の固定子を取り付ける。最後に、磁石３、継鉄部４および回転子構造体ヨーク５から成る左側回転子を取り付ける。
【００４４】
先に取り付けた回転子が磁石を有する回転子であると、固定子の取り付け時に大きな吸引力が発生して組立が困難になるが、このように磁石を有さない回転子を先に取り付けることにより、吸引力の発生が無く、スムーズに組立てができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  固定子鉄心
２  固定子コイル
３  永久磁石
４  回転子継鉄部
５  回転子構造体ヨーク
７  回転軸
８  ベアリング
９  エンドブラケット
１０  ハウジング
２１  外扇ファン
２２  ファンカバー
２４  カウンターウエイト
３１  ポンプインペラ
３２  ポンプ隔壁
３３  ポンプ室
３５  圧縮容器
３６  スクロール圧縮機構
３８  スクリュー圧縮機構
３９  スクリュー圧縮機ケース
４４  径方向の溝
５５  ガイド部
１００  第１の回転子
２００  第２の回転子
３００  固定子
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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