JP2006340537A - アキシャルエアギャップ型電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】２つのロータを回転軸に固定して、同回転軸に２つのラジアルボールベアリングを備えたアキシャルギャップ型電動機において、このラジアルボールベアリングの内輪を回転軸方向に予圧する手段を備えた構造を提供する。
【解決手段】２つのロータの永久磁石の磁力の相違により、軸受の内輪を軸方向に予圧する磁気予圧手段を設ける。そして磁気予圧手段は、それぞれのロータに備えられた永久磁石８ｂ、９ｂを形成する着磁量の差からなるようにしたり、また、ステータ２と永久磁石８ｂ１との空隙Ｌ１と、ステータ２と永久磁石９ｂ１との空隙Ｌ２との距離の差からなるようにしたり、それぞれのロータに備えられた永久磁石８ｂ１と永久磁石９ｂ２との回転軸方向の厚みの差からなるようにする。
【選択図】図８

Description

本発明は、アキシャルエアギャップ型電動機の軸受に係わり、より詳細には、ラジアルボールベアリングを用いた軸受の振動や騒音の防止構造に関する。

従来から、ボールベアリングを用いた軸受の振動や騒音を防止する構造として、ボールベアリングの内輪と外輪との遊び空間をなくす構造が用いられてきた。つまり、ボールベアリングの内輪と外輪とを意図的に回転軸方向にずらすために、外輪側を予圧する予圧手段を設けた構造である。

例えば、図１３に示すラジアルギャップ型電動機を用いてこの構造を説明する。
図１３の断面図において、８１はモータの回転軸、８２はロータ、８３は巻線された固定子、８４は反負荷側のブラケット、８５は負荷側のブラケット、８６はフレーム、８７は複列アンギュラ玉軸受、８８は玉軸受、８９は押え板、９０は弾性体の波形バネ（予圧手段）、９１は分離型の光学式エンコーダ、９２はオイルシールである。

次に、組み立て方を中心にして説明する。予めロータ８２は外周のマグネットをＮ極、Ｓ極交互に着磁して回転軸８１に圧入固定、固定子８３はフレーム８６に焼きバメ固定しておく。

次に、複列アンギュラ玉軸受８７および玉軸受８８の内輪を、回転軸８１の所定位置に圧入固定する。そして、複列アンギュラ玉軸受８７の外輪は、ブラケット８４のハウジング部に収納してハウジング部と押え板８９で挟むようにブラケット８４にネジ固定する。この状態のブラケット８４をフレーム８６の反負荷側開口端部に固定する。さらに、フレーム８６の反対（負荷）側開口端部とブラケット８５を、玉軸受８８の外輪と波形バネ９０とがブラケット８５のハウジング内で当接するように嵌合する。

ブラケット８５とフレーム８６を固定する際に、玉軸受８８の外輪に接着剤を塗布しておき、波形バネ９０を適正与圧に相当する寸法分だけアキシャル方向に圧縮させて固定する。つまり、複列アンギュラ玉軸受８７と玉軸受８８の内外輪は、適正予圧がかかった状態で全て固定されたモータとしている（例えば、特許文献１参照。）。

また、このような予圧手段を設けた軸受構造をアキシャルエアギャップ型電動機に応用した例を説明する。
図１１の電動機の断面図及び図１２のステータコアの平面図に示すように、３相９スロットのアキシャルエアギャップ型電動機は、ほぼ円盤状をなすステータ２０と、ステータ２０の両側に所定の空隙をもって対向的に配置される一対のプラスチックマグネットからなるロータ３１、３２とを含み、ロータ３１、３２は同一の回転軸２４を共有しており、ステータ２０は、その内周側に回転軸２４を支持する軸受部２６を備えている。

なお実際には、ステータ２０およびロータ３１、３２は、図示しないブラケット（筐体）内に収納され、ステータ２０は、その外周側がブラケットに固定されている。

ステータ２０は、環状（いわゆるドーナツ状）に形成されたステータコア２５と、ステータコア２５の内周側に同軸的に挿入された軸受部２６とを備え、ステータコア２５は、合成樹脂２１によって一体的にモールドされている。この例において、それぞれの軸受部２６は、１つのラジアルボールベアリングを備えている。

図１２に示すように、ステータコア２５は、９個のポールメンバー２５ａ〜２５ｉを環状につなぎ合わせることにより構成されている。各ポールメンバー２５ａ〜２５ｉはすべて同一形状である。

また、１つのポールメンバー２５ｄは、図１１に示すように、複数枚の金属板を台形状に積層してなるティース（鉄心）５１を備え、ティース５１の周りには、その両側面を除いて合成樹脂からなるインシュレータ５０が一体に形成されている。

インシュレータ５０は、ティース５１の両側面に沿って左右一対として配置されるほぼ扇型のフランジ５２、５３を含む全体が断面Ｈ字形のボビン状に形成されている。このフランジ５２、５３との間にコイル２７が巻回される構造になっている。

そして、３相分のポールメンバーユニットを形成した後、図１２に示すように、Ｕ相用ポールメンバーを順次円弧状に配置する。そしてその隣にＶ相、その隣にＷ相の各ポールメンバーをそれぞれ円弧状に配置して、これらの各ポールメンバー両隣をそれぞれ連結する。これにより、９個のポールメンバーが環状に組み立てられる。

なお、Ｕａ、ＵｂはＵ相用の引出線、Ｖａ、ＶｂはＶ相用の引出線、Ｗａ、ＷｂはＷ相用の引出線であり、各引出線をステータコア２５に保持するための樹脂性の保持体３０を介して図示しない電動機用の駆動回路基板に接続される。

そして、インサート成形により各ポールメンバーの外周部分および内周部分、引出線用の保持体３０を合成樹脂２１によって固める。その後、一方の所定位置に軸受部２６を固定した回転軸２４を、ステータコア２５の一方の面から、その中心に挿通させ、さらに、この軸受部２６をステータコア２５に圧入する。

次に、ステータコア２５の他方の面の内周側と軸受部２６との間に、断面波形のリング状の板バネ（波ワッシャバネ）３３を配置し、次にもう１つの軸受部２６を回転軸２４の他方から挿入して、回転軸２４の所定位置で固定する（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、前述した２つの従来例では軸受にラジアルボールベアリングを用いているため、この内輪と外輪とに遊びの空間が存在し、磁力によるロータの吸引と反発で発生する回転軸方向の摺動周期と、外輪を予圧する板バネの反発定数の値とによっては共振が発生し、大きな振動や騒音が発生する場合があった。なお、この共振の原理については、実施例において詳細に説明する。

特開２００３−１６１３２８号公報（第３−４頁、図１） 特開２００４−２８２９８９号公報（第９−１２頁、図１）

本発明は以上述べた問題点を解決し、２つのロータを回転軸に固定して、同回転軸に２つのころがり軸受を備えたアキシャルエアギャップ型電動機において、回転軸を回転軸方向に予圧する手段を備えた構造を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため、両側面にティース部を備えたステータと、同ティース部に所定の空隙をもってそれぞれ対向的に配置されている永久磁石を備えたロータと、同ロータの回転軸線上に配置されると共に、２つの前記ロータが固定された回転軸と、同回転軸を軸支して内輪が前記回転軸に固定され、外輪が前記ステータに固定された２つのボールベアリングとを備えたアキシャルエアギャップ型電動機において、
一方の前記空隙と他方の前記空隙における軸方向の磁力の相違により前記内輪を軸方向に予圧する磁気予圧手段を設ける。

もしくは、両側面にティース部を備えたステータと、同ティース部に所定の空隙をもってそれぞれ対向的に配置されている永久磁石を備えたロータと、同ロータの回転軸線上に配置されると共に、２つの前記ロータが固定された回転軸と、同回転軸を軸支して内輪が前記回転軸に固定された２つのボールベアリングと、同ボールベアリングがそれぞれ装着される装着部が形成された２つのブラケットとを備え、前記ボールベアリングの外輪が前記装着部に固定されたアキシャルエアギャップ型電動機において、
一方の前記空隙と他方の前記空隙における軸方向の磁力の相違により前記内輪を軸方向に予圧する磁気予圧手段を設ける。

もしくは、両側面にティース部を備えたステータと、同ティース部に所定の空隙をもってそれぞれ対向的に配置されている永久磁石を備えたロータと、同ロータの回転軸線上に配置されると共に、２つの前記ロータが固定された回転軸と、同回転軸を軸支して内輪が前記回転軸に固定された２つのボールベアリングとを備えたアキシャルエアギャップ型電動機において、
一方の前記ボールベアリングの外輪が前記ステータに固定されてなり、
他方の前記ボールベアリングの外輪を軸方向に予圧する予圧手段と、一方の前記空隙と他方の前記空隙における軸方向の磁力の相違により前記内輪を軸方向に予圧する磁気予圧手段とを設ける。

もしくは、両側面にティース部を備えたステータと、同ティース部に所定の空隙をもってそれぞれ対向的に配置されている永久磁石を備えたロータと、同ロータの回転軸線上に配置されると共に、２つの前記ロータが固定された回転軸と、同回転軸を軸支して内輪が前記回転軸に固定された２つのボールベアリングと、同ボールベアリングがそれぞれ装着される装着部が形成された２つのブラケットとを備えたアキシャルエアギャップ型電動機において、
一方の前記ボールベアリングの外輪が前記装着部に固定されてなり、
他方の前記ボールベアリングの外輪を軸方向に予圧する予圧手段と、一方の前記空隙と他方の前記空隙における軸方向の磁力の相違により前記内輪を軸方向に予圧する磁気予圧手段とを設ける。

また、前記磁力規制手段は、それぞれの前記ロータに備えられた前記永久磁石の着磁量の差からなるようにする。

また、前記磁気予圧手段は、一方の前記空隙の距離と、他方の前記空隙の距離との差からなるようにする。

また、前記磁気予圧手段は、それぞれの前記ロータに備えられた前記永久磁石の体積の差からなるようにする。

また、前記磁気予圧手段は、それぞれの前記ロータに備えられた前記永久磁石の材質の差による磁力の差からなるようにする。

また、前記磁気予圧手段は、一方の前記空隙と対向する前記ティース部の対向面積と、他方の前記空隙と対向する前記ティース部の対向面積の差からなるようにする。

また、前記磁気予圧手段は、一方の前記空隙における透磁率と、他方の前記空隙における透磁率との差からなるようにする。

また、前記磁気予圧手段は、一方の前記空隙の平均距離と他方の前記空隙の平均距離との差からなるようにする。

以上の手段を用いることにより、本発明によるアキシャルエアギャップ型電動機によれば、
請求項１及び請求項２に係わる発明は、一方の空隙と他方の空隙における軸方向の磁力の相違により内輪を軸方向に予圧する磁気予圧手段を設けることにより、
機械的な機構により予圧することがないため、追加部品を設けずに回転軸、つまり、これに固定されたラジアルボールベアリングの内輪を回転軸方向に予圧することができ、振動や騒音を低減させることができる。

請求項３及び請求項４に係わる発明は、一方のボールベアリングの外輪がステータに固定されるように構成し、
軸方向に摺動する他方のボールベアリングの外輪を軸方向に予圧する予圧手段と、一方の空隙と他方の空隙における軸方向の磁力の相違により内輪を軸方向に予圧する磁気予圧手段とを設けることにより、
電動機の製造工程において２つのボールベアリングの軸方向の距離のばらつきが発生したとしても、この距離のばらつきを予圧手段で容易に補正することができ、確実に請求項１や請求項２の効果を得ることができる。

請求項５に係わる発明は、磁気予圧手段は、それぞれのロータに備えられた永久磁石を形成する着磁量の差からなるようにすることにより、
電動機の構造や部材の寸法を従来と同じにし、各永久磁石の着磁量のみを異なるようにしたので、すでに量産を開始している機種でも製造工程を一部変更するたけで対応できる。

請求項６に係わる発明は、磁気予圧手段は、一方の空隙の距離と、他方の空隙の距離との差からなるようにすることにより、
電動機の部材と寸法とを従来と同じにし、ロータの固定位置を決定するための治具のみを変更するようにしたので、すでに量産を開始している機種でも製造工程を変更しないで対応できる。

請求項７に係わる発明は、磁気予圧手段は、それぞれのロータに備えられた永久磁石の体積の差からなるようにすることにより、永久磁石そのものを異なる部材にしたので、製造工程での作業ばらつきによる予圧力のばらつきを防止できる。

請求項８に係わる発明は、磁気予圧手段は、それぞれのロータに備えられた永久磁石の材質の差による磁力の差からなるようにすることにより、永久磁石そのものを異なる部材にしたので、製造工程での作業ばらつきによる予圧力のばらつきを防止できる。

請求項９に係わる発明は、磁気予圧手段は、一方の空隙と対向するティース部の対向面積と、他方の空隙と対向するティース部の対向面積の差からなるようにすることにより、ロータや永久磁石の構造を変更しないでステータの鉄心のみの変更でよいため、電動機の設計期間が短縮できる。

請求項１０に係わる発明は、磁気予圧手段は、一方の空隙における透磁率と、他方の空隙における透磁率との差からなるようにすることにより、例えば、エアギャップの透磁率と異なる透磁率を備えた磁気シートを、ティース面や永久磁石面に貼り付けるようにして、製造工程において容易に予圧力を調整できるため、予圧力の異なる多品種の電動機を容易に製造することができる。

請求項１１に係わる発明は、磁気予圧手段は、一方の空隙の平均距離と他方の空隙の平均距離との差からなるようにすることにより、回転軸やロータと、永久磁石又はティースの構造を変更しないで、永久磁石又はティースのみの変更で済み、電動機の設計期間が短縮できる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。なお背景技術で説明した図１１〜図１２と同じ部品については同じ番号を付与し、詳細な説明を省略する。

本発明の特徴は、ステータを挟んで対向するロータを備え、ボールベアリングを備えたアキシャルエアギャップ型電動機において、ボールベアリングの内輪を回転軸方向へ予圧するため、２つのロータの磁力均衡を崩すことにある。このための構造を以下に説明する。

本発明による３相９スロットのアキシャルエアギャップ型電動機１は図１に示すように、ほぼ円盤状をなすステータ２と、ステータ２の両側に所定の空隙をもって対向的に配置される一対のロータ８、９とを含み、ロータ８、９は同一の回転軸４を共有しており、ステータ２は、その内周側に同軸的に挿入され、回転軸４を支持するラジアルボールベアリングからなる第１軸受２６ａと第２軸受２６ｂとを備えている。

そして、この電動機は、回転軸４を中心にしてそれぞれが円形の、ブラケット蓋１５、モータの駆動回路が実装されたプリント基板１４、ロータ８、ステータ２、ロータ９、ブラケット蓋１６が順次配設されている。

そして、ロータ８の位置検出用の永久磁石８ｃと対向するプリント基板１４にはホール素子１４ｃが配置されており、ロータ８の回転位置を検出するようになっている。また、プリント基板１４の外周近辺では、結線体１１の巻線接続端子１１ａがハンダ付けされており、ステータ２のコイル２７の引出し線を結線体１１を介してプリント基板１４に接続する構造になっている。

また、ブラケット蓋１５、１６は鋼板をプレスして形成されており、ステータ２の両側にそれぞれ嵌着される構造になっている。当然のことながら、ブラケット蓋１５、１６を装着するか、しないかは電動機の仕様により決定されるべきものである。

一方、ステータ２は、ティース５１に施されたインシュレータ１０の周囲にコイル２７を巻回した９個のポールメンバーを環状（いわゆるドーナツ状）に配置したステータコア５を、合成樹脂７によって一体的にモールドして形成されている。その際、ステータ２は、第１軸受２６ａと第２軸受２６ｂとを保持するための軸受穴２ｄと軸受穴２ｅとを回転軸４と同心になるように、合成樹脂７によって一体的にモールドして形成されている。

そしてステータ２の一方の側面には、軸受穴２ｄとその内部に配置された第１軸受２６ａとをロータ８に向かって突出させた突出部２ｆが、また他方の側面には、軸受穴２ｅとその内部に配置された第２軸受２６ｂとをロータ９に向かって突出させた突出部２ｇが、それぞれ合成樹脂７によって一体的にモールドして形成されている。これらの突出部は軸受穴の外周を保持しており、各ラジアルボールベアリングを確実にステータに保持すると共に、２つのラジアルボールベアリングの軸芯を精度よく合わせることができる

ロータ８は円形の鋼板からなるバックヨーク８ａのステータコア５と対向する一方の面に、扇型の永久磁石８ｂをリング状に、また他方の面に位置検出用の永久磁石８ｃをそれぞれ備えている。また、ロータ９は鋼板からなるバックヨーク９ａのステータコア５と対向する一方の面に扇型の永久磁石９ｂをリング状に備えている。この結果、永久磁石８ｂと永久磁石９ｂとの内周付近に、これらの永久磁石と同じ厚さの円柱状の空間である凹部８ｄ、凹部９ｄとがそれぞれ形成される。また、これらの凹部の空間には、突出部２ｆ、２ｇが配置される構造になっている。

このように、電動機の性能への影響が比較的少ないロータの永久磁石内周付近に空間を設け、ラジアルボールベアリングを含むステータの一部をこの空間に配置することにより、電動機全体の回転軸方向の厚みを小さくできるため、小型化が可能になる。

次にステータコアについて説明する。
図２に示すようにステータコア５は、９個のポールメンバー５ａ〜５ｉを環状につなぎ合わせることにより構成されている。各ポールメンバー５ａ〜５ｉは、５ａと５ｄと５ｇとに固定されている巻線を電気的に中継して接続する結線体１１を除けばすべて同一形状である。

ポールメンバー５ｅは、図１に示すように、複数枚の金属板を台形状に積層してなるティース（鉄心）５１を備え、ティース５１の周りには、その両側面を除いて合成樹脂からなるインシュレータ１０が一体に形成されている。インシュレータ１０は、ティース５１の両側面に沿って左右一対として配置されるほぼ扇型のフランジ１２、１３を含む全体が断面Ｈ字形のボビン状に形成されている。

そして、任意のポールメンバー、例えばＵ相ならばポールメンバー５ｄの後方（ステータを形成した場合の外周側）のフランジ１２表面にＬ字型の巻線接続端子１１ａを左右両端に固定した結線体１１を装着する。そして、水平方向に突出した一方の巻線接続端子１１ａにポールメンバー５ｅのコイル巻終わり、つまり、Ｕ相の巻線終端Ｕｂを絡げてハンダ付けし、他方の巻線接続端子１１ａにＵ相の巻線始端Ｕａを絡げてハンダ付けする。

このようにして、３相分のポールメンバーユニットを形成した後、図２に示すように、Ｕ相用のポールメンバーを円弧状に配置し、この隣にＶ相、そしてその隣にＷ相用の各ポールメンバーをそれぞれ円弧状に配置して、これらの各ポールメンバー両隣をそれぞれ連結する。これにより、９個のポールメンバーが環状に組み立てられる。

そして図３の斜視図に示すように、インサート成形により各ポールメンバーの外周部分および、軸受穴２ｄと軸受穴２ｅを含む内周部分と、引出線用の結線体１１とを合成樹脂によって固めてステータ２を作成する。この時、ステータ２の軸受穴２ｄの底面に回転軸方向の摺動を規制する凸形状のストッパ２ｃを同時にインサート成形により設ける。

このステータ２にはブラケット蓋１５が嵌着する段部２ａと、プリント基板の外周付近が嵌着する段部２ｂとが備えられている。また、インサート成形後には、結線体１１の巻線接続端子１１ａと基板位置決めボス１１ｃとが露出する構造になっている。

そして、結線体１１の垂直方向に突出した巻線接続端子１１ａが、電動機用の駆動回路が実装されたプリント基板１４の孔１４ａを挿通し、このプリント基板１４のランドパターンにハンダ付けされる。また、同時に結線体１１の基板位置決めボス１１ｃとプリント基板１４の切欠１４ｂとが嵌合する。なお、図３で図示しているプリント基板１４は、各ロータが装着されてから実装される。

次に、ステータ２と軸受との構造を図４の分解斜視図を用いて説明する。
図４の斜視図に示すように、負荷と接続される負荷取付部４ａと反対側の回転軸４に第２軸受２６ｂが固定され、この回転軸４がステータコア２の軸受穴２ｅ、軸受穴２ｄ、リング状の板バネ（波ワッシャバネ）３３、第１軸受２６ａをそれぞれ挿通している。そして、第２軸受２６ｂが軸受穴２ｅへ圧入され、また、第１軸受２６ａが軸受穴２ｄに装着される。なお、軸受穴２ｄと第１軸受２６ａの外輪との間にはわずかな隙間が空いている。そして、第１軸受２６ａの内輪を回転軸４に固定する。

なお、図１に示すように、軸受孔２ｅにはストッパやリング状の板バネは配置されておらず、第２軸受２６ｂの内輪は、リング状の板バネ３３の影響により、つねに回転軸４の負荷方向（図１の左側）に向かって押圧された状態になっている。また、回転軸４が負荷方向に摺動したとしても、ロータ９とステータ２とは接触しないように各部の寸法が規定されている。

次に、図６の説明図を用いてストッパ２ｃと板バネ３３の構造を説明する。
図６（Ａ）の右側の図はステータ２の軸受穴２ｄを軸方向から見た平面図である。軸受穴２ｄの底面には、モールド成形によりステータ２と一体に形成された矩形のストッパ２ｃが底面から突出して設けられ、またこのストッパ２ｃは円周方向に均等に４個配置されている。そして、図６（Ａ）の左側の図に示す、円周に沿って断面が波型であるリング状の板バネ３３が、この軸受穴２ｄの底面に被さるように装着される。

このように、ストッパが軸受穴を形成するステータの回転軸方向の面に設けられ、板バネに向かう凸形状にすることにより、ストッパをステータの一部としてモールドで一体に形成でき、組立の工数を削減できる。

一方、板バネ３３は、軸受穴２ｄの底面に向かう４つの波形の頂点（−記号で図示）と、軸受穴２ｄの開口に向かう４つの波形の頂点（＋記号で図示）を備えており、２種類の頂点が円周方向に交互に、また、均等に配置されており、ストッパ２ｃの位置と対応している。

図６（Ｂ）の斜視図はストッパ２ｃと板バネ３３の位置関係を示しており、４つのストッパ２ｃを跨ぐように板バネ３３の４つの波型の頂点（＋記号で図示）が配置されている。従って図示しない第１軸受２６ａの一方の側面は、板バネ３３の４つの波型の頂点（＋記号で図示）に当接し、板バネ３３の４つの波型の頂点（−記号で図示）は、軸受穴２ｄの底面に当接することになり、第１軸受２６ａを回転軸４の負荷方向に予圧する構造になる。

図５は本発明によるステータのラジアルボールベアリング周辺を表す要部断面図であり、矩形のストッパを示した例である。
図５において、インサート成形された樹脂７からなるステータ２の軸受穴２ｄの底面と第１軸受２６ａとの間の空間には、リング状の板バネ３３が配置されており、前述したように、第１軸受２６ａの外輪を図１における左の軸方向へ予圧する構造になっている。

また、インサート成形により、ロータ８、９、及び回転軸４を図１おける右の回転軸方向の摺動を規制するストッパ２ｃを設けた構造になっている。このストッパ２ｃは、ステータ２の軸受穴２ｄの底面の円周方向に設けた矩形の４つの突起として形成されている。このため、このストッパ２ｃの先端と軸受穴２ｄの底面との間には、リング状の板バネ３３が配置される空間が存在することになる。
また、このストッパ２ｃの先端と第１軸受２６ａの一方の側面との間も所定の空間が存在しており、リング状の板バネ３３はこの空間内と、前述したストッパ２ｃの先端と軸受穴２ｄの底面との間の空間内で弾性変形、つまり、バネとしての動作を行なうことになる。

従って、回転軸４が大きく摺動して、第１軸受２６ａの一方の側面がリング状の板バネ３３を軸受穴２ｄの底面方向に押圧し、ストッパ２ｃの先端に当接した状態になっても、リング状の板バネ３３は前述した空間内で弾性変形の途中段階で停止した状態になっている。これにより、リング状の板バネ３３は押しつぶされることがないため、バネ性を保持できる構造になっている。また、ストッパ２ｃが存在するため、回転軸４の摺動、つまり、第１軸受２６ａの摺動は停止され、結果的にロータ８とステータ２とが接触することがなく、これによるロータ回転のロックを防止することができる。なお、予圧手段はリング状の板バネでなくても、スプリングなどで代替してもよい。

次に図７の要部断面の説明図を用いて、回転軸４及び２つの軸受の動きについて説明する。図７（Ａ）は、２つの軸受の内輪と外輪とが揃った状態、図７（Ｂ）〜図７（Ｄ）は回転軸４及び２つの軸受が取りうる３つの状態を示している。なお、各図において図中の矢印は各軸受や回転軸が、各軸受の中央位置（内輪と外輪が揃った位置〜点線で表記）からのずれ方向を示している。

図７（Ａ）を用いて各部の構造を説明する。ステータ２の内周付近両側面には、回転軸４を軸支する第１軸受２６ａと第２軸受２６ｂが配置されている。また、第１軸受２６ａは外輪２６ａ１と内輪２６ａ２とこれらの間に配置された複数の第１ボール２６ａ３とで構成されている。

また、同様に、第２軸受２６ｂは外輪２６ｂ１と内輪２６ｂ２とこれらの間に配置された複数の第２ボール２６ｂ３とで構成されている。なお内輪２６ａ２と内輪２６ｂ２とは回転軸４に固定され、また、第２軸受２６ｂの外輪２６ｂ１はステータ２への圧入により固定されている。一方、第１軸受２６ａの外輪２６ａ１はステータ２に対してフリーとなっている。

そして、第１軸受２６ａの外輪２６ａ１は板バネ３３（予圧手段）により負荷方向に予圧されている。また、各軸受の外輪とボール、このボールと内輪との間にはそれぞれ隙間が存在する。従って、回転軸４は軸方向にこの隙間の分だけ摺動することになる。

図７（Ｂ）は第１軸受２６ａの外輪２６ａ１が板バネ３３により負荷方向に予圧され、さらに、回転軸４が前述した隙間の分だけ最大限負荷側に摺動した状態を示している。従って２つの軸受の隙間がなくなり、回転軸４の回転がスムースになるため振動や騒音を低減できる状態である。

図７（Ｃ）は負荷の特性や磁力の吸引、反発などの外的要因により、回転軸４が負荷と反対方向（図７の右）へ前述した隙間の分だけ最大限負荷側に摺動した状態を示している。この場合も２つの軸受の隙間がなくなり、回転軸４の回転がスムースになるため振動や騒音を低減できる状態である。

図７（Ｄ）は図７（Ｃ）の状態から、負荷の特性や磁力の吸引、反発などの急激な外的要因により、回転軸４が負荷側に摺動した状態を示している。このため、板バネ３３の反発力による第１軸受２６ａの外輪２６ａ１の摺動が、回転軸４の負荷側へ摺動に追いつかない状態を示している。しかしながら、この場合でも、２つの軸受の隙間がなくなり、回転軸４の回転がスムースになるため振動や騒音を低減できる状態である。

ところが、回転軸４の軸方向の摺動周期と、第１軸受２６ａの外輪２６ａ１の摺動周期とが一致して共振した状態、つまり、図７（Ａ）の状態になると、前述したように第１軸受２６ａの外輪２６ａ１と内輪２６ａ２との間に配置されているボール２６ａ２が前述した隙間の範囲で暴れながら回転するため、振動や騒音が大きくなってしまう問題がある。これが背景技術で説明した問題である。

本実施例では回転軸４を左右どちらかの回転軸方向に予圧する手段を設けること、つまり、図７（Ｂ）、もしくは、図７（Ｃ）の状態にすることにより、前述した回転軸４の軸方向の摺動周期と、第１軸受２６ａの外輪２６ａ１の摺動周期との一致による共振を低減させたことが特徴である。このため、２つのロータの磁気的なアンバランスを意図的につくり出すことにより、回転軸４を所定の方向に予圧する磁気予圧手段を設けている。以下にこの磁気予圧手段を、図８を用いて３つの実施例として説明する。
なお、板バネによる予圧手段を磁気予圧手段と併用することにより、電動機の製造工程において２つのボールベアリングの軸方向の距離のばらつきが発生したとしても、この距離のばらつきを予圧手段で容易に補正することができる。

図８はステータ２とロータ８、９との要部の断面構造を説明する説明図である。ここでは３つのパラメータをそれぞれ所定の値にすることにより、一方の空隙と他方の空隙における軸方向の磁力の相違により内輪を軸方向に予圧する磁気予圧手段を設けている。この３つのパラメータは、それぞれのロータにおける、永久磁石の着磁量、永久磁石の厚さｔ１とｔ２、及びステータ２と各永久磁石との空隙距離Ｌ１とＬ２である。なお、ここで説明する空隙距離は、ステータ２のティース５１の面と各永久磁石面との空隙距離を規定している。
各ロータとステータとにおけるこれらの３つのパラメータの内、１つ以上の関係において各均衡を崩すことにより、前述した磁気予圧手段を実現している。

図８（Ａ）は本実施例１で用いている磁気予圧手段であり、永久磁石８ｂの着磁量を永久磁石９ｂよりも小さくしている。そして、各永久磁石の厚さｔ１とｔ２とを同じ厚さに、また、ステータ２との空隙距離Ｌ１とＬ２とを同じ距離にしている。このため、ロータ８、９は図８の左方向に予圧がかかった状態になる。この着磁量とは、製造工程における着磁工程において、一律の強さで着磁された場合だけでなく、例えば正弦波状の磁力特性を施された場合でも、着磁された１つの磁石の総合的な磁力を意味している。
このように構造や部材の寸法を従来と同じにし、各永久磁石の着磁量のみを異なるようにしたので、すでに量産を開始している機種でも製造工程を一部変更するたけで対応できる。

また、磁気予圧手段を着磁量の差でなく、各永久磁石の材質を互いに異なるものとしてもよい。例えば、図８（Ａ）と同じ構造において、永久磁石８ｂの磁力が永久磁石９ｂよりも弱くなるような材質で永久磁石８ｂを形成することにより、着磁量の差と同じ効果が得られる。また、永久磁石そのものを異なる部材にしたので、製造工程での作業ばらつきによる予圧力のばらつきを防止できる。

図８（Ｂ）は磁気予圧手段の他の実施例を示しており、永久磁石８ｂ１の着磁量を永久磁石９ｂ１と同じ量に、また、各永久磁石の厚さｔ１とｔ２と同じ厚さにしている。そして、ステータ２と永久磁石との距離である空隙距離Ｌ２よりも空隙距離Ｌ１を長くしている。このため、ロータ８、９は図８の左方向に予圧がかかった状態になる。
このように部材の寸法を従来と同じにし、ロータの固定位置を決定するための治具のみを変更するようにしたので、すでに量産を開始している機種でも製造工程を変更しないで対応できる。

図８（Ｃ）は磁気予圧手段の別の実施例を示しており、永久磁石８ｂ１の着磁量を永久磁石９ｂ２と同じ量に、また、ステータ２と永久磁石との距離である空隙距離Ｌ１とＬ２とを同じ距離にしている。そして、永久磁石８ｂ１の厚さｔ１よりも永久磁石９ｂ２の厚さｔ２を厚くしている。このため、ロータ８、９は図８の左方向に予圧がかかった状態になる。ここでの永久磁石の厚さとは、ティース５１と対向する面積が一定の場合を意味している。従って、もしティース５１と対向する面積が一定でなければ、それは永久磁石の体積を意味することになる。
このように永久磁石そのものを異なる部材にしたので、製造工程での作業ばらつきによる予圧力のばらつきを防止できる。
また、以上のように３つの磁気予圧手段を説明したが、１つのみを用いるのでなく、複数の磁気予圧手段を組み合わせて用いてもよい。

図９はステータ２とロータ８、９との要部の断面構造を説明する説明図である。この図ではティース（鉄心）５１の形状も記載している。ここでは前述した３つのパラメータをバランスさせた状態で、さらに他の２つパラメータのバランスを崩すことにより、磁気予圧手段を設けている。この他の２つのパラメータは、ティース５１の形状と、空隙距離Ｌ１とＬ２における磁力の強さである。各ロータとステータとにおけるこれらの２つのパラメータの内、１つ以上の関係において各均衡を崩すことにより、図９における左方向への磁気予圧手段を実現している。なお、前述した３つのパラメータに加え、この２つのパラメータも含めた５つのパラメータの組合せで磁気予圧手段を構成してもよい。

図９（Ａ）はステータ２の両端面に対応するティース５１の端面の面積、つまり、Ｓ１とＳ２の矢印で表されるエアギャップ面の面積を、Ｓ１とＳ２とで異なるように形成している。Ｓ１の面積をＳ２の面積より小さくすることで、図９における左方向への磁気予圧手段を実現している。これにより、ロータや永久磁石の構造を変更しないでステータの鉄心のみの変更でいいため、電動機の設計期間が短縮できる。

図９（Ｂ）は永久磁石９ｂのエアギャップと対向する面に磁性シート９ｂｂを貼り付けた構造を示している。つまり、空隙距離Ｌ１における透磁率と空隙距離Ｌ２における透磁率とを磁性シート９ｂｂにより異なるようにして、図９における左方向への磁気予圧手段を実現している。これにより、製造工程において、シートの有無や材質を変更することにより容易に予圧力を調整できるため、予圧力の異なる多品種の電動機を容易に製造することができる。
なお、磁性シート９ｂｂを永久磁石９ｂに貼り付けるのでなく、永久磁石９ｂと対向するティース５１の端面に貼り付けても同様の効果を得ることができる。

図９（Ｃ）は永久磁石９ｂと対向するティース５１の端面を、永久磁石９ｂの方向へ高さｈだけ、円弧状に突出させた構造を示している。このため、空隙距離Ｌ１と空隙距離Ｌ２とは同じであるが、空隙距離Ｌ１における平均距離Ｌ１’よりも、空隙距離Ｌ２における平均距離Ｌ２’が小さくなっている。このため、図９における左方向への磁気予圧手段を実現している。これにより、ロータや永久磁石の構造を変更しないでステータの鉄心のみの変更で済み、電動機の設計期間が短縮できる。
また、図示しないが、各永久磁石のエアギャップと対向する面に円弧状に突出させた構造としても同様の効果を得る事が出来る。

なお、以上の５つの例では磁気予圧手段を用いてロータ（回転軸も含む）を負荷側（図８又は図９の左方向）へ予圧しているが、各パラメータの大小関係を逆にすることにより、ロータ（回転軸も含む）を反負荷側（図８又は図９の右方向）へ予圧することもできる。どちらの方向へ予圧するのかは、負荷によるスラスト方向の押圧を考慮して決定する。
また、この実施例で背景技術で説明した予圧手段（リング状の板バネ３３）と、本実施例の特徴である磁気予圧手段とを併用しているが、第１軸受２６ａと第２軸受２６ｂとの回転軸４方向の距離を正確に保持できるなら、予圧手段（リング状の板バネ３３）がなくても図８又は図９で説明した同様の効果を得ることができる。

次に図１０を用いて他の実施例を説明する。図１０は本発明を用いたアキシャルエアギャップ型モータの断面図である。基本的には実施例１の構造と同じであるため、同じ機能を有する部品については同じ番号を付与し、詳細な説明を省略する。

実施例１との大きな違いは第１軸受２６ａと第２軸受２６ｂとの配置場所である。実施例１ではステータ内部に配置していたが、この実施例では２つのブラケット１５、１６のそれぞれの装着部１５ａ、１６ｂに、第１軸受２６ａと第２軸受２６ｂとをそれぞれ配置している。

ステータ２は、その側面からブラケット１５、１６が圧入されているため、２つのブラケットとステータ２とは固定された状態になっている。また、それぞれのブラケット１５、１６には、断面Ｌ字状の装着部１５ａ、１６ｂがプレス加工により設けられており、ここに、各軸受が装着される。

ロータ８、９に備えられている永久磁石８ｂ、９ｂは実施例１で説明したように着磁量が異なるように形成されており、この磁力の差で磁気予圧手段を形成している。また、第１軸受２６ａと第２軸受２６ｂとの回転軸４方向の距離を正確に規定しているため、各軸受の外輪はそれぞれの装着部１５ａ、１６ａに圧入して固定している。なお、磁気予圧手段はこれに限らず、前述した方法を同様に用いることができる。

なお、この実施例では軸受の外輪を予圧する予圧手段が設けられていないが、必要に応じて設けても良い。なおその場合は、一方の装着部の内径を軸受の外径よりも若干大きくし、実施例１で説明した外輪の予圧手段を設けるとよい。この場合、予圧方向はステータの側面に向かう方向になる。

また、本発明は以上説明した３相９スロットの電動機に限るものでなく、３相１２スロットや、リング状のステータ内部にラジアルボールベアリングを有するアキシャルエアギャップ型電動機などに広く適用することができる。
また、本発明は本実施例で説明したロータやステータの形状に限定するものでなく、例えば突出部２ｆ、２ｇや凹部８ｄ、９ｄやストッパ２ｃがなくても本発明の効果を有するものである。

本発明によるアキシャルエアギャップ型電動機の実施例を示す断面図である。 ステータコア示す斜視図である。 ステータと駆動用プリント基板を示す斜視図である。 ステータとラジアルボールベアリング、回転軸を示す分解斜視図である。 ステータのラジアルボールベアリング周辺を表す要部断面図である。 ストッパの構造を説明する（Ａ）は平面図、（Ｂ）は斜視図である。 本発明によるアキシャルエアギャップ型電動機の要部断面の説明図であり、（Ａ）は、２つの軸受の内輪と外輪とが揃った状態、（Ｂ）〜（Ｄ）は回転軸及び２つの軸受が取りうる３つの状態を示している。 ステータとロータとの要部の断面構造を説明する説明図であり、（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ異なる磁気予圧手段の構造を示している。 ステータとロータ、及び鉄心の要部の断面構造を説明する説明図であり、（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ異なる磁気予圧手段の構造を示している。 本発明を用いた実施例２によるアキシャルエアギャップ型電動機の断面図である。 従来のアキシャルエアギャップ型電動機を示す断面図である。 従来のアキシャルエアギャップ型電動機のステータを示す平面図である。 従来のラジアルギャップ型電動機を示す断面図である。

符号の説明

１ アキシャルエアギャップ型電動機
２ ステータ
２ａ、２ｂ 段部
２ｃ ストッパ
２ｄ、２ｅ 軸受穴
２ｆ、２ｇ 突出部
４ 回転軸
４ａ 負荷取付部
５ ステータコア
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ ポールメンバー
７ 合成樹脂
８ ロータ
８ａ バックヨーク
８ｂ、８ｂ１ 永久磁石
８ｃ 永久磁石
８ｄ 凹部
９ ロータ
９ａ バックヨーク
９ｂ、９ｂ１、９ｂ２ 永久磁石
９ｂｂ 磁性シート
９ｄ 凹部
１０ インシュレータ
１１ 結線体
１１ａ 巻線接続端子
１１ｃ 基板位置決めボス
１２ フランジ
１２ａ 孔
１４ プリント基板
１４ａ 孔
１４ｂ 切欠
１４ｃ ホール素子
１５ ブラケット（蓋）
１５ａ 装着部
１６ ブラケット（蓋）
１６ｂ 装着部
２６ａ ラジアルボールベアリング（第１軸受）
２６ｂ ラジアルボールベアリング（第２軸受）
２６ａ１ 第１外輪
２６ｂ１ 第２外輪
２６ａ２ 第１内輪
２６ｂ２ 第２内輪
２６ａ３ 第１ボール
２６ｂ３ 第２ボール
３３ 板バネ（予圧手段）
２７ コイル
５１ ティース

Claims (11)

1. 両側面にティース部を備えたステータと、同ティース部に所定の空隙をもってそれぞれ対向的に配置されている永久磁石を備えたロータと、同ロータの回転軸線上に配置されると共に、２つの前記ロータが固定された回転軸と、同回転軸を軸支して内輪が前記回転軸に固定され、外輪が前記ステータに固定された２つのボールベアリングとを備えたアキシャルエアギャップ型電動機において、
   一方の前記空隙と他方の前記空隙における軸方向の磁力の相違により前記内輪を軸方向に予圧する磁気予圧手段を設けてなることを特徴とするアキシャルエアギャップ型電動機。
2. 両側面にティース部を備えたステータと、同ティース部に所定の空隙をもってそれぞれ対向的に配置されている永久磁石を備えたロータと、同ロータの回転軸線上に配置されると共に、２つの前記ロータが固定された回転軸と、同回転軸を軸支して内輪が前記回転軸に固定された２つのボールベアリングと、同ボールベアリングがそれぞれ装着される装着部が形成された２つのブラケットとを備え、前記ボールベアリングの外輪が前記装着部に固定されたアキシャルエアギャップ型電動機において、
   一方の前記空隙と他方の前記空隙における軸方向の磁力の相違により前記内輪を軸方向に予圧する磁気予圧手段を設けてなることを特徴とするアキシャルエアギャップ型電動機。
3. 両側面にティース部を備えたステータと、同ティース部に所定の空隙をもってそれぞれ対向的に配置されている永久磁石を備えたロータと、同ロータの回転軸線上に配置されると共に、２つの前記ロータが固定された回転軸と、同回転軸を軸支して内輪が前記回転軸に固定された２つのボールベアリングとを備えたアキシャルエアギャップ型電動機において、
   一方の前記ボールベアリングの外輪が前記ステータに固定されてなり、
   他方の前記ボールベアリングの外輪を軸方向に予圧する予圧手段と、一方の前記空隙と他方の前記空隙における軸方向の磁力の相違により前記内輪を軸方向に予圧する磁気予圧手段とを設けてなることを特徴とするアキシャルエアギャップ型電動機。
4. 両側面にティース部を備えたステータと、同ティース部に所定の空隙をもってそれぞれ対向的に配置されている永久磁石を備えたロータと、同ロータの回転軸線上に配置されると共に、２つの前記ロータが固定された回転軸と、同回転軸を軸支して内輪が前記回転軸に固定された２つのボールベアリングと、同ボールベアリングがそれぞれ装着される装着部が形成された２つのブラケットとを備えたアキシャルエアギャップ型電動機において、
   一方の前記ボールベアリングの外輪が前記装着部に固定されてなり、
   他方の前記ボールベアリングの外輪を軸方向に予圧する予圧手段と、一方の前記空隙と他方の前記空隙における軸方向の磁力の相違により前記内輪を軸方向に予圧する磁気予圧手段とを設けてなることを特徴とするアキシャルエアギャップ型電動機。
5. 前記磁力規制手段は、それぞれの前記ロータに備えられた前記永久磁石の着磁量の差からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
6. 前記磁気予圧手段は、一方の前記空隙の距離と、他方の前記空隙の距離との差からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
7. 前記磁気予圧手段は、それぞれの前記ロータに備えられた前記永久磁石の体積の差からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
8. 前記磁気予圧手段は、それぞれの前記ロータに備えられた前記永久磁石の材質の差による磁力の差からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
9. 前記磁気予圧手段は、一方の前記空隙と対向する前記ティース部の対向面積と、他方の前記空隙と対向する前記ティース部の対向面積の差からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
10. 前記磁気予圧手段は、一方の前記空隙における透磁率と、他方の前記空隙における透磁率との差からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
11. 前記磁気予圧手段は、一方の前記空隙の平均距離と他方の前記空隙の平均距離との差からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアキシャルエアギャップ型電動機。

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