JP4687687B2 - アキシャルギャップ型回転電機及び界磁子 - Google Patents

Description

この発明は、回転軸に略垂直な面に沿って広がるギャップを介して電機子と界磁子とが対向するアキシャルギャップ型回転電機及び界磁子に関する。

アキシャルギャップ型回転電機は、電機子と界磁子とが回転軸に沿ってギャップを隔てて設けられた構成とされている。

電機子は、ヨークとヨークに設けられたティースと、当該ティースに巻回される巻線とを有しており、界磁子を回転させるべく回転磁界を発生させるようになっている。

界磁子としては、回転軸周りに複数の永久磁石を配設し、各永久磁石間にリラクタンストルクを発生させるための磁性体を設けたものがある。これにより、マグネットトルクに併せてリラクタンストルクをも有効利用して界磁子を回転させることができるようになっている。

本願発明に関連する先行技術としては、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１では、リラクタンストルクを発生させるための磁性体を含むロータコア全体を圧粉磁心で構成する例と、当該ロータコア全体を径方向に積層した積層鋼板で構成する例が開示されている。

特開２００５−９４９５５号公報

ところで、磁束が界磁子内部で回転軸に略直交する平面に沿った方向に流れるラジアルギャップ型モータとは異なり、アキシャルギャップ型回転電機では、例えば、軸方向にも磁束が流れる。

しかしながら、特許文献１に開示のように、ロータコア全体を圧粉磁心で構成してしまうと、圧粉磁心は比較的透磁率が低く、しかも比較的低周波での鉄損が高いため、磁気抵抗が増加し、効率が悪くなってしまう。特に、リラクタンストルクを発生させるために永久磁石間に設けられる磁性体部分は、永久磁石による磁束のアシストなしに、電機子の巻線に流れる電流により励磁されるため、高透磁率は、リラクタンストルクの発生には重要な条件となる。

一方、特許文献１に他の例として開示されているように、ロータコア全体を径方向に積層した積層鋼板で形成すれば、積層される鋼板として外形状、孔形状、孔ピッチ形状等が異なるものを多数準備する必要があり、打抜きが煩雑で、製造が煩雑となる。

そこで、本発明は、マグネットトルクとリラクタンストルクとを向上させることができる界磁子を容易に製造できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の態様に係るアキシャルギャップ型回転電機は、電機子（３０、４０）と、前記電機子に対して回転軸（１８ａ）周りに相対的に回転可能で、前記回転軸方向で前記電機子と対向する界磁子（２０，１２０，３２０，４２０，５２０）と、を備え、前記界磁子は、前記回転軸方向に沿って磁化され、前記電機子に対して前記回転軸周りに交互の磁極を呈するように前記回転軸周りに配設された複数の永久磁石（２２，４２２）と、前記各永久磁石のうち前記電機子側を覆うように配設された第１磁性体（２４，２２４，３２４，４２４）と、前記各永久磁石及び前記各第１磁性体間に、第１磁気障壁を隔てて設けられた複数の第２磁性体（２８，１２８，３２８，４２８）と、を有し、前記第１磁性体は圧粉磁心で形成されており、前記第２磁性体は前記回転軸に対して略直交する方向に鋼板が積層された積層鋼板で形成されたものである。

第２の態様のように、前記回転軸に略直交する平面において、前記各第２磁性体（２８，１２８，３２８，４２８）の断面形状が略長方形状であってもよい。

第３の態様のように、前記各第２磁性体（１２８）は、前記回転軸を中心とする円の径方向に対して略直交する方向に鋼板が積層された積層鋼板で形成されたものであってもよい。

第４の態様のように、前記各第２磁性体（２８）は、前記回転軸を中心とする円の径方向に鋼板が積層された積層鋼板で形成されていてもよい。

第５の態様のように、前記各永久磁石（２２，４２２）及び前記各第１磁性体（２４，２２４，３２４，４２４）のうち前記各第２磁性体に対して対向する面と、前記各第２磁性体（２８，１２８，３２８，４２８）のうち前記各永久磁石及び前記各第１磁性体に対して対向する面とは、略平行であってもよい。

第６の態様のように、前記各第２磁性体（２８，１２８，３２８，４２８）は、前記回転軸方向に略平行な方向に磁化容易軸を持つ方向性電磁鋼板で形成されていてもよい。

第７の態様のように、前記各第１磁性体（２２４）は、前記永久磁石のうち前記電機子側の面を覆う第１磁性体本体部（２２４ａ、２２４ｂ）とこの反対側の面を覆う反対側磁性体部（２２４ｂ、２２４ａ）とが、前記永久磁石のうち前記各第２磁性体と対向する面を覆う第１磁性体側方部（２２４ｃ）を介して一体化された構成とされ、前記第１磁性体側方部の厚み寸法は、前記第１磁性体本本体部の厚み寸法よりも小さくてもよい。

第８の態様のように、前記各第１磁性体（２２４）は、前記永久磁石を金型内に配設した状態で金型成形されてもよい。

第９の態様のように、前記各第１磁性体（２４，３２４，４２４）は、前記永久磁石に接着剤で接着されていてもよい。

第１０の態様のように、前記各永久磁石（２２）と前記各第１磁性体（３２４）と前記各第２磁性体（３２８）とが、非磁性体ホルダ（３５０）に固定されていてもよい。

第１１の態様のように、前記非磁性体ホルダ（３５０）は、前記各永久磁石（２２）と前記各第１磁性体（３２４）とを前記回転軸方向における両側から挟込むようにして固定する一対の非磁性体分割ホルダ（３５２）を有し、前記各第２磁性体（３２８）は、前記各永久磁石間に位置する部分よりも前記電機子に近接して対向する部分で、前記回転軸を中心とする円の周方向に幅広（３５８ａ）に形成されており、前記一対の非磁性体分割ホルダのうち前記各永久磁石間に前記各第２磁性体をその外周側から挿入可能な嵌合凹部（３５４）が形成され、前記各第２磁性体が前記各嵌合凹部にその外周側から挿入されていてもよい。

第１２の態様のように、前記各第１磁性体の内周部に設けられた環状磁性体部（４５０ａ）を有する第３磁性体（４５０）をさらに備え、前記第３磁性体と前記各第１磁性体（４２４）とが、それらの間に磁気障壁を設けた態様で圧粉磁心にて一体形成され、前記各第１磁性体に対して前記各永久磁石（４２２）を挟んで反対側に設けられる反対側磁性体部材（４２４、４５０，５５０）をさらに備え、前記第３磁性体と一体形成された前記各第１磁性体と前記反対側磁性体部材との間に前記各永久磁石を挟込むようにして固定したものであってもよい。

第１３の態様のように、前記第３磁性体は、前記環状磁性体部から前記各永久磁石間で外周側に向けて延在し、前記各第２磁性体（４２８）をその外周側から挿入可能な嵌合凹部（４５４）が形成された嵌合部（４５０ｂ）を有し、前記各第２磁性体（４２８）は、前記各永久磁石間に位置する部分よりも前記電機子に近接して対向する部分で、前記回転軸を中心とする円の周方向に幅広（４２８ａ）に形成されており、前記各第２磁性体が前記各嵌合凹部にその外周側から挿入されていてもよい。

第１４の態様のように、前記電機子を１つ備え、前記回転子（５２０）は、前記電機子とは反対側の部分で前記各永久磁石同士を磁気的に短絡しつつ前記各永久磁石を保持するバックヨーク（５５０）をさらに有していてもよい。

第１５の態様のように、前記各永久磁石（４２２）及び前記各第２磁性体（４２８）が前記バックヨークに部分的に埋設されて保持されていてもよい。

第１６の態様のように、前記回転軸方向において前記界磁子の両側に前記電機子（３０、４０）を２つ備え、前記界磁子（２０，１２０，３２０，４２０）は、前記２つの電機子のそれぞれに対する前記各第１磁性体（２８，１２８，３２８，４２８）を有していてもよい。

第１７の態様に係る界磁子は、回転軸方（１８ａ）向で電機子（３０、４０）と対向する界磁子であって、前記回転軸方向に沿って磁化され、前記電機子に対して前記回転軸周りに交互の磁極を呈するように前記回転軸周りに配設された複数の永久磁石（２２，４２２）と、前記各永久磁石のうち前記電機子側を覆うように配設された第１磁性体（２４，２２４，３２４，４２４）と、前記各永久磁石及び前記各第１磁性体間に、第１磁気障壁を隔てて設けられた複数の第２磁性体（２８，１２８，３２８，４２８）と、を有し、前記第１磁性体は圧粉磁心で形成されており、前記第２磁性体は前記回転軸に対して略直交する方向に鋼板が積層された積層鋼板で形成されたものである。

第１の態様に係るアキシャルギャップ型回転電機によると、第２磁性体が、前記回転軸に対して略直交する方向に積層された積層鋼板で形成されているため、回転軸方向における透磁率が高くなり、従って、リラクタンストルクを有効利用できる。また、第１磁性体は圧粉磁心で形成されているので、形状自由度に優れ、容易に第１磁性体及び第２磁性体を高密度に配置することができる。結果的に、マグネットトルクとリラクタンストルクとを向上させることができる界磁子を容易に製造できる。

第２の態様によると、前記回転軸に略直交する平面において、前記第２磁性体の断面形状が略長方形状であるので、略同一形状の鋼板を回転軸に対して略直交する方向に積層することで、第２磁性体を容易に製造することができる。

第３の態様によると、径方向に長い第２磁性体を比較的少ない鋼板で容易に形成することができる。

第４の態様によると、周方向成分を持つ磁束に対する透磁率を高くして、リラクタンストルクをより向上させることができる。

第５の態様によると、各永久磁石及び前記各第１磁性体と、前記各第２磁性体間に磁気障壁を設けつつ、それらの設置面積を大きくすることができる。

第６の態様によると、回転軸方向に沿った磁束により磁化され易くなるので、リラクタンストルクをより向上させることができる。

第７の態様によると、前記第１磁性体は、前記永久磁石のうち前記電機子側の面を覆う第１磁性体本体部とこの反対側の面を覆う反対側磁性体部とが、前記各永久磁石のうち前記各第２磁性体と対向する面を覆う第１磁性体側方部を介して一体化されているので、各永久磁石の寸法誤差を前記第１磁性体で吸収することができる。また、前記第１磁性体側方部の厚み寸法は、前記第１磁性体本本体部の厚み寸法よりも小さいので、第１磁性体本体部と反対側磁性体部との間での磁気的短絡を防止できる。

第８の態様によると、永久磁石と第１磁性体との密着度を高めて磁気抵抗を低下させることができると共に、各永久磁石の寸法誤差を前記第１磁性体でより吸収することができる。

第９の態様によると、第１磁性体と永久磁石とを接着剤で一体化することができる。

第１０の態様によると、前記各永久磁石と前記各第１磁性体と前記各第２磁性体とを、非磁性体ホルダで所定箇所に固定保持することができる。

第１１の態様によると、前記各第２磁性体を前記各嵌合凹部にその外周側から挿入することで、容易に保持できる。また、各第２磁性体の幅広部分で、一対の非磁性体分割ホルダを重ね合せ状に保持することができる。

第１２の態様によると、前記第３磁性体と一体形成された前記各第１磁性体と前記反対側磁性体部材との間に前記各永久磁石を挟込むようにして固定することができる。そして、各第２磁性体保持部の嵌合凹部に第２磁性体を挿入することで、各永久磁石間に第２磁性体を配設することができる。

第１３の態様によると、前記各第２磁性体を前記各嵌合凹部にその外周側から挿入することで、容易に保持できる。

第１４の態様によると、回転子の一方面側に磁極を呈しつつ、各永久磁石及び第２磁性体をバックヨークで保持することができる。

第１５の態様によると、各永久磁石及び各第２磁性体とバックヨークとの間で磁束のやりとりを円滑にしつつ、それらをしっかりと保持できる。

第１６の態様によると、２つの電機子によって界磁子に働くスラスト力を低減しつつ回転させることができる。

第１７の態様に係る界磁子によると、第２磁性体が、前記回転軸に対して略直交する方向に積層された積層鋼板で形成されているため、回転軸方向における透磁率が高くなり、従って、リラクタンストルクを有効利用できる。また、第１磁性体は圧粉磁心で形成されているので、形状自由度に優れ、容易に第１磁性体及び第２磁性体を高密度に配置することができる。結果的に、マグネットトルクとリラクタンストルクとを向上させることができる界磁子を容易に製造できる。

｛第１実施形態｝
以下、実施形態に係るについて説明する。図１はアキシャルギャップ型回転電機の全体構成を示す分解斜視図であり、図２は界磁子を示す斜視図である。

このアキシャルギャップ型回転電機１０は、１つの界磁子２０を備えると共に、２つの電機子３０、４０を備えている。界磁子２０は略円盤状に形成されており、２つの電機子も略円盤状に形成されている。２つの電機子３０、４０は、界磁子２０の両面側に配設されており、当該界磁子２０を回転させるべく磁界を発生させる。

各部についてより詳細に説明する。

電機子３０、４０は、回転軸１８ａの方向において、界磁子２０の両側に、当該界磁子２０に対してギャップ（ここでは僅かなギャップ）を隔てて対向するように配設されている。これらの電機子３０、４０は、図示省略のケーシング等に固定されており、本回転電機１０において、固定子として機能する。

電機子３０は、バックヨークコア３２と、複数（ここでは１２個）のティース３４と、各ティース３４に巻回された巻線３６とを備えている。

バックヨークコア３２は、略円盤状であり、図示省略のケーシング等に固定されている。複数のティース３４は、バックヨークコア３２のうち界磁子２０側の面に、回転軸１８ａを中心として略環状に間隔をあけて配設されている。また、各ティース３４のそれぞれに１つの巻線３６が装着されている。つまり、この電機子３０は、いわゆる集中巻の形態で巻線３６が設けられている。また、ここでは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の巻線３６が、回転軸１８ａ周りにその順で、３組設けられており、界磁子２０の８つの磁極に対して回転磁界を発生させて、当該界磁子２０を回転させるようになっている。

電機子４０も、上記電機子３０と同様構成で、バックヨークコア４２と、複数のティース４４と、各ティース４４に巻回された巻線４６とを備えている。

なお、上記電機子３０、４０の構成は一例であり、上記に限定されるものではない。例えば、巻線３６，４６が分布巻又は波巻されていてもよい。

界磁子２０は、軸受によって回転自在に支持されたシャフト（共に図示省略）を介して所定の回転軸１８ａ周りに回転自在に配設されており、回転軸１８ａ方向で上記両電機子３０、４０とギャップを隔てて対向している。つまり、この界磁子２０は、本回転電機１０において回転子として機能する。

この界磁子２０は、複数の永久磁石２２と、複数の第１磁性体２４と、複数の第２磁性体２８とを有している。

各永久磁石２２は、回転軸１８ａ周りに間隔をあけて配設されている。より具体的には、各永久磁石２２は、回転軸１８ａを中心とする円の周方向に沿って延びる弧状かつ帯状の板形状に形成されており、それぞれの間に間隔をあけて回転軸１８ａを中心とする環状に配設されている。各永久磁石２２は、回転軸１８ａに沿った方向、即ち、永久磁石２２の厚み方向に沿って磁化されており、その両面にＮ極又はＳ極の磁極を呈する。これらの永久磁石２２は、回転軸１８ａの周りで環状かつ交互の磁極を呈するように配設されており、両電機子３０、４０に対してそれぞれ回転軸１８ａ周りに交互の磁極を呈する。ここでは、永久磁石２２の数は８つであり、本界磁子２０は、８極の磁極を呈している。

また、各永久磁石２２のうち両電機子３０、４０に対向する磁極面（即ち、回転軸１８ａ方向における両面）に、それぞれ第１磁性体２４が設けられている。換言すれば、回転軸１８ａに沿って両側から、それぞれの永久磁石２２を２つの第１磁性体２４で挟込む形態となっている。永久磁石２２と第１磁性体２４とは、例えば接着剤等で接着して一体化される。また、各第１磁性体２４は、軟磁性材料によって構成されており、回転軸１８ａに略直交する平面において、上記永久磁石２２と略同形状及び略同じ大きさである、弧状かつ帯状の平面視形状を有する板状部材に形成されている。そして、第１磁性体２４が永久磁石２２の両面に密着状に配設されて、各永久磁石２２のうち電機子３０、４０側の面を覆っている。この第１磁性体２４は、励磁された電機子３０、４０の外部磁界によって永久磁石２２に減磁界が作用した場合に、各永久磁石２２に作用する減磁界の影響を緩和し、もって、各永久磁石２２が減磁するのを防止している。また、永久磁石２２内部の高調波磁束による渦電流を低減する役割をも有している。

この第１磁性体２４は、圧粉磁心、特に鉄系の圧粉鉄心で形成されている。

各第２磁性体２８は、各永久磁石２２とこれに対応して設けられた各第１磁性体２４との回転軸１８ａ周りの各間に、第１磁気障壁を隔てて設けられている。この各第２磁性体２８は、各永久磁石２２の磁極中心をｄ軸とすると、当該ｄ軸に対して電気角で略直交するｑ軸に配設されている。これら各第２磁性体２８は、２つの電機子３０、４０間を磁気的に短絡して、ｑ軸インダクタンスをｄ軸インダクタンスよりも大きくしている。そして、電流をｑ軸よりも位相的に進めて制御することで、リラクタンストルクをマグネットトルクに併せて利用することができる。

この第２磁性体２８は、回転軸１８ａに対して略直交する方向に鋼板が積層された積層鋼板で形成されている。より具体的には、第２磁性体２８は、回転軸１８ａに略直交する平面において、断面形状が略長方形状である略直方体形状に形成されている。このような第２磁性体２８は、略長方形状に打抜いた鋼板を、回転軸１８ａを中心とする円の径方向に積層することで形成される（図２参照）。

この第２磁性体２８を構成する鋼板としては、回転軸１８ａ方向に略平行な方向に磁化容易軸を持つ方向性電磁鋼板であることが好ましい。これにより、上記両電機子３０、４０による回転軸１８ａ方向に沿った磁束により磁化され易くなるので、リラクタンストルクをより向上させることができる。また、第２磁性体２８を構成する鋼板として、無方向性電磁鋼板として製造されたものを用いる場合であっても、その圧延方向を回転軸１８ａ方向と略平行にすることが好ましい。無方向性電磁鋼板といえども、圧延方向で磁気的特性が最も優れているからである。

なお、上記第１磁気障壁とは、第２磁性体２８と、各永久磁石２２及びこれに対応して設けられた各第１磁性体２４とを磁気的に分離する要素を意味している。ここでは、両者間に設けられた隙間を第１磁気障壁としている。特に、ここでは、永久磁石２２及びこれに対応して設けられた第１磁性体２４のうち第２磁性体２８に対して対向する面と、第２磁性体２８のうち永久磁石２２及びこれに対応して設けられた第１磁性体２４に対向する面とは、略平行であり、これらの間に、第１磁気障壁として、径方向に沿って等幅な隙間が設けられている。この隙間の幅は、上記の２つの間を実質的に磁気的に分離できる最小限の幅に設定されている。第１磁気障壁として、当該構成を採用することで、上記磁気的な分離を図りつつ、磁路や永久磁石２２を最大限に、体積効率よく配設することができる。

ちなみに、第２磁性体２８を略直方体形状にした上で、第１磁気障壁として、径方向に沿って等幅な隙間を設けた構成では、回転軸１８ａに略直交する方向における第１磁性体２４の断面形状は略扇形状になる。そうすると、磁束方向等を考慮すると、当該第１磁性体２４を積層鋼板で形成することは困難になってしまう。そこで、第１磁性体２４については、上記のように、圧粉磁心で形成することが適しているといえる。

上記のように永久磁石２２と第１磁性体２４とが重ね合せ状に一体化されたもの、及び第２磁性体２８とは、例えば、それらを嵌め込み可能な孔や凹部等を形成した非磁性体ホルダ（図示省略）に収容固定されることにより、一定位置に固定される。また、そのような非磁性体ホルダの内周部にシャフトを固定保持することで、当該シャフトと共に一体的に回転する。

このアキシャルギャップ型回転電機１０では、各巻線３６、４６に３相交流を流すと、各巻線３６、４６が巻回された各ティース３４、４４では、当該巻線３６、４６に流れる電流に応じた回転磁界が発生し、これらの２つの電機子３０、４０で発生した回転磁界によって、界磁子２０を回転させることができる。これにより、界磁子に働くスラスト力が２つの電機子によってキャンセルされる。

この際、第２磁性体２８は、永久磁石による磁束のアシスト無しに電機子３０、４０の巻線３６、４６に流れる電流によって励磁されるところ、回転軸１８ａに対して略直行する方向に積層された積層鋼板で形成されているため、回転軸１８ａ方向における透磁率が高くなり、従って、リラクタンストルクを有効利用できる。また、第１磁性体２４は、永久磁石２２による磁束によってアシストされるため、圧粉磁心で形成しても特に問題はない。そこで、第１磁性体２４を比較的形状自由度の高い圧粉磁心で形成することで、容易に第１磁性体２４と第２磁性体２８とを高密度かつ高効率に配置することができ、マグネットトルクをも向上させることができる。これにより、マグネットトルクとリラクタンストルクとを双方向上させることができる界磁子２０を容易に製造することができる。

特に、回転軸１８ａに略直交する平面において、第２磁性体２８の断面形状が略長方形状であると、略同一形状の鋼板を回転軸１８ａに略直交する方向に積層することで、回転軸１８ａ方向における透磁率が高い第２磁性体２８を容易に製造することができる。

また、上記電機子３０、４０による磁束の通過方向は、主として回転軸１８ａ方向成分と、部分的な周方向成分とを有している。そこで、第２磁性体２８を、回転軸１８ａを中心とする円の径方向に鋼板が積層された積層鋼板とすることで、電機子３０、４０による磁束に対する透磁率を高くして、リラクタンストルクをより向上させることができる。

図３は界磁子の変形例を示す図である。この変形例に係る界磁子１２０では、上記第２磁性体２８に代えて、第２磁性体１２８を用いている。なお、上記した界磁子２０と同様構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

この第２磁性体１２８の外形状は上記第２磁性体２８と同様であり、異なる点は、回転軸１８ａを中心とする円の径方向に対して略直行する方向に鋼板が積層された積層鋼板で本第２磁性体１２８が形成されている点である。上記電機子３０、４０による磁束の通過方向は、実際回転軸方向の成分がほとんどとなるからである。

この第２磁性体１２８の場合、径方向に長い第２磁性体１２８を比較的少ない鋼板で容易に形成できるというメリットがある。

図４は第１磁性体の変形例を示す図である。なお、図４では回転軸１８ａを中心とする円の周方向における永久磁石２２と第１磁性体２２４との断面形状を概念的に示している。

この変形例では、第１磁性体２２４は、永久磁石２２の電機子３０側の面を覆う第１磁性体本体部２２４ａと、この反対側の面を覆う第１磁性体本体部２２４ｂとが、永久磁石２２のうち第２磁性体２８と対向する面を覆う第１磁性体側方部２２４ｃを介して一体化された構成とされている。また、第１磁性体側方部２２４ｃの厚み寸法は、第１磁性体本体部２２４ａ、２２４ｂの厚み寸法よりも小さく、特に、容易に磁気飽和する程度の十分に小さくなっている。

なお、上記２つの第１磁性体本体部２２４ａ、２２４ｂについては、一方を第１磁性体本体部として捉えれば、他方をその反対側の反対側磁性体部であると捉えることもできる。つまり、界磁子２０の両側に電機子３０、４０が存在する場合には、永久磁石２２の両面に上記第１磁性体２４として機能し得る第１磁性体本体部が存在する。

この変形例では、各永久磁石２２の寸法誤差、特に厚み寸法誤差を、第１磁性体本体部２２４ａ、２２４ｂと、第１磁性体側方部２２４ｃを含む第１磁性体２２４で吸収することができる。また、第１磁性体側方部２２４ｃの厚み寸法は、第１磁性体本体部２２４ａ、２２４ｂの厚み寸法よりも十分に小さいので、永久磁石２２の両面側の第１磁性体本体部２２４ａ、２２４ｂ間で磁気的短絡を防止できる。

かかる変形例は、例えば、永久磁石２２を金型内に配設した状態で、第１磁性体本体部２２４ａ、２２４ｂと、第１磁性体側方部２２４ｃを含む第１磁性体２２４を金型成形（インサート成型）することで製造することができる。

かかる製造方法により、永久磁石２２と第１磁性体２２４との密着度を高めて磁気抵抗を低下させることができると共に、各永久磁石２２の寸法誤差を第１磁性体２２４でより効果的に吸収し、ギャップ精度を高めることができる。

また、上記変形例は、例えば、永久磁石２２挿入用の凹部又は孔部形状を含む態様で、第１磁性体本体部２２４ａ、２２４ｂと、第１磁性体側方部２２４ｃを含む第１磁性体２２４を成形しておき、前記凹部又は孔部内に永久磁石２２を挿入配置することでも製造することができる。この場合でも、各永久磁石２２の寸法誤差を第１磁性体２２４でより効果的に吸収し、ギャップ精度を高めるという効果を得ることができる。

なお、ここでは、界磁子２０の両方に電機子３０、４０が存在する場合を前提としているが、界磁子２０の片側にだけ電機子３０又は４０が存在していてもよい。この場合、永久磁石２２の一方面に上記第１磁性体２４として機能し得る第１磁性体本体部が存在すればよく、永久磁石２２の他方面には第１磁性体２４として機能し得ない磁性体（例えば、バックヨークとして機能する磁性体）が反対側磁性体部として存在していてもよい。

｛第２実施形態｝
第２実施形態に係る界磁子及びアキシャルギャップ型回転電機について説明する。図５は本実施形態に係る界磁子を示す斜視図であり、図６〜図９は同界磁子の製造工程を示す説明図である。なお、上記実施形態と同様構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態では、永久磁石２２と、上記第１磁性体２４に対応する第１磁性体３２４と、第２磁性体２８に対応する第２磁性体３２８とを、非磁性体ホルダ３５０により所定箇所で固定保持するようにした形態について説明する。

すなわち、この界磁子３２０は、各永久磁石２２と、第１磁性体３２４とを回転軸１８ａ方向における両側から挟み込むようにして固定する一対の非磁性体分割ホルダ３５２を含む非磁性体ホルダ３５０を有している。

非磁性体分割ホルダ３５２は、回転軸１８ａに略直交する平面において、上記各第１磁性体３２４の周囲を囲む複数の固定枠部３５３を有している。各固定枠部３５３は、その内側に設けられた環状部３５４を介して環状配設形態で連結固定されている。各固定枠部３５３のうちその周方向両端部の内面には、電機子３０、４０側に向けて内向き傾斜する傾斜面３５３ａが形成されている。また、第１磁性体３２４のうちの周方向両端部は、電機子３０、４０側に向けて内向き傾斜する傾斜面３２４ａを有している。そして、一対の非磁性体分割ホルダ３５２同士を重ね合わせつつ、永久磁石２２の両面に第１磁性体３２４を重ねたものを、上記各固定枠部３５３間に配設するようにすると、第１磁性体３２４の両傾斜面３２４ａが各固定枠部３５３の傾斜面３５３ａに当接し、各第１磁性体３２４が両固定枠部３５３間の所定位置に挟持状に保持されるようになっている（図８及び図９参照）。

また、第２磁性体３２８は、界磁子３２０の略径方向に沿って細長い形状を有しており、当該径方向に略直行する方向における断面形状が当該径方向において同じになっている。また、第２磁性体３２８は、各永久磁石２２間に位置する部分（つまり、回転軸１８ａ方向で中間部）よりも電機子３０、４０に近接して対向する部分で（つまり、回転軸１８ａ方向で両端部）、界磁子３２０の周方向に幅広に形成された幅広部３２８ａを有している。すなわち、第２磁性体３２８は、界磁子３２０の径方向に沿って見ると”Ｉ”字状を有している。このような第２磁性体３２８は、例えば、”Ｉ”字形状に打ち抜いた鋼板を、界磁子３２０の径方向に積層して形成することができる。

一方、各固定枠部３５３のうちその周方向両端部の外面には、第２磁性体３２８の幅広部３２８ａをその径方向に沿って挿入可能な溝部３５３ｂが形成されており、これにより、各固定枠部３５３間、即ち、各永久磁石２２間に位置して、第２磁性体３２８をその外周側から挿入可能な嵌合孔３５４が形成されている。そして、各嵌合孔３５４にその外周側から第２磁性体３２８を挿入すると、第２磁性体３２８のうち両電機子３０、４０側の各幅広部３２８ａが一対の非磁性体分割ホルダ３５２のそれぞれの溝部３５３ｂに嵌り込み、一対の非磁性体分割ホルダ３５２が重ね合せ状態に保持されるようになっている（図８及び図９参照）。

また、上記のように第２磁性体３２８が挿入された状態で、一対の非磁性体分割ホルダ３５２の外周囲に非磁性体で形成されたリング部材３５６が外嵌めされる。このリング部材３５６により、第２磁性体３２８が挿入状態で固定保持されている。

これにより、各永久磁石２２、各第１磁性体３２４及び各第２磁性体３２８を、接着剤やボルト等を用いずに、容易に保持して、界磁子３２０を容易に製造することができる。

なお、リング部材３５６を、回転軸１８ａ方向の両端縁部で中心側に延出するように丸める又は屈曲するようにして縁部３５６ａを形成し、この縁部３５６ａを一対の非磁性体分割ホルダ３５２の縁部に係合させて回転軸１８ａ方向で位置決めするようにするとよい。これにより、リング部材３５６の抜け止めを図ることができる。この際、縁部３５６ａは、各ティース３４、４４とは対向しないようにして、界磁子３２０のうち前記縁部３５６ａを除く部分が電機子３０、４０のティース３４、４４と対向するようにするとよい。これにより、界磁子３２０と電機子３０、４０とのギャップをなるべく小さくすることができる。

｛第３実施形態｝
第３実施形態に係る界磁子及びアキシャルギャップ型回転電機について説明する。図１０は同アキシャルギャップ型回転電機の全体構成を示す分解斜視図であり、図１１は同アキシャルギャップ型回転電機の界磁子を示す斜視図であり、図１２及び図１３は同界磁子の製造工程を示す説明図である。なお、上記実施形態と同様構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

このアキシャルギャップ型回転電機４１０は、第１実施形態における界磁子２０に代えて、次に説明する界磁子４２０を備えている。

界磁子４２０は、複数の永久磁石４２２と、複数の第１磁性体４２４と、複数の第２磁性体４２８と、第３磁性体４５０とを有している。

各永久磁石４２２は、上記永久磁石２２と同様構成である。各第１磁性体４２４は、回転軸１８ａに対して略直交する平面において、永久磁石４２２よりも大きな（一回り大きな）板状部材に形成されている。この第１磁性体４２４の内面には、永久磁石４２２を嵌め込み可能な位置決め凹部４２４ａが形成されており、永久磁石４２２の上下両面側部分が当該位置決め凹部４２４ａに嵌め込まれた状態で、永久磁石４２２が一対の第１磁性体４２４間に挟持可能に構成されている。

また、第２磁性体４２８は、上記第２実施形態における第２磁性体３２８と同様に、永久磁石４２２間に位置する部分よりも電機子３０、４０に対向する部分で、回転軸１８ａを中心とする円の周方向に幅広な幅広部４２８ａを有する形状に形成されている。

第３磁性体４５０は、環状磁性体部４５０ａと嵌合部４５０ｂとを有しており、ここでは、両方の電機子３０、４０に対応して２つ設けられている。

環状磁性体部４５０ａは、上記各第１磁性体４２４の内周部に設けられており、嵌合部４５０ｂは、環状磁性体部４５０ａの外周部から各永久磁石２２間で外周側に向けて延在するように設けられている。

この第３磁性体４５０と上記各第１磁性体４２４とは、それらの間に磁気障壁を設けた態様で圧粉磁心にて一体形成されている。ここでの磁気障壁とは、第３磁性体４５０と各第１磁性体４２４とを磁気的に分離する要素を意味している。ここでは、第３磁性体４５０と各第１磁性体４２４との間に隙間を設けると共に、これらを磁気飽和容易な程度に十分に断面積が小さい連結部４５２ａで連結することで、磁気障壁を設けている。

嵌合部４５０ｂは、第２磁性体４２８の幅広部４２８ａをその径方向に沿って挿入可能な嵌合凹部４５４を有している。なお、この嵌合部４５０ｂに、第２磁性体４２８が挿入されると、第２磁性体４２８は嵌合部４５０ｂを介して第３磁性体４５０に磁気的に連結されることになるが、本第２磁性体４２８はリラクタンストルクの発生に係る磁性体であり、特に極性がなく、内周部で短絡されていても特に問題は無い。

そして、両電機子３０、４０に対向するそれぞれの第１磁性体４２４の間に永久磁石４２２を挟み込んだ状態で、各嵌合凹部４５４にその外周側から第２磁性体４２８を挿入すると、第２磁性体４２８のうち両電機子３０、４０側の各幅広部４２８ａが一対の第３磁性体４５０のそれぞれの嵌合凹部４５４に嵌り込み、第３磁性体４５０が各第１磁性体４２４と共に重ね合わせ状態に保持されるようになっている（図１１等参照）。これにより、界磁子４２０が製造される。

なお、この後、図１４に示すように、上記第２実施形態と同様に、各第１磁性体４２４及び各第２磁性体４２８の外周囲に、非磁性体で形成されたリング部材４５６を外嵌めするとよい。このリング部材４５６により、第２磁性体４２８が挿入状態で固定保持されている。この際、第２実施形態で説明したのと同様に、リング部材４５６の両端縁部に中心側に延出する縁部を形成して、リング部材４５６の抜け止めを図るとよい。この際、縁部がティース３４、４４と対向しないようにすることで、界磁子４２０と電機子３０、４０とのギャップをなるべく小さくすることができる。

このように構成された界磁子４２０では、接着剤等を用いずに、かつ、磁路にならない部材を最小限にして、各永久磁石４２２、各第１磁性体４２４及び各第２磁性体４２８を、容易に保持して、界磁子４２０を容易に製造することができる。

特に、第２磁性体４２８を各嵌合凹部４５４にその外周側から挿入することで、容易に上記保持構造を実現できる。なお、リング部材を外嵌めする以外に、界磁子全体をモールドする等、公知の態様で界磁子の固定ができる。

なお、本実施形態の上記説明では、２つの電機子３０、４０を備えた構成を前提としているため、それぞれに対して第１磁性体４２４及び第３磁性体４５０が設けられる。この場合に、いずれか一方の第１磁性体４２４から見れば、永久磁石２２を挟んで反対側に設けられる第１磁性体４２４は、反対側磁性体部材として捉えることができる。

｛第４実施形態｝
第４実施形態に係る界磁子及びアキシャルギャップ型回転電機について説明する。図１５は同アキシャルギャップ型回転電機の界磁子を示す斜視図であり、図１６は同界磁子を示す分解斜視図である。なお、上記各実施形態で説明したものと同様構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

このアキシャルギャップ型回転電機では、電機子（電機子３０又は４０参照）を一つだけ備える構成とされており、界磁子５２０がその一方面側だけで電機子に対向する構成とされている。

すなわち、界磁子５２０は、複数の永久磁石４２２と、電機子と対向する側に設けられる複数の第１磁性体４２４及び第３磁性体４５０と、第２磁性体４２８と、電機子の反対側に設けられる反対側磁性体部としてのバックヨーク部５５０とを備えている。

上記第１磁性体４２４及び第３磁性体４５０は、第３実施形態で説明したものと同様構成とされている。

また、第２磁性体４２８も第３実施形態で説明したものと同様構成とされており、各永久磁石４２２間に配設される。

バックヨーク部５５０は、軟磁性材料によって、界磁子５２０のうち電機子の反対面側ほぼ全体を覆う略円盤状に形成されており、上記各第１磁性体４２４に対して各永久磁石４２２を挟んで反対側に設けられる。つまり、このバックヨーク部５５０には、上記各第１磁性体４２４とは異なり磁気障壁が設けられていない。

このバックヨーク部５５０のうち上記各永久磁石４２２が配設される部分には、当該永久磁石４２２を部分的に埋込むようにして配設可能な凹部５５０ａが形成されている。凹部５５０ａは、永久磁石４２２を保持できる程度の十分深い深さを有していてもよいし、また、単に永久磁石４２２を位置決めできる程度の比較的浅い深さを有していてもよい。いずれの場合も、電機子とは反対側で各第２磁性体４２８を磁気的に短絡しつつ各永久磁石４２２を保持する構成といえる。

また、バックヨーク部５５０のうち各第２磁性体４２８が配設される部分、つまり、各永久磁石４２２が配設される部分間には、当該バックヨーク部５５０の径方向に沿って延在する溝状の嵌合凹部５５２が形成されている。嵌合凹部５５２は、径方向に沿って略同断面形状を有する溝状であり、回転軸１８ａ方向における奥部で幅広でかつ開口部で幅狭に形成されている。そして、第２磁性体４２８の幅広部４２８ａ近傍部分を当該嵌合凹部５５２にバックヨーク部５５０の径方向に沿って挿入すると、当該第２磁性体４２８がバックヨーク部５５０から回転軸１８ａ方向に沿って抜けないように埋設状に保持されるようになっている。

そして、両電機子に対向するそれぞれの第１磁性体４２４とバックヨーク部５５０の凹部５５０ａ部分との間に永久磁石４２２を挟み込んだ状態で、各嵌合凹部４５４及び各嵌合凹部５５２にその外周側から第２磁性体４２８を挿入すると、第１磁性体４２４及び第３磁性体４５０とバックヨーク部５５０とが重ね合わせ状態に保持されるようになっている（図１１等参照）。これにより、界磁子５２０が製造される。

なお、この後、上記と同様に、各第１磁性体４２４及び各第２磁性体４２８及びバックヨーク部５５０の外周囲に、非磁性体で形成されたリング部材を外嵌めするとよい。

このように構成された界磁子４２０では、一つの電機子を備えた構成であっても、接着剤等を用いずに、かつ、磁路にならない部材を最小限にして、各永久磁石４２２、各第１磁性体４２４及び各第２磁性体４２８、バックヨーク部５５０を、容易に保持して、界磁子５２０を容易に製造することができる。

特に、第２磁性体４２８を各嵌合凹部４５４及び嵌合凹部５５２にその外周側から挿入することで、容易に上記保持構造を実現できる。

なお、本実施形態では、上記第３実施形態を前提にして、電機子を一つだけ備える構成を説明したが、第１及び第２実施形態を前提しても、電機子を一つだけ備える構成とすることができる。この場合、電機子と反対側については、第１磁性体を省略し、各永久磁石を磁気的に連結するバックヨーク部を設けるとよい。このとき、界磁子は電機子の両側に２つある態様であっても同様である。

｛変形例｝
なお、上記したいずれの構成も互いに相反しない限りにおいて適宜組合わせて構成することができる。

また、上記説明では、界磁子が回転子であり、電機子が固定子である場合で説明したが、界磁子が固定子であり、電機子が固定子であってもよい。つまり、界磁子が電機子に対して相対的に回転すればよい。

第１実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の全体構成を示す分解斜視図である。 同上のアキシャルギャップ型回転電機における界磁子を示す斜視図である。 界磁子の変形例を示す図である。 第１磁性体の変形例を示す図である。 第２実施形態に係る界磁子を示す斜視図である。 同上の界磁子の製造工程を示す説明図である。 同上の界磁子の製造工程を示す説明図である。 同上の界磁子の製造工程を示す説明図である。 同上の界磁子の製造工程を示す説明図である。 第３実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の全体構成を示す分解斜視図である。 同上のアキシャルギャップ型回転電機の界磁子を示す斜視図である。 同上の界磁子の製造工程を示す説明図である。 同上の界磁子の製造工程を示す説明図である。 同上の界磁子の製造工程を示す説明図である。 第４実施形態に係る界磁子を示す斜視図である。 同上の界磁子を示す分解斜視図である。

符号の説明

１０，４１０ アキシャルギャップ型回転電機
２０，１２０，３２０，４２０，５２０ 界磁子
２２，４２２ 永久磁石
２４，２２４，３２４，４２４ 第１磁性体
２８，１２８，３２８，４２８ 第２磁性体
３０，４０ 電機子
２２４ａ，２２４ｂ 第１磁性体本体部（反対側磁性体部）
２２４ｃ 第１磁性体側方部
３２８ａ，４２８ａ 幅広部
３５３ 固定枠部
３５４ 嵌合孔
３５６ リング部材
４２４ａ 位置決め凹部
４５０ 第３磁性体
４５０ａ 環状磁性体部
４５０ｂ 嵌合部
４５２ａ 連結部
４５４ 嵌合凹部
５５０ バックヨーク部
５５２ 嵌合凹部

Claims (17)

1. 電機子（３０、４０）と、
   前記電機子に対して回転軸（１８ａ）周りに相対的に回転可能で、前記回転軸方向で前記電機子と対向する界磁子（２０，１２０，３２０，４２０，５２０）と、
   を備え、
   前記界磁子は、
   前記回転軸方向に沿って磁化され、前記電機子に対して前記回転軸周りに交互の磁極を呈するように前記回転軸周りに配設された複数の永久磁石（２２，４２２）と、
   前記各永久磁石のうち前記電機子側を覆うように配設された第１磁性体（２４，２２４，３２４，４２４）と、
   前記各永久磁石及び前記各第１磁性体間に、第１磁気障壁を隔てて設けられた複数の第２磁性体（２８，１２８，３２８，４２８）と、
   を有し、
   前記第１磁性体は圧粉磁心で形成されており、
   前記第２磁性体は前記回転軸に対して略直交する方向に鋼板が積層された積層鋼板で形成された、アキシャルギャップ型回転電機。
2. 請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記回転軸に略直交する平面において、前記各第２磁性体（２８，１２８，３２８，４２８）の断面形状が略長方形状である、アキシャルギャップ型回転電機。
3. 請求項２記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記各第２磁性体（１２８）は、前記回転軸を中心とする円の径方向に対して略直交する方向に鋼板が積層された積層鋼板で形成された、アキシャルギャップ型回転電機。
4. 請求項２記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記各第２磁性体（２８）は、前記回転軸を中心とする円の径方向に鋼板が積層された積層鋼板で形成された、アキシャルギャップ型回転電機。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記各永久磁石（２２，４２２）及び前記各第１磁性体（２４，２２４，３２４，４２４）のうち前記各第２磁性体に対して対向する面と、前記各第２磁性体（２８，１２８，３２８，４２８）のうち前記各永久磁石及び前記各第１磁性体に対して対向する面とは、略平行である、アキシャルギャップ型回転電機。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記各第２磁性体（２８，１２８，３２８，４２８）は、前記回転軸方向に略平行な方向に磁化容易軸を持つ方向性電磁鋼板で形成された、アキシャルギャップ型回転電機。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記各第１磁性体（２２４）は、前記永久磁石のうち前記電機子側の面を覆う第１磁性体本体部（２２４ａ、２２４ｂ）とこの反対側の面を覆う反対側磁性体部（２２４ｂ、２２４ａ）とが、前記永久磁石のうち前記各第２磁性体と対向する面を覆う第１磁性体側方部（２２４ｃ）を介して一体化された構成とされ、
   前記第１磁性体側方部の厚み寸法は、前記第１磁性体本本体部の厚み寸法よりも小さい、アキシャルギャップ型回転電機。
8. 請求項７記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記各第１磁性体（２２４）は、前記永久磁石を金型内に配設した状態で金型成形された、アキシャルギャップ型回転電機。
9. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記各第１磁性体（２４，３２４，４２４）は、前記永久磁石に接着剤で接着されている、アキシャルギャップ型回転電機。
10. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
    前記各永久磁石（２２）と前記各第１磁性体（３２４）と前記各第２磁性体（３２８）とが、非磁性体ホルダ（３５０）に固定された、アキシャルギャップ型回転電機。
11. 請求項１０記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
    前記非磁性体ホルダ（３５０）は、前記各永久磁石（２２）と前記各第１磁性体（３２４）とを前記回転軸方向における両側から挟込むようにして固定する一対の非磁性体分割ホルダ（３５２）を有し、
    前記各第２磁性体（３２８）は、前記各永久磁石間に位置する部分よりも前記電機子に近接して対向する部分で、前記回転軸を中心とする円の周方向に幅広（３５８ａ）に形成されており、
    前記一対の非磁性体分割ホルダのうち前記各永久磁石間に前記各第２磁性体をその外周側から挿入可能な嵌合凹部（３５４）が形成され、前記各第２磁性体が前記各嵌合凹部にその外周側から挿入された、アキシャルギャップ型回転電機。
12. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
    前記各第１磁性体の内周部に設けられた環状磁性体部（４５０ａ）を有する第３磁性体（４５０）をさらに備え、
    前記第３磁性体と前記各第１磁性体（４２４）とが、それらの間に磁気障壁を設けた態様で圧粉磁心にて一体形成され、
    前記各第１磁性体に対して前記各永久磁石（４２２）を挟んで反対側に設けられる反対側磁性体部材（４２４、４５０，５５０）をさらに備え、
    前記第３磁性体と一体形成された前記各第１磁性体と前記反対側磁性体部材との間に前記各永久磁石を挟込むようにして固定した、アキシャルギャップ型回転電機。
13. 請求項１２記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
    前記第３磁性体は、
    前記環状磁性体部から前記各永久磁石間で外周側に向けて延在し、前記各第２磁性体（４２８）をその外周側から挿入可能な嵌合凹部（４５４）が形成された嵌合部（４５０ｂ）を有し、
    前記各第２磁性体（４２８）は、前記各永久磁石間に位置する部分よりも前記電機子に近接して対向する部分で、前記回転軸を中心とする円の周方向に幅広（４２８ａ）に形成されており、
    前記各第２磁性体が前記各嵌合凹部にその外周側から挿入された、アキシャルギャップ型回転電機。
14. 請求項１〜請求項１３のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
    前記電機子を１つ備え、
    前記回転子（５２０）は、前記電機子とは反対側の部分で前記各永久磁石同士を磁気的に短絡しつつ前記各永久磁石を保持するバックヨーク（５５０）をさらに有する、アキシャルギャップ型回転電機。
15. 請求項１４記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
    前記各永久磁石（４２２）及び前記各第２磁性体（４２８）が前記バックヨークに部分的に埋設されて保持されている、アキシャルギャップ型回転電機。
16. 請求項１〜請求項１３のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
    前記回転軸方向において前記界磁子の両側に前記電機子（３０、４０）を２つ備え、
    前記界磁子（２０，１２０，３２０，４２０）は、前記２つの電機子のそれぞれに対する前記各第１磁性体（２８，１２８，３２８，４２８）を有する、アキシャルギャップ型回転電機。
17. 回転軸方（１８ａ）向で電機子（３０、４０）と対向する界磁子であって、
    前記回転軸方向に沿って磁化され、前記電機子に対して前記回転軸周りに交互の磁極を呈するように前記回転軸周りに配設された複数の永久磁石（２２，４２２）と、
    前記各永久磁石のうち前記電機子側を覆うように配設された第１磁性体（２４，２２４，３２４，４２４）と、
    前記各永久磁石及び前記各第１磁性体間に、第１磁気障壁を隔てて設けられた複数の第２磁性体（２８，１２８，３２８，４２８）と、
    を有し、
    前記第１磁性体は圧粉磁心で形成されており、
    前記第２磁性体は前記回転軸に対して略直交する方向に鋼板が積層された積層鋼板で形成された、界磁子（２０，１２０，３２０，４２０，５２０）。

Images