JP5453933B2

JP5453933B2 - 電磁ユニット

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Publication number: JP5453933B2
Application number: JP2009133918A
Authority: JP
Inventors: 章夫鳥羽
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2029-06-03
Also published as: DE102009043614A1; JP2010259309A

Description

本発明は、ステータユニット内にリング形コイルを備えた電磁ユニットに関するものである。

ロボット、産業機械などの技術分野に適用される小型モータでは、コイルの巻回や装着を容易化し、コイルの実装密度を向上させて高効率化やトルク特性を向上させることが求められている。
ここで、図２８Ａ，図２８Ｂは特許文献１に記載されたリングコイルモータの例を示しており、図２８Ａはアウターロータ型、図２８Ｂはインナーロータ型のステップモータである。

図２８Ａにおいて、１は固定軸、２，３は軸受、４はロータケース、５はロータヨーク、６，７はステータヨーク、８，９はリング形コイル、１０はマグネット板である。
また、図２８Ｂにおいて、１１は回転軸、１２，１３は軸受、１５はロータヨーク、１６，１７はステータヨーク、１８，１９はリング形コイル、２０はマグネット板である。
ロータヨーク５，１５及びステータヨーク６，７，１６，１７の対向面には歯が形成されており、これらの歯の間には永久磁石がそれぞれ配置されている。

上記モータでは、ロータの回転に伴い、内蔵された前記永久磁石の作用によってリング形コイル８，９，１８，１９に鎖交する磁束が変化する、すなわち、これらのコイルに無負荷誘起電圧が生じるように構成されている。このため、コイルに交番電流を通流することにより、モータにトルクが発生する仕組みとなっている。
これらのリングコイルモータでは、通常のモータのようにスロット内にコイルを配置する必要がなく、リング形コイルの製造も容易であると共に、ステータとロータとの相互作用によって高トルクを発生可能であるという特徴を有している。

特開平１０−２３７３２号公報（段落［０００６］〜［０００９］、図１，図８等）

一般に、狭いスペースにモータを配置して装置全体の小型化を図りたい場合には、軸方向の長さが短い扁平モータを使用することが望ましい。
しかし、図２８Ａ，図２８Ｂに示したモータは、ラジアルギャップ、すなわちステータとロータとの対向面が形成するギャップが円筒形状であるモータを想定している。この種のモータは軸方向に長くなりがちなため、モータを扁平に形成することが難しい。特に、三相のコイルを軸方向に並べる場合には、モータの扁平化は一層実現しにくくなる。

更に、図２８Ｂに示したインナーロータ型のモータでは、リング形コイル１８，１９の側部及び外周部をステータヨーク１６，１７によって囲む構造であるため、コイル１８，１９の構造が簡単であるにも関わらず、コイル１８，１９をステータヨーク１６，１７に組み込む場合に複雑な組立作業を要するという問題もある。
この組立作業を容易にするために、ステータヨーク１６，１７をそれぞれ軸方向中央部付近で２分割し、コイルを挟んだ後に結合するという方法が考えられるが、その場合にはステータコアにおける磁路が分断されるため、磁気抵抗が大きくなり、結果としてトルク低下を招くという問題がある。
一方、図２８Ａに示したアウターロータ型のモータによれば、ステータヨーク６，７の周囲にリング形コイル８，９を配置するため組立作業は容易であるものの、この種のアウターロータ型のモータを適用できる製品分野は必ずしも多くはない。

そこで、本発明の目的は、全体的に扁平化が可能であって組立も容易な電磁ユニットを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ステータとロータとの磁気的な相互作用によって高トルクを発生可能な電磁ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る電磁ユニットは、リング状のステータ磁性ヨークと、前記ステータ磁性ヨークの周方向に沿って規則的に配置された複数のステータ磁性歯列と、を有するリング状のステータコアと、
前記ステータコアと同軸上に近接して配置されるリング形コイルと、
からなるステータユニット、
及び、
ロータ磁極を有し、かつ、前記ステータユニットと同軸上に配置されるロータユニット、
を備えた電磁ユニットにおいて、
前記ステータ磁性歯列の各歯は、前記ステータ磁性ヨークから軸方向に沿って形成されており、
前記ステータ磁性歯列が同心円状に２列形成され、
前記２列のステータ磁性歯列の間に前記リング形コイルが配置されて、前記２列のステータ磁性歯列に挟まれるように前記ロータ磁極を配置すると共に、
前記２列のステータ磁性歯列はそれぞれ同数の磁性歯を有し、
前記ロータ磁極は、回転軸方向に磁化された永久磁石部と、この永久磁石部を回転軸方向に挟む二つの軟磁性部とにより構成され、
前記二つの軟磁性部は、前記２列のステータ磁性歯列に空隙を介して対向配置された第１列，第２列の磁性歯列をそれぞれ有しており、
一方の軟磁性部の第１列の磁性歯が一方のステータ磁性歯列の磁性歯に対向し、かつ第２列の磁性歯が他方のステータ磁性歯列の間隙に対向しているときに、
他方の軟磁性部については、前記第１列と同じ側の第１列の磁性歯が一方のステータ磁性歯列の間隙に対向し、かつ前記第２列と同じ側の第２列の磁性歯が他方のステータ磁性歯列の磁性歯に対向するものである。

請求項２に係る電磁ユニットは、請求項１に記載した電磁ユニットにおいて、前記ステータコアが、その周方向に沿って分割された複数の分割コアからなることを特徴とする。

請求項３に係る電磁ユニットは、請求項２に記載した電磁ユニットにおいて、隣り合う前記分割コアの間に隙間を設けたことを特徴とする。

請求項４に係る電磁ユニットは、請求項１〜３の何れか１項に記載した電磁ユニットにおいて、前記ステータ磁性歯列の隣り合う歯同士を、前記ロータとの対向面から離れた位置において磁性体により連結したことを特徴とする。

本発明によれば、リング状のステータコアとリング形コイルとからなるステータユニットと、ロータ磁性歯列またはロータ磁極を有するリング状のロータユニットとを、同軸上に積層配置することにより、ステータ磁性歯列とロータ磁性歯列またはロータ磁極とが対向する電磁ユニットが構成される。また、この電磁ユニットを軸方向に複数連結することで、リング形コイルを有するリングコイルモータが構成される。
これにより、軸方向の長さが短い扁平な電磁ユニット及びリングコイルモータを、簡単な組立作業によって製造することができる。また、ステータ磁性歯列とロータ磁性歯列またはロータ磁極との磁気的な相互作用により、大きなトルクを発生させることが可能である。
更に、永久磁石部と軟磁性部とからなるロータユニットを備えた電磁ユニットを用いれば、リング状の永久磁石を用いる必要がなくなり、コストの低減が可能になる。

本発明の第１参考形態における主要部の分解斜視図である。本発明の第１参考形態における主要部の組立後の斜視図である。本発明の第２参考形態における主要部の分解斜視図である。本発明の第２参考形態における主要部の組立後の斜視図である。本発明の第３参考形態における主要部の分解斜視図である。本発明の第３参考形態における主要部の組立後の斜視図である。本発明の第２参考形態におけるトルク発生原理を説明するための図である。本発明の第２参考形態におけるトルク発生原理を説明するための図である。本発明の第２参考形態におけるトルク発生原理を説明するための図である。図４Ａ〜図４Ｃに示した電磁ユニットの発生トルクの説明図である。本発明の第４参考形態におけるトルク発生原理を説明するための図である。本発明の第４参考形態におけるトルク発生原理を説明するための図である。本発明の第４参考形態におけるトルク発生原理を説明するための図である。本発明の第４参考形態における発生トルクの説明図である。本発明の第５参考形態における主要部の分解斜視図である。本発明の第５参考形態における主要部の組立後の斜視図である。本発明の第６参考形態を示す斜視図である。本発明の第６参考形態における各電磁ユニットの発生トルク及び合成トルクの説明図である。本発明の第７参考形態を示す斜視図である。本発明の第７参考形態における各電磁ユニットの発生トルク及び合成トルクの説明図である。本発明の各参考形態に使用可能な圧粉磁心の概要図である。本発明の第８参考形態における電磁ユニットの主要部の分解斜視図である。第８参考形態の作用を説明するための図である。第８参考形態の作用を説明するための図である。第８参考形態の作用を説明するための図である。本発明の第１実施形態における電磁ユニットの主要部の分解斜視図である。ロータユニットのトポロジー変形を示す概念図である。本発明の第２実施形態におけるロータユニットの主要部の構成図である。本発明の第９参考形態を示す斜視図である。本発明の第３実施形態におけるステータコアの斜視図である。本発明の第４実施形態におけるステータコアの主要部の斜視図である。第４実施形態の変形例を示す斜視図である。第４実施形態の変形例を示す斜視図である。図１４及び図１５Ａにおけるロータユニットの平面図である。本発明の第１０参考形態におけるロータユニットの平面図である。図２３における主要部の平面図である。図２４における主要部の平面図である。本発明の第１１参考形態におけるロータユニットの平面図である。本発明の第１２参考形態におけるロータユニットの平面図である。従来技術の構成図である。従来技術の構成図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、電磁ユニットに係る本発明の第１参考形態を示しており、図１Ａは主要部の分解斜視図、図１Ｂは各部品を組み立てた状態の斜視図である。
図１Ａにおいて、１００Ａはステータユニットであり、ステータコア１０１とリング形コイル３００とから構成されている。なお、コイルは、一般には導線を複数回、巻回して構成するが、図では一つのリングとして表記してある。ステータコア１０１は、リング状のステータ磁性ヨーク１０２と、各歯が、前記ステータ磁性ヨーク１０２からその中心軸（ｚ軸）に沿って形成され、かつ周方向に等間隔に配置された多数のステータ磁性歯列１０３と、を備えている。なお、図中のｘ軸，ｙ軸は、ｚ軸に直交してステータ磁性ヨーク１０２の半径方向の軸を示す。

また、２００Ａはロータユニットであり、ｚ軸方向に若干の長さを持つ円筒状のロータ磁性ヨーク２０１と、その外周面に沿って多数配置されたロータ磁性歯列２０２とを備えている。これらのロータ磁性歯列２０２は、ロータユニット２００Ａの半径方向（ｘ軸，ｙ軸方向）に突設されている。
ここで、ステータユニット１００Ａ及びロータユニット２００Ａの最大外径はほぼ等しい長さに形成されている。

図１Ｂは、前記ステータユニット１００Ａ及びロータユニット２００Ａをｚ軸に沿って積層し、組み立てた状態の斜視図である。この図１Ｂでは、見やすくするために一部を省略して表示している。
図１Ｂに示すように、ステータ磁性歯列１０３の内側に位置するように、ステータ磁性ヨーク１０２と同軸上にリング形コイル３００が載置され、更に、ロータユニット２００Ａのロータ磁性ヨーク２０１が同軸上に載置されて全体が形成される。
これにより、ロータ磁性歯列２０２とステータ磁性歯列１０３とは、ｚ軸に直交する面（ｘ−ｙ軸上の平面）が互いに対向することになる。

次に、図２は、電磁ユニットに係る本発明の第２参考形態を示しており、図２Ａは主要部の分解斜視図、図２Ｂは各部品を組み立てた状態の全体の斜視図である。
図２Ａにおいて、ステータユニット１００Ａの構成は図１Ａと同様である。ロータユニット２００Ｂは、図１Ａにおけるロータユニット２００Ａとほぼ同様にロータ磁性ヨーク２０３とロータ磁性歯列２０４とから構成されているが、ロータユニット２００Ｂの最大外径はステータ磁性歯列１０３の内径よりも短くなっている。

図２Ｂは、前記ステータユニット１００Ａ及びロータユニット２００Ｂをｚ軸に沿って積層し、組み立てた状態の斜視図である。この図２Ｂでも、見やすくするために一部を省略して表示している。
図２Ｂに示す如く、ステータ磁性歯列１０３の内側に位置するように、ステータ磁性ヨーク１０２と同軸上にリング形コイル３００が載置され、更に、ロータユニット２００Ｂが同軸上に載置されて全体が形成される。この参考形態では、ロータユニット２００Ｂの最大外径がステータ磁性歯列１０３の内径よりも短いため、ステータ磁性歯列１０３の内側にロータユニット２００Ｂが収容される。これにより、ステータ磁性歯列１０３の内周面とロータ磁性歯列２０４の外周面（何れの面も、ｚ軸に平行な面である）とが対向することになる。

図３は、電磁ユニットに係る本発明の第３参考形態を示しており、図３Ａは主要部の分解斜視図、図３Ｂは各部品を組み立てた状態の斜視図である。
図３Ａにおいて、ステータユニット１００Ａの構成は図１Ａ，図２Ａと同様である。ロータユニット２００Ｃは、リング状のロータ磁性ヨーク２０５とその外周面に多数配置されたロータ磁性歯列２０６とから構成されているが、ロータ磁性歯列２０６の内径はステータ磁性歯列１０３の外径よりも長くなっている。

図３Ｂは、前記ステータユニット１００Ａ及びロータユニット２００Ｃをｚ軸に沿って積層し、組み立てた状態の斜視図である。この図３Ｂでも、見やすくするために一部を省略して表示している。
図３Ｂに示す如く、ステータ磁性歯列１０３の内側に位置するように、ステータ磁性ヨーク１０２と同軸上にリング形コイル３００が載置され、更に、ステータ磁性歯列１０３をロータ磁性歯列２０６が包囲するようにロータユニット２００Ｃが同軸上に載置されて全体が形成される。この参考形態では、ロータ磁性歯列２０６の内径がステータ磁性歯列１０３の外径よりも長いため、ロータ磁性歯列２０６の内側にステータユニット１００Ａが収容される。これにより、ステータ磁性歯列１０３の外周面とロータ磁性歯列２０６の内周面（何れの面も、ｚ軸に平行な面である）とが対向することになる。

ここで、ロータ磁性歯列とは、例えば鉄のような磁性体の凸凹部が周方向に規則的に並んでいるものをいい、また、ロータ磁極とは、磁石によって形成されるＮ極，Ｓ極が周方向に規則的に並んでいるものをいう。なお、ステータ磁性歯列とは、ロータ磁性歯列と同様に磁性体の凸凹部が周方向に規則的に並んでいるものをいう。

ここで、これらの電磁ユニットにおけるトルク発生の原理を説明する。図４Ａ〜図４Ｃはトルク発生原理を説明するための図であり、これらの図では図２Ａ，図２Ｂに示した第２参考形態の電磁ユニットを例示してある。
第２参考形態の電磁ユニットでは、ステータ磁性歯列１０３がステータ磁性ヨーク１０２の周方向に沿って等間隔に配置されている。このステータ磁性歯列１０３の内側に、ロータ磁性歯列２０４が対向配置される。また、リング形コイル３００は、図４ＡのＡ−Ａ断面図や図４ＢのＡ’−Ａ’断面図に示される如く、ステータ磁性歯列１０３に沿って、ステータ磁性歯列１０３、ステータ磁性ヨーク１０２、ロータ磁性歯列２０４及びロータ磁性ヨーク２０３に挟まれた空間に配置されている。ここで、ステータ磁性歯列１０３及びロータ磁性歯列２０４の歯数は等しい。
なお、リング形コイル３００の巻数にトルク発生原理上の制約はなく、コイル３００に印加される電源の電圧に応じて適切に定めれば良い。

図４Ａは、ステータ磁性歯列１０３及びロータ磁性歯列２０４の位置が揃っている状態を示している。Ａ−Ａ断面図に示すように、この状態ではステータ磁性歯列１０３及びロータ磁性歯列２０４を含む磁性体がリング形コイル３００の電流通流方向を囲んでおり、この磁性体内部に、コイル３００の電流によって発生する磁路ａが形成される。この状態は、ロータの位置としては最も磁気的に安定な状態（低磁気エネルギー状態）であり、コイル３００に電流を通流してもトルクは発生しない。

図４Ｂは、ステータ磁性歯列１０３及びロータ磁性歯列２０４の位置が完全にずれている状態を示している。この状態では、Ａ’−Ａ’断面図に示すように、リング形コイル３００の電流通流方向を囲む磁路ａに大きな空間が存在しており、図４Ａに比べて磁路ａの磁気抵抗が大きくなり、電流による発生磁束は図４Ａよりも小さくなる。
この状態は、ロータの位置としては最も磁気的に不安定な状態（高磁気エネルギー状態）であり、コイル３００に電流を通流しても理論上はトルクが発生しない。しかし、実際には、ロータの位置が僅かにずれることにより、磁気エネルギーが小さくなって磁気的に安定するような方向にトルクが発生する。

ステータ磁性歯列１０３の隣合う歯のピッチを例えば１ピッチとすると、図４Ｃは、ステータ磁性歯列１０３とロータ磁性歯列２０４とが、（１／４）ピッチだけずれている状態である。この状態では、コイル３００に電流を通流することで磁束が発生し、ステータ磁性歯列１０３とロータ磁性歯列２０４とが揃おうとするトルクが矢印ｂ方向に発生する。換言すると、両歯列１０３，２０４が揃っている状態が磁気的に最も安定な状態（低磁気エネルギー状態）であるため、その状態になろうとするトルクが発生する。

次に、図５は、図４Ａ〜図４Ｃに示した電磁ユニットの発生トルクを説明するための図である。
コイル３００を流れる電流が一定である時のステータ磁性歯列１０３とロータ磁性歯列２０４との位置ずれ角θ（ステータ磁性歯列１０３及びロータ磁性歯列２０４の位置が揃っている状態をθ＝０°とし、歯の１ピッチを３６０°とする。）によるトルクの変化は、概略、図５のようになる。図５ではトルクの変化を簡易的に正弦波で示しているが、実際にはθに対するトルクの変化は正弦波とは限らず、一般に高調波を含む歪み波形となる。図５では、ステータ磁性歯列１０３とロータ磁性歯列２０４との位置関係を模式図的に併記してある。
なお、ステータ側、ロータ側が共に磁性歯列のみを有する場合には、電流の極性を変更しても、トルク−θ特性は同じになる。

次いで、図６Ａ〜図６Ｃは本発明の第４参考形態の電磁ユニットにおけるトルク発生原理を示している。この第４参考形態は、ロータユニットがロータ磁性歯列ではなくロータ磁極（前述したように、磁石によって形成されるＮ極，Ｓ極が周方向に規則的に並んでいる構造）を有する場合のものである。
ステータユニット１００Ａの構成は、第２参考形態（図２Ａ，図２Ｂ，図４Ａ〜図４Ｃ）と同様である。

ロータユニットの構成は、第２参考形態におけるロータユニット２００Ｂのロータ磁性歯列２０４をロータ磁極に置き換えたものに相当しており、図６Ａ〜図６Ｃに示すように、リング状のステータコア１０１の内側に同心円状にロータユニット２００Ｄが配置されている。ロータユニット２００Ｄは、リング状のロータ磁性ヨーク２０３と、このヨーク２０３の周方向に沿って多数、配置されたロータ磁極２０７とから構成されている。
ステータ磁性歯列１０３の内周面には、ロータ磁極２０７の外周面が対向している。また、図６Ａ〜図６Ｃに示す如く、ステータ磁性歯列１０３に沿って、このステータ磁性歯列１０３とステータ磁性ヨーク１０２、ロータ磁極２０７及びロータ磁性ヨーク２０３に挟まれた空間にリング形コイル３００が配置されている。ここで、ステータ磁性歯列１０３とロータ磁極２０７のＮ極，Ｓ極の対（ロータ磁極対）数は等しい。
本参考形態におけるロータ磁極２０７の構成方法は様々考えられるが、最も単純なものは、Ｎ極，Ｓ極に対応した永久磁石を配置する構造である。

図６Ａは、ステータ磁性歯列１０３及びロータ磁極２０７のＮ極の位置が揃っている状態を示している。この場合、ロータ磁極２０７が作る磁束とコイル３００の電流による磁束とが、共にＢ−Ｂ断面図に示す磁路ａの方向に発生する。この状態はロータユニット２００Ｄの位置及び電流極性について、磁気的に最も安定な状態であり、トルクは発生しない。なお、電流極性が逆になると、ロータ磁極２０７が作る磁束とコイル３００の電流による磁束との極性が相反するようになり、磁気的には最も不安定な状態となる。

図６Ｂは、ステータ磁性歯列１０３及びロータ磁極２０７のＳ極の位置が揃っている状態を示している。この場合、図６Ａと電流極性が同じならば、ロータ磁極２０７が作る磁束とコイル３００の電流による磁束との極性が相反するため、磁気的に最も不安定な状態となり、原理的にはトルクは発生しない。しかし、実際にはロータの位置が僅かにずれることによって、図６Ａの状態になるようにトルクが発生する。

図６Ｃは、ステータ磁性歯列１０３とロータ磁極２０７のＮ極，Ｓ極の境界部とが対向している状態を示している。この状態でコイル３００に図６Ａに示した極性の電流を通流すると、ステータ磁性歯列１０３とロータ磁極２０７のＮ極とが揃う方向（図６Ｃにおける矢印ｂ方向）にトルクが発生する。逆に、図６Ａと反対極性の電流をコイル３００に通流すると、ステータ磁性歯列１０３とロータ磁極２０７のＳ極とが揃う方向（図６Ｃにおける矢印ｃ方向）にトルクが発生する。
このように、ロータ磁極２０７が存在する場合には、コイル３００に通流する電流の極性によって発生トルクの方向が変化する点が、第２参考形態のようにロータ磁性歯列２０４を有する場合と異なる。なお、ロータユニットがロータ磁極２０７とロータ磁性歯列２０４との両方を備えている場合には、両特性を合成したトルク特性が現れることとなる。

図７は、図６Ａ〜図６Ｃに示した電磁ユニットの発生トルクを説明するための図である。
コイル３００を流れる電流が一定である時のステータ磁性歯列１０３とロータ磁極２０７との位置ずれ角θ（ステータ磁性歯列１０３及びロータ磁極のＮ極の位置が揃っている状態をθ＝０°とし、歯の１ピッチを３６０°とする）によるトルクの変化は、概略、図７のようになる。図５の場合と同様に、θに対するトルクの変化は正弦波とは限らず、一般に高調波を含む歪み波形となる。図７では、ステータ磁性歯列１０３とロータ磁極２０７との位置関係を模式図的に併記してある。
この参考形態によれば、コイル３００に通流する電流の極性を反転することにより、トルクの極性が反転する。

以上のように、上述した各参考形態によれば、リング形コイル３００を備えた電磁ユニットにおいて、電流とロータ磁性歯列またはロータ磁極の位置とに応じたトルクを発生することができる。ただし、各１個のステータユニット及びロータユニットからなる１個の電磁ユニットの発生トルクは脈動トルクであり、連続的かつ一方向にトルクを発生することができない。よって、連続的かつ一方向にトルクを発生させ、モータとして機能させるためには、後述するように前記電磁ユニットを複数個組合せて使用する必要がある。

第１〜第４参考形態に示したように電磁ユニットを構成すれば、この電磁ユニットを用いるモータを全体的に扁平化、薄形化することができる。また、ステータ磁性ヨーク１０２の内側にリング形コイル３００を嵌め込めば良いため、ステータユニット１００Ａの組立も極めて容易である。更に、ロータユニット２００Ａ〜２００Ｄとステータユニット１００Ａとをｚ軸方向に嵌合させれば良いから、電磁ユニットの組立性も良好である。
なお、ロータユニット２００Ａ〜２００Ｄ及びステータユニット１００Ａの支持機構については図示していないが、ｚ軸方向及びｘ軸，ｙ軸方向（半径方向）の位置を維持しつつ、周知の機構によって相対的に回転可能に保持すれば良い。
また、ステータ磁性歯列の数とロータ磁性歯列あるいはロータ磁極対の数とは、必ずしも等しくする必要はない。その理由は、前述したように、ロータの回転に応じて磁気エネルギーが変化すればトルクが発生するからである。
更に、ステータコア、ロータユニットは、いずれも周方向に分割可能とすることができる。すなわち、構造に周方向の周期性があるため、例えば１２０°毎、９０°毎に同形状のコア、磁極を周方向に並べて配置することによって、図１Ａ〜図３Ｂ等に示すステータコア、ロータユニットを構成することができる。それらの結合は接着によってもよいし、または図示しない支持構造によってもよい。本発明に係る電磁ユニットまたはモータでは、磁束が主にリングコイルを囲むように流れ、周方向には殆ど流れないため、上記のようなコアの分割による影響が少ないという特徴がある。

なお、一般的に平面よりも円筒面の方が加工上の観点からは高精度化が容易である。このため、第１参考形態のようにステータ磁性歯列とロータ磁性歯列またはロータ磁極との対向面がｚ軸に直交する面である場合よりも、第２〜第４参考形態のように、ステータ磁性歯列とロータ磁性歯列またはロータ磁極との対向面を、ステータ磁性歯列の半径方向に沿って内側または外側に形成する方が良い。これにより対向面間の距離を短くすることができ、コイル３００から見た磁気抵抗を小さくすることができるため、発生磁束が増えてトルクを大きくし易くなる。

図８Ａ，図８Ｂは、電磁ユニットに係る本発明の第５参考形態を示しており、図８Ａは主要部の分解斜視図、図８Ｂは各部品を組み立てた状態の斜視図である。この図８Ｂでも、見やすくするために一部の図示を省略してある。
図８Ａにおいて、１００Ｂはステータユニットであり、ステータコア１０４とリング形コイル３００とから構成されている。ステータコア１０４は、リング状のステータ磁性ヨーク１０５と、ヨーク１０５の端面（ｚ軸に直交する面）に、周方向に沿って互いに等間隔に配置された第１のステータ磁性歯列１０６と、その内側に所定の隙間をおいて、周方向に沿って互いに等間隔に配置された第２のステータ磁性歯列１０７とからなっている。

また、２００Ｅはロータユニットであり、リング状のロータ磁性ヨーク２０８と、その端面（ｚ軸に直交する面）に、周方向に沿って互いに等間隔に配置されたロータ磁性歯列２０９とから構成されている。このロータ磁性歯列２０９は、図８Ｂに示すように、ステータコア１０４側の第１のステータ磁性歯列１０６と第２のステータ磁性歯列１０７との間の隙間に収容可能となっている。つまり、本参考形態は、同心円状に配置された２列のステータ磁性歯列１０６，１０７に挟まれるように、ロータ磁性歯列２０９が配置される構造である。ここで、図示しないが、ロータユニットが、ロータ磁性歯列２０９の代わりにロータ磁極を備え、このロータ磁極が２列のステータ磁性歯列１０６，１０７に挟まれるように配置しても良い。
本参考形態によれば、ロータ磁性歯列２０９またはロータ磁極が対向する２列のステータ磁性歯列１０６，１０７のそれぞれに対してトルクを発生させることができるため、トルクを一層大きくすることができる。

次に、図９はリングコイルモータに係る本発明の第６参考形態を示す斜視図である。この参考形態は、ロータユニットがロータ磁性歯列のみを有する電磁ユニット、例えば第２参考形態（図２Ａ，図２Ｂ）に係る電磁ユニット４０１をｚ軸方向に３個連結して、リングコイルモータを構成したものである。なお、以下に述べるように電磁ユニット４０１を４個以上連結しても良い。

前述したように、電磁ユニットは脈動トルクを発生するため、連続的にトルクを得るためには複数個の電磁ユニットを連結する必要がある。ここで、連結する電磁ユニットの数に関して考察すると、ロータユニットが、ロータ磁性歯列のみを有していてロータ磁極を有しない場合、前述した如く電流極性が反転しても発生トルクが変わらない。従って、原理的には３個以上の電磁ユニットを用いてモータを構成する必要がある。
図９には現れていないが、３個のロータユニット及び３個のステータユニットは、それぞれ機械的に連結されて各１個のロータ及びステータを形成しており、ロータユニットとステータユニットとは相対的に回転可能に保持されている。

なお、対向するロータユニットとステータユニットの組についての磁性歯列の相対的な位置関係（ロータ磁性歯列とステータ磁性歯列との相対的な位置関係）は、３個の電磁ユニット４０１の間で互いに（１／３）歯ピッチずれているが、その理由については後述する。ここで、上記の歯ピッチとは、ステータ磁性歯列の隣り合う歯同士の間隔をいう。
図９には、一つの電磁ユニット４０１を基準とした上記位置関係を示すために、ｚ軸に平行な基準線ｄを表示してある。
図９では、３個の電磁ユニット４０１の間でステータ磁性歯列１０３の位置が基準線ｄを基準としてずれており、ロータ磁性歯列に関しては揃っている。しかし、上述のようにロータ磁性歯列とステータ磁性歯列との相対的な位置関係がずれていれば良いので、例えば３個の電磁ユニット４０１の間でステータ磁性歯列の位置を揃え、ロータ磁性歯列の位置をずらしても良い。

図１０は、図９に示した第６参考形態における各電磁ユニットの発生トルクと合成トルクを説明するための図である。
図１０において、（ａ）は、第１の電磁ユニット４０１における、電流一定の場合のトルク−θ特性であり、図５に示したものと同じである。ここで、位置ずれ角θに応じて図１０（ｂ）に示す電流（間欠的な波形とする）をコイル３００に通流すると、図１０（ｃ）に示すようなトルクが第１の電磁ユニット４０１に発生する。これは、図１０（ａ）においてトルクが負となる期間に電流を通流すると、前述のとおり電流極性に依らず連続的に得たいトルクの方向とは逆方向のトルクが発生してしまうため、その期間は電流を通流していないことによる。

図９に示した３個の電磁ユニット４０１は、それぞれステータ磁性歯列とロータ磁性歯列とが位置ずれ角θ＝１２０°ずつ、ずれるように配置される。これは、電磁ユニット４０１が３個であるため、θ＝３６０°で１周期となるトルク特性が均等に分散するように、３６０°／３＝１２０°としたものである。このように、モータを構成する電磁ユニット４０１の個数に応じて、各電磁ユニット４０１の配置（各電磁ユニット４０１間の位置ずれ角θ）を設定すれば良い。

図１０（ｄ）は、３個の電磁ユニット４０１のトルクとその合成トルクを示している。前述した如く、３個の電磁ユニット４０１のロータユニット、ステータユニットはそれぞれ機械的に連結されてロータ、ステータを構成し、その全体によりモータが構成されているので、ロータに発生するトルクは３個の電磁ユニット４０１のトルクの合計値となる。これを示したのが、図１０（ｄ）の合成トルクである。
図１０（ｄ）に示した合成トルクは、一定のトルクに脈動成分が重畳した波形となっていることから、連続的なトルク発生が可能であることが分かる。これが、本発明に係るリングコイルモータのトルク発生の原理である。

なお、合成トルクに重畳される脈動分は除去することが望ましい場合が多い。この脈動分を除去する方法としては、コイル３００に通流する電流の波形を調整すれば、トルクの脈動成分を極小化することが可能である。なお、コイル３００への電流通流は通常、インバータ等の電力変換器を用いて行うため、波形調整の自由度は一般に高い。
上記の説明は、ロータユニットがロータ磁極を有さない場合のものである。しかし、ロータユニットがロータ磁極を有する場合も本発明は適用可能である。すなわち、電磁ユニットを３個以上用い、それぞれの電磁ユニットにおける無負荷誘導起電力が等間隔位相差となるように各電磁ユニット間の位置を決め、電磁ユニットの個数に応じた相数（例えば、電磁ユニット３個の場合には三相）の電流を各コイルに通流することによって、同様にモータとして機能させることができる。

次いで、図１１はリングコイルモータに係る本発明の第７参考形態を示す斜視図である。
この参考形態は、ロータユニットがロータ磁極２１０を有しており、このロータユニットとステータユニットからなる電磁ユニット４０２を２個、ｚ軸方向に背中合わせに連結して扁平なモータを構成したものである。
各ロータユニットにおいては、Ｎ極，Ｓ極のロータ磁極２１０が周方向に交互に配置されており、これらのロータ磁極２１０の外周面がステータ磁性歯列１０３の内周面に対向している。

図１１においては、図６Ａ〜図６Ｃに示した電磁ユニットとほぼ同様の構造の電磁ユニット４０２を２個、ステータ磁性ヨーク１０２が背中合わせになるようにｚ軸に沿って背中合わせに連結してある。図１１には現れていないが、各電磁ユニット４０２を構成する２つのロータユニット及び２つのステータユニットは、それぞれ機械的に連結されており、周知の機構によって相対的に回転可能に保持されている。

対向するロータユニットとステータユニットの組についての相対的な位置関係（ロータ磁極とステータ磁性歯列との相対的な位置関係）は、２個の電磁ユニット４０２の間で（１／４）歯ピッチずれているが、その理由については後述する。図１１において、ｅは２個の電磁ユニット４０２の間の、ロータ磁極２１０とステータ磁性歯列１０３との相対的な位置関係を示すための基準線である。
図１１では、２個の電磁ユニット４０２の間でステータ磁性歯列１０３の位置が基準線ｅを基準としてずれており、ロータ磁極２１０に関しては揃っている。しかし、上述のようにロータ磁極とステータ磁性歯列との相対的な位置関係がずれていれば良いので、例えば２個の電磁ユニット４０２の間でステータ磁性歯列の位置を揃え、ロータ磁極の位置をずらしても良い。

次いで、図１２は、図１１に示した第７参考形態における各電磁ユニット４０２の発生トルクと合成トルクを説明するための図である。
図１２において、（ａ）は、第１の電磁ユニット４０２における、電流一定の場合のトルク−θ特性であり、図１０（ａ）に示したものと同じである。ここで、位置ずれ角θに応じて図１２（ｂ）に示す電流をコイル３００に通流すると、図１２（ｃ）に示すようなトルクが第１の電磁ユニット４０２に発生する。図１０の場合と異なり、電流としては交番電流を与えるものとし、その結果、図１２（ｃ）のように正側にバイアスのある脈動トルクが得られる。図１２（ａ）において、トルクが負となる期間には電流極性を反転させることで、所望の方向にトルクを発生することができる。
電磁ユニット４０２が２個の場合、ステータ磁性歯列とロータ磁極との位置関係は、位置ずれ角θ＝９０°となるように配置されている。２個の電磁ユニット４０２の発生トルクは図１２（ｄ）のようになり、これらの合計値がモータとしての合成トルクとなる。

図１２では、（ａ）のトルク−θ特性と（ｂ）の通流電流波形が共に正弦波である場合について示してあり、この場合には、図１２（ｄ）に示すように合成トルクがほぼ一定値になる。これは、２つの電磁ユニット４０２の発生する脈動トルクがお互いに相殺し合うためであり、一つの理想状態である。
実際には、トルク−θ特性は高調波を含むことが多く、その場合には、コイル３００に正弦波電流を通流すると高調波に応じた脈動トルクが重畳することになる。一定のトルクを得るためには、モータの磁気設計によってトルク−θ特性における高調波を極力減らすこと、及び、高調波による脈動トルクを打ち消すような電流波形とすることが有効である。図１０について説明したのと同様に、コイル３００に通流する電流波形の調整は、インバータによって高い自由度で実現可能である。

図１３は、上記各参考形態におけるステータユニットまたはロータユニットの磁性材料に適した圧粉磁心の概要図である。
本発明を実現する場合、ステータユニットまたはロータユニットの磁性材料として通常の積層綱板を使用するのは明らかに困難である。積層綱板は電気機器の鉄心材料として多用されているが、基本的には同じ形状の板を重ねて構成するため、断面形状が均一な機器用の材料と言える。従って、断面形状に均一性のないステータユニット等を有する電磁ユニットを実現するためには、積層綱板以外の材料を用いる必要がある。

上記の課題は、圧粉磁心を用いることによって解決可能である。圧粉磁心は、図１３に示す如く、数１０〜数１００μｍ程度の径を有する磁性粉（例えば鉄粉）５０１を絶縁物５０２によりコーティングしたものを硬化させて使用される。具体的には、所望の形状を有する型を用意し、この型に圧粉磁心を注入して成形し、硬化させれば良い。
このように磁性材料として磁性粉５０１を用いることで透磁率を高めると共に、絶縁物５０２を用いたコーティングによって磁束変化に伴う渦電流を抑制し、損失を低減させることができる。
以上のように、圧粉磁心を用いれば形状の自由度が向上するので、本発明に係る電磁ユニットやリングコイルモータを構成する磁性材料として好適である。

次に、図１４は、本発明の第８参考形態における電磁ユニットの主要部の斜視図である。なお、この図は電磁ユニットの回転方向（周方向）に沿った一部を示したものであり、図１４と同一の構造が電磁ユニットの全周にわたり周期的に形成されている。
ロータ磁極の構成方法としては、図１１に示したように、リング状の永久磁石を用い、その周方向に沿ってＮ極，Ｓ極を交互に着磁することが考えられる。また、他の方法としては、リング状の磁性ヨークの内周部及び外周部に大小二つのリング状の永久磁石を貼り付けることもできる。
しかし、一般に、リング状の永久磁石は高価であるため、より安価で同等の作用を果たすロータ磁極の提供が望まれており、本発明の第８参考形態はこの課題に応えるものである。

すなわち、図１４において、１００Ｆはステータユニット、１２０は外側のステータ磁性歯列を構成する磁性歯、１３０は内側のステータ磁性歯列を構成する磁性歯であり、外側の磁性歯１２０の総数と内側の磁性歯１３０の総数とは等しくなっている。１２５は外側のステータ磁性歯列の間隙、１３５は内側のステータ磁性歯列の間隙である。
また、２００Ｆはリング状のロータユニットであり、上述した内外２列のステータ磁性歯列の間に僅かな空隙を介して配置されている。このロータユニット２００Ｆは、回転方向にネオジム磁石等からなる永久磁石部２２１と鉄系の合金等からなる軟磁性部２２２とを交互に配置して構成されている。永久磁石部２２１の総数は磁性歯１２０，１３０の総数に等しく、軟磁性部２２２の総数も磁性歯１２０，１３０の総数に等しい。
これらの永久磁石部２２１及び軟磁性部２２２により、ロータ磁極が構成されている。
前記同様に１０５はステータ磁性ヨーク、３００はリング形コイルを示す。

図１５Ａ〜図１５Ｃは、この第８参考形態の作用を説明するための図である。
まず、図１５Ａはロータユニット２００Ｆの一部を示したものであり、永久磁石部２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，……は、符号▲で示すようにロータユニット２００Ｆの回転方向に沿って交互に逆向きに着磁されている。このため、二つの永久磁石部に挾まれる軟磁性部２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，……は、順番にＳ極，Ｎ極，Ｓ極，……の磁極を形成することになる。

図１５Ｂは、ロータユニット２００Ｆ側の永久磁石部２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ及び軟磁性部２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｄと、ステータユニット１００Ｆの外側の磁性歯１２０ａ，１２０ｂ（図１４の磁性歯１２０に相当）及び内側の磁性歯１３０ａ，１３０ｂ（同じく磁性歯１３０に相当）との位置関係を示している。符号１２０Ｘ，１３０Ｘは、外側，内側のステータ磁性歯列をそれぞれ示す。
なお、図１５Ｂ（図１５Ａ，図１５Ｃも同様）では、便宜的に、永久磁石部２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ、軟磁性部２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｄ及びステータ磁性歯列１２０Ｘ，１３０Ｘが直線上に配置されるように図示してあるが、これらは、図１４から明らかなように、実際には回転軸を中心とした同心円上にそれぞれ配置されるものである。

図１５Ｂに示すように、例えば、ロータユニット２００Ｆの半径方向に沿った軟磁性部２２２ａの一端面が外側のステータ磁性歯列１２０Ｘの磁性歯１２０ａに対向しているとき、軟磁性部２２２ａの他端面は内側のステータ磁性歯列１３０Ｘの間隙１３５に対向しており、その時、隣の軟磁性部２２２ｂの一端面は外側のステータ磁性歯列１２０Ｘの間隙１２５に対向し、軟磁性部２２２ｂの他端面は内側のステータ磁性歯列１３０Ｘの磁性歯１３０ａに対向している。このような位置関係が、ロータユニット２００Ｆの回転方向に繰り返されている。

いま、図１５Ｂの状態では、永久磁石部２２１ａ，２２１ｂによる磁束は、軟磁性部２２２ｂ→磁性歯１３０ａ→ステータ磁性ヨーク１０５（図１５Ｂでは図示を省略）→磁性歯１２０ａ，１２０ｂ→軟磁性部２２２ａ，２２２ｃ→永久磁石部２２１ａ，２２１ｂ→軟磁性部２２２ｂという経路ｈを通って還流するので、この経路ｈが図１４のリング形コイル３００に鎖交する。

この状態から、ロータユニット２００Ｆがステータ磁性歯列１２０Ｘ，１３０Ｘの歯ピッチの１／２だけ図の上方に回転すると、図１５Ｃのような位置関係となる。
すなわち、永久磁石部２２１ｂ，２２１ｃによる磁束は、軟磁性部２２２ｂ，２２２ｄ→磁性歯１２０ａ，１２０ｂ→ステータ磁性ヨーク１０５→磁性歯１３０ａ→軟磁性部２２２ｃ→永久磁石部２２１ｂ，２２１ｃ→軟磁性部２２２ｂ，２２２ｄという経路ｈ’（図１５Ｂの経路ｈとは逆の経路）を通って還流するので、この経路ｈ’がリング形コイル３００に鎖交する。

以上の説明から明らかなように、ロータユニット２００Ｆの回転によって永久磁石部に起因するリング形コイル３００の鎖交磁束が交番することになり、図６Ａ〜図６Ｃ，図７等を用いて既に説明したように、リング形コイル３００に適切な電流を通流することによりモータとしてのトルクが発生する。
本参考形態によれば、永久磁石部のみからなる高価なリング状の永久磁石が不要になり、永久磁石部と軟磁性部とを交互に配置することで、リング状の永久磁石と同形であって同様の作用を果たすロータユニットを形成することができる。このため、電磁ユニットまたはリングコイルモータの製造コストの低減が可能である。

また、永久磁石部の磁束が軟磁性部との相互作用により無駄なく用いられるので、トルク密度の増加という観点からも有利な構成である。すなわち、リング状の永久磁石を用いて磁極を構成する場合、ステータ磁性歯列の間隙に対向している磁極は、トルク発生に何ら寄与しないばかりか、ステータ磁性歯列の磁性歯に対向している隣の磁極の磁束が漏れる原因となり、むしろトルクを低下させてしまう。しかし、本参考形態によれば、図１５Ａ〜図１５Ｃから明らかなように、永久磁石部の磁束は軟磁性部により集められてステータ磁性歯列に導かれることになり、そのような問題は生じないものである。

さて、上述した第８参考形態では、永久磁石部及び軟磁性部の数が多いため、ロータユニットの組立作業が煩雑になる恐れがあり、ロータユニットの構造を更に簡略化したいという課題がある。
図１６に示す第１実施形態は、上記の課題を解決するものである。すなわち、図１６において、ロータユニット２００Ｇは、回転軸方向に磁化されたリング形の永久磁石部２２３と、この永久磁石部２２３を回転軸方向の両側から挟むように配置されたリング状の軟磁性部２２４，２２５とを備えている。そして、これらの軟磁性部２２４，２２５には、半径方向の外側及び内側に各々２列の磁性歯２２４Ａ，２２４Ｂ、２２５Ａ，２２５Ｂがそれぞれ突設されている。
ここで、軟磁性部２２４の磁性歯２２４Ａは、請求項１における第１列の磁性歯、磁性歯２２４Ｂは第２列の磁性歯にそれぞれ相当し、同様に軟磁性部２２５の磁性歯２２５Ａは、請求項１における第１列の磁性歯、磁性歯２２５Ｂは第２列の磁性歯にそれぞれ相当する。

また、１００Ｇはステータユニット、１４０は外側のステータ磁性歯列を構成する磁性歯、１５０は内側のステータ磁性歯列を構成する磁性歯であり、これらの磁性歯１４０，１５０、及び、ロータユニット２００Ｇの磁性歯２２４Ａ，２２４Ｂ，２２５Ａ，２２５Ｂの各々の総数は、すべて等しくなっている。１４５は外側のステータ磁性歯列の間隙、１５５は内側のステータ磁性歯列の間隙である。
なお、図１４と同様に、図１６に示した構造は電磁ユニットの全周にわたり周期的に形成されている。
上述した構成において、リング形の永久磁石部２２３を用いる代わりに、複数の扇形の永久磁石を回転方向に連結しても良いし、直方体の小形の永久磁石を多数連結して全体としてリング形に形成しても良い。

一方の軟磁性部２２４の磁性歯２２４Ａ，２２４Ｂと、他方の軟磁性部２２５の磁性歯２２５Ａ，２２５Ｂとは、それぞれ（１／２）ピッチずれて配置されている。これにより、例えば、一方の軟磁性部２２４の外側の磁性歯２２４Ａがステータユニット１００Ｇの外側の磁性歯１４０に対向している（このとき、内側の磁性歯２２４Ｂはステータユニット１００Ｇの内側の間隙１５５に対向している）とき、他方の軟磁性部２２５の外側の磁性歯２２５Ａは外側の間隙１４５に対向し、軟磁性部２２５の内側の磁性歯２２５Ｂは内側の磁性歯１５０に対向している。

図１６に示した構造によれば、永久磁石部２２３及び軟磁性部２２４，２２５の個数が少なくて済み、ロータユニット２００Ｇの組立作業や部品管理が容易になるという利点がある。なお、トルク発生の原理は基本的に第８参考形態と同様である。
すなわち、図１６のロータユニット２００Ｇは、図１４におけるロータユニット２００Ｆの永久磁石部２２１と軟磁性部２２２との相互作用によるトルク発生の原理を維持しつつ、永久磁石部の個数を減らすようにロータユニットの構造をトポロジー的に変形したものと理解することもできる。

図１７は、上記のトポロジー変形を示す概念図であり、図１４のロータユニット２００Ｆから図１６のロータユニット２００Ｇへの変形過程を示したものである。
図１７の最上段において、軟磁性部２２２の磁化の状態はロータユニット２００Ｆの回転方向に沿って一つおきに等しくなるため、これらを結合した場合でも、永久磁石部２２１による磁束のステータユニットへの経路を維持することができる。
この原理を利用すれば、図１７の最上段に示すロータユニット２００Ｆを図示のごとく次第に変形し、最終的に図１７の最下段に示すロータユニット２００Ｇのように簡略化することが可能である。なお、図１７の最下段の図は、図１６におけるロータユニット２００Ｇのみを半径方向の一点から見た状態を模式的に表したものであり、図１７における２２４Ｃは軟磁性部２２４の磁性歯（図１６における磁性歯２２４Ａまたは２２４Ｂ）を示し、図１７における２２５Ｃは軟磁性部２２５の磁性歯（図１６における磁性歯２２５Ａまたは２２５Ｂ）を示している。

次に、図１８は第２実施形態におけるロータユニット２００Ｈの主要部の構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
この実施形態は、図１７の最下段に示したロータユニット２００Ｇの磁性歯２２４Ｃ，２２５Ｃを、永久磁石部２２３側にそれぞれ拡張して磁性歯２２４Ｄ，２２５Ｄを形成したものである。この場合、磁性歯２２４Ｄ，２２５ＤのＮ極，Ｓ極は回転方向に交互に存在するため、互いに干渉することなく面積を増加させることができる。
なお、図１８では、軟磁性部２２４及びその磁性歯２２４Ｄを一点鎖線により、軟磁性部２２５及びその磁性歯２２５Ｄ、並びに永久磁石部２２３を実線により表してある。ここで、磁性歯２２４Ｄ，２２５Ｄは、それぞれ異極の軟磁性部２２５，２２４との間に十分な間隔を保有させて、永久磁石部２２３からの磁束が極間で漏れないようにすることが必要である。

このようにして磁性歯２２４Ｄ，２２５Ｄの面積を増加させることにより、永久磁石部２２３から発生する磁束の磁気抵抗を低下させることができるため、リング形コイル３００の鎖交磁束数が増加し、トルクを一層増加させることができる。
ちなみに、図１８の構成による磁束の経路は、永久磁石部２２３→軟磁性部２２４→外側のステータ磁性歯列の磁性歯（図１６の磁性歯１４０）→ステータ磁性ヨーク１０５→内側のステータ磁性歯列の磁性歯（図１６の磁性歯１５０）→軟磁性部２２５→永久磁石部２２３となる。

以上のように、図１６の第１実施形態や図１８の第２実施形態によれば、図１４の第８参考形態に比べて、ロータユニットの構成部品の個数を大幅に減少させつつ第８参考形態と同等の作用効果を得ることができ、製造コストの低減が可能になる。

次に、図１９は本発明の第９参考形態を示す斜視図である。この参考形態は、図１１の第７参考形態における２つのステータユニット（ステータコア）を一体的に形成したものである。
すなわち、図１９に示す如く、１個のリング状のステータ磁性ヨーク１０８のｚ軸方向の両側（ステータ磁性ヨーク１０８の表裏）に、基準線ｅを基準として周方向にずれるようにステータ磁性歯列１０３がそれぞれ形成されている。他の構成は図１１と同一であるため、説明を省略する。
この参考形態によれば、ステータ磁性ヨーク１０８の表裏に形成されるステータ磁性歯列１０３同士の（１／４）歯ピッチの位置ずれを高精度に決めることができる。また、ステータ磁性ヨーク１０８が単一であるため、磁路を有効利用してステータ磁性ヨーク１０８の厚さを減少させることができ、使用材料を少なくすることが可能である。

次いで、図２０は、本発明の第３実施形態におけるステータコアの斜視図である。この実施形態は、図８Ａ，図８Ｂの第５参考形態におけるステータコア１０４を周方向に複数に分割したものである。
図２０では、図８Ａ，図８Ｂのステータコア１０４を周方向に沿って４分割した例を示してあり、実際には、４分割された分割コア１０９をフレームへの焼き嵌め等の機械的手段により連結して使用する。

ステータコアを圧粉磁心により構成する場合、ステータコアをリング状に一体的に製造すると、金型やプレス機が大型化してコスト高の原因となる。また、成形後のコアの一部に損傷があると、ステータコアの全体が不良品となりかねない。
これに対し、本実施形態のようにステータコアを複数に分割すれば、金型やプレス機の小型化を可能にしてコストの低減を図ることができる。
また、金型を小さくすると一般に寸法精度が向上すると共に、一部の分割コア１０９が損傷した場合にはその分割コア１０９だけを不良扱いすればよいので、歩留まりの向上も期待できる。
図２０ではステータコアを４分割してあるが、ステータコアは任意の複数に分割可能である。但し、複数の分割コアがすべて同一形状となるように等分割すれば、部品を共用することができ、好都合である。
なお、図１９に示したように、ステータ磁性ヨーク１０８の表裏にステータ磁性歯列１０３をそれぞれ形成してなる一体的なステータコアを、周方向に複数に分割しても良い。

上記説明から明らかなように、ステータコアにおける主要な磁束の流れはリング形コイル３００の電流通流方向を取り巻く方向に沿っている。従って、ステータコアの周方向の分割部を貫く磁束はごく少なく、ステータコアを分割することに伴う特性劣化が少ないことが、本発明に係るリングコイルモータの特徴の一つとなっている。
よって、ステータコアを分割した分割コア１０９の突き合わせ面に隙間を設けることができる。これにより、分割コア１０９の突き合わせ面の加工精度、隙間距離の精度を緩和することができ、金型加工コストの低減、ステータコアの歩留まりの向上が可能になる。
また、分割コア１０９の突き合わせ面に隙間を設けることにより、分割コア１０９の熱膨張に対応することができる。すなわち、分割コア１０９の熱膨張量を設計時に把握しておき、最大膨張時に分割コア１０９同士がぶつからないような隙間を設けておくことにより、応力を緩和しつつ、ステータ磁性歯列とロータとの距離を高精度に保つことができる。

次に、図２１は、本発明の第４実施形態におけるステータコア１１１の主要部の斜視図である。図２１では、便宜的にステータコア１１１の周方向の一部のみを示してある。このステータコア１１１は、図８Ａ，図８Ｂの第５参考形態におけるステータコア１０４に結合ブリッジ１１０を付加した構造である。
前述したように、ステータ磁性歯列は、ロータ磁性歯列またはロータ磁極と対向して磁束の流れを変化させることにより、トルクを発生する。従って、ロータとの対向面から見たステータ磁性歯列の磁気抵抗が歯の有無に応じて変化することが重要である。つまり、歯が存在する部分の磁気抵抗が低く、歯が存在しない部分の磁気抵抗が高くなっていることが必要である。

一方、図２１に示すように、ステータ磁性歯列１０６，１０７の各々の歯間におけるロータとの対向面から離れた位置（ステータ磁性歯列１０６については歯間におけるｚ軸に近い側、ステータ磁性歯列１０７については歯間におけるｚ軸に遠い側）については、仮に磁性体が存在しても、ロータとの対向面から見たステータ磁性歯列の磁気抵抗の変化に対する影響は小さい。よって、この箇所（ステータ磁性歯列１０６については歯間におけるｚ軸に近い側、ステータ磁性歯列１０７については歯間におけるｚ軸に遠い側）では、隣り合う歯同士を磁性体によって連結しても差し支えない。このような観点から、第４実施形態では、ステータ磁性歯列１０６，１０７の各々の歯間に磁性体からなる結合ブリッジ１１０を配置することとした。

本実施形態によれば、ステータ磁性歯列１０６，１０７の歯部の機械的強度を増すことができる。
更に、ステータ磁性歯列１０６，１０７では、先端部から根元部に向かって磁束密度が大きくなるため、根元部ほど磁気飽和しやすくなる。よって、隣合う歯同士を結合ブリッジ１１０によって連結することにより、結合ブリッジにも磁束が流れて磁束密度を低下させ、もって磁気飽和をしにくくすることが可能である。
なお、この第４実施形態は、前述したすべての実施形態の電磁ユニットに適用することができる。

結合ブリッジ１１０を配置する場合の留意点としては、結合ブリッジをロータ磁性歯列や磁極に近付け過ぎると、結合ブリッジが漏れ磁束の経路になり、コイルに鎖交する磁束が減ってトルクが減るという問題がある。このため、結合ブリッジはロータ磁性歯列または磁極に近付け過ぎないように配慮することが必要である。
一方、結合ブリッジが太いほど機械的強度が増す。つまり、結合ブリッジの太さについては、磁気特性と機械特性のとの間でトレードオフの関係が存在するが、その最適点については、磁界解析や強度解析等によって見出すことができる。

本実施形態の変形例としては、図２２Ａ，図２２Ｂに示すように、基片部１１２ａと、その根元側（ステータ磁性ヨーク１０５側）に設けた段部１１２ｂとによって結合ブリッジ１１２を形成することにより、根元側を太く（断面積を大きく）しても良い。なお、図２２Ａはステータ磁性歯列１０６，１０７の間にリング形コイル３００を収納した状態であり、図２２Ｂはリング形コイル３００を除去した状態である。
ステータ磁性歯列１０６，１０７の根元部にはコイル３００が収納される分、ロータ磁性歯列や磁極から距離を確保できるため、結合ブリッジをロータ磁性歯列などに一層近接させることができ、図２２Ａ，図２２Ｂに示す如く、根元の太い結合ブリッジ１１２を用いることができる。この結合ブリッジ１１２によって機械的強度を高め、磁束密度を更に低下させることができる。
結合ブリッジの詳細な形状、構造は種々考えられるが、原則的には、上述したように先端部側が比較的薄く、根元部、特にコイル３００の収納部近傍は太く形成することが望ましい。

ここで、図２３は、図１４及び図１５Ａに示したロータユニット２００Ｆの平面図である。図２３において、永久磁石部２２１が発生する磁束量は、磁束密度が一定である場合、着磁方向に直交する面の断面積に比例する。モータのトルクは、永久磁石が発生する磁束量と正の相関があるので、着磁方向に直交する面の断面積が大きいほど、トルク増大の観点からは有利となる。
図２３の例では、永久磁石部２２１の着磁方向がロータユニット２００Ｆの周方向と一致しており、永久磁石部２２１の着磁方向に直交する面はロータユニット２００Ｆの中心軸を含む（言い換えればロータユニット２００Ｆの半径を含む）位置関係となっている。この場合、永久磁石部２２１の着磁方向に直交する面の断面積は、ロータユニット２００Ｆの半径方向の永久磁石部２２１の幅Ｗ_ｍａｇに依存する。なお、図２３において、２００ｒはロータユニット２００Ｆの半径を含む径線を示し、２２１ｒ’は永久磁石部２２１の着磁方向に直交する面を示しており、図２３では面２２１ｒ’に径線２００ｒが含まれることとなる。

永久磁石部２２１の幅Ｗ_ｍａｇをロータユニット２００Ｆの半径方向に長くすれば、着磁方向に直交する面の断面積が増加するので、トルクの増大が可能である。しかし、その場合には、永久磁石部２２１の相互間の軟磁性部２２２の体積も増加するので、ロータユニット２００Ｆの重量が全体的に増加する等の問題がある。

そこで、本発明の第１０参考形態では、図２４に示すような構造のロータユニット２００Ｉを用いることとした。このロータユニット２００Ｉは、永久磁石部２２１ｄの幅Ｗ_ｍａｇを長くして着磁方向に直交する面の断面積を増加させると共に、永久磁石部２２１ｄの着磁方向に直交する面２２１ｒがロータユニット２００Ｉの中心軸を含まないように、つまり、径線２００ｒに対し所定角度αで傾斜するように、永久磁石部２２１ｄを配置したものである。なお、図２４において、２２６は軟磁性部である。
この第１０参考形態によれば、永久磁石部２２１ｄの着磁方向に直交する面の断面積を増加させ、永久磁石部２２１ｄが発生する磁束量を増加させてモータのトルクを増大させることができる。

図２５Ａは、図２３の主要部をステータ磁性歯列１２０Ｘ，１３０Ｘと共に示した平面図であり、実質的に図１５Ｃと同一の図である。これに対し、図２５Ｂは、図２４の主要部をステータ磁性歯列１２０Ｘ，１３０Ｘと共に示した平面図である。
なお、前述した角度αの大きさにより、軟磁性部２２６の内周面及び外周面の周方向位置がずれる。従って、図２５Ｂに示すごとく、軟磁性部２２６の内周面及び外周面にそれぞれ適切に対向するように、外側及び内側のステータ磁性歯列１２０Ｘ，１３０Ｘの位置を調整する必要がある。

次に、図２６は本発明の第１１参考形態に係るロータユニット２００Ｊの平面図である。
図２３，図２４等に示したロータユニット２００Ｆ，２００Ｉでは、軟磁性部２２２，２２６が個々に分離しているため、組立が難しいという問題がある。この点に鑑み、本発明の第１１参考形態はロータユニットの組立を容易化したものである。

すなわち、図２６において、軟磁性部２２７は円環状の鋼板を軸方向に多数積層して形成されており、鋼板の周方向に等間隔で形成されたほぼ長方形の孔に角棒状の永久磁石部２２１ｅを埋め込むことにより、ロータユニット２００Ｊが構成されている。
この構造によれば、軟磁性部２２７を一体化することができ、しかも永久磁石部２２１ｅを軟磁性部２２７により抱き込む形で固定できるため、ロータユニット２００Ｊの組立作業を大幅に容易化することができる。なお、軟磁性部２２７を構成するために積層された多数の鋼板は、通しピンを用いたり、かしめ加工、接着等によって一体的に固定すればよい。

この参考形態では、軟磁性部２２７の永久磁石部埋込用の孔の内外周部（図２６におけるブリッジ部２２１ｆ）により、永久磁石部２２１ｅが磁気的に短絡される。つまり、永久磁石部２２１ｅから発生した磁束が前記ブリッジ部２２１ｆを介して環流するので、リング形コイルに鎖交する磁束が減り、モータのトルクが減少するおそれがある。
この問題を解消するため、軟磁性部２２７における永久磁石部埋込用の孔を径方向になるべく長く形成してブリッジ部２２１ｆの幅を狭くし、このブリッジ部２２１ｆを磁気飽和させて磁気抵抗を大きくする必要がある。
この種の技術は、例えば、特開２００２−２８１７００号公報（発明の名称：埋込み磁石型回転機の回転子）の段落［００１４］、図１等に記載されているように、通常の埋込磁石型同期モータにおいて永久磁石の漏れ磁束を低減するために採用されている技術と同様であるため、ここでは詳述を省略する。

上述したように、図２６のロータユニット２００Ｊによれば、組立が容易になる反面、トルクが減少するという問題がある。
このため、本発明の第１２参考形態では、ロータユニットの組立をある程度容易にしながら、前記ブリッジ部２２１ｆに起因したトルクの減少を防止するようにした。

図２７は、この第１２参考形態に係るロータユニット２００Ｋの平面図である。図２６において、２２８はロータユニット２００Ｋの周方向に沿って分割形成された複数の軟磁性部であり、これらの軟磁性部２２８は、間隙２２１ｇによって互いに分離されている。すなわち、図２６におけるブリッジ部２２１ｆに代えて図２７に示す如く間隙２２１ｇを部分的に形成することにより、当該間隙２２１ｇによって永久磁石部２２１ｅからの磁束の短絡を防止し、結果的にリング形コイルとの鎖交磁束数を多くしてトルクの減少を抑制している。

間隙２２１ｇの形成方法としては、軟磁性部２２８を予め複数に分割形成してこれらを結合することにより、隣合う軟磁性部２２８の間に間隙２２１ｇを形成するか、あるいは、図２６のように円環状に形成された軟磁性部２２７のブリッジ部２２１ｆを一部切断（除去）してその部分を間隙２２１ｇとする、といった方法が考えられる。
前者の方法では、３６０°を複数に等分して所定数（例えば図２７に示すように６個）の軟磁性部２２８を形成し、これらの軟磁性部２２８を円周上に等間隔に配置したうえで永久磁石部２２１ｅを取り付け、固定すればよい。
一方、後者の方法では、ブリッジ部２２１ｆを切断する工程が増えるものの、それ以前の工程については軟磁性部が一体化されているため組立が容易である。また、ブリッジ部２２１ｆを切断する前に軟磁性部を強固に固定し、ブリッジ部２２１ｆを切断した後も残りの部分が動かないようにしておくことで、切断後の軟磁性部２２８の相対位置を高精度に決めることができる。

なお、図２７では、同じ形状の軟磁性部２２８を６個用いてロータユニット２００Ｋを形成しているが、本発明はこの参考形態に何ら限定されない。すなわち、軟磁性部の個数（言い換えれば３６０°を複数に分割する際の角度）や間隙の位置、数などは必要に応じて任意に選定可能である。

１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｆ，１００Ｇ：ステータユニット
１０１，１０４，１１１：ステータコア
１０２，１０５，１０８：ステータ磁性ヨーク
１０３，１０６，１０７，１２０Ｘ，１３０Ｘ：ステータ磁性歯列
１０９：分割コア
１１０，１１２：結合ブリッジ
１１２ａ：基片部
１１２ｂ：段部
１２０，１２０ａ，１２０ｂ，１３０，１３０ａ，１３０ｂ，１４０，１５０：磁性歯
１２５，１３５，１４５，１５５：間隙
２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄ，２００Ｅ，２００Ｆ，２００Ｇ，２００Ｈ，２００Ｉ，２００Ｊ，２００Ｋ：ロータユニット
２０１，２０３，２０５，２０８：ロータ磁性ヨーク
２０２，２０４，２０６，２０９，：ロータ磁性歯列
２０７，２１０：ロータ磁極
２２１，２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，２２１ｄ，２２１ｅ，２２３：永久磁石部
２２１ｆ：ブリッジ部
２２１ｇ：間隙
２２２，２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｄ，２２４，２２５，２２６，２２７，２２８：軟磁性部
２２４Ａ，２２４Ｂ，２２４Ｃ，２２４Ｄ，２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄ：磁性歯
３００：リング形コイル
４０１，４０２：電磁ユニット
５０１：磁性粉
５０２：絶縁物

Claims

リング状のステータ磁性ヨークと、前記ステータ磁性ヨークの周方向に沿って規則的に配置された複数のステータ磁性歯列と、を有するリング状のステータコアと、
前記ステータコアと同軸上に近接して配置されるリング形コイルと、
からなるステータユニット、
及び、
ロータ磁極を有し、かつ、前記ステータユニットと同軸上に配置されるロータユニット、
を備えた電磁ユニットにおいて、
前記ステータ磁性歯列の各歯は、前記ステータ磁性ヨークから軸方向に沿って形成されており、
前記ステータ磁性歯列が同心円状に２列形成され、
前記２列のステータ磁性歯列の間に前記リング形コイルが配置されて、前記２列のステータ磁性歯列に挟まれるように前記ロータ磁極を配置すると共に、
前記２列のステータ磁性歯列はそれぞれ同数の磁性歯を有し、
前記ロータ磁極は、回転軸方向に磁化された永久磁石部と、この永久磁石部を回転軸方向に挟む二つの軟磁性部とにより構成され、
前記二つの軟磁性部は、前記２列のステータ磁性歯列に空隙を介して対向配置された第１列，第２列の磁性歯列をそれぞれ有しており、
一方の軟磁性部の第１列の磁性歯が一方のステータ磁性歯列の磁性歯に対向し、かつ第２列の磁性歯が他方のステータ磁性歯列の間隙に対向しているときに、
他方の軟磁性部については、前記第１列と同じ側の第１列の磁性歯が一方のステータ磁性歯列の間隙に対向し、かつ前記第２列と同じ側の第２列の磁性歯が他方のステータ磁性歯列の磁性歯に対向することを特徴とする電磁ユニット。
請求項１に記載した電磁ユニットにおいて、
前記ステータコアが、その周方向に沿って分割された複数の分割コアからなることを特徴とする電磁ユニット。
請求項２に記載した電磁ユニットにおいて、
隣り合う前記分割コアの間に隙間を設けたことを特徴とする電磁ユニット。
請求項１〜３の何れか１項に記載した電磁ユニットにおいて、
前記ステータ磁性歯列の隣り合う歯同士を、前記ロータとの対向面から離れた位置において磁性体により連結したことを特徴とする電磁ユニット。