JP2005110372A - アキシャルギャップモータ - Google Patents

Abstract

【課題】巻線の損傷、巻線の緩みを避けるのに有利なアキシャルギャップモータを提供する。
【解決手段】アキシャルギャップモータは、ハウジング１と、ハウジング１に固定された固定子２と、ハウジング１に回転可能に保持された回転子４とを有する。固定子２は、回転方向に沿って並設された複数個の固定鉄心２０と、各固定鉄心２０に巻線２６を巻き付けて形成された励磁コイル層２７とを有する。回転子４は、回転方向に沿って並設され磁極の極性が回転方向に沿って交互となるように配置された永久磁石４２をもつ。固定子２の軸端面と回転子４の軸端面との間にギャップが形成されている。固定子２の固定鉄心２０は、回転子４の軸直角方向に沿った断面において、断面円形状に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジングに固定された固定子と、ハウジングに回転可能に保持された回転子とを有するアキシャルギャップモータに関する。

特許文献１には、図１５及び図１６に示すように、ハウジング１００に保持された固定子２００と、ハウジング１００に回転可能に保持された回転子４００とを有するアキシャルギャップモータが知られている。固定子２００は、回転方向に沿って並設された複数個の固定鉄心２１０と、各固定鉄心２１０に巻線２２０を巻きつけて形成された励磁コイル層２３０とを有する。図１６から理解できるように、断面でＴ字形状をなす鉄板２１２を複数枚積層した２個１組の積層体２１１を互いに対向させるように組み付けることにより、固定子鉄心２１０は形成されている。固定鉄心２１０を構成する積層体２１１はＴ字形状をなす。このような２個１組の積層体２１１を組み付けて形成した固定鉄心２１０に巻線２２０を巻き付けて励磁コイル層２３０を形成している。

また特許文献２には、図１７及び図１８に示すように、プリント配線基板５００に設けた固定子６００と、プリント配線基板５００に軸受５１１を介して回転可能に取り付けた回転子７００とを備えたアキシャルギャップモータが知られている。このものでは図１７及び図１８に示すように、固定子６００は、軸長方向の寸法が短い短筒部６１０と鍔部６２０とをもつ。固定子６００は鍛造プレス成形品で形成されていると推察される。

また特許文献３には、断面角形状の鉄心をもつ固定子を用い、断面角形状の鉄心に巻線を巻き付けて励磁コイル層を形成した回転機の磁気回路構造が知られている。同様に、特許文献４にも、断面角形状の鉄心をもつ固定子を用い、断面角形状の鉄心に巻線を巻き付けて励磁コイル層を形成した回転機が知られている。

また特許文献５には、軟磁性金属粒子に非磁性金属酸化物をメカノフュージョンにより被覆し、更に、その上に高抵抗軟磁性物質をメカノフュージョンにより被覆した軟磁性粉末を用い、軟磁性粉末の集合体をホットプレス等で加圧して焼結した複合軟磁性材料が開示されている。

また特許文献６には、軟磁性の金属粒子の表面に高抵抗物質を被覆すると共に、その上にりん酸系化成処理皮膜を積層させた軟磁性粉末を用い、その軟磁性粉末の集合体を圧縮成形した軟磁性成形体が開示されている。

また特許文献７には、軟磁性の金属粒子の表面にＰ，Ｍｇ,Ｂ，Ｆｅを必須元素とするガラス状絶縁層で被覆した軟磁性粉末の集合体を圧縮成形した高周波圧粉磁心が開示されている。

また特許文献８には、鉄を主要成分とする軟磁性の鉄粉末の表面にフェライト層を被覆した軟磁性粉末の集合体を圧縮成形したモータ用軟磁性成形体が開示されている。
特開２０００−２５３６３５号公報 実開平６−０７０４７６号公報 特開平９−１２１５２１号公報 特開平１０−２３６９７号公報 特開平５−１０９５２０号公報 特開平２００１−８５２１１号公報 特開平６−２６０３１９号公報 特開２００３−８６４１５号公報

上記した特許文献１に係るアキシャルギャップモータによれば、図１５及び図１６に示すように、断面でＴ字形状をなす鉄板２１２を複数枚積層して形成された固定鉄心２１０に巻線２２０を巻き付けて励磁コイル層２３０を形成することにしているため、固定鉄心２１０の角縁部２１５のエッジによって巻線２２０が損傷するおそれがある。殊に、巻線２２０が緩まないように、巻線２２０をきつく巻き付けると、巻線２２０が角縁部２１５のエッジによって損傷するおそれが高くなる。更に断面で角形状の固定鉄心２１０に巻線２２０を巻き付けて励磁コイル層２３０を形成することにしているため、励磁コイル層２３０の巻線２２０の占有率を高めるには限界があり、ひいてはモータ効率を高めるには限界がある。

上記した特許文献２に係るアキシャルギャップモータによれば、図１８に示すように、固定子６００は、軸長方向の寸法が短い短筒部６１０と鍔部６２０とをもつ。そしてプリント配線基板５００に設けた固定子７００のうち軸長方向の寸法が短い短筒部６１０に巻線８２０を巻き付けて励磁コイル層８００を形成することにしているため、巻線８２０を巻き付けにくい不具合があった。殊に、プリント配線基板５００は薄肉であり、可撓性に富むため、短筒部６１０に巻線８２０を巻き付ける際の荷重等で、プリント配線基板５００が撓み、短筒部６１０や鍔部６２０の位置が変位することがある。この場合、巻線８２０が鍔部６２０のエッジに触れて巻線８２０が損傷するおそれがあった。更にプリント配線基板５００は薄肉であり、可撓性に富むため、短筒部６１０に巻き付けた巻線８２０に予想外の力が作用することがあり、巻線８２０の巻き付けが緩むおそれがあった。

更に、特許文献３に係るモータ、特許文献４に係るモータによれば、断面角形状の鉄心をもつ固定子を用い、断面角形状の鉄心に巻線を巻き付けて励磁コイル層を形成しているため、固定鉄心の角縁部のエッジによって巻線が損傷するおそれがある。更に断面で角形状の鉄心に巻線を巻き付けて励磁コイル層を形成することにしているため、励磁コイル層の巻き線の占有率を高めるには限界があり、ひいてはモータ効率を高めるには限界がある。

特許文献５以降については、断面円形状の固定子鉄心に巻線を巻き付けて励磁コイル層を形成する技術を開示するものではない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、巻線の損傷、巻線の緩みを避けるのに有利なアキシャルギャップモータを提供することを課題とする。

様相１に係るアキシャルギャップモータは、ハウジングと、
ハウジングに固定され、回転方向に沿って並設された複数個の固定鉄心と各固定鉄心に巻線を巻き付けて形成された励磁コイル層とを有する固定子と、
軸長方向において固定子に対面するようにハウジングに回転可能に保持され、回転方向に沿って並設され磁極の極性が回転方向に沿って交互となるように配置された永久磁石をもつ回転子とを具備しており、
固定子の軸端面と回転子の軸端面との間にギャップを形成するアキシャルギャップモータにおいて、
固定子の固定鉄心は、回転子の軸直角方向に沿った断面において、断面円形状に設定されていることを特徴とするものである。

様相１に係るアキシャルギャップモータによれば、固定子の固定鉄心は、回転子の軸直角方向に沿った断面において、断面円形状に設定されている。このため巻線を固定鉄心に巻き付けたとき、巻線とエッジとの接触が回避され、巻線の損傷が抑制され、固定子の耐久性の向上を図り得る。更に巻線を固定鉄心に巻装する操作作業性が向上する。

様相２に係るアキシャルギャップモータによれば、固定鉄心のうち回転子の永久磁石に対面する側は、固定鉄心の径外方向に延設された突部をもち、突部は、固定鉄心の軸心の回りに沿ってリング状に延設されたフランジ部であることを特徴とする。固定鉄心のフランジ部によって、固定鉄心に巻装した励磁コイル層が固定鉄心から離脱することを抑えることができる。

様相３に係るアキシャルギャップモータによれば、固定鉄心のフランジ部は、回転子の軸心に沿った断面において、回転子に向かうにつれて外径が小さくなる傾斜面を有することを特徴とする。この場合、励磁コイル層により固定子側に発生する磁束を回転子の永久磁石の磁極の中央域に向けて指行させるのに有利となる。このため当該磁束を永久磁石の磁極の中央域に効率よく透過させることができ、モータ効率の向上、脈動トルクであるコキングトルクの抑制に有利となる。

様相４に係るアキシャルギャップモータによれば、固定鉄心は、電気絶縁性が高い絶縁被覆層を有する軟磁性粒子の集合体を固結させて形成されていることを特徴とする。この場合、絶縁被覆層が固定鉄心の比抵抗を高めることができ、これにより固定鉄心の透磁率を確保しつつ、固定鉄心の渦電流損等の損失を低減させることができる。

様相５に係るアキシャルギャップモータによれば、回転子は、回転可能にヨークと、ヨークに保持された永久磁石とを有しており、ヨークは、電気絶縁性が高い絶縁被覆層を有する軟磁性粒子の集合体を固結させて形成されていることを特徴とする。この場合、絶縁被覆層がヨークの比抵抗を高めることができ、これによりヨークの透磁率を確保しつつ、ヨークの渦電流損等の損失を低減させることができる。

固定鉄心及び／またはヨークを構成する軟磁性粒子の絶縁被覆層としては、鉄酸化物を主用成分とするフェライト、あるいは、りん酸塩を主要成分とするりん酸化化成処理膜を例示することができる。フェライトとしては鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、銅、亜鉛、希土類元素等のうちの１種または２種以上を含む形態を例示できる。更には上記した軟磁性粒子の絶縁被覆層としては、ポリアミドやポリイミド等の樹脂被覆層等を例示することができる。軟磁性粒子としては鉄系粉末粒子を採用できる。鉄系粉末粒子としては純鉄、または純鉄に近い組成をもつものを例示できる。軟磁性粒子の集合体を圧粉成形する場合には、炭素量、シリコン量が多いと、軟磁性粒子が硬くなり過ぎ、軟磁性粒子の集合体を成形するときに軟磁性粒子の集合体の圧縮成形性を高めるのに限界がある。そこで、絶縁被覆層を被覆していない軟磁性粒子を１００％としたとき、重量比で、炭素は０．１％以下、０．０１％以下、または０．００５％以下を例示でき、酸素は０．０５％以下または０．０１％以下を例示でき、シリコンは０．２％以下、０．１％以下、または０．０５％以下を例示できる。この場合、軟磁性粒子が硬くなり過ぎることを防止でき、軟磁性粒子の集合体を圧縮成形するとき、軟磁性粒子の集合体の圧縮成形性を高めるのに貢献することができる。但し、場合によっては、鉄系粉末粒子において炭素量、シリコン量は前記した値を越える形態とすることもできる。

軟磁性粒子の平均粒径としては１０〜５００マイクロメートル、２０〜１２０マイクロメートル、３０〜１００マイクロメートルを例示できるが、これに限定されるものではない。絶縁被覆層の厚みとしては、モータの用途、軟磁性粒子の粒径によるが、１０ナノメートル〜２０マイクロメートル、５０ナノメートル〜２０マイクロメートルを例示できるが、これらに限定されるものではない。

様相６に係るアキシャルギャップモータによれば、永久磁石の厚みをｔ１とし、ヨークのうち永久磁石を保持しないヨーク部分の厚みをｔ２とすると、ｔ２／ｔ１=１．５〜４．０の範囲内に設定されていることを特徴とする。この場合には、ヨークのうち永久磁石を保持しないヨーク部分の厚みが確保され、当該ヨーク部分の剛性が確保される。故に、モータの回転中において生じる固定鉄心と永久磁石との間の磁気吸引力及び磁気反発力によりヨークが微小的な撓み変形することが抑制される。ｔ２／ｔ１としては、アキシャルギャップモータの種類に応じて選択できるものの、ｔ２／ｔ１の上限としては、例えば３．５または３．０または２．８または２．５または２．０とすることができ、この上限と組み合わせ得る下限としては例えば１．６または１．７または１．８とすることができる。

殊に、電気絶縁性が高い絶縁被覆層を有する軟磁性粒子の集合体を固結させてヨークが形成されている場合には、ヨークの厚みを厚くしたとしても、ヨークにおける渦電流損等の損失を抑え得る。このため、ヨークを厚肉化し、これの剛性を高めることができる。従って、モータの回転中において生じる固定鉄心と永久磁石との間の磁気吸引力及び磁気反発力が大きいときであっても、磁気吸引力及び磁気反発力によりヨークが微小的な撓み変形することが抑制され、モータの高性能性及び高信頼性を確保するのに有利である。

様相７に係るアキシャルギャップモータによれば、ヨークを形成する軟磁性粒子の絶縁被覆層は、固定鉄心を形成する軟磁性粒子の絶縁被覆層よりも、厚みが薄く設定されていることを特徴とする。固定鉄心はハウジングに固定されているため、モータの回転駆動時においても固定鉄心には遠心力は作用しない。これに対してモータ回転駆動時には回転子は回転するため、回転子のヨークには遠心力が作用する。このため、回転によって発生する遠心力が大きいときには、ヨークは強度が高い方が好ましい。

この点を考慮し、固定鉄心を形成する軟磁性粒子と、ヨークを形成する軟磁性粒子とを別のものとすることができる。従って、ヨークを形成する軟磁性粒子の絶縁被覆層の厚みは、固定鉄心を形成する軟磁性粒子の絶縁被覆層の厚みよりも、薄く設定することができる。この場合、ヨークにおける比抵抗の増加、ヨークにおける渦電流損等の損失の低減を図りつつ、ヨークの強度の確保に有利である。

本発明に係るアキシャルギャップモータによれば、固定子の固定鉄心は、回転子の軸直角方向に沿った断面において、断面円形状に設定されている。このため固定子の固定鉄心に巻線を巻き付けて励磁コイル層を形成する際に、固定鉄心のエッジと巻線との接触を回避でき、従って巻線を損傷させるおそれを低減させることができる。更に、固定子はハウジングに固定されているため、励磁コイル層に対する固定性が向上する。故にハウジングに外力が作用するときであっても、励磁コイル層を構成する巻線が緩むことを防止することができる。

実施形態１

以下、本発明の実施形態１を図１〜図９を参照して具体的に説明する。本実施形態に係るアキシャルギャップモータはブラシレスモータである。このアキシャルギャップモータは、図１に示すように、ハウジング１と、ハウジング１に固定された固定子２と、軸心Ｐの回りでハウジング１に回転可能に保持された２個１組の回転子４とを備えている。固定子２の軸端面と回転子４の軸端面との間には、ギャップ１５,ギャップ１６が形成されている。ギャップ１５,ギャップ１６はモータの軸長方向において固定子２の両側に形成されている。

図１に示すように、ハウジング１は、開口１０を有する円筒形状をなす第１ハウジング１１と、第１ハウジング１１の開口１０にあてがわれて連結されたプレート状をなす第２ハウジング１２とで形成されている。第１ハウジング１１の軸受ホルダ１１ａは軸受１３を保持する。第２ハウジング１２の軸受ホルダ１２ａは軸受１４を保持する。軸受１３，１４はストップリング４０ｎを介してハウジング１に保持されている。

第１ハウジング１１及び第２ハウジング１２は磁束を透過させにくい性質と、渦電流を流しにくい性質とを有することが好ましい。従って、第１ハウジング１１及び第２ハウジング１２はベークライト、樹脂等で形成することができる。但し場合によっては、ステンレス鋼、アルミニウム合金で形成することも可能である。

固定子２はハウジング１の第１ハウジング１１の内周面１１ｉに接着剤により接着されて固定されている。回転子４は軸受１３，１４を介して回転可能にハウジング１に保持されている。回転子４は、これの軸心Ｐののびる方向において固定子２の互いに背向する軸端面に対面するように２個１組として設けられている。２個１組の回転子４の間に固定子２が配置されている。

図２は固定子２の端面図を示す。図２に示すように、固定子２は、回転子４の軸心Ｐの回りで回転子４の回転方向（矢印Ｒ方向）に沿って間隔を隔てて並設された複数個の固定鉄心２０と、各固定鉄心２０の外周面に巻線２６を多重に巻き付けて形成した励磁コイル層２７と、励磁コイル層２７及び固定鉄心２０を被覆した固定子被覆層２８と、固定子被覆層２８の中央域に形成された軸挿通孔２９とを有する。巻線２６は導線と導線に被覆された導線被覆層とで形成されている。固定子被覆層２８は励磁コイル層２７の外周面を覆っている。固定子被覆層２８は射出成形で形成しても良いし、圧縮成形で形成しても良い。固定子被覆層２８は樹脂を基材として形成されているが、非金属であるベークライトで形成されていても良い。図２に示すように、回転方向（矢印Ｒ方向）において固定鉄心２０は６０度間隔で複数個（６個）並設されている。

図１に示すように、回転子４は、軸心Ｐをもつ回転軸４０（材質：機械構造用鋼）と、回転軸４０に保持された円盤状をなす軟磁性を有するヨーク４１と、ヨーク４１に保持された円盤形状をなす永久磁石４２とを有する。図１に示すように、ヨーク４１は、回転軸４０の外周面に段部４０ｋに当接した状態で、ストップリング４０ｍにより拘束されつつ、回転軸４０の大径部４０ａの外周側に固定されている。永久磁石４２の軸端面４２ａ，４２ｂが磁極とされている。永久磁石４２はネオジム−鉄−ボロン系とされているが、これに限定されるものではなく、サマリウム−コバルト系でも良く、更には場合によってはフェライト磁石としても良い。

モータの回転に伴い永久磁石４２に遠心力が作用するとき、永久磁石４２に作用する遠心力への抵抗となる抵抗壁４１ｒ（図１参照）がヨーク４１の外周域に設けられている。抵抗壁４１ｒは永久磁石４２の外側に設けられている。更に、永久磁石４２のずれに対して抵抗となる抵抗壁４１ｗ（図１参照）がヨーク４１の内周域に設けられている。抵抗壁４１ｗは永久磁石４２の外周側に設けられている。

図３は回転子４の端面図を示す。図３に示すように、回転子４の永久磁石４２は、回転方向（矢印Ｒ方向）に沿って間隔を隔てて複数個（８個）並設されており、磁極の極性が回転方向（矢印Ｒ方向）に沿って交互となるように配置されている。永久磁石４２の個数と固定鉄心２０の個数とは異なる値とされている。

図４は固定子２の主要素である固定鉄心２０の斜視図を示す。図５は回転子４の軸直角方向に沿って切断した励磁コイル層２７を巻き付けた固定鉄心２０の断面を示す。図５に示すように、固定子２の固定鉄心２０は断面円形状に設定されている。

図６に示すように、固定鉄心２０は、断面円形状に設定されており外周面２１ｃが円筒形状をなす本体部２１と、突部であるリング状をなすフランジ部２３とで形成されている。フランジ部２３は、固定鉄心２０の本体部２１の一方の軸端及び他方の軸端の双方に互いに背向するように形成されている。フランジ部２３は、固定鉄心２０の本体部２１と同軸的に径外方向に向けて延設されており、固定鉄心２０の軸心Ｐ２の回りに沿ってリング状に延設されている。フランジ部２３は、回転子４の永久磁石４２に対面可能な平坦な軸端面２３ｆをもつ。

モータの使用時には励磁コイル層２７に給電され、固定鉄心２０による回転磁界が生じる。固定鉄心２０による回転磁界及び永久磁石４２の磁界による磁気吸引力及び／または磁気反発力によって、回転子４がこれの軸心Ｐの回りで固定子２に対して回転する。

図７は、回転する回転子４の永久磁石４２が固定状態の固定子２に接近する状態を示す。図７に示すように、固定鉄心２０にはこれの径外方向へ突出するフランジ部２３が形成されているため、永久磁石４２、固定鉄心２０を透過する磁束を早期に取り込むのに有利であり、モータ効率の向上、脈動トルクであるコキングトルクの抑制に有利となる。従って、固定鉄心２０のフランジ部２３は磁束取り込み部として機能することができる。

また、図６は回転子４の軸心に沿った断面を示している。図６に示すように、固定鉄心２０のフランジ部２３は、回転子４に向かうにつれて外径が小さくなる円錐面形状をなす傾斜面２４を有する。ここで、固定鉄心２０のフランジ部２３は固定鉄心被覆層２８よりも透磁率が高い。このため励磁コイル層２７に給電して固定鉄心２０に回転磁界を形成するとき、励磁コイル層２７で発生する磁束を、透磁率が低い樹脂を基材とする固定鉄心被覆層２８よりも、透磁率が高い傾斜面２４に沿ってフランジ部２３内を透過させるのに有利となる。従って、当該磁束を回転子４の永久磁石４２の中心線Ｐ３（磁極中心）に向けて指向させるのに有利となる。このため当該磁束を永久磁石４２の磁極のうち磁場が強い中央域に効率よく透過させることができ、モータ効率の向上、脈動トルクであるコキングトルクの抑制に有利となる。

なお、図６に示すように、固定鉄心２０のフランジ部２３の傾斜面２４のうち外径が小さい側の内周端２４ｉとし、外径が大きい側の外周端２４ｐとすると、半径方向において外周端２４ｐと内周端２４との間に、永久磁石４２の外周縁４２ｐは位置している。この場合、固定鉄心２０のフランジ部２３による磁束取り込み機能が確保される。

更に本実施形態によれば、前述したように固定鉄心２０のフランジ部２３の傾斜面２４は、回転子４に向かうにつれて外径が小さくなる円錐面形状をなす（図６参照）。このため係合面として機能できる傾斜面２４の表面積を増加させるのに有利となる。ひいては、固定鉄心２０のフランジ部２３の傾斜面２４と固定子被覆層２８の係合面２８ｃとの接合面積を増加させることができる。これにより固定鉄心２０と固定子被覆層２８との一体性を一層高めることができる。

更に固定鉄心２０のフランジ部２３の傾斜面２４は、回転子４に向かうにつれて外径が小さくなるように傾斜しているため、固定鉄心２０に対する抜け止め性が向上し、固定子被覆層２８から固定鉄心２０が離脱することを防止するのにも有利である。

本実施形態によれば、図８に示すように、電気絶縁性が高い絶縁被覆層５０を鉄系粉末粒子５１の表面に被覆させて形成した軟磁性粒子５が用いられている。鉄系粉末粒子５１は、平均粒径が約６０〜１２０μｍｍ（殊に８０μｍ）とされており、水アトマイズ粉末粒子であり、重量比で純度が９９．９５％以上とされている。このように鉄系粉末粒子５１は純鉄に近い組成をもつ。具体的に、絶縁被覆層５０を被覆していない鉄系粉末粒子５１を１００％としたとき、重量比で、炭素は０．００２％以下、酸素は０．０１％以下、シリコンは０．０１％以下とされている。これにより軟磁性粒子５の圧縮成形性が確保されている。絶縁被覆層５０はりん酸化化成処理した膜とされており、厚みが５０〜５００ナノメートル、殊に１００〜３００ナノメートルとされているが、これらに限定されるものではない。

上記のような絶縁被覆層５０を有する軟磁性粒子５の集合体を固結させることにより、固定鉄心２０は形成されている。具体的には、上記のような絶縁被覆層５０を有する軟磁性粒子５を成形型のキャビティに装填し、温間圧粉成形することにより、固定鉄心２０は形成されている。上記した温間圧粉成形の条件は、大気中において１２０〜１７０℃、殊に１５０℃とされており、成形圧力は５０００〜１２０００ｋｇｆ／ｃｍ²（≒４９０〜１１７６ＭＰａ）、殊に９０００ｋｇｆ／ｃｍ²（≒８８２ＭＰａ）とされている。このように固定鉄心２０は温間圧縮成形で形成されているものの、未焼結品である。

上記のように固定鉄心２０は、絶縁被覆層５０を有する軟磁性粒子５を原料として形成されているため、固定鉄心２０の比抵抗を高めることができる。一般的には、渦電流損失は基本的には比抵抗に反比例すると言われている。このため、固定鉄心２０の比抵抗を高めれば、固定鉄心２０の透磁率を高めつつ、固定鉄心２０の渦電流損等の損失を低減させることができる。図９は、絶縁被覆層５０を有する軟磁性粒子５を固結させた状態を模式的に示す。絶縁被覆層５０は粒界のごとく存在しており、渦電流のループを小さくし、渦電流損を小さくするのに有利である。

本実施形態によれば、固定鉄心２０ばかりか、回転子４のヨーク４１も、前記した電気絶縁性が高い絶縁被覆層５０を有する軟磁性粒子５の集合体を固結させて形成されている。このため、絶縁被覆層５０がヨーク４１の比抵抗を高めることができ、ヨーク４１の透磁率を確保しつつヨーク４１の渦電流損等の損失を低減させることができる。具体的には、このような絶縁被覆層５０を有する軟磁性粒子５を成形型（図示せず）のキャビティに永久磁石４２と共に装填し、温間圧粉成形することにより、回転子４のヨーク４１は形成されている。温間圧粉成形の条件は、基本的には固定鉄心２０の場合と同様とされている。よってヨーク４１は温間圧縮成形で形成されているものの、未焼結品である。

本実施形態によれば、回転子４について、永久磁石４２の厚みをｔ１（図６参照）とし、ヨーク４１のうち永久磁石４２を保持しないヨーク４１部分の厚みをｔ２（図６参照）とすると、ｔ２／ｔ１=１．５〜４．０の範囲内に、殊に１．８〜２．２の範囲内に設定されており、ヨーク４１が厚肉化されている。

モータの回転中においては固定鉄心２０の回転磁場と永久磁石４２の磁場との間において磁気吸引力及び磁気反発力が生じる。モータの高性能化のため固定鉄心２０による回転磁界及び永久磁石４２の磁界が強いときには、モータの回転中において磁気吸引力及び磁気反発力が必然的に大きくなり、ヨーク４１が矢印Ａ１，Ａ２方向（図６参照）に沿って微視的に撓み変形し、ギャップ１５，１６のギャップ幅を変動させるおそれがある。この場合、モータの高性能化、高信頼性を得るには好ましくない。

この点本実施形態によれば、上記した軟磁性粒子５の集合体を固結することによりヨーク４１が形成されているため、ヨーク４１の肉厚ｔ２を厚くしたとしても、ヨーク４１の渦電流損等の損失を低減することができる。このようにヨーク４１の損失を低減できるため、ヨーク４１の肉厚を確保してヨーク４１の剛性を高めることができる。よって、モータの回転中において磁気吸引力及び磁気反発力が大きいときであっても、磁気吸引力及び磁気反発力によりヨーク４１が微視的に撓み変形することを抑制でき、ひいては機械損が増加することを低減でき、モータの信頼性を一層高めることができる。

なお、本実施形態によれば、ヨーク４１を形成する軟磁性粒子５の絶縁被覆層５０の厚みをｔ４とし、固定鉄心２０を形成する軟磁性粒子５の絶縁被覆層５０の厚みをｔ５としたとき、ｔ４=ｔ５にしても良いし、ｔ４≒ｔ５にしても良いし、ｔ４＞ｔ５にしても良いし、ｔ４＜ｔ５にしても良い。

また本実施形態によれば、ヨーク４１を形成する軟磁性粒子５の鉄系粉末粒子５１の厚みをｔ６とし、固定鉄心２０を形成する軟磁性粒子５の鉄系粉末粒子５１の厚みをｔ７としたとき、ｔ６=ｔ７にしても良いし、ｔ６≒ｔ７にしても良いし、ｔ６＞ｔ７にしても良いし、ｔ６＜ｔ７にしても良い。

実施形態２

図１０及び図１１は実施形態２を示す。図１０は実施形態２に係る固定子２の断面図を示す。図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った固定子２の断面図を示す。
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、実施形態１と相違する部分を中心として説明する。共通する機能を有する部位には、なるべく共通の符号を付する。固定子２はインサート成形法により一体化されている。具体的には、巻線２６を巻き付けて励磁コイル層２７を配置した固定鉄心２０を成形型（図示せず）の成形キャビティの所定部位に配置し、成形キャビティに樹脂を装填して固化させることによりモールド樹脂成形されて一体化されている。この結果、固定鉄心２０、励磁コイル層２７及び固定子被覆層２８は一体成形されている。これにより固定鉄心２０の組み付け、ハウジング１への接着固定を一度にでき、製造工程の短縮化を図ることができる。更に固定鉄心２０を同時に成形することにより固定鉄心２０の位置精度の向上、緩み及びずれの抑制を図ることができ、モータの信頼性を高めることができる。

なお、図１１においては、図面の複雑化を避けるべく、固定子被覆層２８を点々として示す。上記した実施形態２によれば、固定子２の固定鉄心２０は、回転子４の軸心Ｐの軸直角方向に沿った断面において断面円形状に設定されているため、固定鉄心２０の本体部２１の外周面はエッジを有せず、巻線とエッジとの接触を回避できる。故に、固定鉄心２０に巻線２６を巻き付ける際に、巻線２６を損傷させるおそれを低減することができる。更に固定子２はハウジング１に固定されているため、励磁コイル層２７に対する固定性が向上し、ハウジング１に外力が作用するときであっても、励磁コイル層２７を構成する巻線２６が緩むことを防止することができる。

実施形態３

図１２及び図１３は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。共通する機能を有する部位には、なるべく共通の符号を付する。以下、実施形態１と相違する部分を中心として説明する。固定子２の軸端面と回転子４の軸端面との間にスラスト軸受７０が介在されている。スラスト軸受７０は回転軸４０の大径部４０ａの外周面よりも径外方向に配置されている。スラスト軸受７０は、固定子２の軸端面に係合する金属製の第１リング７１と、回転子４のヨーク４１の軸端面に係合する金属製の第２リング７２と、第１リング７１及び第２リング７２との間に設けられた複数個のボール状をなす金属製の転動体７３とを有する。スラスト軸受７０は、回転軸４０の外周側に同軸的に設けられており、固定子２の軸端面と回転子４の軸端面との間におけるギャップ１５，１６のギャップ幅を一定に維持する機能を有する規制部材として機能することができる。

上記したように固定子２の軸端面と回転子４の軸端面との間に軸受であるスラスト軸受７０が介在され、回転子４がスラスト軸受７０により拘束されている。このため、モータが回転する場合、固定子２と回転子４との間に発生する磁気吸引力、磁気反発力が大きいときであっても、磁気吸引力及び／または磁気反発力に起因する回転軸４０の振れが低減され、ひいては回転軸４０の振れに基づく機械損が低減される。更に、図１２及び図１３に示すように、固定子２の軸端面と回転子４の軸端面との間に予備圧縮用のバネ部材７５が介在され、スラスト軸受７０のがたが規制されているため、機械損が一層抑制され、モータ効率が向上する。なお、バネ部材７５は皿バネで形成されているが、これに限らず、場合によっては板バネ、コイルバネ等とすることもできる。

上記した実施形態３によれば、固定子２の固定鉄心２０は、回転子４の軸直角方向に沿った断面において断面円形状に設定されているため、固定鉄心２０に巻線２６を巻き付ける際に、巻線２６とエッジとの接触を回避でき、巻線２６を損傷させるおそれを低減することができる。更に固定子２はハウジング１に固定されているため、励磁コイル層２７に対する固定性が向上し、ハウジング１に外力が作用するときであっても、励磁コイル層２７を構成する巻線２６が緩むことを防止することができる。

実施形態４

図１４は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。共通する機能を有する部位には、なるべく共通の符号を付する。以下、実施形態１と相違する部分を中心として説明する。固定子２の軸端面と回転子４の軸端面との間に、摩擦係数が小さい材料で形成されているリング形状をなす軸受としてのスリーブ軸受７７（材質：ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）が介在している。スリーブ軸受７７は、固定子２の軸端面と回転子４の軸端面との間におけるギャップ１５，１６のギャップ幅を一定に維持する機能を有する規制部材として機能することができる。これにより固定子２と回転子４との間におけるギャップ１５，１６のギャップ幅の変動を防止することができる。更に、固定子２と回転子４との間に発生する磁気吸引力及び／または磁気反発力に起因する回転軸４０の振れを低減でき、ひいては回転軸４０の振れに基づく機械損が低減され、モータの信頼性を高めることができる。

上記した実施形態４によれば、固定子２の固定鉄心２０は、回転子４の軸直角方向に沿った断面において断面円形状に設定されているため、固定鉄心２０に巻線２６を巻き付ける際に、巻線２６を損傷させるおそれを低減することができる。更に固定子２はハウジング１に固定されているため、励磁コイル層２７に対する固定性が向上し、ハウジング１に外力が作用するときであっても、励磁コイル層２７を構成する巻線２６が緩むことを防止することができる。

（試験例１）
試験例１は実施形態１のアキシャルギャップモータに基づく。試験例１によれば、上記した固定鉄心２０及びヨーク４１を形成する軟磁性粒子５は、平均粒径が約６０〜１００μｍ（８０μｍ）とされており、水アトマイズ粉末粒子であり、重量比で鉄純度が９９．９５％以上とされている。絶縁被覆層５０はりん酸化化成処理した膜とされており、厚みが１００〜３００ナノメートルとされている。この試験例１によれば、固定鉄心２０及びヨーク４１の透磁率を高めつつ、渦電流損等の損失を低減させることができる。

（試験例２）
試験例２は実施形態１のアキシャルギャップモータに基づく。試験例２によれば、上記した軟磁性粒子５は、平均粒径が６０〜１００μｍ（８０μｍ）の鉄系粉末にＭｎ−Ｚｎフェライトの粉末をメカノフュージョンにより被覆させたものを用いた。Ｍｎ−Ｚｎフェライトの粉末をメカノフュージョンして形成された絶縁被覆層５０の厚みは１〜３マイクロメートルである。そして、このような絶縁被覆層５０を有する軟磁性粒子５を成形型のキャビティに装填し、温間圧粉成形（大気中１５０℃、成形圧力９０００ｋｇｆ／ｃｍ²≒８８２ＭＰａ）することにより、固定鉄心２０、ヨーク４１は形成されている。この試験例２によれば、固定鉄心２０及びヨーク４１の透磁率を高めつつ、渦電流損等の損失を低減させることができる。

（試験例３）
試験例３は実施形態１のアキシャルギャップモータに基づく。試験例３によれば、上記した軟磁性粒子５は、平均粒径が６０〜１００μｍ（８０μｍ）の鉄系粉末（ガスアトマイズ粉末、重量比で鉄純度が９９．９５％以上）にＮｉ−Ｚｎフェライトをフェライトメッキして被覆させたものを用いた。Ｎｉ−Ｚｎフェライトの絶縁被覆層５０の厚みは３０ナノメートルである。そして、このような絶縁被覆層５０を有する軟磁性粒子５を成形型のキャビティに装填し、温間圧粉成形（大気中１５０℃、成形圧力９０００ｋｇｆ／ｃｍ²≒８８２ＭＰａ）することにより、固定鉄心２０、ヨーク４１は形成されている。この試験例３によれば、固定鉄心２０及びヨーク４１の透磁率を高めつつ、渦電流損等の損失を低減させることができる。

（試験例４）
試験例４は実施形態１のアキシャルギャップモータに基づく。試験例４によれば、ヨーク４１を形成する絶縁被覆層５０を有する軟磁性粒子５Ｂについては、固定鉄心２０を形成する絶縁被覆層５０を有する軟磁性粒子５Ａよりも、絶縁被覆層５０の厚みを厚く設定している。軟磁性粒子５Ａ,５Ｂにおいて、絶縁被覆層５０は同一材質または同系材質としている。絶縁被覆層５０が同系材質であるとは、絶縁被覆層５０を構成する主要成分が共通することを意味する。

固定鉄心２０はハウジング１に固定されているため、固定鉄心２０には遠心力は作用しない。これに対して回転子４は回転するため、回転子４のヨーク４１には遠心力が作用する。更にモータの回転駆動時には、ヨーク４１には前記した矢印Ａ１，Ａ２方向の力が作用する。このため上記した力がかなり強い場合には、ヨーク４１の強度は高い方が好ましい。

この点を考慮し、固定鉄心２０を形成する絶縁被覆層５０を有する軟磁性粒子５と、ヨーク４１を形成する絶縁被覆層５０を有する軟磁性粒子５とを別のものとしている。即ち、ヨーク４１を形成する軟磁性粒子５の絶縁被覆層５０の厚みをｔ４とし、固定鉄心２０を形成する軟磁性粒子５の絶縁被覆層５０の厚みをｔ５としたとき、ｔ４＜ｔ５に設定している。これによりヨーク４１の比抵抗を高めてヨークの渦電流損等の損失を低減させつつ、ヨーク４１の強度を高めるのに有利である。

（試験）
試料Ａ〜Ｆについて試験した。表１は試料Ａ〜Ｆについて試験した基本的条件及び試験結果を示す。

試料Ａでは、固定鉄心は電磁軟鉄で形成されている。試料Ｂでは、絶縁被覆層が形成されていない鉄粉で形成された軟磁性粉末を用い、この軟磁性粉末の集合体を成形型で圧縮成形（温度：室温,成形圧：５０００ｋｇｆ／ｃｍ²≒４．９×１０⁸Ｎ／ｍ）することにより、固定鉄心は形成されている。試料Ｃでは、りん酸皮膜の絶縁被覆層（厚み：３０〜５０ナノメートル）を鉄粉（平均粒径：８０〜１００マイクロメートル）に被覆した軟磁性粉末を用い、そして、りん酸皮膜を被覆した軟磁性粉末１００重量％に対してポリアミド樹脂粉末を外付け％で０．６重量％混合し（ポリアミド樹脂粉末＋軟磁性粉末=１００．６重量％とする）、このポリアミド樹脂粉末と軟磁性粉末との混合粉末の集合体を成形型で圧縮成形（温度：室温,成形圧：７０００ｋｇｆ／ｃｍ²≒６．８６×１０⁸Ｎ／ｍ）し、２３０℃でキュアーすることにより、固定鉄心は形成されている。

試料Ｄでは、りん酸皮膜の絶縁被覆層（厚み：３０〜５０ナノメートル）を鉄粉（平均粒径：８０〜１００マイクロメートル）に被覆した軟磁性粉末を用い、この軟磁性粉末の集合体を成形型で圧縮成形（温度：１５０℃、成形圧：８０００ｋｇｆ／ｃｍ²≒７．８４×１０⁸Ｎ／ｍ）することにより、固定鉄心は形成されている。また、試料Ｅでは、ＭｎーＺｎフェライトの絶縁被覆層（厚み：１〜３マイクロメートル）を鉄粉（平均粒径：８０〜１００マイクロメートル）にメカノフュージョン処理により被覆した軟磁性粉末を用い、この軟磁性粉末の集合体を成形型で圧縮成形（温度：１５０℃、成形圧：９０００ｋｇｆ／ｃｍ²≒８．８２×１０⁸Ｎ／ｍ）することにより、固定鉄心は形成されている。。

また、試料Ｆでは、ＮｉーＺｎフェライトの絶縁被覆層（厚み：４０〜１００ナノメートル）を鉄粉（平均粒径：８０〜１００マイクロメートル）にフェライトメッキ処理により被覆した軟磁性粉末を用い、この軟磁性粉末の集合体を成形型で圧縮成形（温度：１５０℃、成形圧：９０００ｋｇｆ／ｃｍ²≒８．８２×１０⁸Ｎ／ｍ）することにより、固定鉄心は形成されている。。

上記した各試料Ａ〜Ｆに係る密度、最大透磁率、比抵抗、モータ効率を試験した。試験結果によれば、表１に示すように、絶縁被覆層が形成されていない試料Ｂによれば、比抵抗がかなり小さく、モータ効率も３８％と低かった。

これに対して、りん酸皮膜とポリアミドにより絶縁被覆層が形成されている試料Ｃによれば、最大透磁率が低いものの、比抵抗が最も高いため、モータ効率は５０％を越えており、良好であった。

ＭｎーＺｎフェライトの絶縁被覆層が形成されている試料Ｅによれば、最大透磁率を良好に維持しつつ、比抵抗を高めることができ、モータ効率もかなり良好であった。またＮｉーＺｎフェライトの絶縁被覆層が形成されている試料Ｆによれば、最大透磁率を良好に維持しつつ、比抵抗を高めることができ、モータ効率もかなり良好であった。モータ効率は［（出力（ワット）／入力（ワット）］×１００％として定義される。入力（ワット）は電圧（ボルト）×電流（アンペア）である。出力（ワット）は１．０２７×１０^-5×Ｎ×Ｔである。ここでＮはモータの回転数（ｒｐｍ）であり、Ｔはトルク（ｇｆ・ｃｍ）である。あるいは、トルクをＴ（Ｎ・ｍ）とした場合、出力（ワット）は１０．０６５×Ｎ×Ｔとされる。

（他の例）
上記した実施形態１によれば、絶縁被覆層５０を有する軟磁性粒子５を成形型のキャビティに装填し、温間圧粉成形することにより、固定鉄心２０及びヨーク４１が形成されている。固定鉄心２０及びヨーク４１を温間圧粉成形する際の条件は、実施形態１に記載されている条件に限定されるものではない。更に、軟磁性粒子５を成形型のキャビティに装填し、常温で圧粉成形することにより、固定鉄心２０及びヨーク４１を形成することにしても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。上記した記載から次の技術的思想も把握することができる。

［付記項１］ハウジングと、
前記ハウジングに固定され、回転方向に沿って並設された複数個の固定鉄心と各前記固定鉄心に巻線を巻き付けて形成された励磁コイル層とを有する固定子と、
固定子に対して軸長方向において対面するように前記ハウジングに回転可能に保持され、回転方向に沿って並設され磁極の極性が回転方向に沿って交互となるように配置された永久磁石をもつ回転子とを具備しており、前記固定子の軸端面と前記回転子の軸端面との間にギャップを形成するアキシャルギャップモータにおいて、
前記固定鉄心のうち前記回転子の前記永久磁石に対面する側は、前記固定鉄心の径外方向に延設された突部をもち、
前記突部は、前記固定鉄心の軸心の回りに沿ってリング状に延設されたフランジ部であることを特徴とするアキシャルギャップモータ。巻線の外れがフランジ部により防止される。

［付記項２］付記項１において、前記フランジ部は、前記回転子の軸心に沿った断面において、前記回転子に向かうにつれて外径が小さくなる傾斜面を有することを特徴とするアキシャルギャップモータ。この場合、固定鉄心のフランジ部は透磁率が高いため、励磁コイル層に給電して固定鉄心に回転磁界を形成するとき、励磁コイル層で発生する磁束を、透磁率が高い傾斜面に沿ってフランジ部内を透過させるのに有利となる。従って、当該磁束を回転子の永久磁石の中心線（磁極中心）に向けて指向させるのに有利となる。このため当該磁束を永久磁石の磁極の中央域に効率よく透過させることができ、モータ効率の向上、脈動トルクであるコキングトルクの抑制に有利となる。

本発明に係るアキシャルギャップモータは自動車等の車両、電気機器、電子機器等のブラシレスモータとして利用することができる。

実施形態１に係るアキシャルギャップモータの断面図（回転子の軸心に沿った断面図）である。 実施形態１に係る固定子の端面図である。 実施形態１に係る回転子の端面図である。 固定子を構成する主要素である固定鉄心の斜視図である。 励磁コイル層を配置した固定鉄心の断面図（回転子の軸直角方向に沿った断面図）である。 回転子の永久磁石及び固定子の固定鉄心の付近を示す部分断面図（回転子の軸心に沿った断面図）である。 固定子の固定鉄心に回転子の永久磁石が接近した状態を模式的に示す図である。 軟磁性粒子を模式的に示す断面図である。 軟磁性粒子の集合体を固結した状態を模式的に示す断面図である。 実施形態２に係る固定子の断面図（回転子の軸心に沿った断面図）である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った実施形態２に係る固定子の断面図である。 実施形態３に係り、上半分を断面にして示すアキシャルギャップモータの断面図（回転子の軸心に沿った断面図）である。 軸受付近の拡大断面図である。 実施形態４に係り、上半分を断面にして示すアキシャルギャップモータの断面図（回転子の軸心に沿った断面図）である。 従来例に係り、上半分を断面にして示すアキシャルギャップモータの断面図である。 従来例に係り、積層体の斜視図である。 他の従来例に係り、アキシャルギャップモータの断面図である。 他の従来例に係り、固定子の斜視図である。

符号の説明

１はハウジング、２は固定子、２０は固定鉄心、２３はフランジ部、２４は傾斜面、２６は巻線、２７は励磁コイル層、２８は固定子被覆層、４は回転子、４０は回転軸、４１はヨーク、４２は永久磁石、５は軟磁性粒子、５０は絶縁被覆層、５１は鉄系粉末粒子、７０はスラスト軸受（規制部材）、７７はスリーブ軸受（規制部材）を示す。

Claims (7)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに固定され、回転方向に沿って並設された複数個の固定鉄心と各前記固定鉄心に巻線を巻き付けて形成された励磁コイル層とを有する固定子と、
   軸長方向において前記固定子に対面するように前記ハウジングに回転可能に保持され、前記回転方向に沿って並設され磁極の極性が前記回転方向に沿って交互となるように配置された永久磁石をもつ回転子とを具備しており、
   前記固定子の軸端面と前記回転子の軸端面との間にギャップを形成するアキシャルギャップモータにおいて、
   前記固定子の前記固定鉄心は、前記回転子の軸直角方向に沿った断面において、断面円形状に設定されていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
2. 請求項１において、前記固定鉄心のうち前記回転子の前記永久磁石に対面する側は、前記固定鉄心の径外方向に延設された突部をもち、
   前記突部は、前記固定鉄心の軸心の回りに沿ってリング状に延設されたフランジ部であることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
3. 請求項２において、前記固定鉄心の前記フランジ部は、前記回転子の軸心に沿った断面において、前記回転子に向かうにつれて外径が小さくなる傾斜面を有することを特徴とするアキシャルギャップモータ。
4. 請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、前記固定鉄心は、電気絶縁性が高い絶縁被覆層を有する軟磁性粒子の集合体を固結させて形成されていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
5. 請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項において、前記回転子は、回転可能なヨークと、前記ヨークに保持された永久磁石とを有しており、
   前記ヨークは、電気絶縁性が高い絶縁被覆層を有する軟磁性粒子の集合体を固結させて形成されていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
6. 請求項５において、前記永久磁石の厚みをｔ１とし、前記ヨークのうち前記永久磁石を保持しないヨーク部分の厚みをｔ２とすると、ｔ２／ｔ１=１．５〜４．０の範囲内に設定されていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
7. 請求項５または請求項６において、前記ヨークを形成する前記軟磁性粒子の前記絶縁被覆層は、前記固定鉄心を形成する前記軟磁性粒子の前記絶縁被覆層よりも、厚みが薄く設定されていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。

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