特開 2023-172074 アキシャルギャップモーター、ローターおよびロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023172074

(43)【公開日】2023-12-06

(54)【発明の名称】アキシャルギャップモーター、ローターおよびロボット

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/22 20060101AFI20231129BHJP

   H02K 16/04 20060101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

H02K1/22 A

H02K16/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022083632

(22)【出願日】2022-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】西田 秀明

【テーマコード（参考）】

5H601

【Ｆターム（参考）】

5H601AA29

5H601CC01

5H601CC15

5H601DD12

5H601HH02

(57)【要約】

【課題】コギングトルクを低減しつつ、高出力化が図られたアキシャルギャップモーター、かかるアキシャルギャップモーターを実現するローター、および、前記アキシャルギャップモーターを備えるロボットを提供すること。
【解決手段】回転軸の周方向に配置される複数の磁石、回転軸に沿う軸方向において磁石と重なる位置に設けられる磁性板、および、磁性板を支持するフレームを有し、回転軸の周りを回転するローターと、軸方向においてローターと離間して配置されるステーターと、を備え、磁性板は、軟磁性を有し、かつ、回転軸を中心とする円環状をなしており、磁性板のうち、平面視で磁石の中心と重なる部位を第１部位とし、周方向に隣り合う磁石同士の中間と重なる部位を第２部位とするとき、回転軸の径方向における第２部位の長さが、径方向における第１部位の長さより短いことを特徴とするアキシャルギャップモーター。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸の周方向に配置される複数の磁石、前記回転軸に沿う軸方向において前記磁石と重なる位置に設けられる磁性板、および、前記磁性板を支持するフレームを有し、前記回転軸の周りを回転するローターと、
前記軸方向において前記ローターと離間して配置されるステーターと、
を備え、
前記磁性板は、軟磁性を有し、かつ、前記回転軸を中心とする円環状をなしており、
前記磁性板のうち、平面視で前記磁石の中心と重なる部位を第１部位とし、前記周方向に隣り合う前記磁石同士の中間と重なる部位を第２部位とするとき、前記回転軸の径方向における前記第２部位の長さが、前記径方向における前記第１部位の長さより短いことを特徴とするアキシャルギャップモーター。

【請求項2】

前記第１部位は、前記第２部位よりも、前記径方向の両側に向かって突出している突出部を含む請求項１に記載のアキシャルギャップモーター。

【請求項3】

前記突出部は、前記フレームに固定されている請求項２に記載のアキシャルギャップモーター。

【請求項4】

前記径方向における前記第２部位の長さは、前記径方向における前記磁石の長さと同じである請求項１または２に記載のアキシャルギャップモーター。

【請求項5】

前記磁性板は、前記径方向に積層されている複数の鋼板の積層体を含む請求項１または２に記載のアキシャルギャップモーター。

【請求項6】

前記ローターは、前記第１部位の外縁の延長線と前記第２部位との間に設けられ、非磁性を示す非磁性体をさらに有する請求項１または２に記載のアキシャルギャップモーター。

【請求項7】

前記ローターを介して前記軸方向の両側に配置される２つの前記ステーターを備え、
前記ローターは、前記磁石を介して前記軸方向の両側に設けられる２枚の前記磁性板を有する請求項１または２に記載のアキシャルギャップモーター。

【請求項8】

アキシャルギャップモーターに用いられ、回転軸の周りに回転するローターであって、
前記回転軸の周方向に配置される複数の磁石と、
前記回転軸に沿う軸方向において前記磁石と重なる位置に設けられる磁性板と、
前記磁性板を支持するフレームと、
を有し、
前記磁性板は、軟磁性を有し、かつ、前記回転軸を中心とする円環状をなしており、
前記磁性板のうち、平面視で前記磁石の中心と重なる部位を第１部位とし、前記周方向に隣り合う前記磁石同士の中間と重なる部位を第２部位とするとき、前記回転軸の径方向における前記第２部位の長さが、前記径方向における前記第１部位の長さより短いことを特徴とするローター。

【請求項9】

請求項１または２に記載のアキシャルギャップモーターを備えることを特徴とするロボット。

【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モーター、ローターおよびロボットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、複数の固定子ティース部に固定子巻線を巻回して形成し、永久磁石を装着した回転子との間に複数のエアギャップを有する一対の回転電機用の固定子が開示されている。また、固定子ティース部には、エアギャップ側の先端面を拡径した、外向きフランジ（鍔）状の先端突起部が形成されていることが開示されている。さらに、エアギャップに臨んで対向配置された先端突起部を、異なった形状にすることで、コギングトルクの低減を図ることが開示されている。

【0003】

先端突起部が形成された固定子ティース部に固定子巻線を巻回する作業を行う場合、先端突起部が支障になり、作業効率が低くなる。このため、固定子の製造効率を高めることができない。また、ボビン等にあらかじめ固定子巻線を巻回した後、ボビンを固定子ティース部に差し込む方法も考えられる。しかし、この場合も、先端突起部が支障にならないようにボビンの内径を大きくする必要があり、ボビンと固定子ティース部との距離を十分に縮めることができない。その結果、回転電機の出力の低下を招くことになる。

【0004】

一方、コギングトルクを低減する部材を回転子側に設けることで、固定子ティース部から先端突起部を省略することも考えられる。先端突起部を省略した場合、巻線を巻回する作業の効率を高めることができる。コギングトルクを低減する部材としては、例えば、回転子に被せる板状の磁性板が考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７－２８８６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、磁性板を回転子に被せると、被せる位置によっては、永久磁石が形成する磁界の磁束密度が低下する。そうすると、回転電機の出力の低下が生じる。したがって、回転電機におけるコギングトルクの低減を図りつつ、総トルクを向上させ、高出力化を図ることが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の適用例に係るアキシャルギャップモーターは、
回転軸の周方向に配置される複数の磁石、前記回転軸に沿う軸方向において前記磁石と重なる位置に設けられる磁性板、および、前記磁性板を支持するフレームを有し、前記回転軸の周りを回転するローターと、
前記軸方向において前記ローターと離間して配置されるステーターと、
を備え、
前記磁性板は、軟磁性を有し、かつ、前記回転軸を中心とする円環状をなしており、
前記磁性板のうち、平面視で前記磁石の中心と重なる部位を第１部位とし、前記周方向に隣り合う前記磁石同士の中間と重なる部位を第２部位とするとき、前記回転軸の径方向における前記第２部位の長さが、前記径方向における前記第１部位の長さより短いことを特徴とする。

【0008】

本発明の適用例に係るローターは、
アキシャルギャップモーターに用いられ、回転軸の周りに回転するローターであって、
前記回転軸の周方向に配置される複数の磁石と、
前記回転軸に沿う軸方向において前記磁石と重なる位置に設けられる磁性板と、
前記磁性板を支持するフレームと、
を有し、
前記磁性板は、軟磁性を有し、かつ、前記回転軸を中心とする円環状をなしており、
前記磁性板のうち、平面視で前記磁石の中心と重なる部位を第１部位とし、前記周方向に隣り合う前記磁石同士の中間と重なる部位を第２部位とするとき、前記回転軸の径方向における前記第２部位の長さが、前記径方向における前記第１部位の長さより短いことを特徴とする。

【0009】

本発明の適用例に係るロボットは、
本発明の適用例に係るアキシャルギャップモーターを備えることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係るアキシャルギャップモーターの概略構成を示す縦断面図である。

【図2】図１のアキシャルギャップモーターが備えるローターおよびシャフトを示す分解斜視図である。

【図3】図２のローターを示す平面図である。

【図4】図３の部分拡大図である。

【図5】磁性板における比Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）とコイルの相間に生じる逆起電圧との関係を示すグラフである。

【図6】図５の５つのプロットマークに対応する５種類の磁性板を示す部分平面図である。

【図7】図２に示す磁性板の部分拡大図である。

【図8】変形例に係るアキシャルギャップモーターが備えるローターを示す部分平面図である。

【図9】第２実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明のアキシャルギャップモーター、ローターおよびロボットを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0012】

１．第１実施形態
まず、第１実施形態に係るアキシャルギャップモーターについて説明する。

【0013】

図１は、第１実施形態に係るアキシャルギャップモーター１の概略構成を示す縦断面図である。図２は、図１のアキシャルギャップモーター１が備えるローター３およびシャフト２を示す分解斜視図である。図３は、図２のローター３を示す平面図である。

【0014】

図１に示すアキシャルギャップモーター１は、回転軸ＡＸまわりに回転するシャフト２と、シャフト２に固定され、シャフト２とともに回転軸ＡＸの周りを回転するローター３と、回転軸ＡＸに沿ってローター３の軸方向Ａにおける両側に配置されている一対のステーター４、５と、モーターケース８と、を備えるダブルステーター構造を採用している。このようなアキシャルギャップモーター１は、回転軸ＡＸを中心としてローター３およびシャフト２を回転させ、シャフト２に連結された駆動対象部材に回転力を伝達する。なお、本明細書では、説明の便宜上、回転軸ＡＸに沿う方向を「軸方向Ａ」といい、回転軸ＡＸに直交する方向を「径方向Ｒ」といい、回転軸ＡＸの周方向を「周方向Ｃ」という。また、軸方向Ａの矢印先端側を「上」ともいい、反対側を「下」ともいう。さらに、軸方向Ａに沿って下から見ることを「平面視」ともいう。また、径方向Ｒの矢印先端側を「外」といい、矢印基端側を「内」ともいう。

【0015】

シャフト２は、部分的に外径が異なる略円柱状をなし、中実である。これにより、シャフト２の機械的強度が向上する。ただし、シャフト２は、中空であってもよい。この場合、シャフト２の内部に配線を通すことができる。

【0016】

シャフト２には、円盤状のローター３がシャフト２と同心的に固定されている。ローター３は、図２に示すように、複数の磁石６、磁性板９１、９２、および、ローターサポート３０（フレーム）を有する。

【0017】

ステーター４、５は、ローター３を介して軸方向Ａの両側に設けられている。シャフト２とステーター４、５との間には軸受７１、７２が設けられ、ステーター４、５に対してシャフト２の回転が可能になっている。軸受７１、７２には、各種ベアリングが用いられる。

【0018】

モーターケース８は、第１ケース８１、第２ケース８２および側面ケース８３を有する。第１ケース８１および第２ケース８２は、それぞれ円環状をなし、中央部にシャフト２が挿通されている。側面ケース８３は、円筒状をなし、第１ケース８１の外縁部と第２ケース８２の外縁部とを接続している。

【0019】

以下、アキシャルギャップモーター１の各部について詳述する。
１．１．ステーター
ステーター４は、第１ケース８１の上面に設けられ、ステーター５は、第２ケース８２の下面に設けられている。また、ステーター４とローター３との間、および、ステーター５とローター３との間には、それぞれエアギャップが設けられている。

【0020】

ステーター４は、複数のステーターコア４２と、各ステーターコア４２に配置されている複数のコイル４３と、を有する。ステーター５は、複数のステーターコア５２と、各ステーターコア５２に配置されている複数のコイル５３と、を有する。

【0021】

以下、ステーター４、５の構成についてさらに説明するが、ステーター４、５の構成は互いに同じであるため、以下の説明では、ステーター４についてのみ説明し、ステーター５についての説明は省略する。

【0022】

ステーターコア４２は、アキシャルギャップモーター１の相数や極数に応じた数の図示しない複数のティース部を備えている。ティース部は、周方向Ｃに沿って等間隔に並んでいる。コイル４３は、各ティース部に巻回されている。コイル４３は、ティース部に直接巻回された導線であってもよいし、あらかじめボビン等に導線を巻回しておき、これをティース部に取り付けたものであってもよい。

【0023】

アキシャルギャップモーター１は、図示しない通電回路を有し、各コイル４３は、この通電回路に接続されている。各コイル４３に通電されると、ステーターコア４２から磁界が発生し、ローター３にトルクが生じる。これにより、シャフト２が回転軸ＡＸまわりに回転する。

【0024】

ステーターコア４２は、例えば、電磁鋼板やアモルファス合金箔の積層体、磁性粉末の圧粉体、電磁鋼板やアモルファス合金箔と磁性粉末とを組み合わせたハイブリッド体等の各種磁性材料で構成される。なお、ステーターコア４２は、単一の部品であってもよいし、複数の部品の集合体であってもよい。

【0025】

また、ステーター４は、その全体が樹脂でモールドされていてもよい。このように、樹脂でモールドすることにより、より安定したステーター４を得ることができる。

【0026】

１．２．ローター
ローター３は、前述したように、複数の磁石６、磁性板９１、９２、および、ローターサポート３０（フレーム）を有する。

【0027】

ローターサポート３０は、図２に示すように、円盤状をなし、中央部に位置するハブ３１と、ハブ３１よりも外側に位置する環状のリム３２と、ハブ３１とリム３２とを繋ぐ連結部３３と、を有する。

【0028】

ハブ３１は、図１に示すように、回転軸ＡＸに沿って貫通する貫通孔３１１を有している。貫通孔３１１には、シャフト２が、例えば圧入等により固定されている。これにより、シャフト２とローター３とが固定されている。なお、シャフト２とローター３との固定方法は、特に限定されず、ハブ３１の形状等も上記に限定されない。

【0029】

リム３２は、図２に示すように、回転軸ＡＸ上に中心を持つ円環状をなしており、周方向Ｃに沿って等間隔に設けられた複数の貫通孔３２１を有している。貫通孔３２１は、回転軸ＡＸに沿って貫通している。貫通孔３２１には、それぞれ磁石６が挿入されている。磁石６の数は、アキシャルギャップモーター１の相数や極数に応じた数に設定され、例えば、本実施形態では２４個である。なお、磁石６としては、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等が挙げられるが、これらには限定されない。

【0030】

ローターサポート３０の構成材料としては、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金等の金属材料が挙げられる。また、ローターサポート３０の構成材料は、非磁性材料であるのが好ましい。これにより、ローターサポート３０が磁石６やコイル４３から流れ出る磁束に影響を与えにくくなる。その結果、アキシャルギャップモーター１のトルクの低下等の問題が発生しにくくなる。非磁性材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金等が挙げられる。なお、本明細書において非磁性とは、最大透磁率が２以下であることをいう。

【0031】

磁性板９１は、磁石６の下面を覆うように、ローターサポート３０の下面に固定されている。磁性板９２は、磁石６の上面を覆うように、ローターサポート３０の上面に固定されている。

【0032】

磁性板９１、９２は、それぞれ平面視形状が回転軸ＡＸを中心とする円環状をなす板状の部材である。また、磁性板９１、９２は、それぞれ軟磁性を有する。軟磁性とは、透磁率が高く、かつ、保磁力が低い磁性のことをいう。磁性板９１、９２の最大透磁率は、例えば１００以上であることが好ましく、１０００以上であることがより好ましい。また、磁性板９１、９２の保磁力は、例えば８００Ａ／ｍ以下であることが好ましく、１００Ａ／ｍ以下であることがより好ましい。

【0033】

磁性板９１、９２は、例えば、電磁鋼板やアモルファス合金箔の積層体、磁性粉末の圧粉体、電磁鋼板やアモルファス合金箔と磁性粉末とを組み合わせたハイブリッド体等の各種磁性材料で構成される。また、磁性粉末の圧粉体は、３Ｄプリンターを用いた積層造形法により製造されたものであってもよい。

【0034】

磁性板９１、９２の平均厚さは、特に限定されないが、０．１０ｍｍ以上１．５０ｍｍ以下であるのが好ましく、０．２０ｍｍ以上１．００ｍｍ以下であるのがより好ましい。このような磁性板９１、９２は、ローター３の厚さが増加するのを抑えつつ、ローターサポート３０の補強にも寄与する。ローターサポート３０を補強することにより、ローターサポート３０の変形を抑制し、ローター３の回転時に生じる振動や騒音等を抑制することができる。

【0035】

なお、磁性板９１、９２の平均厚さは、磁性板９１、９２の厚さを任意の１０か所以上で測定し、得られた測定値の平均値である。

【0036】

また、磁性板９１、９２は、いかなる方法でローターサポート３０に固定されていてもよい。固定方法としては、例えば、接着剤、接合金属、溶接等が挙げられるが、接着剤が好ましく用いられる。接着剤を用いることにより、磁性板９１、９２を効率よく固定することができる。

【0037】

以下、磁性板９１、９２の構成についてさらに説明するが、磁性板９１、９２の構成は互いに同じであるため、以下の説明では、磁性板９１についてのみ説明し、磁性板９２についての説明は省略する。

【0038】

磁性板９１は、前述したように平面視で円環状をなしているが、図４に示すように、径方向Ｒの長さが長い第１部位９１１と、径方向Ｒの長さが第１部位９１１よりも短い第２部位９１２と、を有している。つまり、径方向Ｒにおける第１部位９１１の長さをＲ１とし、第２部位９１２の長さをＲ２とするとき、磁性板９１は、Ｒ２＜Ｒ１を満たしている。そして、第１部位９１１は、磁石６の中心Ｏと重なる位置に配置されている。一方、第２部位９１２は、周方向Ｃにおいて隣り合う磁石６同士の中間Ｍと重なる位置に配置されている。したがって、図３に示す磁性板９１では、それぞれ磁石６の数と同数の第１部位９１１および第２部位９１２が、周方向Ｃに沿って交互に配置されている。つまり、磁性板９１は、いわゆる櫛歯形状をなしている。なお、以下の説明では、第２部位９１２の内側および外側の領域であって、第１部位９１１に挟まれている領域を「欠損部９１３」ともいう。つまり、欠損部９１３は、第１部位９１１の外縁の延長線ＥＬと第２部位９１２との間の領域である。また、磁石６の中心Ｏとは、平面視における磁石６の長軸の中点とする。さらに、磁石６同士の中間Ｍは、磁石６同士の隙間の中間線と、隣り合う磁石６の中心Ｏ同士を結ぶ線分と、の交点とする。

【0039】

図４は、図３の部分拡大図である。なお、図４では、磁性板９１の下方から透視した磁石６を併せて図示している。

【0040】

また、第２部位９１２は、磁石６同士の中間Ｍと重なる位置に設けられるが、この位置の内側および外側の領域は、磁石６から流れ出る磁束の密度が比較的高い。このため、この領域に磁性板９１が重ならないように、径方向Ｒにおける第２部位９１２の長さは、第１部位９１１よりも短く設定されている。つまり、磁性板９１は、中間Ｍの内側および外側に欠損部９１３を有している。これにより、欠損部９１３における磁束の流れが、磁性板９１によって妨げられることが抑制される。その結果、アキシャルギャップモーター１のマグネットトルクを十分に確保して、高出力化を図ることができる。

【0041】

径方向Ｒにおける第１部位９１１の長さＲ１は、第２部位９１２の長さＲ２よりも長く設定されている。具体的には、第１部位９１１は、第２部位９１２よりも、内側および外側の双方に突出している。図４では、内側に突出している部位を「内側突出部９１１ａ」とし、外側に突出している部位を「外側突出部９１１ｂ」とする。第１部位９１１がこのような内側突出部９１１ａおよび外側突出部９１１ｂを含むことにより、エアギャップに形成される磁界が磁性板９１によって阻害されるのを最小限に留めつつ、コギングトルクの低減を図ることができる。つまり、第１部位９１１は、磁石６の中心Ｏと重なる位置に設けられるが、この位置の内側および外側の領域は、磁石６から流れ出る磁束の密度が比較的低い。このため、この領域に内側突出部９１１ａおよび外側突出部９１１ｂを配置しても、アキシャルギャップモーター１のマグネットトルクに及ぼす影響は小さい。一方、この領域に第１部位９１１が延在していることにより、コギングトルクを低減させることができる。コギングトルクを低減させることにより、アキシャルギャップモーター１の高出力化を図ることができる。

【0042】

なお、第１部位９１１は、内側突出部９１１ａおよび外側突出部９１１ｂのいずれか一方のみを含んでいてもよいが、双方を含むことが好ましい。これにより、コギングトルクの低減幅をより大きくすることができる。

【0043】

また、長さＲ１は、長さＲ２よりも長ければよいが、好ましくは長さＲ２の１０１％以上とされ、より好ましくは１１０％以上とされ、さらに好ましくは１３０％以上とされる。これにより、コギングトルクの低減幅を十分に確保することができる。一方、長さＲ１の上限値は、特に設定されなくてもよいが、ローターサポート３０からのはみ出しや磁性板９１の重量の増加等を考慮すると、長さＲ２の３００％以下であることが好ましい。

【0044】

また、第２部位９１２は、少なくとも磁石６を覆っていることが好ましい。これにより、磁気回路における磁気抵抗の変化を抑制することができる。その結果、アキシャルギャップモーター１のコギングトルクをより確実に低減することができる。

【0045】

また、径方向Ｒにおける第２部位９１２の長さＲ２は、径方向Ｒにおける磁石６の長さＲ６と異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。これにより、第２部位９１２は、十分な広さの欠損部９１３を伴うことになるため、コギングトルクを低減する効果を損なうことなく、磁石６から流れ出る磁束をより阻害しにくくなる。その結果、コギングトルクの低減を図りつつ、マグネットトルクへの悪影響を減らすことができる。

【0046】

これに対し、長さＲ２が長さＲ６よりも長い場合、欠損部９１３が狭くなるため、マグネットトルクを低減させるおそれがある。なお、長さＲ２が長さＲ６と同じとは、長さＲ２が、長さＲ６の９５％以上１０５％以下であることをいう。

【0047】

なお、径方向Ｒにおける第２部位９１２の長さＲ２は、磁石６に重なる部分においては、径方向Ｒにおける磁石６の長さＲ６と同じであることが好ましいが、磁石６に重ならない部分においては、径方向Ｒにおける第２部位９１２の長さＲ２と径方向Ｒにおける磁石６の長さＲ６とが異なっていてもよい。

【0048】

また、周方向Ｃにおける第１部位９１１の長さをＣ１とし、第２部位９１２の長さをＣ２とするとき、合計の長さＣ１＋Ｃ２は、周方向Ｃにおける磁石６の配列の周期（磁極の配列の周期）に相当する。このとき、比Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）は、磁石６の配列の周期に対して第１部位９１１が占める比率を表す。磁性板９１は、第１部位９１１と第２部位９１２の双方を有しているので、この比Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）は、０％超１００％未満となる。

【0049】

図５は、磁性板９１における比Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）とコイル４３の相間に生じる逆起電圧との関係を示すグラフである。図５に示すグラフは、磁性板９１における比Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）を変化させたとき、ステーター４のコイル４３の相間に生じる逆起電圧の最大値を計算によって求め、得られた計算結果をプロットして作成したものである。コイル４３の相間に生じる逆起電圧は、アキシャルギャップモーター１のトルクに比例するため、トルクを評価する指標となる。なお、図５には、比Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）が０％であるときの逆起電圧を基準（０％）としたとき、この基準に対する各計算結果の減少率をプロットマークに併記している。

【0050】

また、図６は、図５の５つのプロットマークに対応する５種類の磁性板９１を示す部分平面図である。

【0051】

図６に示すように、磁性板９１における比Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）を１００％とした場合、つまり、磁極の配列の周期において第１部位９１１が占める比率が１００％であるため、第２部位９１２が存在しない磁性板９１を用いた場合、コイル４３の相間に生じる逆起電圧は、図５に示すように相対的に最も低くなる。このため、アキシャルギャップモーター１のトルクを十分に高めることができない。

【0052】

一方、図６に示すように、磁性板９１における比Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）を０％とした場合、つまり、磁極の配列の周期において第１部位９１１が占める比率が０％である場合、磁石６から流れ出る磁束が阻害されにくくなるため、十分に大きなマグネットトルクを確保することができ、図５に示すように、相対的に高い逆起電圧が得られる。しかし、比Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）が０％である磁性板９１では、前述した内側突出部９１１ａや外側突出部９１１ｂが存在しないため、コギングトルクを十分に低減させることができない。

【0053】

したがって、磁性板９１が第１部位９１１と第２部位９１２の双方を有すること、すなわち、磁性板９１における比Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）を０％超１００％未満とすることで、コギングトルクの低減を図りつつ、マグネットトルクを十分に確保することが可能になる。

【0054】

また、比Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）は、１０％以上１００％未満であることが好ましく、３０％以上９０％以下であることがより好ましく、５０％以上８０％以下であることがさらに好ましい。これにより、磁性板９１によるマグネットトルクの低減幅を最小限に抑えつつ、磁性板９１によってコギングトルクを十分に低減させることができる。したがって、比Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）が前記下限値を下回ると、第１部位９１１が占める比率が低下するため、コギングトルクを十分に低減させることができないおそれがある。一方、比Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）が前記上限値を上回ると、第１部位９１１が占める比率が上昇する一方、第２部位９１２が占める比率が低下する。そうすると、磁石６から流れ出る磁束が第１部位９１１の内側突出部９１１ａや外側突出部９１１ｂによって妨げられ、マグネットトルクが低減してしまうおそれがある。

【0055】

また、内側突出部９１１ａおよび外側突出部９１１ｂは、それぞれ、磁性板９１をローターサポート３０に固定する部位として用いられる。具体的には、内側突出部９１１ａおよび外側突出部９１１ｂは、ローターサポート３０が有するリム３２の下面に接着されている。これにより、磁性板９１をローターサポート３０に固定することができる。このような固定方法を採用することにより、磁性板９１をローターサポート３０に対してより安定的に固定することができる。その結果、磁性板９１の脱落やローター３における振動の発生等を抑制することができる。

【0056】

なお、磁性板９１の固定方法は、上記の方法に限定されない。例えば、磁性板９１は、磁石６のみに接着され、磁石６を介してローターサポート３０に固定されていてもよいし、磁石６とローターサポート３０の双方に接着されていてもよい。

【0057】

また、本実施形態に係るアキシャルギャップモーター１は、前述したように、２つのステーター４、５を備えるダブルステーター構造を採用している。そして、ローター３は、ローターサポート３０の下面に固定されている磁性板９１と、ローターサポート３０の上面に固定されている磁性板９２と、を有する。つまり、これらの磁性板９１、９２は、磁石６を介して軸方向Ａの両側に設けられている。ダブルステーター構造を採用しているアキシャルギャップモーター１では、高トルク化が図られており、また、２枚の磁性板９１、９２を有することから、コギングトルクが十分に低減されている。

【0058】

図７は、図２に示す磁性板９１の部分拡大図である。
図７に示す磁性板９１は、複数の鋼板９４の積層体９３を含んでいてもよい。積層体９３では、複数の鋼板９４が径方向Ｒに積層されている。つまり、回転軸ＡＸを中心とする同心円状に積層された複数の鋼板９４によって積層体９３が構成されている。図示しないが、磁性板９２も同様であってもよい。このような構成によれば、周方向Ｃに沿って流れる磁束が変化しても、磁性板９１、９２には渦電流が発生しにくくなる。その結果、渦電流損を抑制することができ、アキシャルギャップモーター１の出力効率を高めることができる。なお、鋼板９４同士は、絶縁されていることが好ましい。

【0059】

径方向Ｒにおける鋼板９４の厚さは、特に限定されないが、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。これにより、渦電流損を十分に低減しつつ、鋼板９４の剛性を確保することができる。その結果、鋼板同士を積層する作業の作業性を高めることができる。

【0060】

以上、ローター３について説明したが、磁性板９１、９２は、それぞれ、複数に分割された部品の集合体であってもよい。例えば、図２に示す磁性板９１、９２は、周方向Ｃにおいて複数に分割されており、各部品の集合体が全体として円環状をなしているものであってもよい。

【0061】

また、本実施形態に係るアキシャルギャップモーター１は、本発明は、ダブルステーター構造を採用しているが、シングルステーター構造や３つ以上のステーターを備える構造を採用していてもよい。その場合、磁性板の数は、ステーターの数に応じて設定される。

【0062】

１．３．第１実施形態が奏する効果
以上のように、第１実施形態に係るアキシャルギャップモーター１は、ローター３と、ステーター４と、を備える。ローター３は、回転軸ＡＸの周方向Ｃに配置される複数の磁石６、回転軸ＡＸに沿う軸方向Ａにおいて磁石６と重なる位置に設けられる磁性板９１、９２、および、磁性板９１を支持するローターサポート３０（フレーム）を有し、回転軸ＡＸの周りを回転する。ステーター４、５は、軸方向Ａにおいてローター３と離間して配置される。磁性板９１、９２は、軟磁性を有し、かつ、回転軸ＡＸを中心とする円環状をなしている。磁性板９１のうち、平面視で磁石６の中心Ｏと重なる部位を第１部位９１１とし、周方向Ｃに隣り合う磁石６同士の中間Ｍと重なる部位を第２部位９１２とするとき、回転軸ＡＸの径方向Ｒにおける第２部位９１２の長さＲ２が、径方向Ｒにおける第１部位９１１の長さＲ１よりも短い。

【0063】

このような構成によれば、磁石６の中心Ｏと重なる位置に第１部位９１１が配置され、磁石６同士の中間Ｍと重なる位置に第２部位９１２が配置された磁性板９１を有するため、コギングトルクの低減を図りつつ、マグネットトルクを十分に確保することができる。これにより、マグネットトルクの低減を抑制することができる。その結果、アキシャルギャップモーター１の高出力化を図ることができる。

【0064】

また、上記の構成によれば、従来技術のように、ステーターコア４２が備えるティース部に先端突起部を設けなくても、コギングトルクの低減が可能になる。このため、ティース部に巻線を巻回する作業の効率を容易に高めることができる。また、ボビン等にあらかじめ巻線を巻回し、これをティース部に差し込むことも可能になる。したがって、第１実施形態に係るアキシャルギャップモーター１は、製造容易性に優れたものとなる。

【0065】

また、本実施形態では、第２部位９１２よりも径方向Ｒの両側に向かって突出している突出部として、第１部位９１１が、内側突出部９１１ａおよび外側突出部９１１ｂを含んでいる。このような第１部位９１１を有する磁性板９１によれば、内側突出部９１１ａおよび外側突出部９１１ｂがマグネットトルクに及ぼす影響を最小限に留めつつ、コギングトルクの低減に寄与する。これにより、磁性板９１によるマグネットトルクの低減幅を小さく抑えつつ、コギングトルクを低減させることができ、アキシャルギャップモーター１のさらなる高出力化を図ることができる。

【0066】

また、本実施形態では、内側突出部９１１ａおよび外側突出部９１１ｂは、ローターサポート３０（フレーム）に固定されている。これにより、磁性板９１をローターサポート３０に対してより安定的に固定することができる。その結果、磁性板９１の脱落やローター３における振動の発生等を抑制することができる。

【0067】

また、本実施形態では、径方向Ｒにおける第２部位９１２の長さＲ２が、径方向Ｒにおける磁石６の長さＲ６と同じである。これにより、第２部位９１２では、コギングトルクを低減する効果を損なうことなく、磁石６から流れ出る磁束をより阻害しにくくなる。つまり、長さＲ２が長さＲ６よりも長い場合、磁性板９１のうち、磁石６からはみ出した部分が、マグネットトルクを低減させるおそれがあるが、そのような懸念を減らすことができる。

【0068】

また、磁性板９１は、径方向Ｒに積層されている複数の鋼板９４の積層体９３を含むことが好ましい。これにより、軸方向Ａに沿って流れる磁束が変化しても、磁性板９１には渦電流が発生しにくくなる。その結果、渦電流損を抑制することができ、アキシャルギャップモーター１の出力効率を高めることができる。

【0069】

また、本実施形態に係るアキシャルギャップモーター１は、ローター３を介して軸方向Ａの両側に配置される２つのステーター４、５を備える。ローター３は、磁石６を介して軸方向Ａの両側に設けられる２枚の磁性板９１、９２を有する。

【0070】

このようなアキシャルギャップモーター１は、ダブルステーター構造を採用しているため、高トルク化が容易に図られる。また、各エアギャップに臨むように磁性板９１、９２が設けられることになるため、コギングトルクの低減を効果的に図ることができる。

【0071】

ローター３（本実施形態に係るローター）は、アキシャルギャップモーター１に用いられ、回転軸ＡＸの周りに回転するローターである。ローター３は、複数の磁石６と、磁性板９１と、ローターサポート３０（フレーム）と、を有する。複数の磁石６は、回転軸ＡＸの周方向Ｃに配置される。磁性板９１は、回転軸ＡＸに沿う軸方向Ａにおいて磁石６と重なる位置に設けられる。ローターサポート３０は、磁性板９１を支持する。

【0072】

そして、磁性板９１は、軟磁性を有し、かつ、回転軸ＡＸを中心とする円環状をなしている。磁性板９１のうち、平面視で磁石６の中心Ｏと重なる部位を第１部位９１１とし、周方向Ｃに隣り合う磁石６同士の中間Ｍと重なる部位を第２部位９１２とするとき、回転軸ＡＸの径方向Ｒにおける第２部位９１２の長さＲ２が、径方向Ｒにおける第１部位９１１の長さＲ１よりも短い。

【0073】

このような磁性板９１は、アキシャルギャップモーター１に用いられることで、コギングトルクの低減を図りつつ、高出力化を図ることに寄与する。具体的には、ローター３は、磁石６の中心Ｏと重なる位置に第１部位９１１が配置され、磁石６同士の中間Ｍと重なる位置に第２部位９１２が配置された磁性板９１を有するため、マグネットトルクの低減を抑制することができる。これにより、アキシャルギャップモーター１の高出力化を図ることができる。

【0074】

２．変形例
次に、変形例に係るアキシャルギャップモーターについて説明する。
図８は、変形例に係るアキシャルギャップモーターが備えるローター３Ａを示す部分平面図である。

【0075】

以下、変形例について説明するが、以下の説明では、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図８において、前記第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

【0076】

図８に示すローター３Ａは、図３に示すローター３の構成に加え、非磁性体３５を有する。非磁性体３５は、非磁性を有し、磁性板９１の欠損部９１３に設けられる。

【0077】

欠損部９１３に非磁性体３５を設けることにより、非磁性体３５を介して磁性板９１とローターサポート３０および磁石６とを固定することができる。つまり、欠損部９１３に設けた非磁性体３５は、磁性板９１とローターサポート３０や磁石６との固定を強化することに寄与する。一方、非磁性体３５は、非磁性を有するため、欠損部９１３を流れる磁束にほとんど影響を及ぼさない。このため、非磁性体３５を設けたとしても、アキシャルギャップモーター１のマグネットトルクの低減は限定的である。

【0078】

非磁性体３５は、非磁性を示す部材である。非磁性体３５の構成材料としては、例えば、樹脂材料、ガラス材料等が挙げられる。また、樹脂材料やガラス材料には、任意の添加材が添加されていてもよい。添加材としては、各種フィラー等が挙げられる。また、磁性板９１および非磁性体３５は、３Ｄプリンターを用いた積層造形法により、一体的に製造可能である。

【0079】

以上のように、変形例に係るアキシャルギャップモーターが備えるローター３Ａは、非磁性体３５をさらに有する。非磁性体３５は、第１部位９１１の外縁の延長線ＥＬと第２部位９１２との間（欠損部９１３）に設けられ、非磁性を示す。

【0080】

このようなローター３Ａでは、非磁性体３５が、磁性板９１とローターサポート３０や磁石６との固定を補強する。これにより、磁性板９１をローターサポート３０に対してより安定的に固定することができる。その結果、磁性板９１の脱落やローター３Ａにおける振動の発生等を特に抑制することができる。また、非磁性体３５は、非磁性を有するため、マグネットトルクに対して悪影響を及ぼしにくい。

【0081】

３．第２実施形態
次に、第２実施形態に係るロボットについて説明する。
図９は、第２実施形態に係るロボット１０００を示す斜視図である。

【0082】

図９に示すように、ロボット１０００は、例えば、各種ワーク（対象物）の搬送、組立、検査等の各作業で用いられる。ロボット１０００は、基台１００１、ロボットアーム１１００、駆動部１５０１，１５０２，１５０３，１５０４，１５０５，１５０６と、を有する。

【0083】

基台１００１は、水平な床２０００に載置されている。なお、基台１００１は、床２０００ではなく、壁、天井、架台等に載置されていてもよい。

【0084】

ロボットアーム１１００は、第１アーム１０１０、第２アーム１０２０、第３アーム１０３０、第４アーム１０４０、第５アーム１０５０および第６アーム１０６０を備えている。第６アーム１０６０の先端には、図示しないエンドエフェクターを着脱可能に取り付けることができ、そのエンドエフェクターでワークを把持等することができる。

【0085】

エンドエフェクターとしては、特に限定されないが、ワークを把持するハンド、ワークを吸着する吸着ヘッド等が挙げられる。エンドエフェクターで把持等するワークとしては、特に限定されず、例えば、電子部品、電子機器等が挙げられる。なお、本明細書では、第６アーム１０６０を基準にしたときの基台１００１側を「基端側」とし、基台１００１を基準にしたときの第６アーム１０６０側を「先端側」とする。

【0086】

ロボット１０００は、基台１００１と、第１アーム１０１０と、第２アーム１０２０と、第３アーム１０３０と、第４アーム１０４０と、第５アーム１０５０と、第６アーム１０６０とが、基端側から先端側に向かってこの順に連結された単腕の６軸垂直多関節ロボットである。

【0087】

第１アーム１０１０～第６アーム１０６０の長さは、それぞれ、特に限定されず、適宜設定可能である。なお、ロボットアーム１１００が有するアームの数は、１～５本または７本以上であってもよい。また、ロボット１０００は、スカラロボットであってもよく、２つまたはそれ以上のロボットアーム１１００を備える双腕ロボットであってもよい。

【0088】

基台１００１と第１アーム１０１０とは、図示しない関節を介して連結されている。第１アーム１０１０は、モーター１５０１ｍ、および、図示しない減速機を有する駆動部１５０１の駆動により回動する。モーター１５０１ｍは、第１アーム１０１０を回動させる推力を発生する。

【0089】

第１アーム１０１０と第２アーム１０２０とは、図示しない関節を介して連結されている。第２アーム１０２０は、モーター１５０２ｍ、および、図示しない減速機を有する駆動部１５０２の駆動により回動する。モーター１５０２ｍは、第２アーム１０２０を回動させる推力を発生する。

【0090】

第２アーム１０２０と第３アーム１０３０とは、図示しない関節を介して連結されている。第３アーム１０３０は、モーター１５０３ｍ、および、図示しない減速機を有する駆動部１５０３の駆動により回動する。モーター１５０３ｍは、第３アーム１０３０を回動させる推力を発生する。

【0091】

第３アーム１０３０と第４アーム１０４０とは、図示しない関節を介して連結されている。第４アーム１０４０は、モーター１５０４ｍ、および、図示しない減速機を有する駆動部１５０４の駆動により回動する。モーター１５０４ｍは、第４アーム１０４０を回動させる推力を発生する。

【0092】

第４アーム１０４０と第５アーム１０５０とは、図示しない関節を介して連結されている。第５アーム１０５０は、モーター１５０５ｍ、および、図示しない減速機を有する駆動部１５０５の駆動により回動する。モーター１５０５ｍは、第５アーム１０５０を回動させる推力を発生する。

【0093】

第５アーム１０５０と第６アーム１０６０とは、図示しない関節を介して連結されている。第６アーム１０６０は、モーター１５０６ｍ、および、図示しない減速機を有する駆動部１５０６の駆動により回動する。モーター１５０６ｍは、第６アーム１０６０を回動させる推力を発生する。

【0094】

これらのモーター１５０１ｍ～１５０６ｍのうちの少なくとも１つに、前記実施形態または変形例に係るアキシャルギャップモーターが用いられる。すなわち、ロボット１０００は、前記実施形態または変形例に係るアキシャルギャップモーターを備える。このようなアキシャルギャップモーターを用いることにより、モーター１５０１ｍ～１５０６ｍのコギングトルクを低減しつつ、高出力化を図ることができ、ロボットアーム１１００の性能向上を図ることができる。

【0095】

また、駆動部１５０１～１５０６には、図示しない角度センサーが設けられる。これらの角度センサーとしては、例えば、ロータリーエンコーダー等の各種エンコーダーが挙げられる。角度センサーは、モーター１５０１ｍ～１５０６ｍまたは減速機の出力軸の回動角度を検出する。

【0096】

駆動部１５０１～１５０６および角度センサーは、それぞれ、図示しないロボット制御装置と電気的に接続されている。ロボット制御装置は、駆動部１５０１～１５０６の動作を独立して制御する。

【0097】

なお、ロボット１０００が前記実施形態または変形例に係るアキシャルギャップモーターを備える場合、図１に示すシャフト２を中空にすることもできるので、中空を利用して配線を通すことができる。これにより、ロボットアーム１１００における配線効率を向上させることができる。また、併せて、上記のアキシャルギャップモーターを備えることにより、従来に比べてロボット１０００の高出力化を図ることができる。

【0098】

以上、本発明に係るアキシャルギャップモーター、ローターおよびロボットを図示の実施形態または変形例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0099】

例えば、本発明に係るアキシャルギャップモーター、ローターおよびロボットは、それぞれ、前記実施形態または変形例の各部が同様の機能を有する任意の構成物に置換されたものであってもよく、前記実施形態または変形例に任意の構成物が付加されたものであってもよい。

【0100】

また、本発明は、ラジアルギャップモーターにも適用可能である。これにより、磁性板を有するラジアルギャップモーターにおいても、コギングトルクを低減させつつ、高出力化を図ることができる。

【符号の説明】

【0101】

１…アキシャルギャップモーター、２…シャフト、３…ローター、３Ａ…ローター、４…ステーター、５…ステーター、６…磁石、８…モーターケース、３０…ローターサポート、３１…ハブ、３２…リム、３３…連結部、３５…非磁性体、４２…ステーターコア、４３…コイル、５２…ステーターコア、５３…コイル、７１…軸受、７２…軸受、８１…第１ケース、８２…第２ケース、８３…側面ケース、９１…磁性板、９２…磁性板、９３…積層体、９４…鋼板、３１１…貫通孔、３２１…貫通孔、９１１…第１部位、９１１ａ…内側突出部、９１１ｂ…外側突出部、９１２…第２部位、９１３…欠損部、１０００…ロボット、１００１…基台、１０１０…第１アーム、１０２０…第２アーム、１０３０…第３アーム、１０４０…第４アーム、１０５０…第５アーム、１０６０…第６アーム、１１００…ロボットアーム、１５０１…駆動部、１５０１ｍ…モーター、１５０２…駆動部、１５０２ｍ…モーター、１５０３…駆動部、１５０３ｍ…モーター、１５０４…駆動部、１５０４ｍ…モーター、１５０５…駆動部、１５０５ｍ…モーター、１５０６…駆動部、１５０６ｍ…モーター、２０００…床、Ａ…軸方向、ＡＸ…回転軸、Ｃ…周方向、ＥＬ…延長線、Ｍ…中間、Ｏ…中心、Ｒ…径方向、Ｃ１…長さ、Ｃ２…長さ、Ｒ１…長さ、Ｒ２…長さ、Ｒ６…長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】