CN113541340B - 轴向间隙马达 - Google Patents

Abstract

一种轴向间隙马达，其中，转子具备沿着转子基座的周向固定的多个转子芯，定子具备沿着定子基座的周向固定的多个定子芯和卷绕于定子芯的线圈，转子芯的端面与定子芯的端面配置成以相互露出的状态相对。

Description

轴向间隙马达

技术领域

本发明涉及具备固定于旋转轴的转子、和在旋转轴的轴向上与转子隔开间隙地相对配置的定子的轴向间隙马达。

背景技术

已知有具备固定于旋转轴的转子、和在旋转轴的轴向上与转子隔开间隙地相对配置的定子的轴向间隙马达(例如参照日本特开2018-33281)。在日本特开2018-33281中，记载有具备固定于旋转轴(rotary shaft)的转子、和在旋转轴的轴向上以隔着转子的方式与转子隔开间隙地配置的定子的轴向间隙马达。转子包括转子框架(转子基座)、和沿着转子框架的周向固定的多个磁体片。定子包括沿着周向配置的多个切割芯(定子芯)、和将导线卷绕于切割芯而成的线圈。切割芯通过将带状的磁性材料卷绕多周而成的卷芯分割而形成。各定子的切割芯配置成切割芯的端面与转子的磁体片隔开间隙地相对。

发明内容

然而，在上述日本特开2018-33281的轴向间隙马达中，转子的磁体片通过两个定子的定子芯彼此之间。此时，当转子高速旋转时，因磁体的移动而在定子的线圈中产生反电动势，高速旋转时的电力消耗变多。另外，由于在这样的磁体的材料中使用稀少的稀土类元素，因此优选不使用磁体。

本发明提供一种能够通过不使用磁体从而不会在线圈中产生反电动势的轴向间隙马达。

本发明的技术方案涉及具备固定于旋转轴的转子、和在所述旋转轴的轴向上与所述转子隔开间隙地相对配置的定子的轴向间隙马达。所述转子包括由非磁性材料构成的转子基座、和沿着所述转子基座的周向固定的多个转子芯，所述定子具备由非磁性材料构成的定子基座、沿着所述定子基座的周向固定的多个定子芯、以及卷绕于所述定子芯的线圈，所述转子芯由软磁性材料构成，具有第1端面和第2端面，所述转子芯以所述第1端面和所述第2端面朝向相同方向的方式弯曲，所述定子芯由软磁性材料构成，具有第3端面和第4端面，

所述定子芯以所述第3端面和所述第4端面朝向相同方向的方式弯曲，

所述转子芯的所述第1端面、所述第2端面、和所述定子芯的所述第3端面、所述第4端面为露出的状态，

所述转子芯的所述第1端面、所述第2端面、与所述定子芯的所述第3端面、所述第4端面为互相露出的状态，

所述转子芯的所述第1端面、所述第2端面、与所述定子芯的所述第3端面、所述第4端面以分别相对的方式配置。

根据本发明的技术方案的轴向间隙马达，所述转子芯的所述两个端面与所述定子芯的所述两个端面配置成以互相露出的状态相对。由此，通过对卷绕于定子芯的线圈通电而在定子芯产生磁通。通过使预定的定子芯产生磁通，从而利用该磁通将转子芯吸引到与所述预定的定子芯相对的位置而使转子芯旋转预定角度。接着，停止所述预定的定子芯的线圈的通电，使相邻的定子芯产生磁通，由此，利用该磁通将转子芯吸引到与所述相邻的定子芯相对的位置而使转子芯进一步旋转预定角度。通过反复进行该动作，转子连续地旋转。在该轴向间隙马达中，由于不使用磁体(永磁体)，因此即使在转子高速旋转的情况下，也不会在定子的线圈产生反电动势，因此能够抑制高速旋转时的电力消耗增多。

具体而言，例如在使用具有磁体的通常的IPM(Interior Permanent Magnet：内置式永磁)马达等作为混合动力车的驱动马达的情况下，在通过发动机主体进行高速行驶时，与发动机的输出轴连结的马达的转子伴随于输出轴的旋转而旋转，由此转子的磁体旋转，所以因磁体的磁场而在线圈产生反电动势。因此，在转子上产生相对于发动机转矩反向的力(负荷)，因此为了确保需要的转矩而燃料的消耗变多，燃料经济性降低。因此，通过在与磁体同步(相对)的定子的位置使电流在线圈流动来产生与磁体的磁场相对抗的(反向的)磁场(进行所谓的弱磁)。由此，起因于磁体的旋转的反电动势减小，因此能够抑制燃料经济性的降低。此时，为了进行弱磁而使电流在线圈流动，因此电力消耗变多。如以上那样，在使用具有磁体的通常的IPM马达等作为混合动力车的情况下，会产生在高速行驶时燃料经济性降低、电力消耗变多这样的问题。另一方面，在本发明的轴向间隙马达中，由于不使用磁体(永磁体)，因此不会产生起因于磁体的反电动势。因此，不会在转子上产生相对于发动机转矩反向的力(负荷)，因此燃料经济性不会降低。另外，由于不会产生起因于磁体的反电动势，因此不需要进行弱磁，能够避免用于进行弱磁的电力消耗。

在上述轴向间隙马达中，可以是，所述轴向间隙马达具有第1转子和第2转子作为所述转子，具有第1定子和第2定子作为所述定子，在所述旋转轴的轴向上，所述第1转子、所述第2转子配置于所述第1定子与所述第2定子之间，所述第1转子的所述转子芯的与所述第1端面处于相反侧的部分和所述第2转子的所述转子芯的与所述第1端面、所述第2端面处于相反侧的部分固定。根据这样的构成，在转子芯被定子芯吸引时，一方的转子被一方的定子吸引的力与另一方的转子被另一方的定子吸引的力以相互抵消的方式发挥作用，因此能够抑制转子基座挠曲而转子与定子接触的情况。另外，与转子和定子各设置一个的情况相比，能够提高相对于马达尺寸的输出转矩。

在上述轴向间隙马达中，可以是，所述多个转子芯沿着所述转子基座的周向形成多列并被固定，所述多个定子芯沿着所述定子基座的周向形成多列并被固定。根据这样的构成，能够容易增加转子芯以及定子芯的数量，能够进一步提高相对于马达尺寸的输出转矩。

在上述轴向间隙马达中，可以是，所述转子芯是通过将带状的软磁性材料卷绕多周而成的卷绕体在与所述卷绕体的周向交叉的方向上分割，而形成有所述第1端面、所述第2端面的芯，所述定子芯是通过将带状的软磁性材料卷绕多周而成的卷绕体在与所述卷绕体的周向交叉的方向上分割，而形成有所述第3端面、所述第4端面的芯，所述带状的软磁性材料由晶向与长方向一致的方向性电磁钢板构成。方向性电磁钢板的饱和磁通密度比无方向性电磁钢板的饱和磁通密度高，因此通过使用由方向性电磁钢板构成的转子芯及定子芯，与使用由无方向性电磁钢板构成的转子芯及定子芯的情况相比，能够提高轴向间隙马达的输出转矩。

此外，方向性电磁钢板是指晶向与特定的方向(压延方向)一致、在该方向上具有易磁化轴的电磁钢板。另外，带状的软磁性材料的宽度方向为短方向，带状的软磁性材料的延伸方向为长方向。

在上述轴向间隙马达中，可以是，在所述旋转轴具有固定于所述转子基座的转子固定部，在所述定子基座具有供所述旋转轴插入的插入孔，所述转子固定部的直径比所述定子基座的插入孔的内径大。在转子芯被定子芯吸引时，在定子上产生被转子吸引的力，在上述轴向间隙马达中，转子固定部的直径大于定子基座的插入孔的内径，因此，定子与转子固定部的端面抵接而向转子侧的移动被限制。因此，能够抑制定子基座的内周部向转子侧挠曲而定子与转子接触的情况。

在上述轴向间隙马达中，可以是，还具备壳体，所述壳体将所述旋转轴支承为能够旋转，并且将所述转子和所述定子以密闭的状态收纳，所述壳体内被所述定子基座在所述旋转轴的轴向上划分为配置所述转子的第1区域和配置所述线圈的第2区域，在所述壳体设置有冷却液流入口和冷却液流出口，以使得冷却液在所述第2区域流通。根据这样的构成，当冷却液在第2区域流通时，通电时发热的线圈被冷却液冷却，因此能够抑制轴向间隙马达变得高温。另外，不使冷却液在配置转子的第1区域流通，因此能够防止冷却液成为转子的旋转负荷而妨碍转子的旋转。

在上述轴向间隙马达中，可以是，所述定子芯具有相互相对配置并且分别与所述第3端面、所述第4端面连续地设置的第1内侧面、第2内侧面，在将所述转子芯的所述第1端面与所述定子芯的所述第1端面之间的距离设为Lg、将所述转子芯的所述第1端面的面积设为Sr、将所述定子芯的所述第1内侧面与所述第2内侧面之间的距离设为Wsc、将所述定子芯的所述第1内侧面的面积设为Ss的情况下，满足Wsc/(2*Lg)≥20、Sr/Ss≥0.2。根据这样的构成，如后所述，与假设使用由无方向性电磁钢板构成的转子芯及定子芯来构成没有漏磁通的理想的轴向间隙马达的情况下的输出转矩相比，能够得到大的输出转矩。因此，与使用由无方向性电磁钢板构成的转子芯和定子芯的情况相比，能够可靠地增大输出转矩。

在上述轴向间隙马达中，可以是，所述轴向间隙马达具有两组以上在所述旋转轴的轴向上堆叠的所述定子及所述转子，在将步距角设为ε时，在初始位置，第n+1组的所述转子芯配置于相对于第n组的所述转子芯以所述旋转轴为中心旋转ε/(n+1)的角度的位置，第n+1组的所述定子芯配置于相对于第n组的所述定子芯以所述旋转轴为中心旋转ε/(n+1)的角度的位置。这样一来，能够降低转矩波动，轴向间隙马达的旋转驱动更顺畅。

在上述轴向间隙马达中，可以是，在将所述定子芯的数量设为Ns时，所述转子芯以将该转子芯的弯曲的曲率中心轴与该转子芯的宽度方向的中心轴的交点作为中心而相对于所述转子基座的径向向所述转子的旋转方向倾斜360°/Ns的角度的状态配置。这样一来，能够降低转矩波动。

在上述轴向间隙马达中，可以是，所述转子芯具有在该转子芯的宽度方向上非对称的构造。这样一来，能够提高通电切换时的初始转矩，并且能够降低转矩波动。

在上述轴向间隙马达中，可以是，所述转子芯具有中央宽部和端部窄部，所述中央宽部配置于该转子芯的弯曲的曲率中心轴侧并且向所述转子的旋转方向突出，所述端部窄部配置于该转子芯的弯曲的曲率中心轴的相反侧。这样一来，能够提高通电切换时的初始转矩，并且能够降低转矩波动。

在上述轴向间隙马达中，可以是，所述转子芯的所述中央宽部由第1软磁性材料构成，所述端部窄部由与所述第1软磁性材料不同的第2软磁性材料构成。这样一来，通过配合轴向间隙马达的用途，在转子芯的中央宽部和端部窄部分别使用不同的软磁性材料，能够提供高转速且低损失型、低速且高转矩型、或低成本型等的轴向间隙马达，因此能够增加轴向间隙马达的多样性。

在上述轴向间隙马达中，可以是，所述定子芯具有中央芯部和端部芯部，所述中央芯部呈恒定的宽度，配置于该定子芯的弯曲的曲率中心轴侧并且由与所述转子芯的所述中央宽部相同的材料构成，所述端部芯部配置于该定子芯的弯曲的曲率中心轴的相反侧并且由与所述转子芯的所述端部窄部相同的材料形成。这样一来，通过配合轴向间隙马达的用途，在定子芯的中央芯部和端部芯部也分别使用不同的软磁性材料，能够提供高转速且低损失型、低速且高转矩型、或低成本型等的轴向间隙马达，因此能够增加轴向间隙马达的多样性。

在上述轴向间隙马达中，可以是，所述转子芯和所述定子芯是将作为多种带状的软磁性材料的多个弯曲板层叠而成的层叠体，并且相邻的所述软磁性材料彼此不同。这样一来，通过配合轴向间隙马达的用途，对转子芯及定子芯分别使用不同的软磁性材料，能够提供高转速且低损失型、低速且高转矩型、或低成本型等的具有多层构造的轴向间隙马达，因此能够增加轴向间隙马达的多样性。

在上述轴向间隙马达中，可以是，所述轴向间隙马达具有两组以上在所述旋转轴的轴向上堆叠的所述定子及所述转子，所述定子芯与所述转子芯极数相同且以各自的宽度方向与各自的基座的径向平行的方式配置，在将所述定子芯的数量设为Ns、将步距角设为ε时，各组的步距角ε＝360°/(3Ns)，以使得每次旋转步距角ε的方式切换各组的通电。这样一来，与将定子芯和转子芯配置为各自的宽度方向与各自的基座的周向平行的情况相比，能够增大转矩平均半径和旋转所需的芯宽度，因此能够进一步提高转矩。

根据本发明，能够提供一种能够通过不使用磁体从而不会在线圈中产生反电动势的轴向间隙马达。

附图说明

以下将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和产业意义，在附图中同样的附图标记表示同样的要素，并且其中：

图1是表示本发明的第1实施方式的轴向间隙马达的整体构成的概略剖视图。

图2是表示沿着图1的II-II线的转子的构造的剖视图。

图3是用于说明本发明的第1实施方式的轴向间隙马达的转子芯及定子芯的制造方法的立体图。

图4是表示本发明的第1实施方式的轴向间隙马达的转子芯及定子芯周边的构造的剖视图。

图5是用于说明本发明的第1实施方式的轴向间隙马达的转子芯彼此的固定方法的侧视图。

图6是用于说明本发明的第1实施方式的轴向间隙马达的转子芯彼此的固定方法的侧视图。

图7是表示沿着图1的VII-VII线的定子的构造的剖视图。

图8是表示本发明的第1变形例的轴向间隙马达的构造的剖视图。

图9是用于说明对本发明的第1实施方式的轴向间隙马达的定子芯安装线圈的安装方法的剖视图。

图10是表示本发明的第2变形例的轴向间隙马达的构造的剖视图。

图11是用于说明本发明的第1实施方式的轴向间隙马达的转子基座和定子基座之间的间隙的设定方法的剖视图。

图12是表示在转子芯和定子芯使用方向性电磁钢板或无方向性电磁钢板并且使转子芯与定子芯之间的间隙变化时的磁场的强度与磁通密度的关系的图。

图13是用于说明转子芯的数量与定子芯的数量的组合的一例的概略图。

图14是用于说明转子芯的数量与定子芯的数量的组合的一例的概略图。

图15是表示本发明的第2实施方式的轴向间隙马达的整体构成的概略剖视图。

图16是表示沿着图15的XVI-XVI线的转子的构造的剖视图。

图17是表示沿着图15的XVII-XVII线的定子的构造的剖视图。

图18是用于说明对本发明的第3变形例的定子芯安装线圈的安装方法的剖视图。

图19是用于说明对本发明的第4变形例的定子芯安装线圈的安装方法的剖视图。

图20是表示本发明的第3实施方式的轴向间隙马达的整体构成及冷却用泵等的概略剖视图。

图21是表示本发明的第4实施方式的轴向间隙马达的定子芯及转子芯周边的构造的概略剖视图。

图22是表示本发明的第4实施方式的轴向间隙马达的定子芯及转子芯的构造的立体图。

图23是表示K(＝Rm2/Rm1)与转矩比Tr的关系的图。

图24是表示在转子芯及定子芯使用方向性电磁钢板和无方向性电磁钢板的情况下的磁场的强度与磁通密度的关系的图。

图25是表示Wsc/(2*Lg)与转矩比Tr的关系的图。

图26是表示Tsc/(Tco+Tst)与转矩比Tr的关系的图。

图27是表示本发明的第5实施方式的轴向间隙马达的定子的剖视图。

图28是表示本发明的第5实施方式的轴向间隙马达的转子的剖视图。

图29是表示本发明的第6实施方式的轴向间隙马达的定子的剖视图。

图30是表示本发明的第6实施方式的轴向间隙马达的转子的剖视图。

图31是表示本发明的第7实施方式的轴向间隙马达的构成的概略剖视图。

图32是表示本发明的第8实施方式的轴向间隙马达的定子的剖视图。

图33是表示本发明的第8实施方式的轴向间隙马达的转子的剖视图。

图34是表示转子芯与定子芯的配置状态的局部剖视图。

图35是表示本发明的第9实施方式的轴向间隙马达的定子及转子的剖视图。

图36是用于说明本发明的第9实施方式的轴向间隙马达的转子芯的制造方法的立体图。

图37是表示转子芯倾斜的情况的剖视图。

图38是用于说明转子芯的制造方法的立体图。

图39是表示本发明的第10实施方式的轴向间隙马达的定子芯及转子芯的立体图。

图40是表示本发明的第11实施方式的轴向间隙马达的定子芯及转子芯的立体图。

图41是表示本发明的第12实施方式的轴向间隙马达的定子芯及转子芯的立体图。

图42是用于说明本发明的第12实施方式的轴向间隙马达的转子芯及定子芯的制造方法的立体图。

图43是表示本发明的第13实施方式的轴向间隙马达的构成的概略剖视图。

图44是用于说明本发明的第13实施方式的轴向间隙马达的通电的剖视图。

具体实施方式

第1实施方式

以下，参照图1对本发明的第1实施方式的轴向间隙马达1的整体构成进行说明。

如图1所示，轴向间隙马达1例如主要由金属制的旋转轴2、固定于旋转轴2的转子3、在旋转轴2的轴向上与转子3隔开间隙地相对配置的定子4、以及将它们以密闭的状态收纳的壳体5构成。在此，对两个转子3以被两个定子4夹着的方式配置且转子3和定子4在轴向上对称地形成的例子进行说明。

壳体5包括圆筒状的侧面部51和封闭侧面部51的两端开口的圆板状的一对盖部52。在各盖部52的中心部安装有将旋转轴2支承为能够旋转的轴承部件53。壳体5的材质没有特别限定，但从机械强度和散热性的观点出发，优选为金属制。

旋转轴2包括：在壳体5内配置于轴向中央部的大径部(转子固定部)21、相对于大径部21配置于轴向两侧且具有比大径部21小的直径的一对中径部22、以及相对于中径部22配置于轴向两侧且具有比中径部22小的直径的一对小径部23。小径部23被轴承部件53支承为能够旋转。

如后所述，大径部21固定于转子基座31的插入孔31a。大径部21的直径形成为比后述的定子基座41的插入孔41a的内径大。并且，在大径部21和中径部22之间形成有台阶部。

如图1和图2所示，转子3包括由非磁性材料构成的圆板状的转子基座31和沿着转子基座31的周向固定的多个(在此为16个)转子芯32。在此，由于转子3设置有两个，因此轴向间隙马达1的转子极数为32极。

转子基座31的材质只要是非磁性材料即可，没有特别限定，可以使用金属、树脂，但从机械强度的观点出发，例如可以使用非磁性的不锈钢。在转子基座31的中心部形成有供旋转轴2的大径部21插入并进行固定的插入孔31a。另外，转子基座31构成为与旋转轴2成为一体而旋转。在该情况下，例如，既可以在插入孔31a的内周面与旋转轴2的大径部21的外周面形成键槽并且通过将键嵌入该键槽来将转子基座31固定于旋转轴2，也可以将旋转轴2的大径部21压入转子基座31的插入孔31a而进行固定。在转子基座31的外周部形成有多个在厚度方向上贯通且埋入转子芯32的端部的贯通孔31b。贯通孔31b相对于一个转子芯32在转子基座31的径向上相邻地设置有一对。一对贯通孔31b以插入孔31a(旋转轴2)为中心而以等角度间距形成，在此以22.5°间距形成16对。此外，转子基座31的外周缘形成为距壳体5的侧面部51的内表面具有预定的间隙。

转子芯32的材质只要是软磁性材料即可，没有特别限定，例如可以使用方向性或无方向性的电磁钢板、铁系软磁性非晶质、钴系软磁性非晶质、纳米晶体软磁性材料、铁-钴系的珀明德(permendur)合金材料等，但优选使用方向性电磁钢板。转子芯32由形成为U字状的切割芯构成。如图3所示，转子芯32通过将带状的软磁性材料(方向性电磁钢板)卷绕多周而成的卷绕体3a在与周向(箭头O方向)交叉的方向上分割而形成。此外，在图3中示出卷绕体3a的分割位置L。

如图4所示，转子芯32具有两个端面32a及32b。两个端面32a及32b形成为朝向相同方向，在此形成在同一平面上。转子芯32配置成端面32a及32b进入转子基座31的贯通孔31b。转子芯32以局部地埋入转子基座31的贯通孔31b的状态配置成其端面32a及32b与转子基座31的定子4侧的面共面。在本实施方式中，转子芯32的端面32a及32b与定子芯42的后述的端面42a及42b配置成以互相露出的状态相对。另外，在本实施方式中，关于用于转子芯32的方向性电磁钢板，其晶向与长方向(压延方向)一致，在该方向上具有易磁化轴，因此转子芯32如后述那样具有优异的磁特性。

并且，在转子芯32的端面32a及32b与后述的定子芯42的端面42a及42b相对的状态下，从定子芯42的端面42a或42b发出的磁通进入转子芯32的端面32a或32b，通过转子芯32内之后，从端面32b或32a发出，进入定子芯42的端面42b或42a。

另外，各转子芯32的端面32a及32b在转子基座31的径向上排列。在本实施方式中，转子芯32的卷绕宽度方向(带的宽度方向)与转子基座31的周向平行，换言之，转子芯32的端面32a及32b中的带状的软磁性材料的层叠方向与转子基座31的径向平行。

在此，在本实施方式中，如图1所示，转子3设置有两个，各转子3的转子芯32以彼此相对的方式配置。并且，转子芯32的与端面32a及32b处于相反侧的部分32c(转子芯32彼此相对的部分。以下也称为背面部32c)彼此固定。由此，在两个转子3之间，转子芯32配置在相同的角度位置(即，不产生相位差)。

将转子芯32彼此固定的方法没有特别限定，例如如图5所示，既可以将转子芯32的背面部32c彼此焊接来进行固定，也可以使用粘接剂粘接来进行固定(图5的固定部34表示焊接部或粘接剂)。另外，也可以是，如图6所示，在将转子芯32安装于转子基座31之前的状态下，以覆盖两个转子芯32的背面部32c的内表面32d的方式卷绕树脂制的带35，由此将两个转子芯32彼此固定。此外，也可以使用金属制的带作为带35，但有可能金属制的带在其自身产生涡电流、有可能在转子基座31的周向上相邻的带彼此接触而导通，因此优选使用树脂制的带。这样，由于两个转子3的转子芯32彼此固定，因此在转子芯32被定子芯42吸引时，一方的转子3被一方的定子4吸引的轴向上的力与另一方的转子3被另一方的定子4吸引的轴向上的力以相互抵消的方式发挥作用，因此能够抑制转子基座31挠曲而转子3与定子4接触的情况。

如图1及图7所示，定子4包括由非磁性材料构成的圆板状的定子基座41、沿着定子基座41的周向固定的多个(在此为24个)定子芯42、卷绕于定子芯42的线圈43。在此，由于定子4设置有两个，因此轴向间隙马达1的定子极数为48极。此外，在本实施方式中，在两个定子4之间，定子芯42配置在相同的角度位置(即，不产生相位差)。

定子基座41的材质只要是非磁性材料即可，没有特别限定，但从机械强度的观点出发，例如可以使用非磁性的不锈钢。在定子基座41的中心部形成有供旋转轴2的中径部22插入的插入孔41a。此外，定子基座41的插入孔41a的内表面形成为距旋转轴2的中径部22具有预定的间隙。另外，定子基座41的插入孔41a的内径D1形成为比旋转轴2的大径部21的外径D2小。虽然在转子芯32被定子芯42吸引时，在定子4上产生被转子3吸引的力，但定子基座41的中心部向转子3侧的移动被大径部21的端面21a限制，因此能够防止定子基座41的内周部向转子基座31侧挠曲而与转子基座31接触的情况。

在定子基座41的外周部形成有多个在厚度方向上贯通且供定子芯42的端部嵌入的贯通孔41b。贯通孔41b相对于一个定子芯42在定子基座41的径向上相邻地设置有一对。一对贯通孔41b以插入孔41a(旋转轴2)为中心而以等角度间距形成，在此以15°间距形成24对。定子基座41的外周缘固定于壳体5的侧面部51的内表面。另外，定子基座41构成为相对于壳体5不旋转。在该情况下，例如，既可以在定子基座41的外周缘和壳体5的侧面部51的内周面形成键槽并且通过将键嵌入该键槽而将定子基座41固定于壳体5，也可以将定子基座41的外周缘压入壳体5的侧面部51的内周面而进行固定。

此外，也可以如图8所示的第1变形例那样，在壳体5的侧面部51，向旋转轴2侧突出地设置对定子基座41向转子3侧的移动进行限制的限制突部51a。根据这样的构成，虽然当转子芯32被定子芯42吸引时，在定子4上产生被转子3吸引的力，但定子基座41的外周部会与限制突部51a的端面51b抵接而其向转子基座31侧的移动被限制。由此，能够防止定子基座41的外周部向转子基座31侧挠曲而与转子基座31接触的情况。

定子芯42的材质只要是软磁性材料即可，没有特别限定，例如可以使用方向性或者无方向性的电磁钢板、铁系软磁性非晶质、钴系软磁性非晶质、纳米晶体软磁性材料、铁-钴系的珀明德合金材料等，但优选使用方向性电磁钢板。定子芯42由形成为U形的切割芯构成。如图3所示，定子芯42通过将带状的软磁性材料(方向性电磁钢板)卷绕多周而成的卷绕体3a在与周向(箭头O方向)交叉的方向上分割而形成。此时，既可以由一个卷绕体3a形成两个定子芯42(或转子芯32)，也可以由一个卷绕体3a各形成一个定子芯42和转子芯32。在本实施方式中，转子芯32和定子芯42通过将带状的软磁性材料卷绕多周而成的卷绕体3a分割而形成，因此与通过如在径向间隙马达的制造时通常采用的那样对片状的电磁钢板进行冲裁来形成芯的情况相比，能够显著提高成品率。

此外，转子芯32以及定子芯42的形成方法不限定于上述的方法。例如，也可以通过使带状的软磁性材料弯曲成U字状并层叠多个来形成芯。另外，也可以不层叠带状的软磁性材料，而是例如通过烧结、铸造等其他方法来形成芯。

如图4所示，定子芯42具有朝向相同方向的两个端面42a及42b。定子芯42以分割面42a及42b与定子基座41的转子3侧的面共面的方式插入并固定于贯通孔41b。另外，在本实施方式中，定子芯42由方向性电磁钢板形成，因此如后述那样具有优异的磁特性。

另外，各定子芯42的端面42a及42b在定子基座41的径向上排列。在本实施方式中，定子芯42的卷绕宽度方向(带的宽度方向)与定子基座41的周向平行，换言之，定子芯42的端面42a及42b中的带状的软磁性材料的层叠方向与定子基座41的径向平行。

另外，如图1所示，定子芯42的与转子芯32处于相反侧的部分(以下也称为背面部)42c固定于盖部52的内表面。将定子芯42固定于盖部52的方法没有特别限定，例如既可以通过焊接进行固定，也可以使用粘接剂进行固定(图1的固定部44表示焊接部或粘接剂)。

线圈43是将导线卷绕多周而形成的。在线圈43的中央部形成有供定子芯42插入的插入孔。在组装定子4的情况下，如图9所示，将串联连接的两个线圈43排列配置，将定子芯42的两端部插入线圈43的插入孔。然后，通过将安装有线圈43的定子芯42插入定子基座41的贯通孔41b，从而组装成定子4。因此，与如径向间隙马达那样将导线卷绕于层叠多个而成的定子芯来形成线圈的情况相比，能够容易制造定子4。此外，也可以在将定子芯42插入线圈43的插入孔时，在将线圈43收纳于树脂制的壳体内、用绝缘纸覆盖线圈43的表面的状态下插入定子芯42。此外，图9的附图标记C表示树脂制的壳体或绝缘纸。根据这样的构成，组装作业性提高，并且能够防止在相邻的线圈43之间发生电导通的情况。另外，线圈43例如可以设为集中卷绕，但也可以是分布卷绕。

当在预定的定时向各线圈43通入例如矩形波电流时，在定子芯42内产生磁通，转子3的转子芯32被该磁通吸引，由此转子3旋转。具体而言，通过对卷绕于预定的定子芯42的线圈43通电，在预定的定子芯42产生磁通，利用该磁通将转子芯32吸引到与预定的定子芯42相对的位置而使转子芯32旋转预定角度。接着，停止对预定的定子芯42的线圈43的通电，对相邻的定子芯42的线圈43进行通电，由此使相邻的定子芯42产生磁通。由此，利用相邻的定子芯42的磁通将转子芯32吸引到与相邻的定子芯42相对的位置而使转子芯32进一步旋转预定角度。通过反复进行该动作，转子3连续地旋转。

在此，示出了转子芯32的端面32a及32b配置成与转子基座31的定子4侧的面共面、定子芯42的端面42a及42b构成为与定子基座41的转子3侧的面共面的例子，但例如也可以采用图10所示的第2变形例的构成。具体而言，也可以在转子基座31的贯通孔31b的定子4侧的部分设置向贯通孔31b的内侧突出的突部31c。根据这样的构成，能够通过突部31c防止起因于转子芯32的尺寸误差等而转子芯32的端面32a及32b从转子基座31突出的情况，因此能够防止转子芯32与定子芯42接触的情况。同样地，也可在定子基座41的贯通孔41b的转子3侧的部分设置向贯通孔41b的内侧突出的突部41c。根据这样的构成，能够通过突部41c防止起因于定子芯42的尺寸误差等而定子芯42的端面42a及42b从定子基座41突出的情况，因此能够防止定子芯42与转子芯32接触的情况。

接着，参照图11，对转子基座31与定子基座41之间的间隙Xg的设定方法进行简单说明。如图11所示，在将大径部21的轴向长度设为XL、将转子基座31与定子基座41之间(在此为转子芯32与定子芯42之间)的间隙设为Xg、将转子基座31的厚度设为Xr、将两个转子基座31彼此之间的距离设为Xco时，由于XL＝2·Xg+2·Xr+Xco，因此，通过以满足该式子的方式针对预定的Xr和Xco设定XL，能够设定为所期望大小的Xg。

接着，简单说明使用方向性电磁钢板形成转子芯32和定子芯42的效果。

图12是表示在转子芯32和定子芯42使用方向性电磁钢板或无方向性电磁钢板并且将转子芯32和定子芯42之间的间隙设为0.7mm或0mm时的磁场强度与磁通密度之间的关系的图。如图12所示，在将转子芯32与定子芯42之间的间隙设为0.7mm的情况下进行比较时，在使用方向性电磁钢板的情况下，与使用无方向性电磁钢板的情况相比，磁通密度饱和(此时，输出转矩也饱和)时的磁场的强度为1/2以下。由于磁场的强度与对线圈43通电的电流的大小成正比，因此，在使用方向性电磁钢板的情况下，与使用无方向性电磁钢板的情况相比，能够将饱和磁通密度下的铜损抑制在1/4以下。此外，比较图12的间隙为0.7mm的情况和0mm的情况可知，随着间隙变小，能够进一步减小铜损。

接着，对转子芯32的数量与定子芯42的数量的组合的一例进行说明。在此，为了简化说明，在转子芯32的数量与定子芯42的数量的比率不超过3倍的范围进行说明。将转子芯32的数量设为Nr，将定子芯42的数量设为Ns，将步距角设为ε。此时，绕旋转轴2的转子芯32彼此的间距(以下，称为转子间角度)为θr(＝360°/Nr)，绕旋转轴2的定子芯42彼此的间距(以下，称为定子间角度)为θs(＝360°/Ns)。此外，步距角是指输入到线圈43的矩形波电流的每1脉冲的旋转轴2的旋转角。另外，绕旋转轴2的转子芯32彼此(或者定子芯42彼此)的间距是指以旋转轴2为中心的转子芯32(或者定子芯42)的角度的间距，是用360°除以转子芯32的数量(或者定子芯42的数量)而得到的值。

在定子芯42的数量Ns比转子芯32的数量Nr多的情况下，如图13所示，由于步距角ε为ε＝360°(1/Nr-1/Ns)，因此Ns＝360°Nr/(360°-ε·Nr)。使用该式，针对任意的步距角ε，求出Nr与Ns为整数的组合。此时，在Ns为Nr的整数倍的情况下(在此为2Nr＝Ns或者3Nr＝Ns的情况下)，有可能妨碍旋转体3的稳定旋转，因此优选2Nr≠Ns且3Nr≠Ns。将其结果示于以下的表1。

表1

参照表1，在Ns比Nr多的情况下(不过，Ns/Nr＜3)，Ns与Nr的组合有48种。若同步极数为6极以上(例如，模式No.26、36、37、40～42、44、46、47或48)，则与其他同步极数的情况相比，能够产生高转矩。另外，若步距角ε为4°以下(例如，模式No.9、20、24、25、29、35、40、47或48)，则与其他步距角ε的情况相比，能够高精度地控制旋转角度。即，能够根据需要的马达性能，组合为各种极数。

另一方面，在定子芯42的数量Ns比转子芯32的数量Nr少的情况下，如图14所示，由于步距角ε为ε＝360°(1/Ns-1/Nr)，因此Ns＝360°Nr/(360°+ε·Nr)。使用该式，针对任意的步距角ε，求出Nr与Ns为整数的组合。此时，在Nr为Ns的整数倍的情况下(在此为2Ns＝Nr或者3Ns＝Nr的情况下)，有可能妨碍旋转体3的稳定旋转，因此优选2Ns≠Nr且3Ns≠Nr。将其结果示于以下的表2。

表2

参照表2，在Ns比Nr少的情况下(不过，Nr/Ns＜3)，Ns与Nr的组合有43种，同步极数多的组合模式(例如具有6极以上的同步极数的是模式No.17、25、28、29、32、35～38、40～43)比表1多。另外，步距角ε小的组合模式(例如，若为4°以下，则为模式No.10、19、20、23、27、31、35、36、39～42)也比表1多。将定子芯42的数量Ns设定为比转子芯32的数量Nr少的话，组合模式的可选项变多。

接着，关于图1所示的轴向间隙马达1和使用磁体的相关技术的径向间隙马达，简单说明对使输出转矩相同的情况下的两者进行比较的结果。此外，轴向间隙马达1的转子芯32及定子芯42的材质为方向性电磁钢板。并且，关于各比较项目，求出轴向间隙马达1相对于相关技术的径向间隙马达的比。将其结果示于以下的表3。

表3

项目	轴向间隙马达	径向间隙马达
			马达的转矩比	1.00	1.00
马达的体积比	1.74	1.00
			芯的外径比	1.10	1.00
马达的轴向长度比	1.39	1.00
			磁体的质量比	0.00	1.00
芯的质量比	0.44	1.00
			绕组的质量比	0.45	1.00

如表3所示，关于轴向间隙马达1和使用磁体的相关技术的径向间隙马达，在使输出转矩相同的情况下，轴向间隙马达1在马达的体积、芯的外径以及马达的轴向长度等尺寸(体格)方面上大。另一方面，轴向间隙马达1的磁体的质量(使用量)为零，因此不会有因资源枯竭而无法制造的情况。另外，在轴向间隙马达1中，能够使芯的质量(使用量)为一半以下。此外，此处的结果示出的是成为了马达的状态下的芯的使用量，在相关技术的径向间隙马达中通过对片状的电磁钢板进行冲裁来形成芯，因此，若还考虑成品率，则能够将芯的使用量抑制得非常低。另外，在轴向间隙马达1中，绕组的质量(使用量)也能够为一半以下。这样，在轴向间隙马达1中，磁体、芯以及绕组的质量被抑制得低，转子的惯性矩小，因此响应性也好。

在本实施方式中，如上述那样，转子芯32的端面32a及32b与定子芯42的端面42a及42b配置成以相互露出的状态相对。由此，通过对卷绕于定子芯42的线圈43通电，在定子芯42产生磁通。如上述那样，通过使相邻的定子芯42依次产生磁通，转子芯32依次被该磁通吸引而连续地旋转。在该轴向间隙马达1中，由于不使用磁体(永磁体)，因此，例如在使用轴向间隙马达1作为混合动力车的驱动马达的情况下，即使在通过发动机主体进行高速行驶而转子3高速旋转的情况下，也不会在定子4的线圈43产生反电动势。因此，不会在转子3产生相对于发动机转矩反向的力(负荷)，因此燃料经济性不会降低。另外，由于不会产生起因于磁体(永磁体)的反电动势，所以不需要进行弱磁，能够避免用于进行弱磁的电力消耗。另外，由于不使用磁体，因此不需要使用稀少的稀土类元素。

另外，仅通过将作为切割芯的转子芯32以及定子芯42固定于转子基座31以及定子基座41便能够组装转子3以及定子4，因此与相关技术的径向间隙马达相比，能够简化转子3以及定子4的组装作业。

另外，如上述那样，轴向间隙马达1分别具有两组转子3和定子4。由此，与转子3和定子4各设置一个的情况相比，能够提高相对于马达尺寸的输出转矩。

另外，如上述那样，将转子3及定子4在轴向上对称地配置。由此，能够将转子芯32彼此固定，因此，一方的转子3被一方的定子4吸引的轴向上的力与另一方的转子3被另一方的定子4吸引的轴向上的力以相互抵消的方式发挥作用，因此能够抑制转子基座31挠曲而转子3与定子4接触的情况。

另外，例如也可以沿着轴向交替地配置转子3和定子4(具体而言，按照第1转子3、第1定子4、第2转子3以及第2定子4的顺序)，但由于需要在转子3与定子4之间设置间隙，因此，在该情况下，与本实施方式的轴向间隙马达1相比，轴向上的尺寸增大了在第1定子4与第2转子3之间设置间隙的量。另外，若沿着轴向交替地配置转子3和定子4，则轴向间隙马达1的重心配置于从壳体5的中心在轴向上偏移的位置，而在本实施方式的轴向间隙马达1中，能够减少重心相对于壳体5的中心的偏移。

第2实施方式

在该第2实施方式中，对多个转子芯32沿着转子基座31的周向形成多列(在此为2列)并被固定、多个定子芯42沿着定子基座41的周向形成多列(在此为2列)并被固定的情况进行说明。另外，在本实施方式中，对转子芯32以及定子芯42分别形成有两列的例子进行说明，但也可以形成有3列以上。

在本实施方式中，如图15及图16所示，在转子基座31，不仅是外周部，在比外周部靠内侧的部分也形成有多个贯通孔31b。即，在本实施方式中，不仅是上述第1实施方式的贯通孔31b(以下，也称为外侧的贯通孔31b)，在其内侧也形成有多个贯通孔31b(以下，也称为内侧的贯通孔31b)。

内侧的贯通孔31b与外侧的贯通孔31b同样，在转子基座31的径向上相邻地设置有一对。内侧的一对贯通孔31b以插入孔31a(旋转轴2)为中心以与外侧的一对贯通孔31b相同的角度形成。此外，内侧的贯通孔31b形成为，与外侧的贯通孔31b相比，在径向上具有相同的长度，在周向上具有较短的长度。

转子芯32与转子基座31的贯通孔31b对应地设置。具体而言，转子芯32包括固定于外侧的贯通孔31b的转子芯32(以下，也称为外侧的转子芯32)、和固定于内侧的贯通孔31b的转子芯32(以下，也称为内侧的转子芯32)。内侧的转子芯32以插入孔31a(旋转轴2)为中心，以与外侧的转子芯32相同的角度配置。此外，内侧的转子芯32形成为，与外侧的转子芯32相比，在旋转轴2的径向上具有相同的长度，在周向上具有较短的长度。

如图15及图17所示，在定子基座41，不仅是外周部，在比外周部靠内侧的部分也形成有多个贯通孔41b。即，在本实施方式中，不仅是上述第1实施方式的贯通孔41b(以下，也称为外侧的贯通孔41b)，在其内侧也形成有多个贯通孔41b(以下，也称为内侧的贯通孔41b)。

内侧的贯通孔41b与外侧的贯通孔41b同样，在定子基座41的径向上相邻地设置有一对。内侧的一对贯通孔41b以插入孔41a(旋转轴2)为中心以与外侧的一对贯通孔41b相同的角度形成。此外，内侧的贯通孔41b形成为，与外侧的贯通孔41b相比，在径向上具有相同的长度，在周向上具有较短的长度。

定子芯42与定子基座41的贯通孔41b对应地设置。具体而言，定子芯42包括固定于外侧的贯通孔41b的定子芯42(以下也称为外侧的定子芯42)、和固定于内侧的贯通孔41b的定子芯42(以下也称为内侧的定子芯42)。内侧的定子芯42以插入孔41a(旋转轴2)为中心以与外侧的定子芯42相同的角度配置。此外，内侧的定子芯42形成为，与外侧的定子芯42相比，在旋转轴2的径向上具有相同的长度，在周向上具有较短的长度。

线圈43相对于定子芯42的安装方法与上述第1实施方式同样，但也可以如图18所示的第3变形例那样，将外侧的定子芯42及内侧的定子芯42的端部插入1个线圈43的插入孔。另外，也可以如图19所示的第4变形例那样，将串联连接的3个线圈43排列配置，并且将外侧的定子芯42及内侧的定子芯42排列配置，将定子芯42的端部插入线圈43的插入孔。

第2实施方式的其他构造与上述第1实施方式同样。

在本实施方式中，如上述那样，多个转子芯32沿着转子基座31的周向形成多列并被固定，多个定子芯42沿着定子基座41的周向形成多列并被固定。由此，能够容易增加转子芯32以及定子芯42的数量，能够进一步提高相对于马达尺寸的输出转矩。

第2实施方式的其他效果与上述第1实施方式同样。

第3实施方式

在该第3实施方式中，对能够冷却的轴向间隙马达1进行说明。此外，在此，使用如上述第1实施方式那样将转子芯32和定子芯42分别设置1列(1周)的图进行说明，但也可以如第2实施方式那样将转子芯32和定子芯42分别设置多列。

在本实施方式中，如图20所示，壳体5将转子3及定子4以密闭的状态收纳。具体而言，在盖部52的供旋转轴2插入的插入孔的内表面与旋转轴2的小径部23的外周面之间，除轴承部件53之外还配置有密封部件54。密封部件54以相对于轴承部件53在壳体5的内侧与轴承部件53相邻的方式配置，防止后述的冷却液泄漏到壳体5的外部。密封部件54没有特别限定，可以使用迷宫式密封件、机械密封件以及密封填料等。

另外，在定子基座41的插入孔41a的内表面与旋转轴2的中径部22的外周面之间配置有密封部件55。密封部件55防止冷却液从后述的第1区域R1泄漏到第2区域R2。密封部件55没有特别限定，可以使用迷宫式密封件、机械密封件以及密封填料等。

壳体5内被定子基座41和密封部件55在旋转轴2的轴向上以密闭状态划分为多个(在此为三个)区域。在此，壳体5内被划分为内部配置有转子3的第1区域R1、和配置于第1区域R1的两侧，内部没有配置转子3的两个第2区域R2。并且，第2区域R2内被冷却液充满。作为冷却液，没有特别限定，例如可以使用绝缘性的油。另外，作为绝缘性的油，可以使用JISC2320所规定的绝缘油、或者ATF(自动变速器流体)等油，在该情况下，相对于马达的驱动电压能够充分确保绝缘性。

并且，在壳体5设置有冷却液流入口5a和冷却液流出口5b以使得冷却液在第2区域R2流通。具体而言，在壳体5的侧面部51中的形成第2区域R2的部分，设置有供冷却液供给管61的下游端插入的冷却液流入口5a，在侧面部51中的与冷却液流入口5a处于相反侧的部分，设置有供冷却液排出管62的上游端插入的冷却液流出口5b。

在冷却液排出管62的下游端与冷却液供给管61的上游端之间设置有泵63。另外，在冷却液排出管62的途中设置有对冷却液进行冷却的冷却部64、和储存冷却液的冷却液箱65。

冷却部64的冷却方法没有特别限定。冷却部64例如可以由冷却翅片构成，也可以由调温器(冷却水循环装置)构成，还可以通过其他方法进行冷却。

在本实施方式中，通过驱动泵63，从冷却液箱65汲取冷却液，将冷却液从冷却液供给管61送至第2区域R2。冷却液在吸收第2区域R2内的热(特别是线圈43的热)的同时在壳体5内流通，从冷却液排出管62排出。然后，冷却液在冷却部64被冷却后，返回冷却液箱65。

另外，在本实施方式中，对设置密封部件54及55而将第2区域R2在密闭的状态下冷却的例子进行了说明，但例如也可以构成为，在第2区域R2内配置变形自由度高的例如塑料袋等树脂制的具有挠性的袋体等，使冷却液在其中流通。根据这样的构成，也可以不设置密封部件54及55。另外，在该情况下，也可以使用没有绝缘性的冷却液。

第3实施方式的其他构造与上述第1实施方式和第2实施方式同样。

在本实施方式中，如上述那样，将壳体5内划分为配置转子3的第1区域R1和配置线圈43的第2区域R2，在壳体5设置有冷却液流入口5a和冷却液流出口5b以使得冷却液在第2区域R2流通。由此，冷却液在第2区域R2流通时从线圈43夺走热，因此通电时发热的线圈43被冷却液冷却，因此能够抑制轴向间隙马达1变得高温。另外，不使冷却液在配置转子3的第1区域R1流通，因此能够防止冷却液成为转子3的旋转负荷而妨碍转子3的旋转。

第3实施方式的其他效果与上述第1实施方式和第2实施方式同样。

第4实施方式

在该第4实施方式中，对能够可靠地得到高输出转矩的轴向间隙马达1进行说明。

如图21所示，在转子芯32的端面32a及32b与定子芯42的端面42a及42b相对的状态下，磁通从定子芯42的端面42a发出，进入转子芯32的端面32a，通过转子芯32内之后，从端面32b发出，进入定子芯42的端面42b。在此，将磁通通过转子芯32、定子芯42、以及转子芯32与定子芯42之间的磁路Pm1的路径设为第1路径P1(参照图21的实线箭头P1)。

在定子芯42产生的所有磁通并非全部从端面42a发出并进入转子芯32的端面32a。具体而言，定子芯42具有互相相对配置并且分别与两个端面42a及42b连续地设置的一对内侧面42d及42e。并且，通过定子芯42的磁通的一部分从内侧面42d发出并进入内侧面42e。另外，由于在定子芯42的端面42a及42b与转子芯32的端面32a及32b之间形成有间隙，所以也存在从端面42a发出并且不经过转子芯32而进入端面42b的磁通。以下，从内侧面42d发出并进入内侧面42e的磁通、以及从端面42a发出不经过转子芯32而进入端面42b的磁通也被称为漏磁通。不过，由于定子芯42的端面42a及42b与转子芯32的端面32a及32b之间的间隙狭小(小于1mm)，因此从定子芯42的端面42a发出的磁通几乎全部进入转子芯32的端面32a。即，漏磁通几乎全部为从内侧面42d发出并进入内侧面42e的磁通，从端面42a发出并且不经过转子芯32而进入端面42b的磁通在漏磁通中所占的比例小到能够忽略的程度。因此，在以下的说明中，使用从内侧面42d发出并进入内侧面42e的磁通作为漏磁通来对漏磁通进行说明。在此，将磁通在定子芯42和一对内侧面42d与42e彼此之间通过的路径设为第2路径P2(参照图21的虚线箭头P2)。另外，漏磁通从内侧面42d整体发出而进入内侧面42e整体，在图21中，用一个箭头示意性地表示漏磁通通过的路径。

若漏磁通变多，则通过转子芯32的磁通变少，因此轴向间隙马达1的输出转矩降低。例如，随着减小定子芯42的内侧面42d与42e彼此之间的距离Wsc，漏磁通变多。然而，在设计如图21所示的定子4的情况下，通常为了减少芯和线圈的材料的使用量，考虑设计成减小定子芯42的内侧面42d与42e彼此之间的距离Wsc。若减小距离Wsc，则漏磁通容易变多，输出转矩容易降低。

因此，在本实施方式中，为了得到高的输出转矩而减少漏磁通。漏磁通的量、即通过第2路径P2的磁通的量由第1路径P1的磁阻Rm1[1/H]和第2路径P2的磁阻Rm2[1/H]决定。以下，对第1路径P1的磁阻Rm1[1/H]和第2路径P2的磁阻Rm2[1/H]的算出方法进行说明。

通常，磁阻Rm[1/H]使用μ[H/m]：材料的导磁率、S[m²]：磁通通过的截面积、L[m]：磁路长度(磁通通过的长度)，按照以下的式(1)来算出。

数学式1

使用上述式(1)，算出第1路径P1的磁阻Rm1[1/H]和第2路径P2的磁阻Rm2[1/H]。如图21和图22所示，将定子芯42和转子芯32各自的内侧面彼此之间的距离设为Wsc[m]，将定子芯42和转子芯32的进深(带状电磁钢板的宽度)设为Ws[m]，将定子芯42和转子芯32的层叠厚度设为Tsc[m]，将定子芯42的内侧面42d及42e中的与线圈43相对的部分的高度设为Tco[m]，将定子芯42的内侧面42d及42e中的不与线圈43相对的部分(在此为与定子基座41相对的部分)的高度设为Tst[m]，将转子芯32的内侧面(在此为与转子基座31相对的部分)的高度设为Trt[m]，将转子芯32的端面32a及32b与定子芯42的端面42a及42b之间的间隙长度设为Lg[m]。另外，将电磁钢板的导磁率设为μ[H/m]，将真空的导磁率设为μ₀[H/m]。此外，定子基座41及线圈43的导磁率与真空的导磁率大致相等，因此在此使用真空的导磁率μ₀[H/m]。在该情况下，第1路径P1的磁阻Rm1[1/H]和第2路径P2的磁阻Rm2[1/H]可以使用上述式(1)分别按照以下的式(2)及(3)来算出。

数学式2

数学式3

此外，式(2)的右边第1项表示定子芯42和转子芯32的内部的磁阻，右边第2项表示转子芯32的端面32a及32b与定子芯42的端面42a及42b之间的磁路Pm1的磁阻。另外，若将转子芯32的端面32a及32b各自的面积设为Sr，则Sr＝Tsc*Ws。

另外，式(3)的右边第1项表示定子芯42的内部的磁阻，右边第2项表示定子芯42的内侧面42d与42e彼此之间的磁阻。另外，若将定子芯42的内侧面42d及42e各自的面积设为Ss，则Ss＝Ws*(Tco+Tst)。

接着，求出第1路径P1的磁通密度φ1[T]与第2路径P2的磁通密度φ2[T]的比。此时，电磁钢板的导磁率μ[H/m]与真空的导磁率μ₀[H/m]的比为μ/μ₀＝80000左右，因此可以忽略式(2)的右边第1项及式(3)的右边第1项。即，第1路径P1的磁阻Rm1[1/H]可以视为磁路Pm1的磁阻，第2路径P2的磁阻Rm2[1/H]可以视为内侧面42d与42e彼此之间的磁阻。另外，磁通密度φ1及φ2[T]分别与磁阻Rm1及Rm2[1/H]成反比。因此，第1路径P1的磁通密度φ1[T]与第2路径P2的磁通密度φ2[T]的比由以下的式(4)表示。

数学式4

此外，在式(4)中，将磁通密度φ1[T]与磁通密度φ2[T]的比设为K。

然后，求出输出转矩相对于假设没有漏磁通的情况下的输出转矩的比(以下也称为转矩比)。在此，输出转矩与磁通密度的平方成正比，电磁钢板的饱和磁通密度为Bm＝φ1+φ2[T]，因此转矩比Tr为以下的式(5)。

数学式5

从式(5)可以得到图23所示的K与转矩比Tr的关系。图24是表示在转子芯32以及定子芯42使用方向性电磁钢板或无方向性电磁钢板，并且将转子芯32与定子芯42之间的间隙设为0mm(无)时(无漏磁通)的、磁场的强度与磁通密度的关系的图。如图24所示，在无方向性电磁钢板的情况下，在1.5[T]之前不需要大的磁场，但若超过1.5[T]，则需要非常大的磁场。这样，在使用无方向性电磁钢板的情况下，若欲使磁通密度大于1.5[T]，则需要非常大的磁场，因此，在实际使用上1.5[T]为磁通密度的上限。在本实施方式中，以得到比使用无方向性电磁钢板的情况下的输出转矩大的输出转矩的方式构成轴向间隙马达1。

在此，电磁钢板的饱和磁通密度为1.9[T]，因此，使用式(4)，若K＞φ1/φ2＝1.5/(1.9-1.5)＝3.75，则能够得到比使用无方向性电磁钢板的情况下的输出转矩大的输出转矩。在本实施方式中，如后述那样，以满足K≥4.0的方式设定距离Wsc[m]、层叠厚度Tsc[m]、高度Tco[m]、高度Tst[m]以及间隙长度Lg[m]。此外，通过满足K≥4.0，如图23所示，能够得到0.64以上的转矩比Tr。

另外，根据式(4)及(5)，转矩比Tr与Wsc/(2*Lg)的关系例如如图25所示，转矩比Tr与Tsc/(Tco+Tst)的关系例如如图26所示。此外，图25表示将Tsc/(Tco+Tst)设为某个恒定值时的图表，图26表示将Wsc/(2*Lg)设为另外某个恒定值时的图表。Wsc/(2*Lg)表示第2路径P2的内侧面42d与42e彼此之间的距离(长度)和第1路径P1的磁路Pm1的长度的比率。另外，Tsc/(Tco+Tst)表示第1路径P1的磁路Pm1的截面积和第2路径P2的内侧面42d与42e彼此之间的截面积(内侧面42d及42e的面积)的比率。

在此，如上述那样，为了得到高的输出转矩，需要减少漏磁通(通过内侧面42d与42e彼此之间的磁通)。为了减少漏磁通，增大内侧面42d与42e彼此之间的磁阻相对于磁路Pm1的磁阻的比即可。

具体而言，如上述式(1)所示，磁阻与磁路长度(磁通通过的长度)成正比且与磁通通过的截面积成反比。并且，随着磁路Pm1的磁路长度Lg变大而磁路Pm1的磁阻变大，因此漏磁通变多。另外，随着磁路Pm1的截面积(在此，Sr＝Tsc×Ws)变大而磁路Pm1的磁阻变小，因此漏磁通变少。另一方面，随着内侧面42d与42e彼此之间的距离Wsc变大而内侧面42d与42e彼此之间的磁阻变大，因此漏磁通变少。另外，随着内侧面42d与42e彼此之间的截面积(在此，Ss＝(Tco+Tst)×Ws)变大而内侧面42d与42e彼此之间的磁阻变小，因此漏磁通变多。因此，若增大内侧面42d与42e彼此之间的长度(距离Wsc)相对于磁路Pm1的磁路长度(间隙长度Lg)的比率Wsc/Lg、增大磁通通过磁路Pm1的截面积(在此，Tsc×Ws)相对于磁通通过内侧面42d与42e彼此之间的截面积(Tco+Tst)×Ws的比率Tsc/(Tco+Tst)，则漏磁通变少。这样，Wsc/Lg和Tsc/(Tco+Tst)对轴向间隙马达1的输出转矩产生大的影响。

如图25所示，在Wsc/(2*Lg)小于20的情况下，图表的斜率大，因此在增大转矩比Tr的情况下，优选将Wsc/(2*Lg)设定为20以上。此外，若使Wsc/(2*Lg)过大，则定子芯42的尺寸变大，可搭载于定子基座41的定子芯42的数量减少，因此Wsc/(2*Lg)优选为140以下，更优选为40以下。

另外，如图26所示，在Tsc/(Tco+Tst)小于0.2的情况下，图表的斜率大，因此在增大转矩比Tr的情况下，优选将Tsc/(Tco+Tst)设定为0.2以上。即，优选为Sr/Ss＝Tsc/(Tco+Tst)≥0.2。此外，若使Tsc/(Tco+Tst)过大，则定子芯42的层叠厚度变得过厚、或者线圈43的匝数变得过少，因此Tsc/(Tco+Tst)优选为1.5以下，更优选为0.4以下。

这样，通过设定为20≤Wsc/(2*Lg)且0.2≤Sr/Ss，能够容易增大转矩比Tr。此外，在该情况下，由于4.0≤K，因此满足3.75＜K。

在本实施方式中，如上述那样，使用由方向性电磁钢板构成的转子芯32及定子芯42，并且以满足Wsc/(2*Lg)≥20、Sr/Ss≥0.2的方式构成轴向间隙马达1。由此，与假设使用由无方向性电磁钢板构成的转子芯及定子芯构成没有漏磁通的理想的轴向间隙马达的情况下的输出转矩相比，能够得到大的输出转矩。因此，与使用由无方向性电磁钢板构成的转子芯和定子芯的情况相比，能够可靠地增大输出转矩。

第4实施方式的其他构造及效果与上述第1实施方式～第3实施方式同样。

此外，本次公开的实施方式在所有方面都是例示而不应被认为是限制性的。本发明的范围不是由上述实施方式的说明示出而是由权利要求书示出，还包括与权利要求书均等的含义及范围内的所有变更。

例如，在上述实施方式中，示出了使用两个转子和两个定子来构成轴向间隙马达的例子，但本发明不限于此，例如也可以使用一个转子和一个定子来构成轴向间隙马达。此外，在设置两个转子和两个定子的情况下，与设置一个转子和一个定子的情况相比，能够提高相对于马达尺寸的输出转矩。另外，也可以根据需要的转矩，使用三个以上的转子和三个以上的定子来构成轴向间隙马达。在该情况下，如在上述实施方式中说明的那样，从转子基座的挠曲、轴向间隙马达的轴向的尺寸及重心的偏移的观点出发，优选将由两个定子夹着两个转子的构成设为一个构成单位，并设置多个该构成单位。

另外，在上述实施方式中，示出了将两个转子的转子芯彼此固定的例子，但本发明不限于此，也可以不将两个转子的转子芯彼此固定。

另外，在上述实施方式中，示出了在两个转子之间将转子芯配置于相同的角度位置，并且在两个定子之间将定子芯配置于相同的角度位置的例子，但本发明不限于此。也可以在两个定子(或转子)之间将定子芯(或转子芯)配置于不同的角度位置。例如，也可以在两个定子之间将定子芯错开角度间距的一半(在上述实施方式中为7.5°)地配置，能够通过错开角度位置来抑制转矩的变动(也称为转矩波动)。

另外，在上述第2实施方式中，示出了将转子芯以及定子芯各设置两列的例子，但本发明不限于此，也可以将转子芯以及定子芯各设置三列以上。

另外，在上述第2实施方式中，示出了将内侧的转子芯以与外侧的转子芯相同的数量设置，并且使内侧的转子芯以旋转轴为中心以与外侧的转子芯相同的角度配置的例子，但本发明不限于此。也可以将内侧的转子芯以与外侧的转子芯不同的数量设置。另外，也可以使内侧的转子芯以旋转轴为中心以与外侧的转子芯不同的角度(在周向上错开的位置)配置。同样地，也可以将内侧的定子芯以与外侧的定子芯不同的数量设置。另外，也可以使内侧的定子芯以旋转轴为中心以与外侧的定子芯不同的角度(在周向上错开的位置)配置。

另外，在上述第1实施方式中，在求出定子芯的数量与转子芯的数量的组合模式时，例示了Ns、Nr、ε的关系式，但即使在不满足上述关系式的情况下，也能够使转子旋转。

另外，在上述实施方式中，也可以在转子基座的外周缘与壳体的侧面部的内表面之间、定子基座的插入孔的内表面与旋转轴的外周面之间设置轴承部件。根据这样的构成，即使在转子等偏心的情况下，也能够抑制起因于偏心的振动。

第5实施方式

以下，参照图1、图27及图28说明本发明的第5实施方式的轴向间隙马达1。本实施方式的轴向间隙马达1是三相驱动的马达，具有两组在旋转轴2的轴向上堆叠的定子4及转子3。两组定子4及转子3与图1所示的第1实施方式同样，以两个定子4夹着两个转子3的方式配置。在此，相对于图1的纸面，将位于上方的一个定子4及转子3作为第1组，将位于下方的另一个定子4及转子3作为第2组。

如图27的左侧图所示，定子4包括由非磁性材料构成的圆板状的定子基座41、沿着定子基座41的周向固定的30个(换言之为30极)定子芯42、以及卷绕于定子芯42的线圈43。因此，定子芯的数量Ns＝30，定子间角度θs＝360°/Ns＝12°。另外，如图28的左侧图所示，转子3包括由非磁性材料构成的圆板状的转子基座31、和沿着转子基座31的周向固定的20个(换言之为20极)转子芯32。因此，转子芯的数量Nr＝20，转子间角度θr＝360°/Nr＝18°。在该情况下，步距角ε＝360°(1/Nr-1/Ns)＝6°。

如图27的右侧图所示，在本实施方式中，相对于第1组的定子芯42(参照图27的虚线部分)，第2组的定子芯42(参照图27的实线部分)配置于以旋转轴2为中心旋转ε/2＝3°的位置。另外，如图28的右侧图所示，在轴向间隙马达1的初始位置，相对于第1组的转子芯32(参照图28的虚线部分)，第2组的转子芯32(参照图28的实线部分)配置于以旋转轴2为中心旋转ε/2＝3°的位置。此外，通过第2组的转子芯32相对于第1组的转子芯32旋转3°，转子芯32的背面部32c彼此的位置稍微错开，但与错开的部分相比，背面部32c彼此重叠的部分比较大。因此，在该背面部32c彼此重叠的部分，通过焊接、粘接或树脂制的带将转子芯32彼此固定即可。

以下，对本实施方式的轴向间隙马达1的作用效果进行说明。

在轴向间隙马达的旋转驱动中，在通电切换时，转子芯的端面(即端面32a、32b)处于相对于定子芯的端面(即端面42a、42b)最远的位置，因此磁阻最大，磁通密度小。因此，转子3的旋转力(即转矩)小。并且，随着转子芯的端面接近定子芯的端面，磁阻变小，磁通密度急剧地增加。因此，转子3的旋转力急剧地增大。另一方面，当转子芯的端面到达与定子芯的端面相对的位置时，磁通密度最大，但旋转力为零。因这样的旋转力的变动，而产生转矩波动大、旋转驱动不顺畅的问题。

为了解决这样的问题，在本实施方式的轴向间隙马达1中，使第2组的定子芯42配置于相对于第1组的定子芯42旋转3°(即ε/2)的位置，使第2组的转子芯32配置于相对于第1组的转子芯32旋转3°(即ε/2)的位置，因此能够降低转矩波动，轴向间隙马达1的旋转驱动变得更顺畅。

此外，在本实施方式中，关于轴向间隙马达1，举出具有两组在旋转轴2的轴向上堆叠的定子4及转子3的例子进行了说明，但只要具有n组(n为2以上的自然数)在旋转轴2的轴向上堆叠的定子4及转子3即可，并不特别限定为两组。在该情况下，在初始位置，使第n+1组的转子芯配置于相对于第n组的转子芯旋转ε/(n+1)的角度的位置、使第n+1组的定子芯配置于相对于第n组的定子芯旋转ε/(n+1)的角度的位置即可。

第6实施方式

以下，参照图1、图29及图30说明本发明的第6实施方式的轴向间隙马达1。本实施方式的轴向间隙马达1是两相驱动的马达，具有两组在旋转轴2的轴向上堆叠的定子4及转子3。两组定子4及转子3与图1所示的第1实施方式同样，以两个定子4夹着两个转子3的方式配置。在此，相对于图1的纸面，将位于上方的一个定子4及转子3作为第1组，将位于下方的另一个定子4及转子3作为第2组。

如图29的左侧图所示，定子4包括由非磁性材料构成的圆板状的定子基座41、沿着定子基座41的周向固定的30个(换言之为30极)定子芯42、以及卷绕于定子芯42的线圈43。因此，定子芯的数量Ns＝30，定子间角度θs＝360°/Ns＝12°。另外，如图30所示，转子3包括由非磁性材料构成的圆板状的转子基座31、和沿着转子基座31的周向固定的30个(换言之为30极)转子芯32。因此，转子芯的数量Nr＝30，转子间角度θr＝360°/Nr＝12°。即，在本实施方式的轴向间隙马达1中，定子芯42及转子芯32为同极数(Ns＝Nr＝30)。

另外，如图29的右侧图所示，在本实施方式中，相对于第1组的定子芯42(参照图29的虚线部分)，第2组的定子芯42(参照图29的实线部分)配置于以旋转轴2为中心旋转360°/(2Ns)＝6°的角度的位置。另一方面，在初始位置，第2组的转子芯32在与第1组的转子芯32相同的位置整齐排列。

以下，对本实施方式的轴向间隙马达1的作用效果进行说明。

在具有Ns＝Nr的构造的两相驱动的轴向间隙马达的情况下，例如在第2组的定子芯42与第1组的定子芯42整齐排列的状态下，会产生即使对卷绕于定子芯的线圈通电，也难以实现转子的驱动的问题。为了解决这样的问题，在本实施方式的轴向间隙马达1中，使第2组的定子芯42配置于相对于第1组的定子芯42以旋转轴2为中心旋转360°/(2Ns)＝6°的角度的位置，因此，当仅对卷绕于第2组的定子芯42的线圈43通电时，在该定子芯42产生磁通，利用该磁通吸引第2组的转子芯32而使第2组的转子3旋转6°。与此相伴，被固定的第1组的转子3也同样旋转6°。

接着，当仅对卷绕于第1组的定子芯42的线圈43通电时，在该定子芯42产生磁通，利用该磁通吸引第1组的转子芯32而使第1组的转子3进一步旋转6°。与此相伴，被固定的第2组的转子3也同样进一步旋转6°。通过这样依次进行通电切换，转子3连续地旋转。

另外，根据这样的两相驱动的轴向间隙马达1，能够提高转矩，并且与三相驱动的轴向间隙马达的情况相比，能够省去构成一相的驱动电路的元件(例如，绝缘栅型双极晶体管、二极管)，因此也能够期待制造成本的降低。

在本实施方式中，关于各组的定子芯42和转子芯32的数量，举出各30个的例子进行了说明，但只要满足Ns＝Nr的条件即可，并不特别限定为30个。另外，在考虑转子的驱动容易度的情况下，优选Ns＝Nr≥3。

第7实施方式

以下，参照图31说明本发明的第7实施方式的轴向间隙马达1。本实施方式的轴向间隙马达1是两相驱动的马达，具有四组在旋转轴2的轴向上堆叠的定子4及转子3。如图31所示，与第1实施方式同样，四组定子4和转子3以两个转子3被两个定子4夹着的方式配置。具体而言，沿着旋转轴2的轴向，按照第1定子4、第1转子3、第2转子3、第2定子4、第3定子4、第3转子3、第4转子3、第4定子4的顺序配置。此外，在图31中，省略了收纳定子4和转子3的壳体。

在此，相对于图31的纸面，从上方朝向下方将这些定子4及转子3设为第1组、第2组、第3组、第4组。并且，将第1组和第3组同时作为两相驱动的第1相，将第2组和第4组同时作为两相驱动的第2相。

此外，在各组中，定子芯42与转子芯32为同极数(Ns＝Nr＝30)，各自的构造与上述第6实施方式相同。

另外，在本实施方式中，第1组的转子芯32与第2组的转子芯32以位置一致的方式配置。另一方面，第3组的转子芯32和第4组的转子芯32分别配置于相对于第1组的转子芯32以旋转轴2为中心朝向转子的旋转方向旋转360°/(2Ns)的角度的位置。例如，在第1组的转子芯32和第2组的转子芯32配置于0°的位置的情况下，第3组的转子芯32和第4组的转子芯32分别配置于向转子的旋转方向旋转360°/(2Ns)＝6°的位置。

这样，第1组的转子芯32与第2组的转子芯32以位置一致的方式配置，第3组的转子芯32和第4组的转子芯32分别配置于相对于第1组的转子芯32旋转360°/(2Ns)的角度的位置，将第1组和第3组同时作为第1相驱动，将第2组和第4组同时作为第2相驱动，从而能够实现转矩波动的降低。

此外，作为用于降低转矩波动的方法，除了如上述那样通过调整转子芯32的配置位置或/和定子芯42的配置位置来设置相位差的方法以外，还可以考虑通过控制驱动电流和电压波形来设置相位差的方法，还可以组合这些方法。并且，作为通过控制驱动电流和电压波形来设置相位差的方法，例如，可以举出求出电流上升时间而使电压的输入在时间上提前接通的方法、或者使第2组的电压波形相对于第1组的电压波形偏移90°的方法等。

第8实施方式

以下，参照图1及图32～图34说明本发明的第8实施方式的轴向间隙马达1。本实施方式的轴向间隙马达1是两相驱动的马达，具有两组在旋转轴2的轴向上堆叠的定子4及转子3。两组定子4及转子3与图1所示的第1实施方式同样，以两个定子4夹着两个转子3的方式配置。在此，相对于图1的纸面，将位于上方的一个定子4及转子3作为第1组，将位于下方的另一个定子4及转子3作为第2组。

如图32所示，定子4包括由非磁性材料构成的圆板状的定子基座41、沿着定子基座41的周向固定的30个(换言之为30极)定子芯42、以及卷绕于定子芯42的线圈43。因此，定子芯的数量Ns＝30，定子间角度θs＝360°/Ns＝12°。另外，如图33所示，转子3包括由非磁性材料构成的圆板状的转子基座31、和沿着转子基座31的周向固定的15个(换言之为15极)转子芯32。因此，转子芯的数量Nr＝15，转子间角度θr＝360°/Nr＝24°。即，本实施方式的轴向间隙马达1是具有Ns＝2Nr的构造的马达。此外，在该情况下，步距角ε＝360°(1/Nr-1/Ns)＝12°。

在本实施方式中，转子芯32以将该转子芯32的弯曲的曲率中心轴L1与该转子芯32的宽度方向(即卷绕宽度方向)的中心轴L2的交点P为旋转中心，而相对于转子基座31的径向向转子的旋转方向倾斜360°/Ns的角度的状态配置。具体而言，如图33的右侧放大图所示，通常，转子芯32以该转子芯32的卷绕宽度方向的中心轴L2与转子基座31的径向平行(换言之，转子芯32的卷绕宽度方向与转子基座31的周向平行)的方式配置于转子基座31(参照虚线部分)。与此相对，本实施方式的转子芯32以将该转子芯32的弯曲的曲率中心轴L1与卷绕宽度方向的中心轴L2的交点P作为旋转中心，而相对于转子基座31的径向向转子的旋转方向倾斜12°(即定子间角度θs)的状态配置。

以下，对本实施方式的轴向间隙马达1的作用效果进行说明。

在具有Ns＝2Nr的构造的两相驱动的轴向间隙马达中，当转子芯位于左右相邻的定子芯的中央位置时，被左右相邻的定子芯分别吸引，成为平衡状态，因此产生难以进行驱动的问题。

为了解决这样的问题，在本实施方式的轴向间隙马达1中，转子芯32以将交点P作为旋转中心而相对于转子基座31的径向向转子的旋转方向倾斜360°/Ns的角度的状态配置，因此如图34所示，接近于与位于转子的旋转方向的前方的定子芯42(在图34中位于转子芯32的左侧的定子芯42)平行。在这样的状态下，当对卷绕于前方的定子芯42的线圈43通电时，在该定子芯42产生磁通，所产生的磁通容易流向转子芯32。因此，转子芯32容易被其前方的定子芯42吸引，所以转子3沿着转子的旋转方向旋转。

另外，根据本实施方式的轴向间隙马达1，能够提高转矩并且能够降低转矩波动。而且，这样的两相驱动的轴向间隙马达1与三相驱动的轴向间隙马达的情况相比，能够省去构成一相的驱动电路的元件(例如，绝缘栅型双极晶体管、二极管)，因此能够实现制造成本的降低。

此外，在本实施方式中，对具有Ns＝2Nr的构造的两相驱动的轴向间隙马达1进行了说明，但本发明也适用于具有Ns＝Nr的构造的两相驱动的轴向间隙马达。在具有Ns＝Nr的构造的两相驱动的轴向间隙马达的情况下，将转子芯配置于以交点P为旋转中心而相对于转子基座的径向向转子的旋转方向旋转360°/(2Ns)的角度的位置即可。

第9实施方式

以下，参照图1、图35及图36对本发明的第9实施方式的轴向间隙马达1进行说明。本实施方式的轴向间隙马达1是两相驱动的马达，具有两组在旋转轴2的轴向上堆叠的定子4及转子3。两组定子4及转子3与图1所示的第1实施方式同样，以两个定子4夹着两个转子3的方式配置。

如图3所示，第1实施方式的转子芯32通过将具有恒定的宽度的带状的软磁性材料整齐排列并卷绕多周而成的卷绕体3a在与周向交叉的方向上分割而形成。因此，所形成的转子芯32的端面为矩形状，在其卷绕宽度方向上具有对称的构造，即，相对于卷绕宽度方向的中心轴L2左右对称。与此相对，本实施方式的转子芯32在其卷绕宽度方向上具有非对称的构造。

具体而言，如图35的右侧图所示，转子3包括由非磁性材料构成的圆板状的转子基座31、和沿着转子基座31的周向固定的15个(换言之为15极)转子芯32。转子芯32具有配置于转子芯32的弯曲的曲率中心轴L1侧并且向转子的旋转方向突出的中央宽部321、和配置于曲率中心轴L1的相反侧的端部窄部322。并且，在中央宽部321与端部窄部322之间形成有台阶部323。

例如如图36所示，具有这样的非对称的构造的转子芯32通过将宽度较宽的带状软磁性材料(例如方向性电磁钢板)整齐排列并卷绕多周而形成宽卷绕体30a，在形成的宽卷绕体30a的末端通过点焊连结宽度较窄的带状软磁性材料(例如方向性电磁钢板)，将该宽度较窄的带状软磁性材料进一步整齐排列并卷绕多周而形成窄卷绕体30b，之后在与这些卷绕体的周向(箭头O方向)交叉的方向上进行分割而形成。此外，图36的附图标记L表示卷绕体的分割位置。

另一方面，如图35的左侧图所示，定子4包括由非磁性材料构成的圆板状的定子基座41、沿着定子基座41的周向固定的30个(换言之为30极)定子芯42、以及卷绕于定子芯42的线圈43。定子芯42与上述的第1实施方式同样地具有恒定的宽度，在其卷绕宽度方向上具有对称的构造。

以下，对本实施方式的轴向间隙马达1的作用效果进行说明。

例如，在具有Ns＝2Nr的构造的两相驱动的轴向间隙马达中，在对卷绕于第1相的定子芯42的线圈43通电而定子芯42与转子芯32位于同步位置之后，对卷绕于第2相的定子芯42的线圈43通电的情况下，通电的定子芯42与被其吸引的转子芯32的距离相对远，因此磁阻大，而产生初始转矩(换言之初始旋转力)不足的问题。

为了解决这样的问题，在本实施方式的轴向间隙马达1中，转子芯32具有配置于转子芯32的弯曲的曲率中心轴L1侧并且向转子的旋转方向突出的中央宽部321、和配置于曲率中心轴L1的相反侧的端部窄部322。这样，由于具有向转子的旋转方向突出的中央宽部321，因此能够提高通电切换时的初始转矩，能够降低转矩波动。

在本实施方式的轴向间隙马达1中，例如如图37所示，优选转子芯32进而以将该转子芯32的弯曲的曲率中心轴L1与卷绕宽度方向的中心轴L2的交点P作为旋转中心，而相对于转子基座31的径向向转子的旋转方向倾斜12°的状态配置。这样一来，能够进一步提高转矩提升及转矩波动降低的效果。

此外，在本实施方式中，关于转子芯32，举出具有配置于转子芯32的弯曲的曲率中心轴L1侧并且向转子的旋转方向突出的中央宽部321和配置于曲率中心轴L1的相反侧的端部窄部322的例子进行了说明，但只要转子芯32在其卷绕宽度方向具有非对称的构造即可，可以考虑各种变形例。例如，也可以调换宽部和窄部的位置。即，窄部也可以配置于转子芯32的弯曲的曲率中心轴L1侧，宽部也可以配置于曲率中心轴L1的相反侧。另外，也可以将多个宽部和窄部以交替重复的方式配置。在这些情况中的任何一种情况下，都能够获得与上述相同的作用效果。

另外，例如如图38所示，转子芯32也可以通过将如下卷绕体在与周向(箭头O方向)交叉的方向上分割而形成，该卷绕体是在将具有相同的宽度的带状的软磁性材料(方向性电磁钢板)卷绕多周时朝向一个方向一点点错开而成的。此外，图38表示卷绕体的分割位置L。并且，通过分割而形成的转子芯32的端面(即，端面32a、32b)为菱形状。

通过像这样使转子芯32的端面成为菱形状，在转子旋转时，转子芯32的端面与定子芯42的端面的相对面积逐渐增加，在同步位置即整齐排列时逐渐减少，因此能够抑制急剧的转矩变动，能够实现转矩波动的降低，而且轴向间隙马达的旋转驱动变得更顺畅。

第10实施方式

以下，参照图39说明本发明的第10实施方式的轴向间隙马达1。本实施方式的轴向间隙马达1在用于转子芯32的软磁性材料在中央宽部321和端部窄部322不同这一点上与上述第9实施方式不同。以下，仅说明其不同点。

具体而言，如图39所示，配置于转子芯32的弯曲的曲率中心轴L1侧的中央宽部321例如由低铁损且高导磁率的软磁性材料形成(参照灰色部分)。作为低铁损且高导磁率的软磁性材料，例如可列举坡莫合金、纳米晶体软磁性材料、非晶质软磁性材料、铁素体系软磁性材料等。另一方面，配置于转子芯32的曲率中心轴L1的相反侧的端部窄部322例如由高磁通密度的软磁性材料形成。作为高磁通密度的软磁性材料，例如可列举方向性电磁钢板、铁-钴系的珀明德合金材料等。

另一方面，定子芯42具有恒定的宽度，与转子芯32的端部窄部322同样，例如由具有高磁通密度的软磁性材料形成。

在本实施方式中，配合轴向间隙马达的用途，在转子芯32的中央宽部321和端部窄部322分别使用不同的软磁性材料，由此能够提供高转速且低损失型、低速且高转矩型、或低成本型等的轴向间隙马达，能够增加轴向间隙马达的多样性。例如，对如下述表4所示的材料的组合进行选定，能够提供可对应于各种用途的轴向间隙马达。

表4

如下述表5所示，本申请发明人分别制作了如上述第1实施方式那样定子芯和转子芯的材料相同的样品1、如本实施方式那样在中央宽部321和端部窄部322材料不同的样品2及3，并研究了所制作的各样品的最大转矩比和铁损比。其结果，样品2与样品1相比，最大转矩比约为1.18倍，样品3与样品1相比，铁损比约为0.85倍。

表5

第11实施方式

以下，参照图40说明本发明的第11实施方式的轴向间隙马达1。在本实施方式的轴向间隙马达1中，转子芯32与上述第10实施方式同样地具有中央宽部321(参照灰色部分)和端部窄部322，中央宽部321的材料与端部窄部322的材料不同。另一方面，定子芯42与上述第10实施方式不同，虽然呈恒定的宽度，但与转子芯32对应地还具有由与中央宽部321相同的材料形成的中央芯部421(参照灰色部分)、和由与端部窄部322相同的材料形成的端部芯部422。

具体而言，如图40所示，中央芯部421与转子芯32的中央宽部321对应，配置于定子芯42的弯曲的曲率中心轴L3侧。该中央芯部421与中央宽部321同样，例如由低铁损且高导磁率的软磁性材料形成。端部芯部422与转子芯32的端部窄部322对应，配置于定子芯42的弯曲的曲率中心轴L3的相反侧。该端部芯部422与端部窄部322同样，例如由高磁通密度的软磁性材料形成。并且，中央芯部421和端部芯部422的宽度相同。

在本实施方式中，配合轴向间隙马达的用途，定子芯42的中央芯部421和端部芯部422也分别使用不同的软磁性材料，由此能够提供高转速且低损失型、低速且高转矩型、或者低成本型等的轴向间隙马达，因此能够增加轴向间隙马达的多样性。此外，如上述表4所示的材料的组合，也能够分别适用于本实施方式的中央芯部421以及端部芯部422。这样，配合轴向间隙马达的用途，在转子芯32及定子芯42使用各种形状和各种材料的组合，由此能够提供可对应于各种用途的轴向间隙马达。

第12实施方式

以下，参照图41对本发明的第12实施方式的轴向间隙马达1进行说明。在本实施方式的轴向间隙马达1中，转子芯32和定子芯42通过将多种带状的软磁性材料以相邻的软磁性材料彼此不同的方式弯曲成U字状并层叠而形成。

具体而言，转子芯32和定子芯42分别是形成为U字状的切割芯，从内侧向外侧将具有相同宽度的3种薄板状的软磁性材料(第1材料301、第2材料302及第3材料303)按照第1材料301、第2材料302、第3材料303的顺序层叠多个。

具有这样的构造的转子芯32以及定子芯42例如通过以下的方法形成。即，如图42所示，通过将具有相同的宽度的带状的第1材料301、第2材料302及第3材料303从内侧朝向外侧按照第1材料301、第2材料302、第3材料303的顺序整齐排列并以规定的匝数缠绕而形成卷绕体。接着，通过在与周向(箭头O方向)交叉的方向上分割所形成的卷绕体而形成。此外，图42的附图标记L表示卷绕体的分割位置。

在本实施方式中，配合轴向间隙马达的用途，在转子芯32和定子芯42分别使用不同的软磁性材料，由此能够提供高转速且低损失型、低速且高转矩型、或低成本型等的具有多层构造的轴向间隙马达，因此能够增加轴向间隙马达的多样性。

作为此处的软磁性材料，如上所述，可列举冷轧钢板、热压延钢板、无方向性电磁钢板、方向性电磁钢板、PC坡莫合金、PB坡莫合金、珀明德合金材料、纳米晶体软磁性材料、非晶质软磁性材料、铁素体系软磁性材料等。并且，在使用带状的铁素体系软磁性材料而设为截面U字状的情况下，通过用金属系芯夹着铁素体芯内侧和外侧而一体化，能够提供高转速(高频)且铁损少的轴向间隙马达。

另外，通过在带有绝缘覆膜的方向性电磁钢板、带有绝缘覆膜的无方向性电磁钢板之间夹着没有绝缘覆膜的坡莫合金、纳米晶体软磁性材料或非晶质软磁性材料等而形成卷芯，从而在它们之间不需要绝缘处理，因此能够提供铁损少的轴向间隙马达。而且，通过在带有绝缘覆膜的方向性电磁钢板、带有绝缘覆膜的无方向性电磁钢板之间夹着没有绝缘覆膜的珀明德合金材料而形成卷芯，能够提供磁通密度高、即高转矩的轴向间隙马达。而且，由于转子芯侧的占空系数小，因此通过形成增大了冷轧钢板或热压延钢板的芯截面积的转子芯，能够提供成本较低的轴向间隙马达。

第13实施方式

以下，参照图43和图44说明本发明的第13实施方式的轴向间隙马达1A。本实施方式的轴向间隙马达1A在转子芯32及定子芯42的配置方向上与上述实施方式不同。即，在上述第1实施方式～第12实施方式中，定子芯42和转子芯32以各自的卷绕宽度方向与各自的基座的周向平行的方式配置。与此相对，在本实施方式中，定子芯42和转子芯32以各自的宽度方向(即，卷绕宽度方向)与各自的基座的径向平行的方式配置。

具体而言，如图43所示，本实施方式的轴向间隙马达1A为三相驱动的马达，具有三组在旋转轴2的轴向上堆叠的定子4及转子3。关于三组定子4和转子3，沿着旋转轴2的轴向交替地(具体而言，按照第1定子4、第1转子3、第2定子4、第2转子3、第3定子4、第3转子3的顺序)配置定子4和转子3。在此，相对于图43的纸面，将位于上方的定子4及转子3作为第1组，将位于下方的定子4及转子3作为第3组，将它们之间的定子4及转子3作为第2组。另外，在图43中，省略了收纳定子4和转子3的壳体。

如图43及图44所示，定子4例如与上述第1实施方式的定子4同样，包括由非磁性材料构成的圆板状的定子基座41、沿着定子基座41的周向固定的12个(换言之为12极)定子芯42、以及卷绕于定子芯42的线圈43。并且，虽然各定子芯42具有与上述第1实施方式的定子芯42同样的构造，但与上述第1实施方式的定子芯42不同的是，在配置成其卷绕宽度方向与定子基座41的径向平行、换言之定子芯42的端面42a及42b中的带状软磁性材料的层叠方向与定子基座41的周向平行的状态下，插入并固定于贯通孔41b。

转子3例如与上述第1实施方式的转子3同样，包括由非磁性材料构成的圆板状的转子基座31、和沿着转子基座31的周向固定的12个(换言之12极)转子芯32。并且，虽然各转子芯32具有与上述第1实施方式的转子芯32同样的构造，但与上述第1实施方式的转子芯32不同的是，在配置成其卷绕宽度方向与转子基座31的径向平行、换言之转子芯32的端面32a及32b中的带状的软磁性材料的层叠方向与转子基座31的周向平行的状态下，插入并固定于贯通孔31b。

另外，在本实施方式的轴向间隙马达1A中，定子芯42及转子芯32为同极数(Ns＝Nr＝12)。并且，关于轴向间隙马达1A，各组转子3的步距角ε＝360°/(3Ns)＝10°，以每次旋转步距角ε的方式切换各组的通电以进行驱动。

如图44所示，在初始位置，相对于第1组的定子芯42，第1组的转子芯32配置在以旋转轴2为中心顺时针旋转10°的位置。相对于第2组的定子芯42，第2组的转子芯32配置在以旋转轴2为中心顺时针旋转20°的位置。相对于第3组的定子芯42，第3组的转子芯32配置在以旋转轴2为中心顺时针旋转30°的位置。

并且，当仅对卷绕于第1组的定子芯42的线圈43通电时(仅第1组通电)，在该定子芯42产生磁通，利用该磁通吸引第1组的转子芯32，使第1组的转子3逆时针旋转10°(参照图44的箭头)。此时，与第1组的转子3联动，第2组和第3组的转子3也分别逆时针旋转10°。因此，如图44所示，仅对卷绕于第1组的定子芯42的线圈43通电的结果为，第1组的转子芯32相对于第1组的定子芯42位于0°的位置(即，两者的位置一致)，第2组的转子芯32相对于第2组的定子芯42位于顺时针旋转10°的位置，第3组的转子芯32相对于第3组的定子芯42位于顺时针旋转20°的位置。

接着，当仅对卷绕于第2组的定子芯42的线圈43通电时(仅第2组通电)，在该定子芯42产生磁通，第2组的转子芯32被吸引而第2组的转子3逆时针旋转10°。此时，与第2组的转子3联动，第1组和第3组的转子3也分别逆时针旋转10°因此，如图44所示，仅对卷绕于第2组的定子芯42的线圈43通电的结果为，第1组的转子芯32相对于第1组的定子芯42处于逆时针旋转10°的位置(在图44中为-10°)，第2组的转子芯32相对于第2组的定子芯42处于0°的位置(即，两者的位置一致)，第3组的转子芯32相对于第3组的定子芯42处于顺时针旋转10°的位置。

接着，当仅对卷绕于第3组的定子芯42的线圈43通电时(仅第3组通电)，在该定子芯42产生磁通，第3组的转子芯32被吸引而第3组的转子3逆时针旋转10°。此时，与第3组的转子3联动，第1组和第2组的转子3也分别逆时针旋转10°。因此，如图44所示，仅对卷绕于第3组的定子芯42的线圈43通电的结果为，第1组的转子芯32相对于第1组的定子芯42处于逆时针旋转20°的位置(在图44中为-20°)，第2组的转子芯32相对于第2组的定子芯42处于逆时针旋转10°的位置(在图44中为-10°)，第3组的转子芯32相对于第3组的定子芯42处于0°的位置(即，两者的位置一致)。

并且，通过这样反复切换各组的通电，转子3连续地旋转。

在本实施方式的轴向间隙马达1A中，定子芯42和转子芯32配置成各自的宽度方向与各自的基座的径向平行，因此与将定子芯42和转子芯32配置成各自的宽度方向与各自的基座的周向平行的情况(例如，第1实施方式的轴向间隙马达)相比，能够增大转矩平均半径及旋转所需的芯宽度，因此能够进一步提高转矩。此外，此处的转矩平均半径是指从旋转轴2的中心到定子芯42的弯曲的曲率中心轴与该定子芯42的卷绕宽度方向的中心轴的交点的距离。

如下述表6所示，本申请发明人分别制作了将定子芯和转子芯配置成宽度方向与基座的周向平行的上述第1实施方式的样品、和将定子芯和转子芯配置成宽度方向与基座的径向平行的本实施方式的样品，在相同条件(Ns＝6、Nr＝4)下进行了比较得到如下结果：本实施方式的样品与第1实施方式的样品相比，转矩平均半径约为1.1倍、芯宽度约为1.2倍、每个芯的转矩比约为1.4倍。

表6

以上，对本发明的实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内，能够进行各种设计变更。例如，本发明也适用于上述各实施方式的组合。

Claims (13)

1.一种轴向间隙马达，具备固定于旋转轴的转子、和在所述旋转轴的轴向上与所述转子隔开间隙地相对配置的定子，

所述轴向间隙马达的特征在于，

所述转子具备由非磁性材料构成的转子基座、和沿着所述转子基座的周向固定的多个转子芯，

所述定子具备由非磁性材料构成的定子基座、沿着所述定子基座的周向固定的多个定子芯、以及卷绕于所述定子芯的线圈，

所述转子芯由软磁性材料构成，具有第1端面和第2端面，

所述转子芯以所述第1端面和所述第2端面朝向相同方向的方式弯曲，

所述定子芯由软磁性材料构成，具有第3端面和第4端面，

所述定子芯以所述第3端面和所述第4端面朝向相同方向的方式弯曲，

所述转子芯的所述第1端面、所述第2端面、和所述定子芯的所述第3端面、所述第4端面为露出的状态，

所述转子芯的所述第1端面、所述第2端面、与所述定子芯的所述第3端面、所述第4端面以分别相对的方式配置，

所述转子芯具有在该转子芯的宽度方向上非对称的构造，

所述转子芯具有中央宽部和端部窄部，

所述中央宽部配置于该转子芯的弯曲的曲率中心轴侧并且向所述转子的旋转方向突出，

所述端部窄部配置于该转子芯的弯曲的曲率中心轴的相反侧。

2.根据权利要求1所述的轴向间隙马达，其特征在于，

所述转子具有第1转子和第2转子，所述定子具有第1定子和第2定子，

在所述旋转轴的轴向上，所述第1转子、所述第2转子分别配置于所述第1定子与所述第2定子之间，

所述第1转子的所述转子芯的与所述第1端面、所述第2端面处于相反侧的部分、和所述第2转子的所述转子芯的与所述第1端面、所述第2端面处于相反侧的部分固定。

3.根据权利要求1所述的轴向间隙马达，其特征在于，

所述多个转子芯沿着所述转子基座的周向形成多列并被固定，

所述多个定子芯沿着所述定子基座的周向形成多列并被固定。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的轴向间隙马达，其特征在于，

所述转子芯是通过将带状的软磁性材料卷绕多周而成的卷绕体在与所述卷绕体的周向交叉的方向上分割，而形成有所述第1端面、所述第2端面的芯，

所述定子芯是通过将带状的软磁性材料卷绕多周而成的卷绕体在与所述卷绕体的周向交叉的方向上分割，而形成有所述第3端面、所述第4端面的芯，

所述带状的软磁性材料由晶向与长方向一致的方向性电磁钢板构成。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的轴向间隙马达，其特征在于，

在所述旋转轴具有固定于所述转子基座的转子固定部，

在所述定子基座具有供所述旋转轴插入的插入孔，

所述转子固定部的直径比所述定子基座的插入孔的内径大。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的轴向间隙马达，其特征在于，

还具备壳体，所述壳体将所述旋转轴支承为能够旋转，并且将所述转子和所述定子以密闭的状态收纳，

所述壳体内被所述定子基座在所述旋转轴的轴向上划分为配置所述转子的第1区域和配置所述线圈的第2区域，

在所述壳体设置有冷却液流入口和冷却液流出口，以使得冷却液在所述第2区域流通。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的轴向间隙马达，其特征在于，

所述定子芯具有相互相对配置并且分别与所述第3端面、所述第4端面连续地设置的第1内侧面、第2内侧面，

在将所述转子芯的所述第1端面与所述定子芯的所述第3端面之间的距离设为Lg、将所述转子芯的所述第1端面的面积设为Sr、将所述定子芯的所述第1内侧面与所述第2内侧面之间的距离设为Wsc、将所述定子芯的所述第1内侧面的面积设为Ss的情况下，满足Wsc/(2*Lg)≥20、Sr/Ss≥0.2。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的轴向间隙马达，其特征在于，

所述轴向间隙马达具有两组以上在所述旋转轴的轴向上堆叠的所述定子及所述转子，

在将步距角设为ε时，在初始位置，第n+1组的所述转子芯配置于相对于第n组的所述转子芯以所述旋转轴为中心旋转ε/(n+1)的角度的位置，第n+1组的所述定子芯配置于相对于第n组的所述定子芯以所述旋转轴为中心旋转ε/(n+1)的角度的位置。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的轴向间隙马达，其特征在于，

在将所述定子芯的数量设为Ns时，所述转子芯以将该转子芯的弯曲的曲率中心轴与该转子芯的宽度方向的中心轴的交点作为中心而相对于所述转子基座的径向向所述转子的旋转方向倾斜360°/Ns的角度的状态配置。

10.根据权利要求1所述的轴向间隙马达，其特征在于，

所述转子芯的所述中央宽部由第1软磁性材料构成，所述端部窄部由与所述第1软磁性材料不同的第2软磁性材料构成。

11.根据权利要求10所述的轴向间隙马达，其特征在于，

所述定子芯呈恒定的宽度，并且具有中央芯部和端部芯部，

所述中央芯部配置于该定子芯的弯曲的曲率中心轴侧并且由与所述转子芯的所述中央宽部相同的材料形成，

所述端部芯部配置于该定子芯的弯曲的曲率中心轴的相反侧并且由与所述转子芯的所述端部窄部相同的材料构成。

12.一种轴向间隙马达，具备固定于旋转轴的转子、和在所述旋转轴的轴向上与所述转子隔开间隙地相对配置的定子，

所述轴向间隙马达的特征在于，

所述转子具备由非磁性材料构成的转子基座、和沿着所述转子基座的周向固定的多个转子芯，

所述定子具备由非磁性材料构成的定子基座、沿着所述定子基座的周向固定的多个定子芯、以及卷绕于所述定子芯的线圈，

所述转子芯由软磁性材料构成，具有第1端面和第2端面，

所述转子芯以所述第1端面和所述第2端面朝向相同方向的方式弯曲，

所述定子芯由软磁性材料构成，具有第3端面和第4端面，

所述定子芯以所述第3端面和所述第4端面朝向相同方向的方式弯曲，

所述转子芯的所述第1端面、所述第2端面、和所述定子芯的所述第3端面、所述第4端面为露出的状态，

所述转子芯的所述第1端面、所述第2端面、与所述定子芯的所述第3端面、所述第4端面以分别相对的方式配置，

所述转子芯和所述定子芯是将为多种带状的软磁性材料的多个弯曲板层叠而成的层叠体，并且相邻的所述软磁性材料彼此不同。

13.一种轴向间隙马达，具备固定于旋转轴的转子、和在所述旋转轴的轴向上与所述转子隔开间隙地相对配置的定子，

所述轴向间隙马达的特征在于，

所述转子具备由非磁性材料构成的转子基座、和沿着所述转子基座的周向固定的多个转子芯，

所述定子具备由非磁性材料构成的定子基座、沿着所述定子基座的周向固定的多个定子芯、以及卷绕于所述定子芯的线圈，

所述转子芯由软磁性材料构成，具有第1端面和第2端面，

所述转子芯以所述第1端面和所述第2端面朝向相同方向的方式弯曲，

所述定子芯由软磁性材料构成，具有第3端面和第4端面，

所述定子芯以所述第3端面和所述第4端面朝向相同方向的方式弯曲，

所述转子芯的所述第1端面、所述第2端面、和所述定子芯的所述第3端面、所述第4端面为露出的状态，

所述转子芯的所述第1端面、所述第2端面、与所述定子芯的所述第3端面、所述第4端面以分别相对的方式配置，

所述轴向间隙马达具有两组以上在所述旋转轴的轴向上堆叠的所述定子及所述转子，

所述定子芯与所述转子芯极数相同且以各自的宽度方向与各自的基座的径向平行的方式配置，

在将所述定子芯的数量设为Ns、将步距角设为ε时，各组的步距角ε＝360°/(3Ns)，以使得每次旋转步距角ε的方式切换各组的通电。