JP5578979B2 - アキシャルギャップモータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータの表裏の両面が磁極面であってステータの両面側にロータが対向するように配設された構造のアキシャルギャップモータに関し、詳しくは、磁極の励磁磁束に重畳される界磁磁束を発生する構造に関する。

従来、ステータとロータを磁極面が対向するようにモータ軸の方向に配置したアキシャルギャップモータには種々の構造のものがある。

本出願人は、ロータの表裏の両面側それぞれにステータを配置した構造のアキシャルギャップモータを、既に発明して出願している（特願２０１０−０５８９７４号）。

図１３は上記既出願のアキシャルギャップモータ１０１を示し、アキシャルギャップモータ１０１は、モータ軸１０２の出力側（紙面左側の表側）から順に、一方（表側）のステータ１０３ａ、ロータ１０４、他方（裏側）のステータ１０３ｂが隙間（ギャップ）を設けて磁極面が対向するように配設されている。なお、図中の破線はステータ１０３ａ、１０３ｂの非対向磁極を示す。

ロータ１０４の両面側のステータ１０３ａ、１０３ｂは、磁極面がロータ１０４に対向する片側磁極構成であり、両面磁極構成のロータ１０４は、両面が磁極面であり、モータ軸１０２に軸支されて回転する。

図１４（ａ）、（ｂ）はステータ１０３ａ、１０３ｂを示す。アキシャルギャップモータ１０１はＡ、Ｂ、Ｃの３相駆動のリラクタンスモータであり、ステータ１０３ａ、１０３ｂは、ステータ磁極対１３１を有する例えば圧粉磁心で形成された扇形（より正確には扇形から中心点部分を切欠した形状）のステータコア１３２が周方向に３０度の間隔で設けられている。ステータ磁極対１３１は、外径側、内径側にロータ１０４方向に突出した対の磁極１３１ａ、１３１ｂのティースを有し、ティース間はコア１３１ｃで繋がれている。

そして、ステータ１０３ａ、１０３ｂそれぞれの各ステータ磁極対１３１を有するステータコア１３２は、放射状に配設した状態で外径側、内径側に非磁性体金属のリング体１５１、１５２が嵌められ、隣のコアとの間が絶縁されて磁気的に独立した状態で環状に固定されている。各ステータ磁極対１３１を有するステータコア１３２の間（ギャップ）は、軽量化を図るための空間である。

なお、ステータ１０３ａ、１０３ｂの各ステータ磁極対１３１は、例えば表側からみて時計回りにＡ相、Ｂ相、Ｃ相の順の各相の磁極対を形成し、９０度ずつずれた各４個の磁極対が各相の同時に励磁される磁極対である。

ステータ１０３ａ、１０３ｂそれぞれにおいて、各ステータ磁極対１３１は、磁極１３１ａ、１３１ｂ毎に集中巻きの励磁コイルを設けるとステータ１０３ａ、１０３ｂのコイルの個数、量が極めて多くなるため、ステータ磁極対１３１毎に磁極１３１ａ、１３１ｂ間のステータコアの部分に磁極１３１ａ、１３１ｂの励磁に共用される励磁コイル１０６を備え、ステータ１０３ａ、１０３ｂのコイルの個数、量を極力少なくするように形成される。この場合、例えばＡ相の各励磁コイル１０６が通電されると、各励磁コイル１０６の磁束がそれぞれのステータ磁極対１３１を径方向に通って磁極１３１ａ、１３１ｂが、Ｎ極、Ｓ極（またはその逆）に励磁される。各励磁コイル１０６は外径側、内径側の渡り線１６１によって各相の一対の端子に引き出される。

図１５（ａ）はロータ１０４の例えば表側の磁極面を示し、ロータ１０４は表裏の両面にロータ磁極としてのロータ磁極対１４１を有する扇形（より正確にはステータコア１３２と同様の扇形から中心点部分を切欠した形状）の８個のロータコア１４２が周方向に４５度の間隔で設けられ、表裏が対称な形状である。そして、各ロータ磁極対１４１は、ステータ１０３ａ、１０３ｂの対の磁極１３１ａ、１３１ｂに対向する外径側、内径側の対の磁極１４１ａ、１４１ｂのティースをコア１４１ｃで繋いだ構成であり、ステータ磁極１３１と同様、外径側、内径側の非磁性金属のリング体１９１、１９２が嵌められて放射状（環状）に固定される。

ロータ１０４の表裏の各ロータ磁極対１４１は、実際には、例えば圧粉磁心のロータコア（ヨーク）により裏表の磁極対が一体に形成され、さらに、ロータ１０４の表裏それぞれにおいて、各ロータコア（ヨークユニット）１４２は、コア１４２間の隙間により絶縁されて磁気的に独立している。

図１５（ｂ）は表裏の各ロータ磁極対１４１が圧粉磁心の共通のヨークにより一体に形成された場合のロータ１０４の斜視図であり、圧粉磁心の各ロータコア１４２は、表裏に磁極１４１ａ、１４１ｂの突出したティースが形成され、そのティース間が凹状のコア１４１ｃで繋がれている。

そして、ステータ１０３ａ、１０３ｂ及びロータ１０４を図１３のように組み付けると、ステータ１０３ａ、１０３ｂの各ステータ磁極対１３１に装着された励磁コイル１０６のロータ１０４の方向に突出した部分は、ロータ１０４の前記ティース間のロータコア１４１ｃの凹部に回転自在に嵌る。また、ステータ１０３ａ、１０３ｂの外径側の突出した厚みのある部分に、ロータ１０４の外径側の厚みの薄い部分が対向し、ステータ１０３ａ、１０３ｂの内径側の薄い部分に、ロータ１０４の内径側のステータ１０３ａ、１０３ｂ側に突出した厚みのある部分が対向する。

上記構成のアキシャルギャップモータ１０１は、各相の励磁コイル１０６がＡ相、Ｂ相、Ｃ相の順にパルス通電されて動作する。

そして、上記既出願には、ステータ１０３ａ、１０３ｂに、ステータ１０３ａ、１０３ｂそれぞれの各励磁コイル１０６に重なるように、環状の界磁コイルを配置し、界磁コイルの直流の界磁磁束をステータ１０３ａ、１０３ｂの各ステータ磁極対１３１の励磁磁束に一括して重畳して磁束量を増加してトルクアップを図ることも記載されている。

ところで、この種のアキシャルギャップモータにおいて、モータ出力やトルクを増大するため、前記したように励磁コイルが発生する励磁磁束に界磁磁束を重畳する場合、永久磁石を用いて前記界磁磁束を発生すれば、界磁コイルの給電等が省けて効率が向上する。

しかしながら、永久磁石を用いて界磁磁束を発生すると、高回転域においてはステータコイルの錯交磁束を減らす弱め界磁運転が必要になる。

そして、ロータに永久磁石を設けて界磁を発生する構造のアキシャルギャップモータにおいては、永久磁石のステータと対向する面の少なくとも一部を強磁性体で覆い、ステータからの逆磁界を与えて弱め界磁運転を行なうことが提案されている（例えば、特許文献１（要約書、段落［０００７］−［００１２］、図１−図３等）参照）。

図１６は特許文献１に記載されているロータの構成を示し、ステータに対向する図１６のロータ２００は、円盤状のロータコア２０１の中心部が貫通するモータ軸（回転軸）２０２に取り付けられている。ロータコア１０１の周方向にはＮ磁極とＳ磁極を交互に形成する永久磁石２０３が複数個設けられている。なお、ロータコア２０１は、電磁鋼板の積層体（積層鋼板）や圧粉磁心等で形成されている。

一方、ロータ２００に対向するステータ（図示せず）は、励磁コイルを巻回した磁極としてのステータティース部（突極）を複数個、等間隔に円周状に配置して構成されている。

そして、励磁磁極が相順に切り替わることでステータに発生する回転磁束（励磁磁束）に対して、ロータ２００は永久磁石２０３に反力が発生することでモータ軸２０２を中心に回転する。

ここで、ロータ２００は、各永久磁石２０３のステータと対向する面の少なくとも一部が、電磁鋼板を積層した強磁性体層２０４の強磁性体で覆われている。なお、２０５は
無着磁領域である。

そして、強磁性体層２０４の電磁鋼板により永久磁石２０３の一部の磁束が妨げられ、リラクタンストルクを利用できるとともに、ステータからの逆磁界を与えて弱め界磁運転が行われ、運転可能な回転数範囲の拡大が図られる。

また、発電機としても動作可能なスイッチドリラクタンスモータにおいて、ステータ及びロータからなるモータ本体に対して回転軸方向に近接して界磁場形成部材を備え、界磁場形成部材が永久磁石を界磁手段とする場合は、界磁形成部材とモータ本体との相対位置を変更し、大きさを変えて界磁磁束を発生し、界磁場形成部材が界磁コイルを界磁手段として備えた場合は、界磁電流の通電量に応じた界磁磁束を発生することが提案されている（例えば、特許文献２（要約書、段落［０００５］−［００１３］、［００３２］−［００６２］、図１−図１１等）参照）。

そして、特許文献２のスイッチドリラクタンスモータの界磁場形成部材が永久磁石を界磁手段とする場合に、界磁形成部材とモータ本体との相対位置を変更し、大きさを変えて界磁磁束を発生するようにすれば、前記の弱め界磁運転が行える。

特開２００５−３４１６９６号公報 特開２００７−３７２１３号公報

特許文献１に記載のようにロータの永久磁石のステータと対向する面の少なくとも一部を強磁性体で覆い、リラクタンストルクを利用して弱め界磁運転を行う場合、界磁を調整するため、永久磁石の界磁とは逆向きの磁界をステータから与える必要があり、このとき、永久磁石は逆磁界に晒されるため、例えば永久磁石の温度が上昇したときなどには減磁がおこり、永久磁石の性能が損なわれるおそれがある。

特許文献２に記載のように界磁場形成部材を備えて弱め界磁運転を実現しようとすると、スイッチドリラクタンスモータのトルクを発生するモータ本体とは別に、界磁を印加・調整するための大掛かりな界磁形成部材および相対位置変更用のカム駆動機構などが必要になり、モータ全体が大型化して重くなる。

本発明は、界磁を発生し、調整するための大掛かりな構成が不要で、永久磁石が逆磁界に晒されることもない新規な構成により弱め界磁運転が行えるようにして、アキシャルギャップモータの励磁コイルが発生する励磁磁束に、永久磁石を用いて発生した界磁磁束を重畳して磁束を増減することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明のアキシャルギャップモータは、ステータの表裏の両面が磁極面であって前記ステータの両面側にロータが対向するように配設され、前記ステータの両面側それぞれには径方向のステータ磁極対が周方向に配設され、前記ステー夕磁極対の外径側と内径側の突極構造の対の磁極の間に前記ステータ磁極対の励磁コイルが設けられ、前記ロータの前記ステータに対向する磁極面側にはロータ磁極が周方向に配設されているアキシャルギャップモータであって、一方の前記ロータおよびこれに対向するステータ面のいずれかに界磁用の永久磁石が設けられ、他方の前記ロータおよびこれに対向するステータ面のいずれかに界磁コイルが設けられ、弱め界磁運転を行うときには、弱め界磁運転を行わないときよりも前記界磁コイルの電流を減少させ、または、前記界磁コイルの電流の向きを反転させることを特徴としている（請求項１）。

そして、構成を一層簡単にするため、前記永久磁石は、周方向の隣り合うロータ磁極対間に配置されて前記隣り合うロータ磁極対間で共用されることが好ましい（請求項２）。

請求項１に係る本発明のアキシャルギャップモータの場合、ステータの表裏のステータ面に対向して一方、他方のロータが配置され、一方のロータ（またはこのロータに対向する一方のステータ面）に界磁用の永久磁石が設けられ、他方のロータ（またはこのロータに対向する他方のステータ面）に界磁コイルが設けられる。ステータは励磁コイルが径方向に分割された磁極対間の表裏にまたがって（両ステータ面を廻るように）巻かれ、対抗するロータを通る励磁磁束を発生する。

図１は本発明のアキシャルギャップモータ１ａの磁路の説明図であり、（ａ）は弱め界磁運転を行わない低中回転域の磁路を矢印線で示し、（ｂ）は弱め界磁運転を行う高回転域の磁路を矢印線で示し、矢印線ｍｌは界磁コイルのリラクタンス磁路である。それらの図面において、２ａはステータであり、表裏の両ステータ面側それぞれに突極構造の径方向のステータ磁極対２１ａが周方向に配設され、両ステータ面側の周方向の同じ位置のステータ磁極対２１ａの磁極間には励磁コイル（励磁コイル）２２ａが巻回されている。ステータ２ａの一方、他方のステータ面に対向するように一方、他方のロータ３１ａ、３２ａが配設され、ロータ３１ａ、３２ａは突極構造の径方向の対のロータ磁極対３３ａ、３４ａが周方向に配設され、モータ軸４ａに取り付けられて回転する。さらに、例えば一方のロータ３１ａは、各ロータ磁極対３３ａの内径側、外径側の磁極の位置に磁極面がＳ極、Ｎ極それぞれの永久磁石５ａが設けられ、他方のロータ３２ａは各ロータ磁極対３４ａの磁極間の隙間に環状の界磁コイル６ａが設けられる。

そして、弱め界磁運転を行わない低中回転域では、界磁コイル６ａによって磁束を増やす向き（励磁磁束に加算される向き）に界磁が発生することにより、永久磁石５ａの界磁磁束は対向する一方のステータ面側で励磁コイル２２ａに錯交し、界磁コイル６ａの
界磁磁束は対向する他方のステータ面側で励磁コイル２２ａに錯交する（図１（ａ）参照）。

弱め界磁運転を行う高回転域では、界磁コイル６ａの電流を減少させれば、界磁コイル６ａが発生する磁束を減少できるので、励磁コイル２２ａの錯交磁束を減らすことができる。さらに、高回転域になると、界磁コイル６ａの電流をゼロにして磁束を発生させない。なお、高回転域では、界磁コイル６ａによって磁束を減らす向き（励磁磁束から減算される向き）に界磁を発生することにより、一方のステータ面側の永久磁石５ａの界磁磁束の一部は、励磁コイル２２ａに錯交することなくロータ３１ａ、ステータ２ａ、ロータ３２ａの磁路を通るようになり、励磁コイル２２ａに鎖交せずにステータ２ａを貫通してもう一方のロータ３２ａを通る磁路に導かれる。そのため、永久磁石５ａが逆磁界に晒されることなく、弱め界磁運転が行われる（図１（ｂ）参照）。このとき、特許文献２に記載されているような大掛かりな界磁形成部材および相対位置変更用のカム駆動機構などが不要でモータ全体が大型、重量化することがない。

したがって、界磁を発生し、調整するための大掛かりな構成が不要で、永久磁石が逆磁界に晒されることもない新規な構成により弱め界磁運転が行えるようにして、アキシャルギャップモータ１ａの励磁コイル２２ａが発生する励磁磁束に、永久磁石５ａを用いて発生した界磁磁束を重畳して磁束を増大することができる。

請求項２に係る本発明のアキシャルギャップモータの場合、永久磁石が、周方向の隣り合うロータ磁極対間に配置されて隣り合うロータ磁極対間で共用され、永久磁極の個数および量が半分になって構成が一層簡単になり、一層小型で軽量になる。

本発明のアキシャルギャップモータの磁路の説明図であり、（ａ）は弱め界磁運転をしない（増磁）の場合を示し、（ｂ）は弱め界磁（減磁）運転の場合を示す。 本発明のアキシャルギャップモータの第１の実施形態の断面図である。 図２のアキシャルギャップモータのロータの磁極面であり、（ａ）は永久磁石側のロータを示し、（ｂ）はリラクタンス側のロータを示す。 図２のアキシャルギャップモータのステータの磁極面（ステータ面）であり、（ａ）は永久磁石側の磁極面を示し、（ｂ）はリラクタンスロータ側の磁極面を示す。 本発明のアキシャルギャップモータの第２の実施形態の断面図である。 図５のアキシャルギャップモータの永久磁石側のロータの磁極面である。 図６のロータのロータコアの斜視図である。 本発明のアキシャルギャップモータの第３の実施形態の断面図である。 図９のアキシャルギャップモータの永久磁石側のロータの磁極面である。 図１０のロータのロータコアの斜視図である。 本発明のアキシャルギャップモータの第４の実施形態の断面図である。 図１１のアキシャルギャップモータのステータの磁極面である。 既出願のアキシャルギャップモータの断面図である。 （ａ）、（ｂ）は図１５の一方、他方のステータを紙面の左側からみた背面図、正面図である。 （ａ）、（ｂ）は図１４のロータを紙面の左側からみた正面図、斜視図である。 従来のアキシャルギャップモータの一例の断面図である。

つぎに、本発明をより詳細に説明するため、実施形態について、図２〜図１２を参照して詳述する。なお、それらの図面においては、モータ軸等は適宜省略している。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について、図２〜図４を参照して説明する。

図２は本実施形態のアキシャルギャップモータ１ｂのモータ軸４ｂに沿った断面を示し、アキシャルギャップモータ１ｂは、モータ軸４ｂに、ロータ３１ｂ、３２ｂを取り付けるための前側（紙面左側）、後側のフランジシャフト７１、７２が取り付けられている。フランジシャフト７１、７２は、モータ軸４ｂが中心を貫通した円盤状のフランジ部７３の外周に円筒状の支持部７４を取り付けた形状である。

前側の支持部７４には環状の一方（表側）のロータ３１ｂが取り付けられている。その後方には、両面が磁極面に形成されてモータ軸２が中心開口を貫通した環状のステータ２ｂが配設されている。さらに、その後方の後側の支持部７４には環状の他方（裏側）のロータ３２ｂが取り付けられている。このようにして、モータ軸４ｂの方向に表側から順に、フランジシャフト７１を介してモータ軸４ｂに支持されたロータ３１ｂ、ステータ２ｂ、フランジシャフト７２を介してモータ軸４ｂに支持されたロータ３２ｂが、磁極面を対向させて配置される。フランジシャフト７１、７２は、いずれも非磁性体の例えばステンレスで形成されている。

ステータ２ｂは例えば前側の分割ステータ２ｂａと後側の分割ステータ２ｂｂを接合して形成され、両分割ステータ２ｂａ、２ｂｂは、それぞれ径方向の突極構造の一対の磁極２３を有するステータ磁極対２１ｂのコア（ステータコア）が周方向に配設され、ステータコアは表裏の分割ステータ２ｂａ、２ｂｂのステータ磁極対２１ｂの少なくとも外径側、内径側どうしが磁気的につながっている。分割ステータ２ｂａ、２ｂｂの同じ周方向位置のステータ磁極対２１ｂの径方向の磁極間の凹状のコア部には、表裏のステータ磁極対２１ｂを廻るようにカセットコイルの励磁コイル（ステータコイル）２２ｂが装着され、後述するリラクタンス側のロータ３２ｂに対向する分割ステータ２ｂの前記凹状のコア部には、環状の界磁コイル６ｂが対向する。

ロータ３１ｂは分割ステータ２ｂａに対向する磁極面側に永久磁石５ｂが設けられた永久磁石側のロータであり、ロータ３２ｂは分割ステータ２ｂｂに対向する磁極面側に界磁コイル６ｂが設けられたリラクタンス側のロータである。

図３（ａ）は永久磁石側のロータ３１ｂを示し、例えば圧粉磁心で形成された８個のロータコアが突極構造の径方向のロータ磁極対（本発明のロータ磁極の対）３３ｂを形成し、各ロータ磁極対３３ｂが周方向に４５度の間隔で配設されている。各ロータ磁極対３３ｂは、外径側、内径側の非磁性金属のリング体９１、９２により固定され、各ロータ磁極対３３ｂの対の磁極３５の表面側に、外径側の磁極３５に対しては磁極面側（表面側）をＮ極にする界磁発生用の永久磁石５ｂが貼り付けられ、内径側の磁極３５に対しては磁極面側（表面側）をＳ極にする界磁発生用の永久磁石５ｂが貼り付けられている。ロータ磁極対３３ｂ間（隣接コア間）は非磁性体の樹脂の充填部１４であり、ロータ３１ｂの各ロータコアも磁気的に独立している。なお、磁性体のロータ磁極対３３ｂの対の磁極３５が永久磁石５ｂと接合する面積は、磁極３５の表面積以上の大きさであることが好ましい。

図３（ｂ）はリラクタンス側のロータ３２ｂを示し、このロータ３２ｂは例えば圧粉磁心で形成された径方向の８個の突極構造のロータ磁極対３４ｂが周方向に４５度の間隔で配設され、各ロータ磁極対３４ｂが外径側、内径側の非磁性金属のリング体９１、９２により固定されている、ロータ磁極対３４ｂ間（隣接コア間）は非磁性体の樹脂の充填部１１５であり、ロータ３２ｂの各ロータコアも磁気的に独立している。そして、ロータ３２ｂのロータ磁極対３３ｂの磁極間の凹状のコア部に前記した界磁コイル６ｂが嵌入して装着される。

図４（ａ）はロータ３１ｂに対向する永久磁石側の分割ステータ２ｂａの磁極面を示し、同図（ｂ）はロータ３２ｂに対向するリラクタンス側の分割ステータ２ｂｂの磁極面を示す。

そして、アキシャルギャップモータ１ｂは、基本的には、前記既出願のアキシャルギャップモータ１０１と同様のＡ、Ｂ、Ｃの３相駆動のリラクタンスモータであり、分割ステータ２ｂａ、２ｂｂは、いずれも例えば圧粉磁心で形成された１２個（相当たり９０度の間隔の４個）のステータコアが周方向に３０度の間隔で配設され、各ステータコアが径方向のステータ磁極対２１ｂを形成し、ステータコア間（隣接コア間）の隙間は空間または非磁性体の樹脂の充填部であり、各１テータコアは磁気的に独立している。

そして、分割ステータ２ｂａ、２ｂｂのステータコアが形成する径方向のステータ磁極対２１ｂは、外径側と内径側の突極構造の対の磁極２３を磁極間の凹状のヨーク部で繋いだ構成であり、各ステータ磁極対２１ｂは、外径側、内径側の非磁性金属のリング体８１、８２により固定されている。

分割ステータ２ｂａ、２ｂｂの周方向の同じ位置のステータ磁極対２１ｂは、それぞれ凹状のヨーク部に励磁コイル２２ｂが装着されている。さらに、リラクタンス側の分割ステータ２ｂｂ各ステータコアの各ステータ磁極対２１ｂの凹状のヨーク部は、励磁コイル２２ｂを覆うように界磁コイル６ｂが対向する。

そして、ステータ２ｂの例えばＡ相の励磁コイル２２ｂが通電されるときは、分割ステータ２ｂａのＡ相のステータ磁極対２１ｂの励磁コイル２２ｂの励磁磁束が、ロータ３１ｂを径方向に通り、分割ステータ２ｂｂのＡ相のステータ磁極対２１ｂの励磁コイル２２ｂの励磁磁束が、ロータ３２ｂを径方向に通る。Ｂ相、Ｃ相の励磁コイル２２ｂが通電されるときも同様である。

このとき、弱め界磁運転を行なわない低中回転域では、図１（ａ）の磁路と同様、永久磁石５ｂだけでなく界磁コイル６ｂも励磁磁束と同じ向きの界磁磁束を発生し、永久磁石５ｂの界磁磁束は分割ステータ３１ｂの励磁磁束と交錯し、界磁コイル６ｂの界磁磁束は分割ステータ３２ｂの励磁磁束と交錯し、いずれの界磁磁束によっても励磁磁束の場合より励磁コイル２２ｂに錯交する磁束が増えてモータ出力およびトルクが増加する。一方、弱め界磁運転を行なう高速回転域では、図１（ｂ）と同様の磁路が形成され、リラクタンス側の界磁コイル６ｂの通電方向が逆になり、その分磁束が減少する。このとき、永久磁石５ｂが発生する界磁磁束の一部はステータ２ｂをモータ軸４ｂ方向に貫通する磁路を通り、励磁コイル２２ｂに錯交することなく、リラクタンス側のロータ３２ｂを通るようになり、永久磁石５ｂは逆磁束に晒されることなく、弱め界磁運転が行なわれる。なお、弱め界磁の量は、界磁コイル６ｂの通電量（界磁量）を制御して行なわれる。

そして、弱め界磁運転か否かにかかわらず、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の順の各励磁コイル２２ｂの通電に基づく励磁磁束と、この励磁磁束に交錯する界磁磁束とに基づき、ロータ３１ｂ、３２ｂとステータ２ｂとの磁気的な吸引動作によってアキシャルギャップモータ１ｂが回転する。

したがって、本実施形態のアキシャルギャップモータ１ｂは、一方のロータ３１ｂおよびこれに対向する分割ステータ２ｂａのステータ面のいずれかとしての一方のロータ３１ｂに、界磁用の永久磁石５ｂを設け、他方のロータ３２ｂおよびこれに対向する分割ステータ２ｂｂのステータ面のいずれかとしての他方のロータ３２ｂのステータ面面に、界磁コイル６ｂを設け、前記したように励磁コイル（励磁コイル）２２ｂに鎖交する界磁磁束量を調整して弱め界磁運転を行なうことができ、広い回転数範囲で高効率に運転可能なモータ構成に形成される。そして、永久磁石５ｂを利用するので、その分、界磁損失が発生せず、高効率である利点もある。

そして、大掛かりな界磁形成部材および相対位置変更用のカム駆動機構などが不要でアキシャルギャップモータ１ｂが大型、重量化することがなく、アキシャルギャップモータ１ｂを小型・軽量に形成できる。また、ステータ磁極、ロータ磁極として径方向に分割したステータ磁極対２１ｂ、ロータ磁極対３３ｂ、３４ｂを備えてアキシャルギャップモータ１ｂを構成するので、磁路をスリムに構成できる利点がある。

つぎに、永久磁石５ｂには逆磁界がかからず減磁しにくいので、永久磁石５ｂとして、低グレードの磁石を活用できる利点があり、保磁力を確保するための高価なＤｙ（ディスプロシウム）、Ｔｂ（テルビウム）など希土類元素の添加量を抑えることができ、磁石コストを一層低減できる利点がある。

ステータ２ｂ、ロータ３１ｂ、３２ｂの磁極はいずれも径方向に２分割したステータ磁極対２１ｂ、ロータ磁極対３３ｂ、３４ｂで形成されるので、磁極の総表面積は同じままで、磁路の断面積を半減して、ステータ２ｂ、ロータ３１ｂ、３２ｂのコアを軽量にすることができる。

ステータ２ｂの分割ステータ２ｂａ、２ｂｂのステータ磁極対２１ｂのコアは表裏の磁極対２１ｂの外径側、内径側どうしが磁気的につながっているため、弱め界磁運転時に、永久磁石５ｂの磁束がステータ２ｂを軸方向に貫通する磁路を構成することができる。

励磁コイル（励磁コイル）２２ｂは、表裏のステータ磁極対２１ｂの間をまたがって巻かれ、励磁方向は全て同じである。そのため、ひとつの励磁コイル２２ｂで表裏の分割ステータ２ｂａ、２ｂｂのステータ磁極対２１ｂの対の磁極２３を励磁することができ、コイル数および導体使用量を低減できる利点がある。また、弱め界磁運転時には、永久磁石５ｂの磁束の一部をステータ２ｂをモータ軸４ｂ方向に貫通する磁路に通して励磁磁束に鎖交しないようにすることができる。

つぎに、永久磁石５ｂが配置されない側に、円環状の界磁コイル６ｂとリラクタンス側のロータ（突極磁性体のロータ）３２ｂを配置するため、リラクタンス側の磁極を界磁コイル６ｂによって一括して励磁できる。また、弱め界磁運転を行なわない増磁の際に、励磁コイル２２ｂの鎖交磁束を増やしてトルクを増加することができる。さらに、弱め界磁運転の減磁は界磁電流の向きを反転し、永久磁石５ｂの磁束をリラクタンス側のロータ２ｂｂへ引き込んで行なうことができ、このとき、界磁電流が発生する磁界は永久磁石の磁束を増加させようとする方向であり、永久磁石５ｂが逆磁束に晒されない。

つぎに、永久磁石側のロータ２ｂａの磁極表面に永久磁石５ｂを配置し、永久磁石５ｂの極性を、外径側は全てＮ極、内径側は全てＳ極にしたため、永久磁石５ｂの界磁を利用して、トルクの向上を図ることができる。また、弱め界磁運転時には、前記したように永久磁石５ｂに逆磁界をかけるのではなく、界磁コイル６ｂによってリラクタンス側のロータ２ｂｂに磁束を引き込んで永久磁石５ｂの磁束を分流させて弱め界磁運転を行なうことができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について、図５〜図７を参照して説明する。それらの図面において、図２〜図４と同一の符号は同一もしくは相当するものを示す。

図５は本実施形態のアキシャルギャップモータ１ｃのモータ軸４ｃに沿った断面を示し、アキシャルギャップモータ１ｃが、アキシャルギャップモータ１ｂと異なる点は、永久磁石側のロータ３１ｂの永久磁石を、アキシャルギャップモータ１ｂの各２個の永久磁石５ｂから、各１個の永久磁石５ｃに変えた点である。

図６は永久磁石側のロータ３１ｂの磁極面を示し、図７は永久磁石５ｂの拡大した斜視図である。

それらの図面から明らかなように、本実施形態においては、永久磁石側のロータ３１ｂのロータ磁極対３３ｂの対の磁極３５の間に、例えば外径側がＮ極、内径側がＳ極の１個の永久磁石５ｂを配置する。対の磁極３５と永久磁石５ｂとが接合する面の面積Ｓｂは、磁極の表面積Ｓａ以上の大きさに設定され、磁束の損失が生じないようにされている。

本実施形態の場合、第１の実施形態の効果と同様の効果が得られ、さらに、つぎの効果が得られる。

永久磁石５ｂは、表面磁束密度が一般に磁性体（電磁鋼板や圧粉磁心など）よりも低いので、表面を多面体形状に加工して表面積を広くすることにより、磁極表面の磁束密度を高めることができる。しかも、永久磁石５ｂには逆磁界がかからないので永久磁石５ｂは薄くすることができる。したがって、永久磁石５ｂの磁石使用量は第１の実施形態の場合より低減することができる利点がある。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について、図８〜図１０を参照して説明する。それらの図面において、図２〜図７と同一の符号は同一もしくは相当するものを示す。

図８は本実施形態のアキシャルギャップモータ１ｄのモータ軸４ｃに沿った断面を示し、図９は永久磁石側のロータ３１ｂの磁極面を示し、図１０はロータ磁極３１ｂの永久磁石部分の斜視図である。

本実施形態のアキシャルギャップモータ１ｄが、アキシャルギャップモータ１ｂ、１ｃと異なる点は、永久磁石側のロータ３１ｂのロータ磁極対３３ｂ毎に永久磁石５ｂ、５ｃを設けるのでなく、外径側の磁性体３６ａと内径側の磁性体３６ｂとに挟まれた永久磁石３７を、周方向の隣り合うロータ磁極対３３ｂ間に配置してロータ磁極対３３ｂ間で共用するように構成した点である。

すなわち、永久磁石側のロータ３１ｂのロータ磁極対３３間で隣接するロータコアをつなぎ、磁性体３６ａ、３６ｂに挟まれた共通の永久磁石３７を配置し、周方向に隣接したロータ磁極対３３ｂにより永久磁石３７を共用する。

この場合、スイッチドリラクタンスモータ１ｄのロータ磁極対３３ｂは、前記既出願のスイッチドリラクタンスモータ１０１等のロータ磁極対と同様、各時点に、半数ずつがトルク発生に寄与し、残り半数は次に励磁されてトルクを発生することに備えて待機している状態になるので、隣接するロータ磁極対３３ｂ間で永久磁石３７を共用することにより、磁石使用量をさらに一層低減することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について、図１１、図１２を参照して説明する。それらの図面において、図２〜図１０と同一の符号は同一もしくは相当するものを示す。

図１１は本実施形態のアキシャルギャップモータ１ｅのモータ軸４ｃに沿った断面を示し、図１２は永久磁石側の分割ステータ２ｂａの磁極面を示す。

本実施形態のアキシャルギャップモータ１ｅが、アキシャルギャップモータ１ｂ〜１ｄと異なる点は、永久磁石および界磁コイルをステータ２ｂに設けた点である。

すなわち、ロータ３１ｂには永久磁石５ｂ、５ｃ、３７を設けない代わりに、分割ステータ２ｂａのロータ３１ｂに対向する磁極面（ステータ面）において、各ステータ磁極２１ｂの対の磁極２３に、外径側はＳ極が表面側、内径側はＮ極が表面側になる向きに永久磁石３８を貼り付ける。なお、モータ体格を大きくしないため、永久磁石３８を設ける分、分割ステータ２ｂａのモータ軸方向の厚みは薄くなっている。また、分割ステータ２２ｂの励磁コイル２２ｂに重ねて、ロータ３２ｂの界磁コイル６ｂを配置する。

この場合、第１の実施形態で説明した効果と同様の効果が得られるのは勿論、ステータ２ｂの両面のうちの一方の磁極面に永久磁石３８が設けられる構成であるため、永久磁石５ｂ、５ｃ、３７をロータ３１ｂに設ける場合には、ロータ３１ｂの回転による遠心力や磁気的な吸引力を考慮して磁石５ｂ、５ｃ、３７を保持するための構造を決定する必要があるが、ステータ２ｂは回転しないので、遠心力に対する考慮が不要であり、永久磁石３８の保持構造が簡素化する利点がある。なお、ステータ２ｂのロータ３２ｂとの対向面に円環状の界磁コイル６ｂを設けてもよい。

そして、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば、ステータ２ｂのステータ磁極対２１ｂやロータ３１ｂ、３２ｂのロータ磁極対３３ａ、３３ｂの個数や形状等は各実施形態のものに限るものではない。

そして、本発明は、電気自動車の駆動モータ等の種々の用途のアキシャルギャップモータに適用することができる。

１ａ〜１ｅ アキシャルギャップモータ
２ａ、２ｂ ステータ
５ａ、５ｂ、３７、３８ 永久磁石
６ａ、６ｂ 界磁コイル
２１ａ、２１ｂ ステータ磁極対
２２ａ、２２ｂ 励磁コイル
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ ロータ
３３ａ、３３ｂ ロータ磁極対

Claims (2)

1. ステータの表裏の両面が磁極面であって前記ステータの両面側にロータが対向するように配設され、前記ステータの両面側それぞれには径方向のステータ磁極対が周方向に配設され、前記ステー夕磁極対の外径側と内径側の突極構造の対の磁極の間に前記ステータ磁極対の励磁コイルが設けられ、前記ロータの前記ステータに対向する磁極面側にはロータ磁極が周方向に配設されているアキシャルギャップモータであって、
   一方の前記ロータおよびこれに対向するステータ面のいずれかに界磁用の永久磁石が設けられ、他方の前記ロータおよびこれに対向するステータ面のいずれかに界磁コイルが設けられ、
   弱め界磁運転を行うときには、弱め界磁運転を行わないときよりも前記界磁コイルの電流を減少させ、または、前記界磁コイルの電流の向きを反転させることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
2. 請求項１に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
   前記永久磁石は、周方向の隣り合うロータ磁極対間に配置されて前記隣り合うロータ磁極対間で共用されることを特徴とするアキシャルギャップモータ。

Images