JP2022007980A - アキシャルギャップモータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁石を用いないことによりコイルに逆起電力が生じないようにすることが可能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１では、ロータ３は、ロータ台座３１の周方向に沿って固定された複数のロータコア３２を備え、ステータ４は、ステータ台座４１の周方向に沿って固定された複数のステータコア４２と、ステータコア４２に巻回されたコイル４３とを備え、ロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂと、ステータコア４２の分割面３２ａおよび３２ｂとは、互いに露出した状態で対向するように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、回転シャフトに固定されたロータと、回転シャフトの軸方向においてロータとギャップをあけて対向配置されたステータと、を備えたアキシャルギャップモータに関する。

従来、回転シャフトに固定されたロータと、回転シャフトの軸方向においてロータとギャップをあけて対向配置されたステータと、を備えたアキシャルギャップモータが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、回転軸（回転シャフト）に固定されたロータと、回転軸の軸方向においてロータを挟むようにロータとギャップをあけて配置されたステータと、を備えたアキシャルギャップモータが記載されている。ロータは、ロータフレーム（ロータ台座）と、ロータフレームの周方向に沿って固定された複数の磁石片と、を含んでいる。ステータは、周方向に沿って配置された複数のカットコア（ステータコア）と、カットコアに導線が巻回されてなるコイルと、を含んでいる。カットコアは、帯状の磁性材料を複数周巻回してなる巻コアを分割することによって形成されている。各ステータのカットコアは、カットコアの分割面がロータの磁石片にギャップをあけて対向するように配置されている。

特開２０１８－３３２８１号公報

しかしながら、上記特許文献１のアキシャルギャップモータでは、２つのステータのステータコア同士の間をロータの磁石片が通過する。このとき、ロータが高速で回転すると、磁石の移動によりステータのコイルに逆起電力が生じ、高速回転時の電力消費が多くなる。また、このような磁石の材料には、希少な希土類元素が使用されるため、磁石を用いないことが望ましい。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、磁石を用いないことによりコイルに逆起電力が生じないようにすることが可能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。

本発明に係るアキシャルギャップモータは、回転シャフトに固定されたロータと、前記回転シャフトの軸方向において前記ロータとギャップをあけて対向配置されたステータと、を備えるアキシャルギャップモータであって、前記ロータは、非磁性材料からなるロータ台座と、前記ロータ台座の周方向に沿って固定された複数のロータコアとを備え、前記ステータは、非磁性材料からなるステータ台座と、前記ステータ台座の周方向に沿って固定された複数のステータコアと、前記ステータコアに巻回されたコイルとを備えており、前記ロータコアと前記ステータコアは、２つの端面が同じ方向を向くように湾曲した軟磁性材料からなるコアであり、前記ロータコアの前記２つの端面と、前記ステータコアの前記２つの端面とは、互いに露出した状態で対向するように配置されている。

本発明のアキシャルギャップモータによれば、前記ロータコアの前記２つの端面と、前記ステータコアの前記２つの端面とは、互いに露出した状態で対向するように配置されている。これにより、ステータコアに巻回されたコイルに通電することによりステータコアに磁束が生じる。所定のステータコアに磁束を生じさせることにより、その磁束によりロータコアが前記所定のステータコアに対向する位置に引き寄せられてロータコアが所定角度だけ回転する。次に、前記所定のステータコアのコイルの通電を停止して、隣のステータコアに磁束を生じさせることにより、その磁束によりロータコアが前記隣のステータコアに対向する位置に引き寄せられてロータコアが所定角度だけさらに回転する。これを繰り返すことによって、ロータが連続的に回転する。このアキシャルギャップモータでは、磁石（永久磁石）を用いないため、ロータが高速で回転した場合であっても、ステータのコイルに逆起電力が生じないので、高速回転時の電力消費が多くなるのを抑制することができる。

具体的には、例えばハイブリッド自動車の駆動モータとして、磁石を有する通常のＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータ等を用いた場合には、エンジン主体で高速走行する場合、エンジンの出力シャフトに連結されたモータのロータが、出力シャフトの回転に伴い回転することによって、ロータの磁石が回転するため、磁石による磁界によりコイルに逆起電力が発生する。このため、エンジントルクに対して逆向きの力（負荷）がロータに発生するので、必要なトルクを確保するためには燃料の消費が多くなり、燃費が低下してしまう。そこで、磁石と同期（対向）したステータの位置でコイルに電流を流すことによって、磁石による磁界に対抗する（逆向きの）磁界を生じさせる（所謂、弱め界磁を行う）。これにより、磁石の回転に起因する逆起電力が低減するので、燃費の低下を抑えることができる。このとき、弱め界磁を行うためにコイルに電流を流すので、電力消費が多くなる。以上のように、ハイブリッド自動車として、磁石を有する通常のＩＰＭモータ等を用いた場合には、高速走行時に、燃費が低下したり、電力消費が多くなったりするという課題が発生する。その一方、本発明のアキシャルギャップモータでは、磁石（永久磁石）を用いないため、磁石に起因する逆起電力が発生しない。このため、エンジントルクに対して逆向きの力（負荷）がロータに発生しないので、燃費が低下しない。また、磁石に起因する逆起電力が発生しないため、弱め界磁を行う必要がなく、弱め界磁を行うための電力消費を無くすことができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記アキシャルギャップモータは、前記ロータと前記ステータをそれぞれ２組有しており、前記回転シャフトの軸方向において、２つの前記ロータは２つの前記ステータの間に配置されており、前記２つのロータのロータコアの端面とは反対側の部分同士が固定されている。このように構成すれば、ステータコアにロータコアが引き寄せられる際に、一方のロータが一方のステータに引き寄せられる力と、他方のロータが他方のステータに引き寄せされる力とが打ち消し合うように作用するので、ロータ台座が撓んでロータとステータとが接触するのを抑制することができる。また、ロータとステータを１つずつ設ける場合に比べて、モータサイズに対する出力トルクを向上させることができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記複数のロータコアは、前記ロータ台座の周方向に沿って複数列を成して固定されており、前記複数のステータコアは、前記ステータ台座の周方向に沿って複数列を成して固定されている。このように構成すれば、ロータコアおよびステータコアの数を容易に増加させることができ、モータサイズに対する出力トルクをより向上させることができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記ロータコアと前記ステータコアは、帯状の軟磁性材料を複数周巻回してなる巻回体を前記巻回体の周方向と交差する方向で分割することによって、前記２つの端面が形成されたコアであり、前記帯状の軟磁性材料は、結晶方位が長手方向に揃えられた方向性電磁鋼板からなる。方向性電磁鋼板の飽和磁束密度は、無方向性電磁鋼板の飽和磁束密度に比べて高いので、方向性電磁鋼板からなるロータコアおよびステータコアを用いることによって、無方向性電磁鋼板からなるロータコアおよびステータコアを用いる場合に比べて、アキシャルギャップモータの出力トルクを高くすることができる。

なお、本明細書および特許請求の範囲において、方向性電磁鋼板とは、結晶方位が特定の方向（圧延方向）に揃えられ、その方向に磁化容易軸を有する電磁鋼板のことを言う。また、帯状の軟磁性材料の幅方向は短手方向であり、帯状の軟磁性材料の延びる方向が長手方向である。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記回転シャフトには、前記ロータ台座に固定されるロータ固定部が形成されており、前記ステータ台座には、前記回転シャフトが挿入される挿入穴が形成されており、前記ロータ固定部の直径は、前記ステータ台座の挿入穴の内径よりも大きい。ステータコアにロータコアが引き寄せられる際に、ステータにはロータに引き寄せられる力が生じるが、上記アキシャルギャップモータでは、ロータ固定部の直径は、ステータ台座の挿入穴の内径よりも大きいので、ステータは、ロータ固定部の端面に当接してロータ側への移動が規制される。このため、ステータ台座の内周部がロータ側に撓んでステータとロータとが接触するのを抑制することができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記回転シャフトを回転可能に軸支するとともに、前記ロータおよび前記ステータを密閉した状態で収容するケースをさらに備え、前記ケース内は、前記ステータ台座によって前記回転シャフトの軸方向に、前記ロータが配置される第１領域と、前記コイルが配置される第２領域と、に区画されており、前記ケースには、冷却液が前記第２領域を流通するように、冷却液流入口および冷却液流出口が設けられている。このように構成すれば、第２領域を冷却液が流通する際に、通電時に発熱するコイルが冷却液により冷却されるため、アキシャルギャップモータが高温になるのを抑制することができる。また、ロータが配置される第１領域には、冷却液を流通させないので、冷却液がロータの回転負荷となってロータの回転を阻害するのを防止することができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記ステータコアは、互いに対向配置されるとともに前記２つの端面にそれぞれ連続して設けられる一対の内側面を有し、前記ロータコアの前記端面と前記ステータコアの前記端面との間の距離をＬｇ、前記ロータコアの前記端面の面積をＳｒ、前記ステータコアの前記一対の内側面同士の間の距離をＷｓｃ、前記ステータコアの前記内側面の面積をＳｓとした場合、Ｗｓｃ／（２*Ｌｇ）≧２０、Ｓｒ／Ｓｓ≧０．２を満たす。このように構成すれば、後述するように、無方向性電磁鋼板からなるロータコアおよびステータコアを用いて、磁束漏れのない理想的なアキシャルギャップモータを構成したと仮定した場合の出力トルクに比べて、大きい出力トルクを得ることができる。このため、無方向性電磁鋼板からなるロータコアおよびステータコアを用いる場合に比べて、出力トルクを確実に大きくすることができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記アキシャルギャップモータは、前記回転シャフトの軸方向に積み重ねられた前記ステータ及び前記ロータを２組以上有しており、ステップ角をεとしたときに、初期位置において、ｎ組目の前記ロータコアに対してｎ+１組目の前記ロータコアがε／（ｎ+１）の角度、ｎ組目の前記ステータコアに対してｎ+１組目の前記ステータコアがε／（ｎ+１）の角度でそれぞれ前記回転シャフトを中心に回転した位置に配置されている。このようにすれば、トルクリップルを低減することができ、アキシャルギャップモータの回転駆動がより滑らかになる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記ステータコアの数をＮｓとしたときに、前記ロータコアは、該ロータコアの湾曲の曲率中心軸及び該ロータコアの幅方向の中心軸の交点を中心とし、前記ロータ台座の径方向に対して前記ロータの回転方向に３６０°／Ｎｓの角度で傾いた状態で配置されている。このようにすれば、トルクリップルを低減することができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記ロータコアは、該ロータコアの幅方向において非対称な構造を有する。このようにすれば、通電切り換え時の初期トルクを高めることができるとともに、トルクリップルを低減することができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記ロータコアは、該ロータコアの湾曲の曲率中心軸側に配置されるとともに前記ロータの回転方向に突出する中央幅広部と、該ロータコアの湾曲の曲率中心軸とは反対側に配置された端部幅狭部とを有する。このようにすれば、通電切り換え時の初期トルクを高めることができるとともに、トルクリップルを低減することができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記ロータコアに用いられる軟磁性材料は、前記中央幅広部と前記端部幅狭部とで異なっている。このようにすれば、アキシャルギャップモータの用途に合わせて、ロータコアの中央幅広部と端部幅狭部で異なる軟磁性材料を使い分けることにより、高回転且つ低損失型、低速且つ高トルク型、又は低コスト型等のアキシャルギャップモータを提供することができるので、アキシャルギャップモータのバリエーションを増やすことができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記ステータコアは、一定の幅を呈しており、該ステータコアの湾曲の曲率中心軸側に配置されるとともに前記ロータコアの前記中央幅広部と同じ材料により形成された中央コア部と、該ステータコアの湾曲の曲率中心軸とは反対側に配置されるとともに前記ロータコアの前記端部幅狭部と同じ材料により形成された端部コア部とを有する。このようにすれば、アキシャルギャップモータの用途に合わせて、ステータコアの中央コア部及び端部コア部にも異なる軟磁性材料を使い分けることにより、高回転且つ低損失型、低速且つ高トルク型、又は低コスト型等のアキシャルギャップモータを提供することができるので、アキシャルギャップモータのバリエーションを増やすことができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記ロータコアと前記ステータコアは、複数種類の帯状の軟磁性材料を隣接する軟磁性材料同士が異なるように湾曲させて積層することにより形成されている。このようにすれば、アキシャルギャップモータの用途に合わせて、ロータコア及びステータコアにそれぞれ異なる軟磁性材料を使い分けることにより、高回転且つ低損失型、低速且つ高トルク型、又は低コスト型等の多層構造を有するアキシャルギャップモータを提供することができるので、アキシャルギャップモータのバリエーションを増やすことができる。

上記アキシャルギャップモータにおいて、好ましくは、前記アキシャルギャップモータは、前記回転シャフトの軸方向に積み重ねられた前記ステータ及び前記ロータを２組以上有しており、前記ステータコアと前記ロータコアは、同極数であって且つそれぞれの幅方向がそれぞれの台座の径方向と平行になるように配置されており、前記ステータコアの数をＮｓ、ステップ角をεとしたときに、各組のステップ角εをε＝３６０°／（３Ｎｓ）ずつ回転させるように各組の通電が切り換えられる。このようにすれば、ステータコアとロータコアをそれぞれの幅方向がそれぞれの台座の周方向と平行になるように配置する場合と比べて、トルク平均半径及び回転に必要なコア幅を大きくすることができるので、トルクを更に高めることができる。

本発明によれば、磁石を用いないことによりコイルに逆起電力が生じないようにすることが可能なアキシャルギャップモータを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップモータの全体構成を示す概略断面図である。 図１のＡ－Ａ線に沿った、ロータの構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップモータのロータコアおよびステータコアの製造方法を説明するための斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップモータのロータコアおよびステータコア周辺の構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップモータのロータコア同士の固定方法を説明するための側面図である。 本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップモータのロータコア同士の固定方法を説明するための側面図である。 図１のＢ－Ｂ線に沿った、ステータの構造を示す断面図である。 本発明の第１変形例のアキシャルギャップモータの構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップモータのステータコアに対するコイルの取付方法を説明するための断面図である。 本発明の第２変形例のアキシャルギャップモータの構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップモータのロータ台座とステータ台座との間のギャップの設定方法を説明するための断面図である。 ロータコアおよびステータコアに方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板を用いるとともに、ロータコアとステータコアとの間のギャップを変化させたときにおける、磁界の強さと磁束密度との関係を示す図である。 ロータコアの数とステータコアの数との組み合わせの一例を説明するための概略図である。 ロータコアの数とステータコアの数との組み合わせの一例を説明するための概略図である。 本発明の第２実施形態に係るアキシャルギャップモータの全体構成を示す概略断面図である。 図１５のＣ－Ｃ線に沿った、ロータの構造を示す断面図である。 図１５のＤ－Ｄ線に沿った、ステータの構造を示す断面図である。 本発明の第３変形例のステータコアに対するコイルの取付方法を説明するための断面図である。 本発明の第４変形例のステータコアに対するコイルの取付方法を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態に係るアキシャルギャップモータの全体構成および冷却用のポンプ等を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係るアキシャルギャップモータのステータコアおよびロータコア周辺の構造を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係るアキシャルギャップモータのステータコアおよびロータコアの構造を示す斜視図である。 Ｋ（＝Ｒｍ２／Ｒｍ１）とトルク比Ｔｒとの関係を示す図である。 ロータコアおよびステータコアに方向性電磁鋼板および無方向性電磁鋼板を用いた場合における、磁界の強さと磁束密度との関係を示す図である。 Ｗｓｃ／（２*Ｌｇ）とトルク比Ｔｒとの関係を示す図である。 Ｔｓｃ／（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）とトルク比Ｔｒとの関係を示す図である。 本発明の第５実施形態に係るアキシャルギャップモータのステータを示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係るアキシャルギャップモータのロータを示す断面図である。 本発明の第６実施形態に係るアキシャルギャップモータのステータを示す断面図である。 本発明の第６実施形態に係るアキシャルギャップモータのロータを示す断 本発明の第７実施形態に係るアキシャルギャップモータの構成を示す概略断面図である。 本発明の第８実施形態に係るアキシャルギャップモータのステータを示す断面図である。 本発明の第８実施形態に係るアキシャルギャップモータのロータを示す断面図である。 ロータコアとステータコアとの配置状態を示す部分断面図である。 本発明の第９実施形態に係るアキシャルギャップモータのステータ及びロータを示す断面図である。 本発明の第９実施形態に係るアキシャルギャップモータのロータコアの製造方法を説明するための斜視図である。 ロータコアが傾斜した場合を示す断面図である。 ロータコアの製造方法を説明するための斜視図である。 本発明の第１０実施形態に係るアキシャルギャップモータのステータコア及びロータコアを示す斜視図である。 本発明の第１１実施形態に係るアキシャルギャップモータのステータコア及びロータコアを示す斜視図である。 本発明の第１２実施形態に係るアキシャルギャップモータのステータコア及びロータコアを示す斜視図である。 本発明の第１２実施形態に係るアキシャルギャップモータのロータコア及びステータコアの製造方法を説明するための斜視図である。 本発明の第１３実施形態に係るアキシャルギャップモータの構成を示す概略断面図である。 本発明の第１３実施形態に係るアキシャルギャップモータの通電を説明するための断面図である。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップモータ１の全体構成を示す概略断面図である。

アキシャルギャップモータ１は図１に示すように、例えば金属製の回転シャフト２と、回転シャフト２に固定されたロータ３と、回転シャフト２の軸方向においてロータ３とギャップをあけて対向配置されるステータ４と、これらを密閉した状態で収容するケース５とによって構成されている。ここでは、２つのロータ３が２つのステータ４に挟まれるように配置されており、ロータ３およびステータ４が軸方向に対称に形成されている例について説明する。

ケース５は、円筒状の側面部５１と、側面部５１の両端開口を塞ぐ円板状の一対の蓋部５２とを含んでいる。各蓋部５２の中心部には、回転シャフト２を回転可能に支持する軸受部材５３が取り付けられている。ケース５の材質は特に限定されるものではないが、機械的強度および放熱性の観点から金属製であることが好ましい。

回転シャフト２は、ケース５内において軸方向中央部に配置される大径部（ロータ固定部）２１と、大径部２１に対して軸方向両側に配置され大径部２１よりも小さい直径を有する一対の中径部２２と、中径部２２に対して軸方向両側に配置され中径部２２よりも小さい直径を有する一対の小径部２３とを含んでいる。小径部２３は、軸受部材５３に回転可能に軸支されている。

後述するように、大径部２１は、ロータ台座３１の挿入穴３１ａに固定される。大径部２１の直径は、後述するステータ台座４１の挿入穴４１ａの内径よりも大きく形成されている。そして、大径部２１と中径部２２との間には、段差部が形成されている。

ロータ３は、図１および図２に示すように、非磁性材料からなる円板状のロータ台座３１と、ロータ台座３１の周方向に沿って固定された複数（ここでは１６個）のロータコア３２とによって構成されている。ここでは、ロータ３は２つ設けられているため、アキシャルギャップモータ１のロータ極数は３２極となっている。

ロータ台座３１の材質は、非磁性材料であれば特に限定されるものではなく、金属や樹脂を用いることができるが、機械的強度の観点から例えば非磁性のステンレス鋼を用いることができる。ロータ台座３１の中心部には、回転シャフト２の大径部２１が挿入されて固定される挿入穴３１ａが形成されている。また、ロータ台座３１は、回転シャフト２と一体となって回転するように構成されている。この場合、例えば、挿入穴３１ａの内周面と回転シャフト２の大径部２１の外周面とにキー溝を形成するとともに、このキー溝にキーを嵌入することによってロータ台座３１を回転シャフト２に固定してもよいし、ロータ台座３１の挿入穴３１ａに回転シャフト２の大径部２１を圧入して固定してもよい。ロータ台座３１の外周部には、厚み方向に貫通しロータコア３２の端部が埋め込まれる貫通穴３１ｂが複数形成されている。貫通穴３１ｂは、１つのロータコア３２に対して、ロータ台座３１の径方向に隣接して一対設けられている。一対の貫通穴３１ｂは、挿入穴３１ａ（回転シャフト２）を中心として等角度ピッチで形成されており、ここでは２２．５°ピッチで１６対形成されている。なお、ロータ台座３１の外周縁は、ケース５の側面部５１の内面から所定の隙間を有するように形成されている。

ロータコア３２の材質は、軟磁性材料であれば特に限定されるものではなく、例えば方向性または無方向性の電磁鋼板、鉄系軟磁性アモルファス、コバルト系軟磁性アモルファス、ナノ結晶軟磁性材料、鉄－コバルト系のパーメンジュール材などを用いることができるが、方向性電磁鋼板を用いることが好ましい。ロータコア３２は、Ｕ字状に形成されたカットコアからなる。ロータコア３２は、図３に示すように、帯状の軟磁性材料（方向性電磁鋼板）を複数周巻回してなる巻回体３ａを周方向（矢印Ｏ方向）と交差する方向で分割することによって形成されている。なお、図３の符号Ｌは、巻回体３ａの分割位置を示している。

ロータコア３２は、図４に示すように、２つの分割面（端面）３２ａおよび３２ｂを有する。２つの分割面３２ａおよび３２ｂは、同じ方向を向くように形成されており、ここでは同一平面上に形成されている。ロータコア３２は、分割面３２ａおよび３２ｂがロータ台座３１の貫通穴３１ｂに入り込むように配置されている。ロータコア３２は、ロータ台座３１の貫通穴３１ｂに埋め込まれた状態で、ロータ台座３１のステータ４側の面と面一になるように配置されている。本実施形態では、ロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂと、ステータコア４２の後述する分割面４２ａおよび４２ｂとは、互いに露出した状態で対向するように配置されている。また、本実施形態では、ロータコア３２に用いられる方向性電磁鋼板は、長手方向（圧延方向）に結晶方位が揃えられ、その方向に磁化容易軸を有するため、ロータコア３２は後述するように優れた磁気特性を有する。

そして、ロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂが後述するステータコア４２の分割面４２ａおよび４２ｂに対向した状態では、ステータコア４２の分割面４２ａまたは４２ｂから出る磁束は、ロータコア３２の分割面３２ａまたは３２ｂに入り、ロータコア３２内を通過した後、分割面３２ｂまたは３２ａから出てステータコア４２の分割面４２ｂまたは４２ａに入る。

また、各ロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂは、ロータ台座３１の径方向に配列されている。本実施形態では、ロータコア３２の巻幅方向（帯の幅方向）がロータ台座３１の周方向と平行に、言い換えると、ロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂにおける帯状の軟磁性材料の積層方向がロータ台座３１の径方向と平行に、なっている。

ここで、本実施形態では、図１に示すように、ロータ３は２つ設けられており、各ロータ３のロータコア３２同士が対向するように配置されている。そして、ロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂとは反対側の部分３２ｃ（ロータコア３２同士が対向している部分。以下、背面部３２ｃともいう）同士は固定されている。これにより、２つのロータ３間において、ロータコア３２は同じ角度位置に（すなわち、位相差が生じないように）配置されている。

ロータコア３２同士を固定する方法は、特に限定されるものではないが、例えば図５に示すように、ロータコア３２の背面部３２ｃ同士を溶接して固定してもよいし、接着剤を用いて接着して固定してもよい（図５の符号３４は溶接部または接着剤を示す）。また、図６に示すように、ロータコア３２をロータ台座３１に取り付ける前の状態において、２つのロータコア３２の背面部３２ｃの内面３２ｄを覆うように樹脂製のベルト３５を巻き付けることによって、２つのロータコア３２同士を固定してもよい。なお、ベルト３５として金属製のベルトを用いてもよいが、金属製のベルトはそれ自身に渦電流が発生したり、ロータ台座３１の周方向に隣接するベルト同士が接触して導通したりする可能性があるため、樹脂製のベルトを用いることが好ましい。このように、２つのロータ３のロータコア３２同士が固定されているので、ステータコア４２にロータコア３２が引き寄せられる際に、一方のロータ３が一方のステータ４に引き寄せられる軸方向の力と、他方のロータ３が他方のステータ４に引き寄せされる軸方向の力とが打ち消し合うように作用するので、ロータ台座３１が撓んでロータ３とステータ４とが接触するのを抑制することができる。

ステータ４は、図１および図７に示すように、非磁性材料からなる円板状のステータ台座４１と、ステータ台座４１の周方向に沿って固定された複数（ここでは２４個）のステータコア４２と、ステータコア４２に巻回されたコイル４３とによって構成されている。ここでは、ステータ４は２つ設けられているため、アキシャルギャップモータ１のステータ極数は４８極となっている。なお、本実施形態では、２つのステータ４間において、ステータコア４２は同じ角度位置に（すなわち、位相差が生じないように）配置されている。

ステータ台座４１の材質は、非磁性材料であれば特に限定されるものではないが、機械的強度の観点から例えば、非磁性のステンレス鋼を用いることができる。ステータ台座４１の中心部には、回転シャフト２の中径部２２が挿入される挿入穴４１ａが形成されている。なお、ステータ台座４１の挿入穴４１ａの内面は、回転シャフト２の中径部２２から所定の隙間を有するように形成されている。また、ステータ台座４１の挿入穴４１ａの内径Ｄ１は、回転シャフト２の大径部２１の外径Ｄ２よりも小さく形成されている。ステータコア４２にロータコア３２が引き寄せられる際に、ステータ４にはロータ３に引き寄せされる力が生じるが、ステータ台座４１の中心部のロータ３側への移動が大径部２１の端面２１ａによって規制されるため、ステータ台座４１の内周部がロータ台座３１側に撓んでロータ台座３１に接触するのを防止することができる。

ステータ台座４１の外周部には、厚み方向に貫通しステータコア４２の端部が嵌めこまれる貫通穴４１ｂが複数形成されている。貫通穴４１ｂは、１つのステータコア４２に対して、ステータ台座４１の径方向に隣接して一対設けられている。一対の貫通穴４１ｂは、挿入穴４１ａ（回転シャフト２）を中心として等角度ピッチで形成されており、ここでは１５°ピッチで２４対形成されている。ステータ台座４１の外周縁は、ケース５の側面部５１の内面に固定されている。また、ステータ台座４１は、ケース５に対して回転しないように構成されている。この場合、例えば、ステータ台座４１の外周縁とケース５の側面部５１の内周面とにキー溝を形成するとともに、このキー溝にキーを嵌入することによってステータ台座４１をケース５に固定してもよいし、ステータ台座４１の外周縁をケース５の側面部５１の内周面に圧入して固定してもよい。

なお、図８に示す第１変形例のように、ケース５の側面部５１に、ステータ台座４１がロータ３側に移動するのを規制する規制突部５１ａを、回転シャフト２側に突出するように設けてもよい。このように構成すれば、ステータコア４２にロータコア３２が引き寄せられる際に、ステータ４にはロータ３に引き寄せされる力が生じるが、ステータ台座４１の外周部は規制突部５１ａの端面５１ｂに当接してロータ台座３１側への移動が規制される。これにより、ステータ台座４１の外周部がロータ台座３１側に撓んでロータ台座３１に接触するのを防止することができる。

ステータコア４２の材質は、軟磁性材料であれば特に限定されるものではなく、例えば方向性または無方向性の電磁鋼板、鉄系軟磁性アモルファス、コバルト系軟磁性アモルファス、ナノ結晶軟磁性材料、鉄－コバルト系のパーメンジュール材などを用いることができるが、方向性電磁鋼板を用いることが好ましい。ステータコア４２は、Ｕ字状に形成されたカットコアからなる。ステータコア４２は、図３に示すように、帯状の軟磁性材料（方向性電磁鋼板）を複数周巻回してなる巻回体３ａを周方向（矢印Ｏ方向）と交差する方向で分割することによって形成されている。このとき、１つの巻回体３ａから２つのステータコア４２（またはロータコア３２）を形成してもよいし、１つの巻回体３ａからステータコア４２およびロータコア３２を１つずつ形成してもよい。本実施形態では、ロータコア３２およびステータコア４２は、帯状の軟磁性材料を複数周巻回してなる巻回体３ａを分割することによって形成するため、ラジアルギャップモータの製造時に一般的に採用されているようにシート状の電磁鋼板を打ち抜くことによってコアを形成する場合に比べて、歩留まりを非常に向上させることができる。

なお、ロータコア３２およびステータコア４２の形成方法は、上述した方法に限定されない。例えば、帯状の軟磁性材料をＵ字状に湾曲させて複数枚積層することによってコアを形成してもよい。また、帯状の軟磁性材料を積層するのではなく、例えば焼結や鋳造などの他の方法によってコアを形成してもよい。

ステータコア４２は、図４に示すように、同じ方向を向く２つの分割面（端面）４２ａおよび４２ｂを有する。ステータコア４２は、分割面４２ａおよび４２ｂがステータ台座４１のロータ３側の面と面一になるように、貫通穴４１ｂに挿入固定されている。また、本実施形態では、ステータコア４２は、方向性電磁鋼板によって形成されているため、後述するように優れた磁気特性を有する。

また、各ステータコア４２の分割面４２ａおよび４２ｂは、ステータ台座４１の径方向に配列されている。本実施形態では、ステータコア４２の巻幅方向（帯の幅方向）がステータ台座４１の周方向と平行に、言い換えると、ステータコア４２の分割面４２ａおよび４２ｂにおける帯状の軟磁性材料の積層方向がステータ台座４１の径方向と平行に、なっている。

また、図１に示すように、ステータコア４２のロータコア３２とは反対側の部分（以下、背面部ともいう）４２ｃは、蓋部５２の内面に固定される。ステータコア４２を蓋部５２に固定する方法は特に限定されるものではないが、例えば溶接により固定してもよいし、接着剤を用いて固定してもよい（図１の符号４４は溶接部または接着剤を示す）。

コイル４３は、導線を複数周巻回して形成される。コイル４３の中央部には、ステータコア４２が挿入される挿入穴が形成されている。ステータ４を組み立てる場合、図９に示すように、直列に接続された２つのコイル４３を並べて配置し、コイル４３の挿入穴にステータコア４２の両端部を挿入する。そして、コイル４３が取り付けられたステータコア４２をステータ台座４１の貫通穴４１ｂに挿入することによって、ステータ４が組み立てられる。このため、ラジアルギャップモータのように複数枚積層したステータコアに導線を巻回してコイルを形成する場合に比べて、ステータ４を容易に製造することができる。なお、コイル４３の挿入穴にステータコア４２を挿入する際に、コイル４３を樹脂製のケース内に収容したりコイル４３の表面を絶縁紙で覆ったりした状態で、ステータコア４２を挿入してもよい。なお、図９の符号Ｃは、樹脂製のケースまたは絶縁紙を示している。このように構成すれば、組立作業性が向上するとともに、隣接するコイル４３間で電気が導通するのを防止することができる。また、コイル４３は、例えば集中巻きとすることができるが、分布巻きであってもよい。

各コイル４３に、例えば矩形波の電流を所定のタイミングで通電すると、ステータコア４２内に磁束が発生し、この磁束に対してロータ３のロータコア３２が吸引されることによって、ロータ３が回転する。具体的には、所定のステータコア４２に巻回されたコイル４３に通電することにより、所定のステータコア４２に磁束が生じ、その磁束によりロータコア３２が所定のステータコア４２に対向する位置に引き寄せられてロータコア３２が所定角度だけ回転する。次に、所定のステータコア４２のコイル４３の通電を停止して、隣のステータコア４２のコイル４３に通電することにより、隣のステータコア４２に磁束を生じさせる。これにより、隣のステータコア４２の磁束によりロータコア３２が隣のステータコア４２に対向する位置に引き寄せられてロータコア３２が所定角度だけさらに回転する。これを繰り返すことによって、ロータ３が連続的に回転する。

ここでは、ロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂがロータ台座３１のステータ４側の面と面一になるように配置され、ステータコア４２の分割面４２ａおよび４２ｂがステータ台座４１のロータ３側の面と面一になるように構成する例について示したが、例えば図１０に示した第２変形例の構成を採用してもよい。具体的には、ロータ台座３１の貫通穴３１ｂのステータ４側の部分に、貫通穴３１ｂの内側に突出する突部３１ｃを設けてもよい。このように構成すれば、ロータコア３２の寸法誤差等に起因してロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂがロータ台座３１から突出するのを、突部３１ｃによって防止することができるので、ロータコア３２がステータコア４２に接触するのを防止することができる。同様に、ステータ台座４１の貫通穴４１ｂのロータ３側の部分に、貫通穴４１ｂの内側に突出する突部４１ｃを設けてもよい。このように構成すれば、ステータコア４２の寸法誤差等に起因してステータコア４２の分割面４２ａおよび４２ｂがステータ台座４１から突出するのを、突部４１ｃによって防止することができるので、ステータコア４２がロータコア３２に接触するのを防止することができる。

次に、図１１を参照して、ロータ台座３１とステータ台座４１との間のギャップＸｇの設定方法について簡単に説明する。図１１に示すように、大径部２１の軸方向長さをＸＬ、ロータ台座３１とステータ台座４１との間（ここでは、ロータコア３２とステータコア４２との間）のギャップをＸｇ、ロータ台座３１の厚みをＸｒ、２つのロータ台座３１同士の間の距離をＸｃｏとすると、ＸＬ＝２・Ｘｇ＋２・Ｘｒ＋Ｘｃｏであるから、この式を満たすように、所定のＸｒおよびＸｃｏに対してＸＬを設定することによって、所望の大きさのＸｇとすることができる。

次に、ロータコア３２およびステータコア４２を方向性電磁鋼板を用いて形成することによる効果について簡単に説明する。

図１２は、ロータコア３２およびステータコア４２に方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板を用いるとともに、ロータコア３２とステータコア４２との間のギャップを０．７ｍｍまたは０ｍｍにしたときにおける、磁界の強さと磁束密度との関係を示す図である。図１２に示すように、ロータコア３２とステータコア４２との間のギャップを０．７ｍｍとした場合で比較すると、方向性電磁鋼板を用いたものは無方向性電磁鋼板を用いたものに比べて、磁束密度が飽和する（このとき、出力トルクも飽和する）ときの磁界の強さは１／２以下である。磁界の強さはコイル４３に通電する電流の大きさに比例するので、方向性電磁鋼板を用いたものは、無方向性電磁鋼板を用いたものに比べて、飽和磁束密度における銅損を１／４以下に抑えることができる。なお、図１２のギャップが０．７ｍｍの場合と０ｍｍの場合とを比較すると、ギャップが小さくなるにしたがって、銅損をより低減することができることが分かる。

次に、ロータコア３２の数とステータコア４２の数との組み合わせの一例について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、ロータコア３２の数とステータコア４２の数との比率が３倍を超えない範囲で説明する。ロータコア３２の数をＮｒ、ステータコア４２の数をＮｓ、ステップ角をεとする。このとき、回転シャフト２周りのロータコア３２同士のピッチ（以下、ロータ間角度という）は、θｒ（＝３６０°／Ｎｒ）となり、回転シャフト２周りのステータコア４２同士のピッチ（以下、ステータ間角度という）は、θｓ（＝３６０°／Ｎｓ）となる。なお、ステップ角とは、コイル４３に入力される矩形波の電流の１パルス当たりの回転シャフト２の回転角のことをいう。また、回転シャフト２周りのロータコア３２同士（またはステータコア４２同士）のピッチとは、回転シャフト２を中心とするロータコア３２（またはステータコア４２）の角度のピッチのことをいい、３６０°をロータコア３２の数（またはステータコア４２の数）で除した値である。

ステータコア４２の数Ｎｓがロータコア３２の数Ｎｒよりも多い場合、図１３に示すように、ステップ角εは、ε＝３６０°（１／Ｎｒ－１／Ｎｓ）であるから、Ｎｓ＝３６０°Ｎｒ／（３６０°－ε・Ｎｒ）である。この式を用いて、任意のステップ角εに対し、ＮｒおよびＮｓが整数となる組み合わせを求める。このとき、ＮｓがＮｒの整数倍である場合（ここでは２Ｎｒ＝Ｎｓ又は３Ｎｒ＝Ｎｓの場合）は、ロータ３の安定した回転が阻害されるおそれがあるので、２Ｎｒ≠Ｎｓかつ３Ｎｒ≠Ｎｓであることが好ましい。その結果を以下の表１に示す。

表１を参照して、ＮｓがＮｒよりも多い場合（ただし、Ｎｓ／Ｎｒ＜３）、ＮｓとＮｒの組み合わせは４８通りある。同期極数が６極以上（例えば、パターンＮｏ．２６、３６、３７、４０～４２、４４、４６、４７または４８）であれば、他の同期極数のものよりも、高トルクを発生させることができる。また、ステップ角εが４°以下（例えば、パターンＮｏ．９、２０、２４、２５、２９、３５、４０、４７または４８）であれば、他の同期極数のものよりも、回転角度を高精度に制御することができる。すなわち、必要なモータ性能に応じて、様々な極数に組み合わせることができる。

一方、ステータコア４２の数Ｎｓがロータコア３２の数Ｎｒよりも少ない場合、図１４に示すように、ステップ角εは、ε＝３６０°（１／Ｎｓ－１／Ｎｒ）であるから、Ｎｓ＝３６０°Ｎｒ／（３６０°＋ε・Ｎｒ）である。この式を用いて、任意のステップ角εに対し、ＮｒおよびＮｓが整数となる組み合わせを求める。このとき、ＮｒがＮｓの整数倍である場合（ここでは２Ｎｓ＝Ｎｒ又は３Ｎｓ＝Ｎｒの場合）は、ロータ３の安定した回転が阻害されるおそれがあるので、２Ｎｓ≠Ｎｒかつ３Ｎｓ≠Ｎｒであることが好ましい。その結果を以下の表２に示す。

表２を参照して、ＮｓがＮｒよりも少ない場合（ただし、Ｎｒ／Ｎｓ＜３）、ＮｓとＮｒの組み合わせは４３通りあり、同期極数が多くなる組み合わせパターン（例えば６極以上の同期極数を有するのはパターンＮｏ．１７、２５、２８、２９、３２、３５～３８、４０～４３）は表１に比べて多い。また、ステップ角εが小さい組み合わせパターン（例えば、４°以下であれば、パターンＮｏ．１０、１９、２０、２３、２７、３１、３５、３６、３９～４２）も表１に比べて多い。ステータコア４２の数Ｎｓをロータコア３２の数Ｎｒよりも少なく設定する方が、組み合わせパターンの選択肢が多くなる。

次に、図１に示したアキシャルギャップモータ１と、磁石を用いた従来のラジアルギャップモータとについて、出力トルクを同一にした場合における両者を比較した結果について簡単に説明する。なお、アキシャルギャップモータ１のロータコア３２およびステータコア４２の材質は、方向性電磁鋼板とした。そして、各比較項目について、従来のラジアルギャップモータに対するアキシャルギャップモータ１の比を求めた。その結果を以下の表３に示す。

表３に示すように、アキシャルギャップモータ１と、磁石を用いた従来のラジアルギャップモータとについて、出力トルクを同一にした場合、アキシャルギャップモータ１は、モータの体積、コアの外径およびモータの軸方向長さなどのサイズ（体格）は大きくなった。その一方、アキシャルギャップモータ１は、磁石の質量（使用量）がゼロであるため、資源枯渇によって製造できなくなることがない。また、アキシャルギャップモータ１では、コアの質量（使用量）を半分以下にすることができる。なお、ここでの結果は、モータになった状態でのコアの使用量について示すものであるが、従来のラジアルギャップモータではシート状の電磁鋼板を打ち抜くことによってコアを形成するため、歩留まりも考慮すると、コアの使用量を非常に低く抑えることができる。また、アキシャルギャップモータ１では、巻線の質量（使用量）も半分以下にすることができる。このようにアキシャルギャップモータ１では、磁石、コアおよび巻線の質量が低く抑えられ、ロータの慣性モーメントが小さくなるので、応答性も良くなる。

本実施形態では、上記のように、ロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂと、ステータ４の分割面４２ａおよび４２ｂとは、互いに露出した状態で対向するように配置されている。これにより、ステータコア４２に巻回されたコイル４３に通電することによりステータコア４２に磁束が生じる。上述したように、隣接するステータコア４２に順次磁束を生じさせることによって、その磁束によりロータコア３２が順次引き寄せられて連続的に回転する。このアキシャルギャップモータ１では、磁石（永久磁石）を用いないため、例えば、アキシャルギャップモータ１をハイブリッド自動車の駆動モータとして用いた場合に、エンジン主体で高速走行しロータ３が高速で回転した場合であっても、ステータ４のコイル４３に逆起電力が生じない。このため、エンジントルクに対して逆向きの力（負荷）がロータ３に発生しないので、燃費が低下することがない。また、磁石（永久磁石）に起因する逆起電力が発生しないため、弱め界磁を行う必要がなく、弱め界磁を行うための電力消費を無くすことができる。また、磁石を用いないため、希少な希土類元素を使用する必要がない。

また、カットコアであるロータコア３２およびステータコア４２をロータ台座３１およびステータ台座４１に固定するだけでロータ３およびステータ４を組み立てることができるので、従来のラジアルギャップモータに比べて、ロータ３およびステータ４の組み立て作業を簡素化することができる。

また、上記のように、アキシャルギャップモータ１は、ロータ３とステータ４をそれぞれ２組有している。これにより、ロータ３とステータ４を１つずつ設ける場合に比べて、モータサイズに対する出力トルクを向上させることができる。

また、上記のように、ロータ３およびステータ４を軸方向に対称に配置している。これにより、ロータコア３２同士を固定することができるので、一方のロータ３が一方のステータ４に引き寄せられる軸方向の力と、他方のロータ３が他方のステータ４に引き寄せされる軸方向の力とが打ち消し合うように作用するので、ロータ台座３１が撓んでロータ３とステータ４とが接触するのを抑制することができる。

また、例えば軸方向に沿ってロータ３とステータ４とを交互に（具体的には１つ目のロータ３、１つ目のステータ４、２つ目のロータ３および２つ目のステータ４をこの順に）配置してもよいが、ロータ３とステータ４との間にはギャップを設ける必要があるので、この場合、１つ目のステータ４と２つ目のロータ３との間にギャップを設ける分だけ、本実施形態のアキシャルギャップモータ１に比べて軸方向のサイズが大きくなる。また、軸方向に沿ってロータ３とステータ４とを交互に配置すると、アキシャルギャップモータ１の重心がケース５の中心から軸方向にずれた位置に配置されるが、本実施形態のアキシャルギャップモータ１では、ケース５の中心に対する重心のずれを少なくすることができる。

［第２実施形態］
この第２実施形態では、複数のロータコア３２がロータ台座３１の周方向に沿って複数列（ここでは２列）を成して固定され、複数のステータコア４２がステータ台座４１の周方向に沿って複数列（ここでは２列）を成して固定されている場合について説明する。なお、本実施形態では、ロータコア３２およびステータコア４２の各々が２列形成されている例について説明するが、３列以上形成されていてもよい。

本実施形態では、図１５および図１６に示すように、ロータ台座３１には、外周部だけでなく、外周部よりも内側の部分にも、貫通穴３１ｂが複数形成されている。すなわち、本実施形態では、上記第１実施形態の貫通穴３１ｂ（以下、外側の貫通穴３１ｂともいう）だけでなく、その内側にも貫通穴３１ｂ（以下、内側の貫通穴３１ｂともいう）が複数形成されている。

内側の貫通穴３１ｂは、外側の貫通穴３１ｂと同様、ロータ台座３１の径方向に隣接して一対設けられている。内側の一対の貫通穴３１ｂは、挿入穴３１ａ（回転シャフト２）を中心として外側の一対の貫通穴３１ｂと同じ角度で形成されている。なお、内側の貫通穴３１ｂは、外側の貫通穴３１ｂに比べて、径方向に同じ長さで、周方向に短い長さを有するように形成されている。

ロータコア３２は、ロータ台座３１の貫通穴３１ｂに対応するように設けられる。具体的には、ロータコア３２は、外側の貫通穴３１ｂに固定されるロータコア３２（以下、外側のロータコア３２ともいう）と、内側の貫通穴３１ｂに固定されるロータコア３２（以下、内側のロータコア３２ともいう）とを含んでいる。内側のロータコア３２は、挿入穴３１ａ（回転シャフト２）を中心として外側のロータコア３２と同じ角度で配置される。なお、内側のロータコア３２は、外側のロータコア３２に比べて、回転シャフト２の径方向に同じ長さで、周方向に短い長さを有するように形成されている。

図１５および図１７に示すように、ステータ台座４１には、外周部だけでなく、外周部よりも内側の部分にも、貫通穴４１ｂが複数形成されている。すなわち、本実施形態では、上記第１実施形態の貫通穴４１ｂ（以下、外側の貫通穴４１ｂともいう）だけでなく、その内側にも貫通穴４１ｂ（以下、内側の貫通穴４１ｂともいう）が複数形成されている。

内側の貫通穴４１ｂは、外側の貫通穴４１ｂと同様、ステータ台座４１の径方向に隣接して一対設けられている。内側の一対の貫通穴４１ｂは、挿入穴４１ａ（回転シャフト２）を中心として外側の一対の貫通穴４１ｂと同じ角度で形成されている。なお、内側の貫通穴４１ｂは、外側の貫通穴４１ｂに比べて、径方向に同じ長さで、周方向に短い長さを有するように形成されている。

ステータコア４２は、ステータ台座４１の貫通穴４１ｂに対応するように設けられる。具体的には、ステータコア４２は、外側の貫通穴４１ｂに固定されるステータコア４２（以下、外側のステータコア４２ともいう）と、内側の貫通穴４１ｂに固定されるステータコア４２（以下、内側のステータコア４２ともいう）とを含んでいる。内側のステータコア４２は、挿入穴４１ａ（回転シャフト２）を中心として外側のステータコア４２と同じ角度で配置される。なお、内側のステータコア４２は、外側のステータコア４２に比べて、回転シャフト２の径方向に同じ長さで、周方向に短い長さを有するように形成されている。

ステータコア４２に対するコイル４３の取付方法は、上記第１実施形態と同様であるが、図１８に示した第３変形例のように、１つのコイル４３の挿入穴に、外側のステータコア４２および内側のステータコア４２の端部を挿入してもよい。また、図１９に示した第４変形例のように、直列に接続された３つのコイル４３を並べて配置するとともに、外側のステータコア４２および内側のステータコア４２を並べて配置し、コイル４３の挿入穴にステータコア４２の端部を挿入してもよい。

第２実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。

本実施形態では、上記のように、複数のロータコア３２は、ロータ台座３１の周方向に沿って複数列を成して固定されており、複数のステータコア４２は、ステータ台座４１の周方向に沿って複数列を成して固定されている。これにより、ロータコア３２およびステータコア４２の数を容易に増加させることができ、モータサイズに対する出力トルクをより向上させることができる。

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
この第３実施形態では、冷却可能なアキシャルギャップモータ１について説明する。なお、ここでは、上記第１実施形態のようにロータコア３２およびステータコア４２の各々を１列（１周）設けた図を用いて説明するが、第２実施形態のようにロータコア３２およびステータコア４２の各々を複数列設けてもよい。

本実施形態では、図２０に示すように、ケース５は、ロータ３およびステータ４を密閉した状態で収容している。具体的には、蓋部５２の回転シャフト２が挿入される挿入穴の内面と、回転シャフト２の小径部２３の外周面との間には、軸受部材５３に加え、シール部材５４が配置されている。シール部材５４は、軸受部材５３に対してケース５の内側に隣接するように配置されており、後述する冷却液がケース５の外部に漏れるのを防止する。シール部材５４は、特に限定されるものではないが、ラビリンスシール、メカニカルシール、及びパッキン等を用いることができる。

また、ステータ台座４１の挿入穴４１ａの内面と、回転シャフト２の中径部２２の外周面との間には、シール部材５５が配置されている。シール部材５５は、冷却液が後述する第１領域Ｒ１から第２領域Ｒ２に漏れるのを防止する。シール部材５５は、特に限定されるものではないが、ラビリンスシール、メカニカルシール、及びパッキン等を用いることができる。

ケース５内は、ステータ台座４１およびシール部材５５によって、回転シャフト２の軸方向に複数（ここでは３つ）の領域に密閉状態で区画されている。ここでは、ケース５内は、ロータ３が内部に配置されている第１領域Ｒ１と、第１領域Ｒ１の両側に配置され、ロータ３が内部に配置されていない２つの第２領域Ｒ２とに区画されている。そして、第２領域Ｒ２内は、冷却液で満たされている。冷却液としては、特に限定されるものではないが、例えば絶縁性の油を用いることができる。また、絶縁性の油として、ＪＩＳ Ｃ２３２０に規定された絶縁油、又は、ＡＴＦ（オートマチック・トランスミッション・フルード）等の油を用いてもよく、この場合、モータの駆動電圧に対して耐絶縁性を十分確保することができる。

そして、ケース５には、冷却液が第２領域Ｒ２を流通するように、冷却液流入口５ａが設けられているとともに、冷却液流出口５ｂが設けられている。具体的には、ケース５の側面部５１のうち第２領域Ｒ２を形成する部分には、冷却液供給管６１の下流端が挿入される冷却液流入口５ａが設けられており、側面部５１のうち冷却液流入口５ａとは反対側の部分には、冷却液排出管６２の上流端が挿入される冷却液流出口５ｂが設けられている。

冷却液排出管６２の下流端と冷却液供給管６１の上流端との間には、ポンプ６３が設けられている。また、冷却液排出管６２の途中には、冷却液を冷却する冷却部６４と、冷却液を貯留する冷却液タンク６５とが設けられている。

冷却部６４による冷却方法は、特に限定されるものではない。冷却部６４は、例えば冷却フィンで構成されていてもよいし、チラー（冷却水循環装置）で構成されていてもよいし、その他の方法によって冷却するものであってもよい。

本実施形態では、ポンプ６３を駆動することにより、冷却液タンク６５から冷却液が汲み上げられ、冷却液供給管６１から第２領域Ｒ２に冷却液が送り込まれる。冷却液は、第２領域Ｒ２内の熱（特にコイル４３の熱）を吸熱しながらケース５内を流通し、冷却液排出管６２から排出される。そして、冷却液は、冷却部６４で冷却された後、冷却液タンク６５に戻る。

なお、本実施形態では、シール部材５４および５５を設けて第２領域Ｒ２を密閉した状態で冷却する例について説明したが、例えば、第２領域Ｒ２内に変形自由度が高い例えばビニール袋などの樹脂製の可撓性を有した袋体などを配置し、その中を冷却液が流通するように構成してもよい。このように構成すれば、シール部材５４および５５を設けなくてもよい。また、この場合、絶縁性のない冷却液を用いることもできる。

第３実施形態のその他の構造は、上記第１および第２実施形態と同様である。

本実施形態では、上記のように、ケース５内を、ロータ３が配置される第１領域Ｒ１と、コイル４３が配置される第２領域Ｒ２と、に区画し、ケース５には、冷却液が第２領域Ｒ２を流通するように、冷却液流入口５ａおよび冷却液流出口５ｂが設けられている。これにより、冷却液は第２領域Ｒ２を流通する際にコイル４３から熱を奪うため、通電時に発熱するコイル４３が冷却液により冷却されるため、アキシャルギャップモータ１が高温になるのを抑制することができる。また、ロータ３が配置される第１領域Ｒ１には、冷却液を流通させないので、冷却液がロータ３の回転負荷となってロータ３の回転を阻害するのを防止することができる。

第３実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。

［第４実施形態］
この第４実施形態では、高い出力トルクを確実に得ることが可能なアキシャルギャップモータ１について説明する。

図２１に示すように、ロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂがステータコア４２の分割面４２ａおよび４２ｂに対向した状態では、磁束は、ステータコア４２の分割面４２ａから出て、ロータコア３２の分割面３２ａに入り、ロータコア３２内を通過した後、分割面３２ｂから出てステータコア４２の分割面４２ｂに入る。ここでは、ロータコア３２とステータコア４２とロータコア３２およびステータコア４２の間の磁路Ｐｍ１とを磁束が通過する経路を第１経路Ｐ１とする（図２１の実線矢印Ｐ１参照）。

ところで、ステータコア４２で発生した磁束の全てが分割面４２ａから出てロータコア３２の分割面３２ａに入るわけではない。具体的には、ステータコア４２は、互いに対向配置されるとともに２つの分割面４２ａおよび４２ｂにそれぞれ連続して設けられる一対の内側面４２ｄおよび４２ｅを有する。そして、ステータコア４２を通過する磁束の一部は、内側面４２ｄから出て内側面４２ｅに入る。また、ステータコア４２の分割面４２ａおよび４２ｂとロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂとの間には、ギャップが形成されているため、分割面４２ａから出てロータコア３２を介さずに分割面４２ｂに入る磁束も存在する。以下、内側面４２ｄから出て内側面４２ｅに入る磁束、及び分割面４２ａから出てロータコア３２を介さずに分割面４２ｂに入る磁束を漏れ磁束ともいう。ただし、ステータコア４２の分割面４２ａおよび４２ｂとロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂとの間のギャップは狭い（１ｍｍ未満）ため、ステータコア４２の分割面４２ａから出た磁束の略全てがロータコア３２の分割面３２ａに入る。すなわち、漏れ磁束の略全てを、内側面４２ｄから出て内側面４２ｅに入る磁束が占めており、分割面４２ａから出てロータコア３２を介さずに分割面４２ｂに入る磁束が漏れ磁束に占める割合は無視できる程度に小さい。このため、以下の説明では、漏れ磁束として、内側面４２ｄから出て内側面４２ｅに入る磁束を漏れ磁束を用いて説明する。なお、ここでは、ステータコア４２と一対の内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間とを磁束が通過する経路を第２経路Ｐ２とする（図２１の破線矢印Ｐ２参照）。また、漏れ磁束は内側面４２ｄ全体から出て内側面４２ｅ全体に入るが、図２１では漏れ磁束が通過する経路を１本の矢印で模式的に表している。

漏れ磁束が多くなると、ロータコア３２を通過する磁束が少なくなるため、アキシャルギャップモータ１の出力トルクが低下する。例えば、ステータコア４２の内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間の距離Ｗｓｃを小さくするにしたがって、漏れ磁束が多くなる。しかしながら、図２１に示すようなステータ４を設計する場合は通常、コアおよびコイルの材料の使用量を低減するために、ステータコア４２の内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間の距離Ｗｓｃが小さくなるように設計すると考えられる。距離Ｗｓｃを小さくすると、漏れ磁束が多くなりやすく、出力トルクが低下しやすい。

そこで、本実施形態では、高い出力トルクを得るために、漏れ磁束を少なくしている。漏れ磁束の量、すなわち第２経路Ｐ２を通過する磁束の量は、第１経路Ｐ１の磁気抵抗Ｒｍ１[１／Ｈ]と第２経路Ｐ２の磁気抵抗Ｒｍ２[１／Ｈ]とによって決まる。以下、第１経路Ｐ１の磁気抵抗Ｒｍ１[１／Ｈ]および第２経路Ｐ２の磁気抵抗Ｒｍ２[１／Ｈ]の算出方法を説明する。

一般的に、磁気抵抗Ｒｍ[１／Ｈ]は、μ[Ｈ／ｍ]：材料の透磁率、Ｓ[ｍ^２]：磁束が通過する断面積、Ｌ[ｍ]：磁路長（磁束が通過する長さ）を用いて、以下の式（１）で算出される。

上記式（１）を用いて、第１経路Ｐ１の磁気抵抗Ｒｍ１[１／Ｈ]および第２経路Ｐ２の磁気抵抗Ｒｍ２[１／Ｈ]を算出する。図２１および図２２に示すように、ステータコア４２およびロータコア３２のそれぞれの内側面同士の間の距離をＷｓｃ[ｍ]とし、ステータコア４２およびロータコア３２の奥行き（帯状の電磁鋼板の幅）をＷｓ[ｍ]とし、ステータコア４２およびロータコア３２の積層厚をＴｓｃ[ｍ]とし、ステータコア４２の内側面４２ｄおよび４２ｅのうちコイル４３に対向する部分の高さをＴｃｏ[ｍ]とし、ステータコア４２の内側面４２ｄおよび４２ｅのうちコイル４３に対向しない部分（ここでは、ステータ台座４１に対向する部分）の高さをＴｓｔ[ｍ]とし、ロータコア３２の内側面（ここでは、ロータ台座３１に対向する部分）の高さをＴｒｔ[ｍ]とし、ロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂとステータコア４２の分割面４２ａおよび４２ｂとの間のギャップ長をＬｇ[ｍ]とする。また、電磁鋼板の透磁率をμ[Ｈ／ｍ]とし、真空の透磁率をμ_０[Ｈ／ｍ]とする。なお、ステータ台座４１およびコイル４３の透磁率は、真空の透磁率と略等しいので、ここでは真空の透磁率μ_０[Ｈ／ｍ]を用いる。この場合、第１経路Ｐ１の磁気抵抗Ｒｍ１[１／Ｈ]および第２経路Ｐ２の磁気抵抗Ｒｍ２[１／Ｈ]は、上記式（１）を用いて以下の式（２）および（３）でそれぞれ算出することが可能である。

なお、式（１）の右辺第１項は、ステータコア４２およびロータコア３２の内部の磁気抵抗を示し、右辺第２項は、ロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂとステータコア４２の分割面４２ａおよび４２ｂとの間の磁路Ｐｍ１の磁気抵抗を示している。また、ロータコア３２の分割面３２ａおよび３２ｂのそれぞれの面積をＳｒとすると、Ｓｒ＝Ｔｓｃ*Ｗｓである。

また、式（２）の右辺第１項は、ステータコア４２の内部の磁気抵抗を示し、右辺第２項は、ステータコア４２の内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間の磁気抵抗を示している。また、ステータコア４２の内側面４２ｄおよび４２ｅのそれぞれの面積をＳｓとすると、Ｓｓ＝Ｗｓ*（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）である。

次に、第１経路Ｐ１の磁束密度φ１［Ｔ］と第２経路Ｐ２の磁束密度φ２［Ｔ］との比を求める。このとき、電磁鋼板の透磁率μ[Ｈ／ｍ]と真空の透磁率μ_０[Ｈ／ｍ]との比は、μ／μ_０＝８００００程度であるから式（１）の右辺第１項および式（２）の右辺第１項は、無視できる。すなわち、第１経路Ｐ１の磁気抵抗Ｒｍ１[１／Ｈ]は、磁路Ｐｍ１の磁気抵抗とみなすことができ、第２経路Ｐ２の磁気抵抗Ｒｍ２[１／Ｈ]は、内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間の磁気抵抗とみなすことができる。また、磁束密度φ１およびφ２[Ｔ]は、それぞれ、磁気抵抗Ｒｍ１およびＲｍ２[１／Ｈ]に対して反比例する。したがって、第１経路Ｐ１の磁束密度φ１［Ｔ］と第２経路Ｐ２の磁束密度φ２［Ｔ］との比は、以下の式（４）で表される。

なお、式（４）において、磁束密度φ１［Ｔ］と磁束密度φ２［Ｔ］との比をＫとした。

そして、漏れ磁束が無いと仮定した場合の出力トルクに対する出力トルクの比（以下、トルク比ともいう）を求める。ここで、出力トルクは磁束密度の２乗に比例し、電磁鋼板の飽和磁束密度はＢｍ＝φ１＋φ２［Ｔ］であるので、トルク比Ｔｒは、以下の式（５）となる。

式（５）から図２３に示すＫとトルク比Ｔｒとの関係が得られる。図２４は、ロータコア３２およびステータコア４２に方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板を用いるとともに、ロータコア３２とステータコア４２との間のギャップを０ｍｍ（無し）としたとき（漏れ磁束無し）における、磁界の強さと磁束密度との関係を示す図である。図２４に示すように、無方向性電磁鋼板では、１．５［Ｔ］までは大きな磁界を必要としないが、１．５［Ｔ］を超えると非常に大きな磁界が必要となる。このように、無方向性電磁鋼板を用いる場合は、磁束密度を１．５［Ｔ］よりも大きくしようとすると、非常に大きな磁界が必要となるため、実使用上は１．５［Ｔ］が磁束密度の上限となる。本実施形態では、無方向性電磁鋼板を用いた場合の出力トルクよりも大きい出力トルクを得るように、アキシャルギャップモータ１を構成する。

ここで、電磁鋼板の飽和磁束密度は１．９［Ｔ］であるから、式（４）を用いて、Ｋ＞φ１／φ２＝１．５／（１．９－１．５）＝３．７５であれば、無方向性電磁鋼板を用いた場合の出力トルクに比べて、大きい出力トルクが得られる。本実施形態では、後述するように、Ｋ≧４．０を満たすように、距離Ｗｓｃ[ｍ]、積層厚Ｔｓｃ[ｍ]、高さＴｃｏ[ｍ]、高さＴｓｔ[ｍ]およびギャップ長Ｌｇ[ｍ]が設定される。なお、Ｋ≧４．０を満たすことによって、図２３に示すように、０．６４以上のトルク比Ｔｒを得ることができる。

また、式（４）および（５）から、トルク比ＴｒとＷｓｃ／（２*Ｌｇ）との関係は例えば図２５に示すようになり、トルク比ＴｒとＴｓｃ／（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）との関係は例えば図２６に示すようになる。なお、図２５は、Ｔｓｃ／（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）をある一定値にしたときのグラフを示しており、図２６は、Ｗｓｃ／（２*Ｌｇ）を別のある一定値にしたときのグラフを示している。Ｗｓｃ／（２*Ｌｇ）は、第２経路Ｐ２の内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間の距離（長さ）と第１経路Ｐ１の磁路Ｐｍ１の長さとの比率を示している。また、Ｔｓｃ／（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）は、第１経路Ｐ１の磁路Ｐｍ１の断面積と第２経路Ｐ２の内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間の断面積（内側面４２ｄおよび４２ｅの面積）との比率を示している。

ここで、上述したように、高い出力トルクを得るためには、漏れ磁束（内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間を通過する磁束）を少なくする必要がある。また、漏れ磁束を少なくするためには、磁路Ｐｍ１の磁気抵抗に対する内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間の磁気抵抗の比率を大きくすればよい。

具体的には、上記式（１）に示したように磁気抵抗は、磁路長（磁束が通過する長さ）に比例するとともに磁束が通過する断面積に反比例する。そして、磁路Ｐｍ１の磁路長Ｌｇが大きくなるにしたがって磁路Ｐｍ１の磁気抵抗が大きくなるので、漏れ磁束が多くなる。また、磁路Ｐｍ１の断面積（ここでは、Ｓｒ＝Ｔｓｃ×Ｗｓ）が大きくなるにしたがって磁路Ｐｍ１の磁気抵抗が小さくなるので、漏れ磁束が少なくなる。その一方、内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間の距離Ｗｓｃが大きくなるにしたがって内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間の磁気抵抗が大きくなるので、漏れ磁束が少なくなる。また、内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間の断面積（ここでは、Ｓｓ＝（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）×Ｗｓ）が大きくなるにしたがって内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間の磁気抵抗が小さくなるので、漏れ磁束が多くなる。このため、磁路Ｐｍ１の磁路長（ギャップ長Ｌｇ）に対する内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間の長さ（距離Ｗｓｃ）の比率Ｗｓｃ／Ｌｇを大きく、内側面４２ｄおよび４２ｅ同士の間を磁束が通過する断面積（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）×Ｗｓに対する磁路Ｐｍ１を磁束が通過する断面積（ここでは、Ｔｓｃ×Ｗｓ）の比率Ｔｓｃ／（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）を大きくすれば漏れ磁束が少なくなる。このように、Ｗｓｃ／ＬｇおよびＴｓｃ／（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）は、アキシャルギャップモータ１の出力トルクに大きく影響する。

図２５に示すように、Ｗｓｃ／（２*Ｌｇ）が２０よりも小さい場合はグラフの勾配が大きいため、トルク比Ｔｒを大きくする場合は、Ｗｓｃ／（２*Ｌｇ）を２０以上に設定することが好ましい。なお、Ｗｓｃ／（２*Ｌｇ）を大きくし過ぎると、ステータコア４２のサイズが大きくなり、ステータ台座４１に搭載可能なステータコア４２の数が減少するため、Ｗｓｃ／（２*Ｌｇ）は、１４０以下であることが好ましく、４０以下であることがより好ましい。

また、図２６に示すように、Ｔｓｃ／（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）が０．２よりも小さい場合はグラフの勾配が大きいため、トルク比Ｔｒを大きくする場合は、Ｔｓｃ／（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）を０．２以上に設定することが好ましい。すなわち、Ｓｒ／Ｓｓ＝Ｔｓｃ／（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）≧０．２にすることが好ましい。なお、Ｔｓｃ／（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）を大きくし過ぎると、ステータコア４２の積層厚が厚く、またはコイル４３の巻き数が少なくなり過ぎるため、Ｔｓｃ／（Ｔｃｏ＋Ｔｓｔ）は、１．５以下であることが好ましく、０．４以下であることがより好ましい。

このように、２０≦Ｗｓｃ／（２*Ｌｇ）、かつ、０．２≦Ｓｒ／Ｓｓにすることによって、容易にトルク比Ｔｒを大きくすることができる。なお、この場合、４．０≦Ｋとなるので、３．７５＜Ｋを満たす。

本実施形態では、上記のように、方向性電磁鋼板からなるロータコア３２およびステータコア４２を用いるとともに、Ｗｓｃ／（２*Ｌｇ）≧２０、Ｓｒ／Ｓｓ≧０．２を満たすようにアキシャルギャップモータ１を構成する。これにより、無方向性電磁鋼板からなるロータコアおよびステータコアを用いて、磁束漏れのない理想的なアキシャルギャップモータを構成したと仮定した場合の出力トルクに比べて、大きい出力トルクを得ることができる。このため、無方向性電磁鋼板からなるロータコアおよびステータコアを用いる場合に比べて、出力トルクを確実に大きくすることができる。

第４実施形態のその他の構造および効果は、上記第１～第３実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、２つのロータと２つのステータとを用いてアキシャルギャップモータを構成する例について示したが、本発明はこれに限らず、例えば１つのロータと１つのステータとを用いてアキシャルギャップモータを構成してもよい。なお、２つのロータと２つのステータと設ける場合、１つのロータと１つのステータと設ける場合に比べて、モータサイズに対する出力トルクを向上させることができる。また、必要なトルクに応じて、３つ以上のロータと３つ以上のステータとを用いてアキシャルギャップモータを構成してもよい。この場合、上記実施形態で説明したように、ロータ台座の撓み、アキシャルギャップモータの軸方向のサイズ、及び重心のずれの観点から、２つのロータを２つのステータで挟んだ構成を１つの構成単位として、この構成単位を複数設けることが好ましい。

また、上記実施形態では、２つのロータのロータコア同士を固定する例について示したが本発明はこれに限らず、２つのロータのロータコア同士を固定しなくてもよい。

また、上記実施形態では、２つのロータ間において、ロータコアを同じ角度位置に配置するとともに、２つのステータ間において、ステータコアを同じ角度位置に配置する例について示したが、本発明はこれに限らない。２つのステータ（またはロータ）間において、ステータコア（またはロータコア）を異なる角度位置に配置してもよい。例えば、２つのステータ間において、ステータコアを角度ピッチの半分（上記実施形態では７．５°）ずらして配置してもよく、角度位置をずらすことによりトルクの変動（トルクリップルともいう）を抑制することが可能である。

また、上記第２実施形態では、ロータコアおよびステータコアを２列ずつ設ける例について示したが、本発明はこれに限らず、ロータコアおよびステータコアを３列以上ずつ設けてもよい。

また、上記第２実施形態では、内側のロータコアを外側のロータコアと同じ数だけ設けるとともに、内側のロータコアを、回転シャフトを中心として外側のロータコアと同じ角度に配置する例について示したが、本発明はこれに限らない。内側のロータコアを外側のロータコアと異なる数だけ設けてもよい。また、内側のロータコアを、回転シャフトを中心として外側のロータコアと異なる角度（周方向にずれた位置）に配置してもよい。同様に、内側のステータコアを外側のステータコアと異なる数だけ設けてもよい。また、内側のステータコアを、回転シャフトを中心として外側のステータコアと異なる角度（周方向にずれた位置）に配置してもよい。

また、上記第１実施形態において、ステータコアの数とロータコアの数との組み合わせパターンを求める際にＮｓ、Ｎｒ、εの関係式を例示したが、上記関係式を満たさない場合であっても、ロータを回転させることは可能である。

また、上記実施形態において、ロータ台座の外周縁とケースの側面部の内面との間や、ステータ台座の挿入穴の内面と回転シャフトの外周面との間に、軸受部材を設けてもよい。このように構成すれば、ロータなどが偏芯している場合であっても偏芯に起因する振動を抑制することができる。

［第５実施形態］
以下、図１、図２７及び図２８を参照して本発明の第５実施形態に係るアキシャルギャップモータ１を説明する。本実施形態のアキシャルギャップモータ１は、３相駆動のモータであり、回転シャフト２の軸方向に積み重ねられたステータ４及びロータ３を２組有する。２組のステータ４及びロータ３は、図１に示す第１実施形態と同様に、２つのロータ３が２つのステータ４に挟まれるように配置されている。ここでは図１の紙面に対し、上方に位置する１つのステータ４及びロータ３を１組目、下方に位置するもう一つのステータ４及びロータ３を２組目とする。

図２７の左側図面に示すように、ステータ４は、非磁性材料からなる円板状のステータ台座４１と、ステータ台座４１の周方向に沿って固定された３０個（言い換えれば３０極）のステータコア４２と、ステータコア４２に巻回されたコイル４３とによって構成されている。従って、ステータコアの数Ｎｓ＝３０、ステータ間角度θｓ＝３６０°／Ｎｓ＝１２°となる。また、図２８の左側図面に示すように、ロータ３は、非磁性材料からなる円板状のロータ台座３１と、ロータ台座３１の周方向に沿って固定された２０個（言い換えれば２０極）のロータコア３２とによって構成されている。従って、ロータコアの数Ｎｒ＝２０、ロータ間角度θｒ＝３６０°／Ｎｒ＝１８°となる。この場合、ステップ角ε＝３６０°（１／Ｎｒ－１／Ｎｓ）＝６°となる。

図２７の右側図面に示すように、本実施形態では、１組目のステータコア４２（図２７の破線部分参照）に対して２組目のステータコア４２（図２７の実線部分参照）は、回転シャフト２を中心にε／２＝３°回転した位置に配置されている。また、図２８の右側図面に示すように、アキシャルギャップモータ１の初期位置において、１組目のロータコア３２（図２８の破線部分参照）に対して２組目のロータコア３２（図２８の実線部分参照）は、回転シャフト２を中心にε／２＝３°回転した位置に配置されている。なお、２組目のロータコア３２は１組目のロータコア３２に対して３°回転することで、ロータコア３２の背面部３２ｃ同士の位置が少しずれるが、ずれる部分と比べて背面部３２ｃ同士の重なる部分が比較的に大きい。従って、該背面部３２ｃ同士の重なる部分で溶接、接着又は樹脂製のベルトでロータコア３２同士を固定すればよい。

以下、本実施形態に係るアキシャルギャップモータ１の作用効果を説明する。

アキシャルギャップモータの回転駆動では、通電切り換え時においてロータコアの端面（すなわち分割面３２ａ，３２ｂ）はステータコアの端面（すなわち分割面４２ａ，４２ｂ）に対し最も遠い位置に存在するので、磁気抵抗が最大であり、磁束密度が小さい。このため、ロータ３の回転力（すなわち、トルク）は小さい。そして、ロータコアの端面がステータコアの端面に近づくにつれ、磁気抵抗が小さくなり、磁束密度が急激に増加していく。このため、ロータ３の回転力は急激に増大する。一方、ロータコアの端面がステータコアの端面に対向する位置に達すると、磁束密度が最大になるが、回転力がゼロになる。このような回転力の変動で、トルクリップルが大きく、回転駆動が滑らかを欠く問題が生じる。

このような問題を解決するため、本実施形態に係るアキシャルギャップモータ１では、１組目のステータコア４２に対して２組目のステータコア４２は３°（すなわち、ε／２）、１組目のロータコア３２に対して２組目のロータコア３２は３°（すなわち、ε／２）回転した位置に配置されるため、トルクリップルを低減することができ、アキシャルギャップモータ１の回転駆動がより滑らかになる。

なお、本実施形態では、アキシャルギャップモータ１について、回転シャフト２の軸方向に積み重ねられたステータ４及びロータ３を２組有する例を挙げて説明したが、回転シャフト２の軸方向に積み重ねられたステータ４及びロータ３をｎ組（ｎは２以上の自然数）有するものであれば、特に２組に限定されない。この場合、初期位置においてｎ組目のロータコアに対してｎ+１組目のロータコアをε／（ｎ+１）の角度、ｎ組目のステータコアに対してｎ+１組目のステータコアをε／（ｎ+１）の角度でそれぞれ回転させた位置に配置すればよい。

［第６実施形態］
以下、図１、図２９及び図３０を参照して本発明の第６実施形態に係るアキシャルギャップモータ１を説明する。本実施形態のアキシャルギャップモータ１は、２相駆動のモータであり、回転シャフト２の軸方向に積み重ねられたステータ４及びロータ３を２組有する。２組のステータ４及びロータ３は、図１に示す第１実施形態と同様に、２つのロータ３が２つのステータ４に挟まれるように配置されている。ここでは図１の紙面に対し、上方に位置する１つのステータ４及びロータ３を１組目、下方に位置するもう一つのステータ４及びロータ３を２組目とする。

図２９の左側図面に示すように、ステータ４は、非磁性材料からなる円板状のステータ台座４１と、ステータ台座４１の周方向に沿って固定された３０個（言い換えれば３０極）のステータコア４２と、ステータコア４２に巻回されたコイル４３とによって構成されている。従って、ステータコアの数Ｎｓ＝３０、ステータ間角度θｓ＝３６０°／Ｎｓ＝１２°となる。また、図３０に示すように、ロータ３は、非磁性材料からなる円板状のロータ台座３１と、ロータ台座３１の周方向に沿って固定された３０個（言い換えれば３０極）のロータコア３２とによって構成されている。従って、ロータコアの数Ｎｒ＝３０、ロータ間角度θｒ＝３６０°／Ｎｒ＝１２°となる。すなわち、本実施形態のアキシャルギャップモータ１では、ロータコア３２及びロータコア３２は同極数（Ｎｓ＝Ｎｒ＝３０）である。

また、図２９の右側図面に示すように、本実施形態では、１組目のステータコア４２（図２９の破線部分参照）に対して２組目のステータコア４２（図２９の実線部分参照）は、回転シャフト２を中心に３６０°／（２Ｎｓ）＝６°の角度で回転した位置に配置されている。一方、初期位置において、２組目のロータコア３２は１組目のロータコア３２と同じ位置に整列している。

以下、本実施形態に係るアキシャルギャップモータ１の作用効果を説明する。

Ｎｓ＝Ｎｒの構造を有する２相駆動のアキシャルギャップモータの場合、例えば２組目のステータコア４２と１組目のステータコア４２とが整列した状態において、ステータコアに巻回されたコイルに通電しても、ロータの駆動が困難になってしまう問題が生じる。このような問題を解決するため、本実施形態に係るアキシャルギャップモータ１では、１組目のステータコア４２に対して２組目のステータコア４２は、回転シャフト２を中心に３６０°／（２Ｎｓ）＝６°の角度で回転した位置に配置されるので、２組目のステータコア４２に巻回されたコイル４３のみに通電すると、該ステータコア４２に磁束が生じ、その磁束により２組目のロータコア３２が吸引されて２組目のロータ３が６°回転する。これに伴い、固定された１組目のロータ３も同様に６°回転する。

続いて、１組目のステータコア４２に巻回されたコイル４３のみに通電すると、該ステータコア４２に磁束が生じ、その磁束により１組目のロータコア３２が吸引されて１組目のロータ３がさらに６°回転する。これに伴って、固定された２組目のロータ３も同様にさらに６°回転する。このように逐次通電切り換えることで、ロータ３が連続的に回転する。

また、このような２相駆動のアキシャルギャップモータ１によれば、トルクを高めることができるとともに、３相駆動のアキシャルギャップモータの場合と比べて、１相分の駆動回路を構成する素子（例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタやダイオード）を省くことができるので、製造コストの低減も期待できる。

本実施形態では、各組のステータコア４２及びロータコア３２の数について、それぞれ３０個の例を挙げて説明したが、Ｎｓ＝Ｎｒの条件を満たせば特に３０個に限定されない。なお、ロータの駆動し易さを考慮した場合、Ｎｓ＝Ｎｒ≧３であるのが好ましい。

［第７実施形態］
以下、図３１を参照して本発明の第７実施形態に係るアキシャルギャップモータ１を説明する。本実施形態のアキシャルギャップモータ１は、２相駆動のモータであり、回転シャフト２の軸方向に積み重ねられたステータ４及びロータ３を４組有する。図３１に示すように、４組のステータ４及びロータ３は、第１実施形態と同様に、２つのロータ３が２つのステータ４に挟まれるように配置されている。具体的には、回転シャフト２の軸方向に沿って、１つ目のステータ４、１つ目のロータ３、２つ目のロータ３、２つ目のステータ４、３つ目のステータ４、３つ目のロータ３、４つ目のロータ３、４つ目のステータ４の順に配置されている。なお、図３１において、ステータ４及びロータ３を収容するケースは省略されている。

ここでは図３１の紙面に対し、上方から下方に向かってこれらのステータ４及びロータ３を１組目、２組目、３組目、４組目とする。そして、１組目及び３組目を同時に２相駆動の１相目とし、２組目及び４組目を同時に２相駆動の２相目とする。

なお、各組において、ステータコア４２及びロータコア３２は同極数（Ｎｓ＝Ｎｒ＝３０）であり、それぞれの構造は上記第６実施形態と同じである。

また、本実施形態において、１組目のロータコア３２と２組目のロータコア３２は、位置が一致するように配置されている。一方、３組目のロータコア３２と４組目のロータコア３２は、それぞれ１組目のロータコア３２に対して、回転シャフト２を中心にロータの回転方向に向かって３６０°／（２Ｎｓ）の角度で回転した位置に配置されている。例えば１組目のロータコア３２と２組目のロータコア３２が０°の位置に配置された場合、３組目のロータコア３２と４組目のロータコア３２は、それぞれロータの回転方向に３６０°／（２Ｎｓ）＝６°回転した位置に配置されている。

このように、１組目のロータコア３２と２組目のロータコア３２は位置が一致するように配置され、３組目のロータコア３２と４組目のロータコア３２はそれぞれ１組目のロータコア３２に対して３６０°／（２Ｎｓ）の角度で回転した位置に配置され、１組目及び３組目を同時に１相目、２組目及び４組目を同時に２相目として駆動することで、トルクリップルの低減を図ることができる。

なお、トルクリップルを低減するための手法として、上述したようにロータコア３２の配置位置又は／及びステータコア４２の配置位置を調整することにより位相差を設ける手法のほか、駆動電流と電圧波形を制御することにより位相差を設ける手法も考えられ、更にこれらの手法の組み合わせても良い。そして、駆動電流と電圧波形を制御することにより位相差を設ける手法として、例えば、電流立ち上がり時間を求めて電圧の入力を時間的に早めにオンする手法、あるいは、１組目の電圧波形に対して２組目の電圧波形を９０°ずらす手法などが挙げられる。

［第８実施形態］
以下、図１及び図３２～図３４を参照して本発明の第８実施形態に係るアキシャルギャップモータ１を説明する。本実施形態のアキシャルギャップモータ１は、２相駆動のモータであり、回転シャフト２の軸方向に積み重ねられたステータ４及びロータ３を２組有する。２組のステータ４及びロータ３は、図１に示す第１実施形態と同様に、２つのロータ３が２つのステータ４に挟まれるように配置されている。ここでは図１の紙面に対し、上方に位置する１つのステータ４及びロータ３を１組目、下方に位置するもう一つのステータ４及びロータ３を２組目とする。

図３２に示すように、ステータ４は、非磁性材料からなる円板状のステータ台座４１と、ステータ台座４１の周方向に沿って固定された３０個（言い換えれば３０極）のステータコア４２と、ステータコア４２に巻回されたコイル４３とによって構成されている。従って、ステータコアの数Ｎｓ＝３０、ステータ間角度θｓ＝３６０°／Ｎｓ＝１２°となる。また、図３３に示すように、ロータ３は、非磁性材料からなる円板状のロータ台座３１と、ロータ台座３１の周方向に沿って固定された１５個（言い換えれば１５極）のロータコア３２とによって構成されている。従って、ロータコアの数Ｎｒ＝１５、ロータ間角度θｒ＝３６０°／Ｎｒ＝２４°となる。すなわち、本実施形態のアキシャルギャップモータ１は、Ｎｓ＝２Ｎｒの構造を有するモータである。なお、この場合、ステップ角ε＝３６０°（１／Ｎｒ－１／Ｎｓ）＝１２°となる。

本実施形態において、ロータコア３２は、該ロータコア３２の湾曲の曲率中心軸Ｌ１及び該ロータコア３２の幅方向（すなわち、巻幅方向）の中心軸Ｌ２の交点Ｐを回転中心とし、ロータ台座３１の径方向に対してロータの回転方向に３６０°／Ｎｓの角度で傾いた状態で配置されている。具体的には、図３３の右側拡大図に示すように、通常では、ロータコア３２は該ロータコア３２の巻幅方向の中心軸Ｌ２がロータ台座３１の径方向と平行になる（言い換えれば、ロータコア３２の巻幅方向がロータ台座３１の周方向と平行になる）ようにロータ台座３１に配置されている（破線部分参照）。これに対し、本実施形態のロータコア３２は、ロータ台座３１の径方向に対し、該ロータコア３２の湾曲の曲率中心軸Ｌ１及び巻幅方向の中心軸Ｌ２の交点Ｐを回転中心としてロータの回転方向に１２°（すなわち、ステータ間角度θｓ）傾いた状態で配置されている。

以下、本実施形態に係るアキシャルギャップモータ１の作用効果を説明する。

Ｎｓ＝２Ｎｒの構造を有する２相駆動のアキシャルギャップモータでは、ロータコアが左右隣接するステータコアの中央位置に位置するときに、左右隣接するステータコアにそれぞれ引き寄せられ、釣り合い状態になるので、駆動が困難になってしまう問題が生じる。

このような問題を解決するため、本実施形態に係るアキシャルギャップモータ１では、ロータコア３２は、交点Ｐを回転中心とし、ロータ台座３１の径方向に対してロータの回転方向に３６０°／Ｎｓの角度で傾いた状態で配置されるので、図３４に示すように、ロータの回転方向の前方に位置するステータコア４２（図３４では、ロータコア３２の左側に位置するステータコア４２）と平行になるように近づく。このような状態では、前方のステータコア４２に巻回されたコイル４３に通電すると、該ステータコア４２に磁束が発生し、発生した磁束がロータコア３２に流れ易くなる。従って、ロータコア３２がその前方のステータコア４２に吸引され易いので、ロータ３はロータの回転方向に沿って回転する。

また、本実施形態に係るアキシャルギャップモータ１によれば、トルクを高めることができるとともにトルクリップルを低減することができる。さらに、このような２相駆動のアキシャルギャップモータ１は、３相駆動のアキシャルギャップモータの場合と比べて、１相分の駆動回路を構成する素子（例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタやダイオード）を省くことができるので、製造コストの低減を図ることができる。

なお、本実施形態では、Ｎｓ＝２Ｎｒの構造を有する２相駆動のアキシャルギャップモータ１について説明したが、本発明はＮｓ＝Ｎｒの構造を有する２相駆動のアキシャルギャップモータにも適用される。Ｎｓ＝Ｎｒの構造を有する２相駆動のアキシャルギャップモータの場合、ロータコアを交点Ｐを回転中心とし、ロータ台座の径方向に対してロータの回転方向に３６０°／（２Ｎｓ）の角度で回転させた位置に配置すればよい。

[第９実施形態]
以下、図１、図３５及び図３６を参照して本発明の第９実施形態に係るアキシャルギャップモータ１を説明する。本実施形態のアキシャルギャップモータ１は、２相駆動のモータであり、回転シャフト２の軸方向に積み重ねられたステータ４及びロータ３を２組有する。２組のステータ４及びロータ３は、図１に示す第１実施形態と同様に、２つのロータ３が２つのステータ４に挟まれるように配置されている。

第１実施形態のロータコア３２は、図３に示すように、一定の幅を有する帯状の軟磁性材料を整列しながら複数周巻回してなる巻回体３ａを周方向と交差する方向で分割することによって形成されている。従って、形成されたロータコア３２は、端面が矩形状になり、その巻幅方向において対称な構造を有しており、すなわち巻幅方向の中心軸Ｌ２に対して左右対称になっている。これに対し、本実施形態のロータコア３２は、その巻幅方向において非対称な構造を有する。

具体的には、図３５の右側図面に示すように、ロータ３は、非磁性材料からなる円板状のロータ台座３１と、ロータ台座３１の周方向に沿って固定された１５個（言い換えれば１５極）のロータコア３２とによって構成されている。ロータコア３２は、ロータコア３２の湾曲の曲率中心軸Ｌ１側に配置されるとともにロータの回転方向に突出する中央幅広部３２１と、曲率中心軸Ｌ１の反対側に配置された２つの端部幅狭部３２２とを有する。そして、中央幅広部３２１と端部幅狭部３２２との間には、段差部３２３が形成されている。

このような非対称な構造を有するロータコア３２は、例えば図３６に示すように、幅が比較的に広い帯状の軟磁性材料（例えば方向性電磁鋼板）を整列しながら複数周巻回して幅広巻回体３０ａを形成し、形成した幅広巻回体３０ａの終わりにスポット溶接で幅が比較的に狭い帯状の軟磁性材料（例えば方向性電磁鋼板）を連結し、該幅が比較的に狭い帯状の軟磁性材料をさらに整列しながら複数周巻回して幅狭巻回体３０ｂを形成し、その後これらの巻回体の周方向（矢印Ｏ方向）と交差する方向で分割することによって形成されている。なお、図３６の符号Ｌは、巻回体の分割位置を示している。

一方、ステータ４は、図３５の左側図面に示すように、非磁性材料からなる円板状のステータ台座４１と、ステータ台座４１の周方向に沿って固定された３０個（言い換えれば３０極）のステータコア４２と、ステータコア４２に巻回されたコイル４３とによって構成されている。ステータコア４２は、上述の第１実施形態と同様に一定の幅を有し、その巻幅方向において対称な構造を有する。

以下、本実施形態に係るアキシャルギャップモータ１の作用効果を説明する。

例えばＮｓ＝２Ｎｒの構造を有する２相駆動のアキシャルギャップモータでは、１相目のステータコア４２に巻回された４３に通電してステータコア４２とロータコア３２とが同期位置に位置した後、２相目のステータコア４２に巻回された４３に通電した場合、通電するステータコア４２とそれに吸引されるロータコア３２との距離が相対的に遠いため、磁気抵抗が大きく、初期トルク（言い換えれば初期回転力）が不足する問題が生じる。

このような問題を解決するため、本実施形態に係るアキシャルギャップモータ１では、ロータコア３２は、ロータコア３２の湾曲の曲率中心軸Ｌ１側に配置されるとともにロータの回転方向に突出する中央幅広部３２１と、曲率中心軸Ｌ１の反対側に配置された端部幅狭部３２２とを有する。このようにロータの回転方向に突出する中央幅広部３２１を有するため、通電切り換え時の初期トルクを高めることができ、トルクリップルを低減することができる。

本実施形態のアキシャルギャップモータ１において、例えば図３７に示すように、ロータコア３２は、さらに、該ロータコア３２の湾曲の曲率中心軸Ｌ１及び巻幅方向の中心軸Ｌ２の交点Ｐを回転中心とし、ロータ台座３１の径方向に対してロータの回転方向に１２°傾いた状態で配置されるのが好ましい。このようにすれば、トルクアップ及びトルクリップルの低減の効果をさらに高めることができる。

なお、本実施形態では、ロータコア３２について、ロータコア３２の湾曲の曲率中心軸Ｌ１側に配置されるとともにロータの回転方向に突出する中央幅広部３２１と曲率中心軸Ｌ１の反対側に配置された端部幅狭部３２２とを有する例を挙げて説明したが、ロータコア３２がその巻幅方向において非対称な構造を有するものであれば、様々な変形例が考えられる。例えば幅広部と幅狭部との位置を入れ替えてもよい。すなわち、幅狭部はロータコア３２の湾曲の曲率中心軸Ｌ１側、幅広部は曲率中心軸Ｌ１の反対側にそれぞれ配置されてもよい。また、複数の幅広部及び幅狭部を交互に繰り返すように配置してもよい。これらのいずれの場合でも、上記と同じ作用効果を得ることができる。

また、例えば図３８に示すように、ロータコア３２は、同じ幅を有する帯状の軟磁性材料（方向性電磁鋼板）を複数周巻回する際に一方向に向かって少しずつずらしてなる巻回体を周方向（矢印Ｏ方向）と交差する方向で分割することによって形成されてもよい。なお、図３８の符号Ｌは、巻回体の分割位置を示している。そして、分割によって形成されたロータコア３２の端面（すなわち、分割面３２ａ，３２ｂ）は、菱形状になる。

このようにロータコア３２の端面を菱形状にすることにより、ロータが回転する際に、ロータコア３２の端面とステータコア４２の端面との対向面積が徐々に増加し、同期位置である整列時に徐々に減少するので、急激なトルク変動を抑制することができ、トルクリップルの低減を図ることができ、しかもアキシャルギャップモータの回転駆動がより滑らかになる。

[第１０実施形態]
以下、図３９を参照して本発明の第１０実施形態に係るアキシャルギャップモータ１を説明する。本実施形態のアキシャルギャップモータ１は、ロータコア３２に用いられた軟磁性材料が中央幅広部３２１と端部幅狭部３２２とで異なる点において、上記第９実施形態と相違している。以下、その相違点のみを説明する。

具体的には、図３９に示すように、ロータコア３２の湾曲の曲率中心軸Ｌ１側に配置された中央幅広部３２１は、例えば低鉄損且つ高透磁率の軟磁性材料によって形成されている（灰色部分参照）。低鉄損且つ高透磁率の軟磁性材料として、例えばパーマロイ、ナノ結晶軟磁性材料、アモルファス軟磁性材料、フェライト系軟磁性材料などが挙げられる。一方、ロータコア３２の曲率中心軸Ｌ１とは反対側である両端部に配置された端部幅狭部３２２は、例えば高磁束密度の軟磁性材料によって形成されている。高磁束密度の軟磁性材料として、例えば方向性電磁鋼板、鉄－コバルト系のパーメンジュール材などが挙げられる。

一方、ステータコア４２は、一定の幅を有し、ロータコア３２の端部幅狭部３２２と同様に、例えば高磁束密度を有する軟磁性材料によって形成されている。

本実施形態のアキシャルギャップモータでは、アキシャルギャップモータの用途に合わせて、ロータコア３２の中央幅広部３２１と端部幅狭部３２２で異なる軟磁性材料を使い分けることにより、高回転且つ低損失型、低速且つ高トルク型、又は低コスト型等のアキシャルギャップモータを提供することができ、アキシャルギャップモータのバリエーションを増やすことが可能になる。例えば、下記表４に示すような材料の組み合わせを選定し、様々な用途に対応できるアキシャルギャップモータを提供できる。

下記表５に示すように、本願発明者らは、上記第１実施形態のようにステータコア及びロータコアの材料が同じであるサンプル１、本実施形態のように中央幅広部３２１と端部幅狭部３２２とで材料が異なるサンプル２及び３をそれぞれ作製し、作製した各サンプルの最大トルク比及び鉄損比を調べた。その結果として、サンプル２はサンプル１と比べて最大トルク比が約１．１８倍、サンプル３はサンプル１と比べて鉄損比が約０．８５倍であった。

［第１１実施形態］
以下、図４０を参照して本発明の第１１実施形態に係るアキシャルギャップモータ１を説明する。本実施形態のアキシャルギャップモータ１では、ロータコア３２は、上記第１０実施形態と同様に中央幅広部３２１（灰色部分参照）と端部幅狭部３２２とを有し、中央幅広部３２１の材料と端部幅狭部３２２の材料が異なっている。一方、ステータコア４２は、上記第１０実施形態と違って、一定の幅を呈するが、ロータコア３２と対応するように中央幅広部３２１と同じ材料により形成された中央コア部４２１（灰色部分参照）と、端部幅狭部３２２と同じ材料により形成された端部コア部４２２とをさらに有する。

具体的には、図４０に示すように、中央コア部４２１は、ロータコア３２の中央幅広部３２１と対応し、ステータコア４２の湾曲の曲率中心軸Ｌ３側に配置されている。この中央コア部４２１は、中央幅広部３２１と同様に、例えば低鉄損且つ高透磁率の軟磁性材料によって形成されている。端部コア部４２２は、ロータコア３２の端部幅狭部３２２と対応し、ステータコア４２の湾曲の曲率中心軸Ｌ３とは反対側に配置されている。この端部コア部４２２は、端部幅狭部３２２と同様に、例えば高磁束密度の軟磁性材料によって形成されている。そして、中央コア部４２１と端部コア部４２２の幅は同じである。

本実施形態のアキシャルギャップモータでは、アキシャルギャップモータの用途に合わせて、ステータコア４２の中央コア部４２１と端部コア部４２２も異なる軟磁性材料を使い分けることにより、高回転且つ低損失型、低速且つ高トルク型、又は低コスト型等のアキシャルギャップモータを提供することができるので、アキシャルギャップモータのバリエーションを増やすことができる。なお、上記表４に示すような材料の組み合わせは、本実施形態の中央コア部４２１及び端部コア部４２２にもそれぞれ適用することができる。このようにアキシャルギャップモータの用途に合わせて、ロータコア３２及びステータコア４２に各種形状と各種材料の組み合わせを用いることで、様々な用途に対応できるアキシャルギャップモータを提供できる。

［第１２実施形態］
以下、図４１を参照して本発明の第１２実施形態に係るアキシャルギャップモータ１を説明する。本実施形態のアキシャルギャップモータ１では、ロータコア３２とステータコア４２は、複数種類の帯状の軟磁性材料を隣接する軟磁性材料同士が異なるようにＵ字状に湾曲させて積層することにより形成されている。

具体的には、ロータコア３２とステータコア４２は、それぞれＵ字状に形成されたカットコアであって、同じ幅を有する３種類の薄板状の軟磁性材料（第１材料３０１、第２材料３０２及び第３材料３０３）が内側から外側に向かって第１材料３０１、第２材料３０２、第３材料３０３の順で複数積層されている。

このような構造を有するロータコア３２及びステータコア４２は、例えば以下の方法によって形成される。すなわち、図４２に示すように、同じ幅を有する帯状の第１材料３０１、第２材料３０２及び第３材料３０３を、内側から外側に向かって第１材料３０１、第２材料３０２、第３材料３０３の順で整列しながら所定の巻き数で巻き付けることで巻回体を形成する。次に、形成した巻回体を周方向（矢印Ｏ方向）と交差する方向で分割することによって形成されている。なお、図４２の符号Ｌは、巻回体の分割位置を示している。

本実施形態のアキシャルギャップモータでは、アキシャルギャップモータの用途に合わせて、ロータコア３２とステータコア４２でそれぞれ異なる軟磁性材料を使い分けることにより、高回転且つ低損失型、低速且つ高トルク型、又は低コスト型等の多層構造を有するアキシャルギャップモータを提供することができるので、アキシャルギャップモータのバリエーションを増やすことができる。

ここでの軟磁性材料として、上述したように冷延鋼板、熱間圧延鋼板、無方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板、ＰＣパーマロイ、ＰＢパーマロイ、パーメンジュール材、ナノ結晶軟磁性材料、アモルファス軟磁性材料、フェライト系軟磁性材料などが挙げられる。そして、帯状のフェライト系軟磁性材料を用いて断面Ｕ字状にした場合、フェライトコア内側と外側を金属系コアで挟み一体化することで、高回転（高周波数）で鉄損の少ないアキシャルギャップモータを提供することができる。

また、絶縁被膜付きの方向性電磁鋼板や絶縁被膜付きの無方向性電磁鋼板の間に絶縁被膜のないパーマロイ、ナノ結晶軟磁性材料あるいはアモルファス軟磁性材料などを挟んで巻きコアとすることで、これらの間に絶縁処理を不要となるので、鉄損の少ないアキシャルギャップモータを提供することができる。更に、絶縁被膜付きの方向性電磁鋼板や絶縁被膜付きの無方向性電磁鋼板の間に絶縁被膜のないパーメンジュール材を挟んで巻きコアとすることで、磁束密度の高い、すなわち高トルクのアキシャルギャップモータを提供することができる。更に、ロータコア側は占積率が小さいので、冷延鋼板や熱間圧延鋼板のコア断面積を大きくしたロータコアとすることで、比較的に低コストのアキシャルギャップモータを提供することができる。

［第１３実施形態］
以下、図４３と図４４を参照して本発明の第１３実施形態に係るアキシャルギャップモータ１Ａを説明する。本実施形態のアキシャルギャップモータ１Ａは、ロータコア３２及びステータコア４２の配置向きにおいて上記実施形態と異なっている。すなわち、上記第１～第１２実施形態において、ステータコア４２とロータコア３２は、それぞれの巻幅方向がそれぞれの台座の周方向と平行になるように配置されている。これに対し、本実施形態では、ステータコア４２とロータコア３２は、それぞれの幅方向（すなわち、巻幅方向）がそれぞれの台座の径方向と平行になるように配置されている。

具体的には、図４３に示すように、本実施形態のアキシャルギャップモータ１Ａは、３相駆動のモータであり、回転シャフト２の軸方向に積み重ねられたステータ４及びロータ３を３組有する。３組のステータ４及びロータ３は、回転シャフト２の軸方向に沿ってステータ４とロータ３とを交互に（具体的には１つ目のステータ４、１つ目のロータ３、２つ目のステータ４、２つ目のロータ３、３つ目のステータ４及び３つ目のロータ３の順に）配置されている。ここでは図４３の紙面に対し、上方に位置するステータ４及びロータ３を１組目、下方に位置するステータ４及びロータ３を３組目、その間のステータ４及びロータ３を２組目とする。なお、図４３において、ステータ４及びロータ３を収容するケースは省略されている。

図４３及び図４４に示すように、ステータ４は、例えば上記第１実施形態のステータ４と同様に、非磁性材料からなる円板状のステータ台座４１と、ステータ台座４１の周方向に沿って固定された１２個（言い換えれば１２極）のステータコア４２と、ステータコア４２に巻回されたコイル４３とによって構成されている。そして、各ステータコア４２は、上記第１実施形態のステータコア４２と同様な構造を有するが、上記第１実施形態のステータコア４２と違って、その巻幅方向がステータ台座４１の径方向と平行に、言い換えればステータコア４２の分割面４２ａ及び４２ｂにおける帯状の軟磁性材料の積層方向がステータ台座４１の周方向と平行になるように配置された状態で貫通穴４１ｂに挿入固定されている。

ロータ３は、例えば上記第１実施形態のロータ３と同様に、非磁性材料からなる円板状のロータ台座３１と、ロータ台座３１の周方向に沿って固定された１２個（言い換えれば１２極）のロータコア３２とによって構成されている。そして、各ロータコア３２は、上記第１実施形態のロータコア３２と同様な構造を有するが、上記第１実施形態のロータコア３２と違って、その巻幅方向がロータ台座３１の径方向と平行に、言い換えればロータコア３２の分割面３２ａ及び３２ｂにおける帯状の軟磁性材料の積層方向がロータ台座３１の周方向と平行になるように配置された状態で貫通穴３１ｂに挿入固定されている。

また、本実施形態のアキシャルギャップモータ１Ａでは、ロータコア３２及びロータコア３２は同極数（Ｎｓ＝Ｎｒ＝１２）である。そして、アキシャルギャップモータ１Ａは、各組のステップ角εをε＝３６０°／（３Ｎｓ）＝１０°ずつ回転させるように各組の通電を切り換えて駆動されている。

図４４に示すように、初期位置では、１組目のステータコア４２に対して１組目のロータコア３２は、回転シャフト２を中心に時計回りに１０°回転した位置に配置されている。２組目のステータコア４２に対して２組目のロータコア３２は、回転シャフト２を中心に時計回りに２０°回転した位置に配置されている。３組目のステータコア４２に対して３組目のロータコア３２は、回転シャフト２を中心に時計回りに３０°回転した位置に配置されている。

そして、１組目のステータコア４２に巻回されたコイル４３のみに通電すると（１組目のみ通電）、該ステータコア４２に磁束が生じ、その磁束により１組目のロータコア３２が吸引されて１組目のロータ３が反時計回りに１０°回転する（図４４の矢印参照）。このとき、１組目のロータ３と連動して、２組目及び３組目のロータ３もそれぞれ反時計回りに１０°回転する。従って、１組目のステータコア４２に巻回されたコイル４３のみに通電した結果、図４４に示すように、１組目のロータコア３２は１組目のステータコア４２に対して０°の位置になり（すなわち、両者の位置が一致になり）、２組目のロータコア３２は２組目のステータコア４２に対して時計回りに１０°の位置になり、３組目のロータコア３２は３組目のステータコア４２に対して時計回りに２０°の位置になる。

続いて、２組目のステータコア４２に巻回されたコイル４３のみに通電すると（２組目のみ通電）、該ステータコア４２に磁束が生じ、２組目のロータコア３２が吸引されて２組目のロータ３が反時計回りに１０°回転する。このとき、２組目のロータ３と連動して、１組目及び３組目のロータ３もそれぞれ反時計回りに１０°回転する。従って、２組目のステータコア４２に巻回されたコイル４３のみに通電した結果、図４４に示すように、１組目のロータコア３２は１組目のステータコア４２に対して反時計回りに１０°の位置になり（図４４では、－１０°）、２組目のロータコア３２は２組目のステータコア４２に対して０°の位置になり（すなわち、両者の位置が一致になり）、３組目のロータコア３２は３組目のステータコア４２に対して時計回りに１０°の位置になる。

続いて、３組目のステータコア４２に巻回されたコイル４３のみに通電すると（３組目のみ通電）、該ステータコア４２に磁束が生じ、３組目のロータコア３２が吸引されて３組目のロータ３が反時計回りに１０°回転する。このとき、３組目のロータ３と連動して、１組目及び２組目のロータ３もそれぞれ反時計回りに１０°回転する。従って、３組目のステータコア４２に巻回されたコイル４３のみに通電した結果、図４４に示すように、１組目のロータコア３２は１組目のステータコア４２に対して反時計回りに２０°の位置になり（図４４では、－２０°）、２組目のロータコア３２は２組目のステータコア４２に対して反時計回りに１０°の位置になり（図４４では、－１０°）、３組目のロータコア３２は３組目のステータコア４２に対して０°の位置になる（すなわち、両者の位置が一致になる）。

そして、このように各組の通電を繰り返し切り換えることで、ロータ３が連続的に回転する。

本実施形態のアキシャルギャップモータ１Ａでは、ステータコア４２とロータコア３２は、それぞれの幅方向がそれぞれの台座の径方向と平行になるように配置されるので、ステータコア４２とロータコア３２をそれぞれの幅方向がそれぞれの台座の周方向と平行になるように配置する場合（例えば、第１実施形態のアキシャルギャップモータ）と比べて、トルク平均半径及び回転に必要なコア幅を大きくすることができるので、トルクを更に高めることができる。なお、ここでのトルク平均半径は、回転シャフト２の中心から、ステータコア４２の湾曲の曲率中心軸と該ステータコア４２の巻幅方向の中心軸の交点までの距離を指す。

下記表６に示すように、本願発明者らは、幅方向が台座の周方向と平行になるようにステータコアとロータコアを配置した上記第１実施形態のサンプルと、幅方向が台座の径方向と平行になるようにステータコアとロータコアを配置した本実施形態のサンプルをそれぞれ作製し、同じ条件（Ｎｓ＝６、Ｎｒ＝４）で比較したところ、本実施形態のサンプルは、第１実施形態のサンプルと比べてトルク平均半径が約１．１倍、コア幅が約１．２倍、コア当たりのトルク比が約１．４倍の結果を得られた。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、本発明は、上記各実施形態の組み合わせにも適用される。

１，１Ａ：アキシャルギャップモータ、２：回転シャフト、３：ロータ、３ａ：巻回体、４：ステータ、５：ケース、５ａ：冷却液流入口、５ｂ：冷却液流出口、２１：大径部（ロータ固定部）、２２：中径部、３１：ロータ台座、３１ａ：挿入穴、３２：ロータコア、３２ａ，３２ｂ：分割面（端面）、３２ｃ：背面部（反対側の部分）、４１：ステータ台座、４１ａ：挿入穴、４２：ステータコア、４２ａ，４２ｂ：分割面（端面）、４２ｄ，４２ｅ：内側面、４３：コイル、３２１：中央幅広部、３２２：端部幅狭部、３２３：段差部、４２１：中央コア部、４２２：端部コア部、Ｒ１：第１領域、Ｒ２：第２領域

Claims (15)

1. 回転シャフトに固定されたロータと、前記回転シャフトの軸方向において前記ロータとギャップをあけて対向配置されたステータと、を備えるアキシャルギャップモータであって、
   前記ロータは、非磁性材料からなるロータ台座と、前記ロータ台座の周方向に沿って固定された複数のロータコアとを備え、
   前記ステータは、非磁性材料からなるステータ台座と、前記ステータ台座の周方向に沿って固定された複数のステータコアと、前記ステータコアに巻回されたコイルとを備えており、
   前記ロータコアと前記ステータコアは、２つの端面が同じ方向を向くように湾曲した軟磁性材料からなるコアであり、
   前記ロータコアの前記２つの端面と、前記ステータコアの前記２つの端面とは、互いに露出した状態で対向するように配置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. 前記アキシャルギャップモータは、前記ロータと前記ステータをそれぞれ２組有しており、
   前記回転シャフトの軸方向において、２つの前記ロータは２つの前記ステータの間に配置されており、
   前記２つのロータのロータコアの端面とは反対側の部分同士が固定されていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップモータ。
3. 前記複数のロータコアは、前記ロータ台座の周方向に沿って複数列を成して固定されており、
   前記複数のステータコアは、前記ステータ台座の周方向に沿って複数列を成して固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアキシャルギャップモータ。
4. 前記ロータコアと前記ステータコアは、帯状の軟磁性材料を複数周巻回してなる巻回体を前記巻回体の周方向と交差する方向で分割することによって、前記２つの端面が形成されたコアであり、
   前記帯状の軟磁性材料は、結晶方位が長手方向に揃えられた方向性電磁鋼板からなることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータ。
5. 前記回転シャフトには、前記ロータ台座に固定されるロータ固定部が形成されており、
   前記ステータ台座には、前記回転シャフトが挿入される挿入穴が形成されており、
   前記ロータ固定部の直径は、前記ステータ台座の挿入穴の内径よりも大きいことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータ。
6. 前記回転シャフトを回転可能に軸支するとともに、前記ロータおよび前記ステータを密閉した状態で収容するケースをさらに備え、
   前記ケース内は、前記ステータ台座によって前記回転シャフトの軸方向に、前記ロータが配置される第１領域と、前記コイルが配置される第２領域と、に区画されており、
   前記ケースには、冷却液が前記第２領域を流通するように、冷却液流入口および冷却液流出口が設けられていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータ。
7. 前記ステータコアは、互いに対向配置されるとともに前記２つの端面にそれぞれ連続して設けられる一対の内側面を有し、
   前記ロータコアの前記端面と前記ステータコアの前記端面との間の距離をＬｇ、前記ロータコアの前記端面の面積をＳｒ、前記ステータコアの前記一対の内側面同士の間の距離をＷｓｃ、前記ステータコアの前記内側面の面積をＳｓとした場合、Ｗｓｃ／（２*Ｌｇ）≧２０、Ｓｒ／Ｓｓ≧０．２を満たすことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータ。
8. 前記アキシャルギャップモータは、前記回転シャフトの軸方向に積み重ねられた前記ステータ及び前記ロータを２組以上有しており、
   ステップ角をεとしたときに、初期位置において、ｎ組目の前記ロータコアに対してｎ+１組目の前記ロータコアがε／（ｎ+１）の角度、ｎ組目の前記ステータコアに対してｎ+１組目の前記ステータコアがε／（ｎ+１）の角度でそれぞれ前記回転シャフトを中心に回転した位置に配置されている請求項１～７のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータ。
9. 前記ステータコアの数をＮｓとしたときに、前記ロータコアは、該ロータコアの湾曲の曲率中心軸及び該ロータコアの幅方向の中心軸の交点を中心とし、前記ロータ台座の径方向に対して前記ロータの回転方向に３６０°／Ｎｓの角度で傾いた状態で配置されている請求項１～８のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータ。
10. 前記ロータコアは、該ロータコアの幅方向において非対称な構造を有する請求項１～９のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータ。
11. 前記ロータコアは、該ロータコアの湾曲の曲率中心軸側に配置されるとともに前記ロータの回転方向に突出する中央幅広部と、該ロータコアの湾曲の曲率中心軸とは反対側に配置された端部幅狭部とを有する請求項１０に記載のアキシャルギャップモータ。
12. 前記ロータコアに用いられる軟磁性材料は、前記中央幅広部と前記端部幅狭部とで異なっている請求項１１に記載のアキシャルギャップモータ。
13. 前記ステータコアは、一定の幅を呈しており、該ステータコアの湾曲の曲率中心軸側に配置されるとともに前記ロータコアの前記中央幅広部と同じ材料により形成された中央コア部と、該ステータコアの湾曲の曲率中心軸とは反対側に配置されるとともに前記ロータコアの前記端部幅狭部と同じ材料により形成された端部コア部とを有する請求項１２に記載のアキシャルギャップモータ。
14. 前記ロータコアと前記ステータコアは、複数種類の帯状の軟磁性材料を隣接する軟磁性材料同士が異なるように湾曲させて積層することにより形成されている請求項１～１２のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータ。
15. 前記アキシャルギャップモータは、前記回転シャフトの軸方向に積み重ねられた前記ステータ及び前記ロータを２組以上有しており、
    前記ステータコアと前記ロータコアは、同極数であって且つそれぞれの幅方向がそれぞれの台座の径方向と平行になるように配置されており、
    前記ステータコアの数をＮｓ、ステップ角をεとしたときに、各組のステップ角εをε＝３６０°／（３Ｎｓ）ずつ回転させるように各組の通電が切り換えられる請求項１～１４のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータ。
    

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