JP2014197957A - マルチギャップ型同期モータ - Google Patents

Abstract

【課題】集中巻でも大きなリラクタンストルクが得られる同期モータ１を提供する。【解決手段】本発明の同期モータ１は、内ステータ鉄心９および外ステータ鉄心１１に形成されるスロット数が１極対当たり２ｎ個（ｎは相数）であり、且つ、毎極毎相のステータ巻線ピッチを２π／ｎとする集中巻が施されている。上記の構成によれば、２／３短節巻であるにも関わらず、２分布の全節巻のような巻線分布となるため、磁束分布が全節巻に近似する。その結果、一般的な３スロット／極対の集中巻と比較すると、ロータ磁束の有効利用率を示す巻線係数が上がることでリラクタンストルクが向上する。また、内ステータＳ１と外ステータＳ２は、内ステータ巻線１０および外ステータ巻線１２が励磁されて発生する互いの磁束が径方向に対向する並列ループを形成するため、直列ループを形成する場合と比べて磁気抵抗が小さくできる。【選択図】図１

Description

本発明は、産業用、自動車用などの様々な用途に適用可能であり、とりわけハイブリッド自動車や電気自動車の走行用モータに用いて好適なマルチギャップ型同期モータに関する。

従来、ハイブリッド車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等の主機モータには、小型高出力であることに加えて、高効率であることが求められる。
小型で高出力なモータとしては、磁石によるマグネットトルクに加えてリラクタンストルクを活用できるＩＰＭモータ（埋込磁石型同期モータ）が広く知られている。例えば、特許文献１には、ステータ巻線を集中巻きとするＩＰＭモータの事例が記載されている。ステータ巻線を集中巻とすることで、分布巻と比較してコイルエンドを低くでき、且つ、巻線ピッチも短いことから、全節巻と比べて銅損の低減が可能である。

特開２００７−１６６７９７号公報

ところが、特許文献１のＩＰＭモータは、ロータの磁極ピッチとステータ巻線が作る磁界の磁極ピッチとが一致しない。すなわち、ロータ磁束の有効利用率を示す巻線係数が低下するため、大きなリラクタンストルクが得られず、全節巻と比べて出力トルクが低くなる問題がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、集中巻でも大きなリラクタンストルクが得られるマルチギャップ型同期モータを提供することにある。

（請求項１に係る発明）
本発明は、径方向の内周側および外周側にそれぞれ磁気的な突極性を持つ円環状のロータと、このロータの内径側にギャップを介して配置される内ステータ鉄心を有し、この内ステータ鉄心に内ステータ巻線を巻装した内ステータと、ロータの外径側にギャップを介して配置される外ステータ鉄心を有し、この外ステータ鉄心に外ステータ巻線を巻装した外ステータとを備え、内ステータ巻線および外ステータ巻線に励磁電流を印加して内ステータおよび外ステータに回転磁界を発生させ、その回転磁界に同期してロータが回転するマルチギャップ型同期モータであって、内ステータと外ステータは、それぞれロータの極数と同数の磁極を有すると共に、内ステータ巻線および外ステータ巻線が励磁されて発生する互いの磁束が径方向に対向する並列ループを形成し、内ステータ鉄心および外ステータ鉄心には、それぞれ１極対当たり２ｎ（ｎは相数）個のスロットが形成され、且つ、内ステータ巻線および外ステータ巻線が毎極毎相の巻線ピッチを２π／ｎとして集中巻されていることを特徴とする。

上記の構成では、内ステータ巻線および外ステータ巻線が２／３短節巻であるにも関わらず、２分布の全節巻のような巻線分布となるため、ロータ磁束の有効利用率を示す巻線係数が上がり、一般的な集中巻と比べてリラクタンストルクが向上する。
また、内ステータ巻線および外ステータ巻線が短節巻であるため、全節巻と比較して巻線抵抗を低減でき、小型高出力化かつ高効率化できる。
さらに、内ステータと外ステータは、内ステータ巻線および外ステータ巻線が励磁されて発生する互いの磁束が径方向に対向する並列ループを形成するので、互いの磁束が直列ループを形成する場合と比べて磁気抵抗が小さくできる。

（請求項４に係る発明）
本発明は、径方向の内周側および外周側にそれぞれ複数のスロットが周方向等ピッチに形成された円環状のステータ鉄心を有し、このステータ鉄心の内周側および外周側にスロットを介してステータ巻線を巻装したステータと、このステータの内径側にギャップを有して回転可能に配置され、ステータに対向する外周側に磁気的な突極性を持つ内ロータと、ステータの外径側にギャップを有して回転可能に配置され、ステータに対向する内周側に磁気的な突極性を持つ外ロータとを備え、ステータ巻線に励磁電流を印加してステータに回転磁界を発生させ、その回転磁界に同期して内ロータおよび外ロータが一体に回転するマルチギャップ型同期モータであって、内ロータと外ロータは、互いの極数が同数であり、ステータは、内周側および外周側に内ロータおよび外ロータの極数と同数の磁極を有すると共に、ステータ巻線が励磁されて発生する内周側および外周側の磁束が径方向に対向する並列ループを形成し、ステータ鉄心の内周側および外周側には、それぞれ１極対当たり２ｎ（ｎは相数）個のスロットが形成され、且つ、ステータ巻線が毎極毎相の巻線ピッチを２π／ｎとして集中巻されていることを特徴とする。

上記の構成では、ステータ巻線が２／３短節巻であるにも関わらず、２分布の全節巻のような巻線分布となるため、ロータ磁束の有効利用率を示す巻線係数が上がり、一般的な集中巻と比べてリラクタンストルクが向上する。
また、ステータ巻線が短節巻であるため、全節巻と比較して巻線抵抗を低減でき、小型高出力化かつ高効率化できる。
さらに、ステータは、ステータ巻線が励磁されて発生する内周側および外周側の磁束が径方向に対向する並列ループを形成するので、互いの磁束が直列ループを形成する場合と比べて磁気抵抗が小さくできる。
また、１ロータ２ステータの構成と比較した場合に、ステータ巻線の巻線長さを短くできるので、銅損を低減できる。

実施例１に係る同期モータの磁気回路を示す横断面図の一部である。 実施例１に係る同期モータの構成を示す縦断面図である。 ステータ巻線をインバータに接続した結線図である。 実施例１に係る内外ステータを直線状に展開した図面である。 外ステータ鉄心に巻装されるＵ相コイルの巻線状態を示す斜視図である。 実施例１に係る巻線仕様と全節巻および一般的な２／３短節巻とで磁束分布を比較した巻線分布図である。 実施例１に係る同期モータの磁気回路に磁束の流れ（並列ループ）を記載した横断面図の一部である。 実施例１に係るセグメント構造のロータ（ａ）と、一般的な突極型ロータ（ｂ）とでｄ軸磁束とｑ軸磁束の通りやすさを比較した図面である。 実施例２に係る同期モータの磁気回路を示す横断面図の一部である。 実施例３に係る同期モータの構成を示す縦断面図である。 実施例３に係る内外ステータを直線状に展開した図面である。 実施例４に係る同期モータの磁気回路を示す横断面図の一部である。 実施例５に係る同期モータの磁気回路を示す横断面図の一部である。 実施例６に係る同期モータの構成を示す縦断面図である。 実施例６に係る同期モータの磁気回路を示す横断面図の一部である。 実施例７に係る同期モータの磁気回路を示す横断面図の一部である。 実施例８に係る同期モータの磁気回路を示す横断面図の一部である。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

（実施例１）
本発明のマルチギャップ型同期モータ（以下、同期モータ１と略す）は、例えば、ハイブリッド自動車の走行用モータに適用できる。
実施例１の同期モータ１は、図２に示す様に、モータハウジング２と、このモータハウジング２に軸受３を介して回転自在に支持されるシャフト４と、このシャフト４にロータディスク５を介して支持される環状のロータＲと、このロータＲの内径側にギャップを有して配置される内ステータＳ１と、ロータＲの外径側にギャップを有して配置される外ステータＳ２とを備える。
シャフト４は、一端側がエンジンのクランク軸に直接またはクラッチを介して連結され、他端側が変速機の被駆動軸に連結される。

ロータディスク５は、例えば、非磁性ＳＵＳ材によって形成され、シャフト４の外周に嵌合して、シャフト４と同軸にロータＲを支持している。
ロータＲは、図１に示す様に、複数（例えば１６個）のセグメント磁極６ａを周方向に配列して構成されるロータ鉄心６と、周方向に隣り合うセグメント磁極６ａ同士の間に配置される永久磁石７とを有し、ロータ鉄心６の軸方向一端面がロータディスク５に支持されている。
複数のセグメント磁極６ａは、周方向に隣り合うセグメント磁極６ａ同士が内外ブリッジ８によって連結され、全体としてリング状に連接されている。この内外ブリッジ８で連結された複数のセグメント磁極６ａは、例えば、プレスで打ち抜いたリング状の電磁鋼板を複数枚積層して構成され、各セグメント磁極６ａの内周面および外周面には、それぞれ周方向の磁極中央部に凹み６ｂが形成されている。

永久磁石（以下、極間磁石７と呼ぶ）は、内外ブリッジ８の間で周方向に隣り合うセグメント磁極６ａ同士の間に形成される極間スペースに挿入される。この極間磁石７は、図１に矢印で示す様に、周方向に着磁され、且つ、セグメント磁極６ａを挟んで対向する極間磁石７同士の磁極面が同一極性となる様に、つまり、Ｓ極同士およびＮ極同士が周方向に対向するように配置される。なお、図１は、同期モータ１の軸方向と直交する横断面図であるが、断面を表示するハッチングは省略している。
内ステータＳ１は、モータハウジング２に設けられた円筒フレーム２ａの外周に嵌合して固定される内ステータ鉄心９と、この内ステータ鉄心９に巻装される三相の内ステータ巻線１０とを有する。
外ステータＳ２は、モータハウジング２の内周面に固定される外ステータ鉄心１１と、この外ステータ鉄心１１に巻装される三相の外ステータ巻線１２とを有する。

内ステータ鉄心９と外ステータ鉄心１１は、それぞれ電磁鋼板よりプレスで打ち抜いたリング状のコアシートを複数枚積層して構成される。
内ステータ鉄心９と外ステータ鉄心１１には、図１に示す様に、それぞれ複数の内スロット９ｓ、外スロット１１ｓが軸方向に貫通して周方向等ピッチに形成され、周方向に隣リ合うスロット同士の間に内ティース９ｔ、外ティース１１ｔが形成される。
内スロット９ｓの数と外スロット１１ｓの数は同数であり、１極対当たり２ｎ個（ｎは相数）である。実施例１の同期モータ１は、例えば、３相１６極の事例であり、１極対当たり６個、すなわち４８個の内スロット９ｓと外スロット１１ｓが形成される。また、内スロット９ｓと外スロット１１ｓは、図１に示す様に、内ステータ鉄心９と外ステータ鉄心１１の周方向で同一角度位置に形成され、互いのスロット９ｓ、１１ｓがロータＲを挟んで径方向に対向している。

内ステータ巻線１０および外ステータ巻線１２は、例えば、図３に示す様に、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）コイルの一端が中性点Ｏを形成してスター結線され、三相コイルの他端がインバータ１３の各出力端子ｕ、ｖ、ｗに接続される。
この内ステータ巻線１０および外ステータ巻線１２は、図１に示す様に、例えば、断面矩形の平角線を使用して、毎極毎相の巻線ピッチが２π／ｎ（実施例１では２π／３）となる様に、内ステータ鉄心９および外ステータ鉄心１１に集中巻される。なお、内ステータ巻線１０と外ステータ巻線１２は、両ステータ巻線１０、１２の各相コイル同士を、それぞれ内外渡り線（図示せず）によって直列に接続しても良い。
インバータ１３は、例えば、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子Ｔｒと、同スイッチング素子Ｔｒに対し逆並列に接続されるダイオードＤとで構成され、蓄電池Ｂより得られる直流電力を交流電力に変換して両ステータ巻線１０、１２に励磁電流を供給する。

ここで、毎極毎相の巻線ピッチを２π／３とする集中巻の具体例を図４、図５を参照して説明する。図４は内ステータＳ１および外ステータＳ２の円周方向の形状を直線状に展開した一部であり、軸方向から見た状態を図示している。なお、図中には、内ステータ巻線１０および外ステータ巻線１２のＵ相コイルだけを取り出して図示している。
実施例１の事例では、内スロット９ｓおよび外スロット１１ｓにそれぞれ異なる相の平角線が交互に４本ずつ挿入される（図１参照）。よって、説明の便宜上、図４に示す内スロット９ｓの深さ方向でロータ側から反ロータ側（図示上から下）へ向かって順に第１層、第２層、第３層、第４層と呼ぶ。同様に、外スロット１１ｓの深さ方向でロータ側から反ロータ側（図示下から上）へ向かって順に第１層、第２層、第３層、第４層と呼ぶ。

また、図４に示される内スロット９ｓおよび外スロット１１ｓに対し、図示左側から右側へ向かってスロット番号（１、２、３、４、５、６）を付す。つまり、図示最も左側に示されている内スロット９ｓおよび外スロット１１ｓを共に第１スロットと呼び、以降、図示右側へ向かって第２スロット、第３スロット、…第６スロットと呼ぶ。
以下、外ステータ巻線１２のＵ相コイルを代表して説明する。
なお、図４および図５に記載したＵ＋とＵ−は、平角線を流れる電流の向きが逆になることを示している。つまり、Ｕ＋がＮ極を形成する場合、Ｕ−はＳ極を形成し、Ｕ＋がＳ極を形成する場合、Ｕ−はＮ極を形成する。

ａ）Ｕ＋の説明
Ｕ＋を形成する第１の平角線は、図４の紙面手前側のコイルエンドを図示左側から第３スロットまで延設され、第３スロットの第４層に挿入される。なお、Ｕ＋の図示左側には、図示されていないＵ−が存在し、そのＵ−を形成する第１の平角線と、Ｕ＋を形成する第１の平角線とがコイルエンド上で接続される。
第３スロットの第４層を軸方向（紙面手前側から奥側）へ通り抜けた第１の平角線は、紙面奥側のコイルエンドを図示左側へ折れ曲がり、第２スロットの位置で第４層から第３層へレーンチェンジする。第３層へレーンチェンジした第１の平角線は、さらに図示左側へ第１スロットの位置まで延設されて、第１スロットの第３層へ挿入される。第１スロットの第３層を軸方向（紙面奥側から手前側）に通り抜けた第１の平角線は、紙面手前側のコイルエンドを図示右側へ折れ曲がり、第２スロットの位置まで延設される。

Ｕ＋を形成する第２の平角線は、紙面手前側のコイルエンド上で図示右側のＵ−を形成する第２の平角線と接続されて第１スロットまで延設され、第１スロットの第１層に挿入される。第１スロットの第１層を軸方向（紙面手前側から奥側）へ通り抜けた第２の平角線は、紙面奥側のコイルエンドを図示右側へ折れ曲がり、第２スロットの位置で第１層から第２層へレーンチェンジする。第２層へレーンチェンジした第２の平角線は、さらに図示右側へ第３スロットの位置まで延設されて、第３スロットの第２層へ挿入される。第３スロットの第２層を軸方向（紙面奥側から手前側）に通り抜けた第２の平角線は、紙面手前側のコイルエンドを図示左側へ折れ曲がり、第２スロットの位置まで延設されて、図中×印の位置で第１の平角線の端部と接合される。
これにより、外ステータ巻線１２のＵ＋は、図５に示す様に、第１スロットと第３スロットとの間を２本の外ティース１１ｔを跨いで２ターン分だけ集中巻される。

ｂ）Ｕ−の説明
Ｕ−を形成する第１の平角線は、図４の紙面手前側のコイルエンドを図示右側から第６スロットまで延設され、第６スロットの第４層に挿入される。なお、Ｕ−の図示右側には、図示されていないＵ＋が存在し、そのＵ＋を形成する第１の平角線と、Ｕ−を形成する第１の平角線とがコイルエンド上で接続される。
第６スロットの第４層を軸方向（紙面手前側から奥側）へ通り抜けた第１の平角線は、紙面奥側のコイルエンドを図示左側へ折れ曲がり、第５スロットの位置で第４層から第３層へレーンチェンジする。第３層へレーンチェンジした第１の平角線は、さらに図示左側へ第４スロットの位置まで延設されて、第４スロットの第３層へ挿入される。第４スロットの第３層を軸方向（紙面奥側から手前側）に通り抜けた第１の平角線は、紙面手前側のコイルエンドを図示右側へ折れ曲がり、第５スロットの位置まで延設される。

Ｕ−を形成する第２の平角線は、紙面手前側のコイルエンド上で図示左側のＵ＋を形成する第２の平角線と接続されて第４スロットまで延設され、第４スロットの第１層に挿入される。第４スロットの第１層を軸方向（紙面手前側から奥側）へ通り抜けた第２の平角線は、紙面奥側のコイルエンドを図示右側へ折れ曲がり、第５スロットの位置で第１層から第２層へレーンチェンジする。第２層へレーンチェンジした第２の平角線は、さらに図示右側へ第６スロットの位置まで延設されて、第６スロットの第２層へ挿入される。第６スロットの第２層を軸方向（紙面奥側から手前側）に通り抜けた第２の平角線は、紙面手前側のコイルエンドを図示左側へ折れ曲がり、第５スロットの位置まで延設されて、図中×印の位置で第１の平角線の端部と接合される。
これにより、外ステータ巻線１２のＵ−は、図５に示す様に、第４スロットと第６スロットとの間を２本の外ティース１１ｔを跨いで２ターン分だけ集中巻される。

上記の説明では、外ステータ巻線１２のＵ相コイルについて記載したが、内ステータ巻線１０のＵ相コイルも外ステータ巻線１２と同様に、第１の平角線と第２の平角線とをコイルエンドの周方向中央部（図中×印で示す位置）で接続して形成される。
すなわち、内ステータ巻線１０のＵ＋は、図４に示す第１スロットと第３スロットとの間を２本の内ティース９ｔを跨いで２ターン分だけ集中巻される。また、内ステータ巻線１０のＵ−は、図４に示す第４スロットと第６スロットとの間を２本の内ティース９ｔを跨いで２ターン分だけ集中巻される。
なお、Ｕ相コイル以外のＶ相コイル、Ｗ相コイルについても、Ｕ相コイルと同様に、第１の平角線と第２の平角線とをコイルエンドの周方向中央部で接続して形成される。

（実施例１の作用および効果）
実施例１の同期モータ１は、ロータＲを挟んで径方向に対向する内ステータＳ１と外ステータＳ２の構成が１極対当たり６個の内スロット９ｓと外スロット１１ｓを有し、且つ、毎極毎相の巻線ピッチを２π／３とする集中巻が施されている。
上記の構成によれば、２／３短節巻であるにも関わらず、図６に示す様に、２分布の全節巻のような巻線分布となる。この場合、磁束分布が全節巻に近似するため、一般的な３スロット／極対の集中巻と比較すると、ロータ磁束の有効利用率を示す巻線係数が上がることでリラクタンストルクが向上する。
また、内ステータ巻線１０および外ステータ巻線１２が２／３短節巻であるため、巻線抵抗が低減でき、小型高出力かつ高効率化できる。

また、内ステータ巻線１０および外ステータ巻線１２の三相コイルは、それぞれ第１の平角線と第２の平角線とをコイルエンドの周方向中央部で接続して形成するので、径方向および軸方向においてコイルエンドの高さを低くでき、巻線長さを短くできる。さらに、高占積率な巻線が可能であり、巻線抵抗が低減できる。
さらに、内ステータＳ１と外ステータＳ２は、内ステータ巻線１０および外ステータ巻線１２が励磁されることで、ロータＲを挟んで径方向に対向する互いの磁極同士が同一極性となる。言い換えると、図７に破線矢印で示す様に、内ステータ巻線１０および外ステータ巻線１２が励磁されて発生する互いの磁束がロータ鉄心６（セグメント磁極６ａ）を介して径方向に対向する並列ループを形成する。このため、内ステータＳ１と外ステータＳ２に発生する互いの磁束がロータ鉄心６を介して直列ループを形成する場合と比べて磁気抵抗が小さくできる。

実施例１の同期モータ１は、ロータ鉄心６がセグメント磁極６ａを周方向に配列したセグメント構造であり、且つ、周方向に隣り合うセグメント磁極６ａ同士の間に極間磁石７を配置している。この構成によれば、図８（ａ）に示す様に、隣り合う二つのセグメント磁極６ａ間でｑ軸磁束の磁路が途切れるため、例えば、図８（ｂ）に示す一般的な突極型ロータと比べて、磁束が通りやすい所と、通りにくい所との差が大きくなる。すなわち、突極型ロータと比べてｄ軸インダクタンス（Ｌｄ）とｑ軸インダクタンス（Ｌｑ）との差が大きくなるため、より大きなリラクタンストルクが得られる。
このため、同等トルクであっても、極間磁石７に使用する永久磁石量を減らすことができるので、極間磁石７を径方向に保持する内外ブリッジ８に働く応力が低減する。その結果、内外ブリッジ８を細く形成できるので、漏れ磁束を低減できる。

以下、本発明に係る他の実施例（実施例２〜８）を説明する。
なお、実施例１と同一の構成要素については、実施例１と同一番号を付与し、その説明は省略する。
（実施例２）
この実施例２は、図９に示す様に、ロータＲのセグメント磁極６ａに形成された凹み６ｂに永久磁石１４を配置した事例である。ここでは、セグメント磁極６ａの内周面に形成された凹み６ｂに配置される永久磁石１４を内側磁石１４ａと呼び、セグメント磁極６ａの外周面に形成された凹み６ｂに配置される永久磁石１４を外側磁石１４ｂと呼ぶ。

セグメント磁極６ａの径方向に対向する内側磁石１４ａと外側磁石１４ｂは、図中に記載した矢印の向きで示す様に、径方向に着磁され、且つ、互いのＳ極同士またはＮ極同士が対向する向きに配置される。また、周方向に隣り合う内側磁石１４ａ同士および外側磁石１４ｂ同士は、それぞれ径方向にＳ極とＮ極とが交互に配列される。
この実施例２では、永久磁石１４（内側磁石１４ａ、外側磁石１４ｂ）によるマグネットトルクを使いながらも、セグメント磁極６ａを介して周方向に磁束が通ることができるため、実施例１で説明した並列ループの形成を阻害することなく、出力密度を高めることができる。

（実施例３）
この実施例３に示す同期モータ１は、図１０に示す様に、ロータＲの軸方向他端側にギャップを有して側面ステータＳ３を配置した事例である。
側面ステータＳ３は、内ステータ鉄心９および外ステータ鉄心１１の軸方向端面に連結される側面ステータ鉄心１５と、この側面ステータ鉄心１５に巻装される側面ステータ巻線１６とを有する。
側面ステータ鉄心１５は、電磁鋼板よりプレスで打ち抜いた中空円盤状のコアシートを積層して構成され、内ステータ鉄心９の内スロット９ｓと外ステータ鉄心１１の外スロット１１ｓとを径方向に連通する側面スロット（図示せず）が周方向等ピッチで形成されている。この側面スロットは、側面ステータ鉄心１５の積層方向（図１０に示す左右方向）に側面ステータ鉄心１５を貫通して形成される。

側面ステータ巻線１６は、内ステータ巻線１０と外ステータ巻線１２の各相同士を直列に接続する三相の内外渡り線であり、図１１にＵ相コイル（Ｕ＋、Ｕ−）を代表して示している。
この実施例３においても、スロット数を１極対当たり２ｎ（ｎは相数）、毎極毎相の巻線ピッチを２π／ｎとして集中巻することは実施例１と同じであり、例えば、図６に示した一般的な集中巻と比べてリラクタンストルクが向上する。さらに、ロータＲの軸方向端面に対向する側面ステータＳ３を配置して三面ギャップを形成することで更なるトルクアップが可能であり、より小型で高出力な同期モータ１を実現できる。

（実施例４）
この実施例４は、図１２に示す様に、突極型ロータＲを有する同期モータ１の事例である。突極型ロータＲは、ロータ鉄心６の内周面および外周面にそれぞれ複数の突極６Ａが周方向等間隔に形成され、周方向に隣り合う突極６Ａ同士の間に凹部６ｃが形成されている。この実施例４に示す同期モータ１は、ロータＲの構造が実施例１と異なるだけで、内ステータＳ１および外ステータＳ２の構成は実施例１と同じである。よって、突極型ロータＲを有する同期モータ１であっても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

（実施例５）
この実施例５は、図１３に示す様に、実施例４に示した突極型ロータＲの凹部６ｃに径方向に着磁した永久磁石１４を配置した事例である。
この場合、実施例２で説明した様に、永久磁石１４によるマグネットトルクを使いながらも、ロータ鉄心６を介して周方向に磁束が通ることができるので、実施例１で説明した並列ループの形成を阻害することなく、出力密度を高めることができる。
なお、実施例４および実施例５の事例は、実施例１に記載したロータＲの内外に二つのステータＳ１、Ｓ２を有する二面ギャップ構造の同期モータ１だけでなく、実施例３に記載した側面ステータＳ３を持つ三面ギャップ構造の同期モータ１にも適用できる。

（実施例６）
この実施例６は、本発明の請求項４に相当する同期モータ１の事例であり、図１４に示す様に、一つのステータＳと、このステータＳの内外両側に配置される二つのロータＲ１、Ｒ２と、この二つのロータＲ１、Ｒ２を軸方向の他端側で連結する側面ロータＲ３とを備える。
ステータＳは、図１４に示す様に、軸方向の一端面が保持部材１７を介してモータハウジング２に固定されるステータ鉄心１８と、このステータ鉄心１８に巻装されるステータ巻線１９とを備える。
ステータ鉄心１８には、図１５に示す様に、径方向の内周側および外周側にそれぞれ１極対当たり２ｎ（ｎは相数）個のスロット１８ｓが形成される。
ステータ巻線１９は、ステータ鉄心１８の内周側および外周側に毎極毎相の巻線ピッチを２π／ｎとして集中巻される。

二つのロータＲ１、Ｒ２は、ステータＳの内径側にギャップを有して配置される内ロータＲ１と、ステータＳの外径側にギャップを有して配置される外ロータＲ２であり、図１５に示す様に、両ロータＲ１、Ｒ２とも、ロータ鉄心６に突極６Ａを設けた突極型ロータとして構成される。
側面ロータＲ３は、ステータＳとの対向面に内ロータＲ１および外ロータＲ２と同じく、周方向に複数の突極（図示せず）を有する突極型ロータとして構成される。但し、側面ロータＲ３は、ステータＳとの対向面に突極を設けることなく、単に内ロータＲ１と外ロータＲ２とを連結する機能だけを持たせる構成でも良い。

この実施例６に示す同期モータ１は、ステータ巻線１９が２／３短節巻であるにも関わらず、図６に示した様に、２分布の全節巻のような巻線分布となるため、ロータ磁束の有効利用率を示す巻線係数が上がり、一般的な集中巻と比べてリラクタンストルクが向上する。また、ステータ巻線１９が短節巻であるため、全節巻と比較して巻線抵抗を低減でき、小型高出力化かつ高効率化できる。さらに、ステータＳは、ステータ巻線１９が励磁されて発生する内周側および外周側の磁束が径方向に対向する並列ループを形成するので、互いの磁束が直列ループを形成する場合と比べて磁気抵抗が小さくできる。
また、１ロータ２ステータの構成と比較した場合に、ステータＳの軸長が同じであれば、ステータ巻線１９の巻線長さを短くできるので、銅損を低減できる効果もある。

（実施例７）
この実施例７は、図１６に示す様に、実施例６に記載した突極型ロータＲ１、Ｒ２の凹部６ｃに径方向に着磁した永久磁石１４を配置した事例である。
この実施例７では、永久磁石１４によるマグネットトルクを使いながらも、ロータ鉄心６を介して周方向に磁束が通ることができるため、実施例１で説明した並列ループの形成を阻害することなく、出力密度を高めることができる。

（実施例８）
この実施例８は、図１７に示す様に、ステータＳの内外両側に内ロータＲ１と外ロータＲ２を備え、その内ロータＲ１と外ロータＲ２のうち、少なくとも一方をセグメント構造のロータとする事例である。
図１７では、外ロータＲ２をセグメント構造のロータとし、内ロータＲ１を突極型ロータとして図示しているが、その逆の構成でも良い。あるいは、内ロータＲ１と外ロータＲ２の両方ともセグメント構造のロータとすることもできる。

なお、セグメント構造のロータは、実施例１で説明した様に、セグメント磁極６ａを周方向に配列して構成されるロータ鉄心６を有し、且つ、周方向に隣り合うセグメント磁極６ａ同士の間に周方向に着磁された極間磁石７を配置して構成される。
また、実施例２で説明した様に、セグメント磁極６ａの磁極中央部に形成される凹み６ｂに径方向に着磁した永久磁石１４を配置しても良い。
この実施例８の同期モータ１においても、ステータＳの構成は実施例６と同じであり、従って、実施例６と同様の効果を得ることが可能である。

１ マルチギャップ型同期モータ
Ｒ ロータ（実施例１〜５）
Ｓ１ 内ステータ（実施例１〜５）
Ｓ２ 外ステータ（実施例１〜５）
９ 内ステータ鉄心（実施例１〜５）
９ｓ 内スロット（実施例１〜５）
１０ 内ステータ巻線（実施例１〜５）
１１ 外ステータ鉄心（実施例１〜５）
１１ｓ 外スロット（実施例１〜５）
１２ 外ステータ巻線（実施例１〜５）
Ｓ ステータ（実施例６〜８）
Ｒ１ 内ロータ（実施例６〜８）
Ｒ２ 外ロータ（実施例６〜８）
１８ ステータ鉄心（実施例６〜８）
１８ｓ スロット（実施例６〜８）
１９ ステータ巻線（実施例６〜８）

Claims (6)

1. 径方向の内周側および外周側にそれぞれ磁気的な突極性を持つ円環状のロータ（Ｒ）と、
   このロータ（Ｒ）の内径側にギャップを介して配置される内ステータ鉄心（９）を有し、この内ステータ鉄心（９）に内ステータ巻線（１０）を巻装した内ステータ（Ｓ１）と、
   前記ロータ（Ｒ）の外径側にギャップを介して配置される外ステータ鉄心（１１）を有し、この外ステータ鉄心（１１）に外ステータ巻線（１２）を巻装した外ステータ（Ｓ２）とを備え、
   前記内ステータ巻線（１０）および前記外ステータ巻線（１２）に励磁電流を印加して前記内ステータ（Ｓ１）および前記外ステータ（Ｓ２）に回転磁界を発生させ、その回転磁界に同期して前記ロータ（Ｒ）が回転するマルチギャップ型同期モータ（１）であって、
   前記内ステータ（Ｓ１）と前記外ステータ（Ｓ２）は、それぞれ前記ロータ（Ｒ）の極数と同数の磁極を有すると共に、前記内ステータ巻線（１０）および前記外ステータ巻線（１２）が励磁されて発生する互いの磁束が径方向に対向する並列ループを形成し、
   前記内ステータ鉄心（９）および前記外ステータ鉄心（１１）には、それぞれ１極対当たり２ｎ（ｎは相数）個のスロット（９ｓ、１１ｓ）が形成され、且つ、前記内ステータ巻線（１０）および前記外ステータ巻線（１２）が毎極毎相の巻線ピッチを２π／ｎとして集中巻されていることを特徴とするマルチギャップ型同期モータ。
2. 請求項１に記載したマルチギャップ型同期モータ（１）において、
   前記ロータ（Ｒ）は、軟磁性体から成る複数のセグメント磁極（６ａ）を周方向に配列して構成されるセグメント構造のロータ鉄心（６）と、周方向に隣り合う前記セグメント磁極（６ａ）同士の間に配置されて周方向に着磁された永久磁石（７）とを有し、
   前記セグメント磁極（６ａ）の内周面および外周面には、それぞれ周方向の磁極中央部に凹み（６ｂ）が形成されていることを特徴とするマルチギャップ型同期モータ。
3. 請求項２に記載したマルチギャップ型同期モータ（１）において、
   前記ロータ（Ｒ）は、前記セグメント磁極（６ａ）の内周面および外周面に形成された前記凹み（６ｂ）に配置されて径方向に着磁された永久磁石（１４）を有することを特徴とするマルチギャップ型同期モータ。
4. 径方向の内周側および外周側にそれぞれ複数のスロット（１８ｓ）が周方向等ピッチに形成された円環状のステータ鉄心（１８）を有し、このステータ鉄心（１８）の内周側および外周側に前記スロット（１８ｓ）を介してステータ巻線（１９）を巻装したステータ（Ｓ）と、
   このステータ（Ｓ）の内径側にギャップを有して回転可能に配置され、前記ステータ（Ｓ）に対向する外周側に磁気的な突極性を持つ内ロータ（Ｒ１）と、
   前記ステータ（Ｓ）の外径側にギャップを有して回転可能に配置され、前記ステータ（Ｓ）に対向する内周側に磁気的な突極性を持つ外ロータ（Ｒ２）とを備え、
   前記ステータ巻線（１９）に励磁電流を印加して前記ステータ（Ｓ）に回転磁界を発生させ、その回転磁界に同期して前記内ロータ（Ｒ１）および前記外ロータ（Ｒ２）が一体に回転するマルチギャップ型同期モータ（１）であって、
   前記内ロータ（Ｒ１）と前記外ロータ（Ｒ２）は、互いの極数が同数であり、
   前記ステータ（Ｓ）は、内周側および外周側に前記内ロータ（Ｒ１）および前記外ロータ（Ｒ２）の極数と同数の磁極を有すると共に、前記ステータ巻線（１９）が励磁されて発生する内周側の磁束と外周側の磁束が径方向に対向する並列ループを形成し、
   前記ステータ鉄心（１８）の内周側および外周側には、それぞれ１極対当たり２ｎ（ｎは相数）個の前記スロット（１８ｓ）が形成され、且つ、前記ステータ巻線（１９）が毎極毎相の巻線ピッチを２π／ｎとして集中巻されていることを特徴とするマルチギャップ型同期モータ。
5. 請求項４に記載したマルチギャップ型同期モータ（１）において、
   前記内ロータ（Ｒ１）と前記外ロータ（Ｒ２）の少なくとも一方は、軟磁性体から成る複数のセグメント磁極（６ａ）を周方向に配列して構成されるセグメント構造のロータ鉄心（６）と、周方向に隣り合う前記セグメント磁極（６ａ）同士の間に配置されて周方向に着磁された永久磁石（７）とを有し、
   前記ステータ（Ｓ）と径方向に対向する前記セグメント磁極（６ａ）の対向面には、周方向の磁極中央部に凹み（６ｂ）が形成されていることを特徴とするマルチギャップ型同期モータ。
6. 請求項５に記載したマルチギャップ型同期モータ（１）において、
   前記ロータ鉄心（６）がセグメント構造を有する前記内ロータ（Ｒ１）と前記外ロータ（Ｒ２）の少なくとも一方は、前記セグメント磁極（６ａ）の対向面に形成された前記凹み（６ｂ）に配置されて径方向に着磁された永久磁石（１４）を有することを特徴とするマルチギャップ型同期モータ。

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