JP5686547B2 - アキシャルギャップモータ - Google Patents

Description

本発明は、外径側と内径側の対の磁極で構成された径方向のステータ磁極対を有する略扇形（より正確には扇形から中心点部分を切欠した形状）のステータコアを周方向に配設したステータを備えたアキシャルギャップモータに関し、詳しくは、漏れ磁束の低減等の特性の改善に関する。

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、外径側と内径側の対の磁極で構成された径方向のステータ磁極対を有する上記の略扇形のステータコアを周方向に配設したステータと、ロータ磁極を有する略扇形のロータコアを周方向に配設したロータとを備えた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１１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１２（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間のコア１３１ｃ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１３（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１３（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１１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６がＡ相、Ｂ相、Ｃ相の順にパルス通電されて動作する。

なお、上記既出願には、ステータ３ａ、３ｂに、ステータ３ａ、３ｂそれぞれの各励磁コイル６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３ａ、３ｂの各ステータ磁極対３１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。

一方、ロータの外周側にステータを磁極面が対向するように同軸状に配置したラジアルギャップモータにおいて、磁束遮蔽手段としての磁束遮蔽部または磁束遮蔽部材を設け、不要な個所への磁束を遮蔽することにより、モータ特性を改善して出力を向上することが提案されている（例えば、特許文献１（要約書、請求項１、段落［００４２］−［００４９］、図１等）、特許文献２（要約書、請求項１、段落［００３１］−［００４２］、図１等）参照）。

図１４は特許文献１に記載のラジアルギャップモータであるＳＲモータ２０１を示し、ＳＲモータ２００は、回転子としてのロータ２０２、固定子としてのステータ２０３及びこれらを収容する図示しないモータハウジングなどを備えて構成される。

ロータ２０２は４つの突極２０２ａを有するロータコアの中心に形成された貫通穴に出力軸（シャフト）２０５を挿入して構成される。

ステータ２０３はステータコア及び複数の巻線コイル２０７を備えて構成される。ステータコアは略円筒状のヨーク部の内側に半径方向に突出する６つの突極２０３ａを一体的に設けて構成される。

ロータ２０２はステータ２０３の突極２０３ａとの間に所定のギャップをもつように、同軸に挿入配置されている。ステータ２０３の突極２０３ａには、それぞれボビンに巻回された巻線コイル２０７が装着される。

ロータ２０２の各突極２０２ａの両側部及び突極間部分（突極２０２ａとこれに隣り合う突極２０２ａの間の部分）の表面には、それぞれ非磁性導電膜（磁束遮蔽部）２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃが形成される。この非磁性導電膜２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃは、アルミニウムを蒸着することにより形成される。

そして、ＳＲモータ２０１は、一対の巻線コイル２０７に電流が流れると、ステータ２０３の突極２０３ａからロータ２０２の突極２０２ａへ向かう磁束が発生し、その近傍に存在するロータ２０２の突極２０２ａが突極２０３ａに引き付けられることで、ロータ２０２が回転して動作する。

このとき、巻線コイル２０７に通電することにより、ステータ２０３の突極２０３ａからロータ２０２の突極２０２ａの先端部に向かう磁束及び、突極２ａの側部及び突極間部分に向かう漏れ磁束が発生するが、ロータ２０２の突極２０２ａの両側部に形成された非磁性導電膜２０９ｂ、２０９ｃ、突極間部分に形成された非磁性導電膜９ａを通過する磁束の変化に伴い、漏れ磁束の変化が妨げられて回転トルクの発生に有効に寄与する磁束が増加し、ＳＲモータ１のトルク（出力）が向上する。

図１５は特許文献２に記載のラジアルギャップモータであるＳＲモータ３０１を示し、ＳＲモータ３０１も、回転子としてのロータ３０２、固定子としてのステータ３０３及びこれらを収容する図示しないモータハウジングなどを備えて構成される。

ロータ３０２は４つの突極３０２ａを有するロータコア３０４の中心に形成された貫通穴に出力軸（シャフト）３０５を挿入して一体的に固定して構成されている。

ステータ３０３はステータコア３０６及び複数の巻線コイル３０７を備えて構成される。ステータコア３０６は略円筒状のヨーク部の内側に半径方向に突出する６つの突極３０３ａを一体的に設けて構成されている。ステータ３０３はモータハウジングの内側に固定される。

ロータ３０２はステータ３０３の突極３０３ａとの間に所定のギャップをもつように、同軸上に挿入配置されている。ステータ３０３の突極３０３ａには、それぞれボビン３０８に巻回された巻線コイル３０７が装着されている。

そして、ボビン３０８の一対の側壁の外面にはそれぞれ非磁性導電膜（磁束遮蔽部材）３０９ａ、３０９ｂが形成されている。この非磁性導電膜３０９ａ、３０９ｂは、アルミニウムを蒸着することにより形成されている。

そして、各相の一対の巻線コイル３０７に電流が通流すると、ステータ３０３の突極３０３ａからロータ３０２の突極３０２ａへ向かう磁束が発生し、その近傍に存在するロータ３０２の突極３０２ａが引き付けられることで、ロータ３０２が回転する。

ところで、巻線コイル３０７の通電により、ステータ３０３の突極３０３ａからロータ３０２の突極３０２ａに向かう磁束が発生すると、その一部はボビン３０８の側壁部分を通過する。このとき、ボビン３０８の側壁に形成された非磁性導電膜３０９ａ、３０９ｂ内に渦電流が生じ、この渦電流が磁束の変化を妨げることにより回転トルクの発生に有効に寄与する磁束を増加してＳＲモータ３０１の出力トルクを増加する。

特開２００１−２８８５１号公報 特開２０００−２３４１９１７号公報

前記既出願に記載のようなアキシャルギャップモータにおいても、隣接コア間の漏れ磁束やステータとロータの非対向磁束を低減して出力やトルクを一層増大することが望まれる。

この場合、特許文献１、２のラジアルギャップモータのように、磁束遮蔽手段としての磁束遮蔽部（非磁性導電膜２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃ）または磁束遮蔽部材（非磁性導電膜３０９ａ、３０９ｂ）を設け、不要な個所への磁束を遮蔽し、通電励磁中のステータコアからその両隣のステータコアへの漏れ磁束（すなわち、隣接コア間の漏れ磁束）や、ステータとロータの非対向磁束を低減し、モータ特性を改善して出力やトルクを向上することが考えられるが、磁束遮蔽部や磁束遮蔽部材として、前記不要な個所に非磁性・導電性材料を蒸着やメッキしたり、導電板や導電材料を充填したりする必要があり、新たな部材の追加が必要になって、その分、コストがかかるとともに、重量が増加してモータ体格が大型化する等の問題がある。

本発明は、この種のアキシャルギャップモータにおいて、非磁性・導電性材料を蒸着やメッキのような新たな部材の追加なく、ステータとロータの非対向磁束を低減してモータ特性を改善することを目的とし、また、隣接コア間の漏れ磁束も少なくしてモータ特性をさらに改善することも目的とする。

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、外径側と内径側の対の磁極で構成された径方向のステータ磁極対を有し扇形から中心点部分を切欠した形状のステータコアを周方向に配設したステータと、ロータ磁極を有し扇形から中心点部分を切欠した形成のロータコアを周方向に配設したロータとを有するアキシャルギャップモータであって、前記ステータコア及び前記ロータコアの少なくともいずれか一方は、内径側のコアの径方向の側面が、外径側のコアの径方向の側面に比べ内側に屈曲した先細りであって、かつ隣接コア間が平行間隔になるように形成されていることを特徴としている（請求項１）。

さらに、隣接コア間の漏れ磁束も小さくしてモータ特性を改善するため、前記ステータコアの外径側の磁極の裏側は、隣接コア間の間隔を広げるように面取り状に削られていることが望ましい（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、扇形の中心点部分を切り欠いた形状のステータコア、ロータコアの少なくともいずれか一方において、とくに隣接コア間の間隔が狭くなる内径側のコアの径方向の側面が、外径側のコアの径方向の側面に比べ内側に屈曲した先細りの形状に形成され、隣接コア間の間隔が広くなるため、非磁性・導電性材料を蒸着やメッキしたりする必要がなく、新たな部材の追加なく、ステータとロータの非対向磁束を低減してモータ特性を改善し、モータの出力やトルクを増大することができる。さらに、前記した内径側の先細りの部分は、隣接コア間が平行間隔になるように形成されているため、内径側の隣接コア間の間隔が均一に広がり、ステータとロータの非対向磁束を一層良好に小さくしてモータ出力やトルクを増大することができるとともに磁極面積を確保できる。

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、ステータコアの外径側の部分が、磁極は残してその裏側の磁束が通る部分を、隣接コア間の間隔を広げるように面取り状に削って形成されるので、磁極面積を狭くしたりすることなく、隣接コア間の漏れ磁束も小さくしてモータ特性を改善し、モータ出力やトルクをさらに一層増大することができる。

本発明の一実施形態のアキシャルギャップモータの断面図である。 図１のアキシャルギャップモータのステータの磁極面の正面図である。 図１のアキシャルギャップモータのロータの背面図である。 図２のステータコアの斜視図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図４のステータコアの磁極面からみた正面図、側面図、背面図である。 （ａ）は図２のステータの磁極面側の隣接コアの外径側の間隔の説明図、（ｂ）は図２のステータの磁極面の裏面側の隣接コアの外径側の間隔の説明図である。 （ａ）、（ｂ）は図２のステータのステータコアの内径側の磁極の形状の説明図である。 図３のロータのロータコアの斜視図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図８のロータコアの磁極面からみた正面図、側面図、背面図である。 （ａ）は図１のアキシャルギャップモータのステータとロータの非対向の部分の内径側の磁極間隔の説明図、（ｂ）はステータの隣接コアの内径側の間隔の説明図である。 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１１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１１のロータを紙面の左側からみた正面図、斜視図である。 従来のラジアルギャップモータの一例の断面図である。 従来のラジアルギャップモータの他の例の断面図である。

つぎに、本発明をより詳細に説明するため、一実施形態について、図１〜図１０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。

図１は本実施形態のアキシャルギャップモータ１のモータ軸２に沿った部分断面を示し、アキシャルギャップモータ１は、モータ軸２に、後述するロータを取り付けるための同形状の前側（紙面左側）、後側のフランジシャフト３ａ、３ｂが取り付けられている。フランジシャフト３ａ、３ｂは、モータ軸２が中心を貫通した円盤状のフランジ部３１の外周に円筒状の支持部３２を取り付けた形状である。

前側の支持部３２には環状の一方（表側）のロータ４ａ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５が配設されている。さらに、その後方の後側の支持部３２には環状の他方（裏側）のロータ４ｂが取り付けられている。このようにして、モータ軸２の方向に表側から順に、フランジシャフト３ａを介してモータ軸２に支持されたロータ４ａ、ステータ５、フランジシャフト３ｂを介してモータ軸２に支持されたロータ４ｂが、磁極面を対向させて配置される。少なくともフランジシャフト３ａ、３ｂ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５は例えば前側の分割ステータ５１と後側の分割ステータ５２を仕切り板５３を挟んで接合して形成され、両分割ステータ５１、５２は外径側、内径側に非磁性体金属のリング体６ａ、６ｂが嵌められて一体化されている。さらに、外径側のリング体６ａの外側には、各相の一対の端子等を覆う樹脂被覆体７が重ねて設けられている。なお、図１の実線、破線の矢印線ループは分割ステータ５１、５２それぞれの磁束のループを示す。

図２はステータ５の一方の磁極面を形成する分割ステータ５１の表面側の磁極面を示す。分割ステータ５１、５２は同じ構成であり、アキシャルギャップモータ１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る。

そして、分割ステータ５１、５２は、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８が周方向に３０度の間隔で配設される。ステータコア８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、各ステータコア８は磁気的に独立している。

各ステータコア８は、正面からみると扇形から中心点部分を切欠した形状であり、外径側と内径側の対の磁極９ａ、９ｂの突起したティースを磁極間のヨーク部９ｃで繋いだ構成の径方向のステータ磁極対９を有する。

各ステータコア８のヨーク部９ｃには、ステータ磁極対９の磁極９ａ、９ｂの励磁に共用される各相それぞれの励磁コイル１０が装着される。励磁コイル１０は、本実施形態の場合、装着を容易にする等のため、いわゆるカセットコイルで形成される。この場合、カセットコイルが巻装されたコイルボビンをヨーク部９ｃに取り付ける簡単な作業で励磁コイル１０の装着が完了する。なお、励磁コイル１０はヨーク部９ｃにコイル（エナメル線）を直接巻きつける等して形成してもよい。

ところで、本実施形態においては、磁束量を多くしてモータ出力（トルク出力）を大きくするため、ステータ５の両磁極面側において、各ステータ磁極対９のヨーク部９ｃの励磁コイル６に重なるように、環状の界磁コイル１１を配置し、界磁コイル１１の直流の界磁磁束を各ステータ磁極対９の励磁磁束に一括して重畳し、磁束量を増加する。

図３はアキシャルギャップモータ１の表側からみたロータ４ａの背面図である。ロータ４ａ、４ｂは、同じ構成であり、それぞれ例えば圧粉磁心で形成された８個のロータコア１２が周方向に４５度の間隔で配設され、各ロータコア１２は、外径側、内径側の非磁性金属のリング体１３ａ、１３ｂが嵌められて放射状（環状）に固定される。ロータコア１２間（隣接コア間）の隙間は例えば非磁性体の樹脂の充填部１４であり、各ロータコア１２も磁気的に独立している。

各ロータコア１２も、ステータコア８と同様、正面からみると扇形から中心点部分を切欠した形状であり、外径側と内径側の対の磁極１５ａ、１５ｂの突起したティースを磁極間のヨーク部１５ｃで繋いだ構成の径方向のロータ磁極対１５を有する。各ロータ磁極対１１も、ステータ磁極対８と同様、正面からみると扇形から中心点部分を切欠した形状であり、ロータ４ａ、４ｂの回転により、ロータ４ａの磁極１５ａ、１５ｂが分割ステータ５１の磁極９ａ、９ｂに対向、非対向の状態になり、ロータ４ｂの磁極１５ａ、１５ｂが分割ステータ５２の磁極９ａ、９ｂに対向、非対向の状態になる。

そして、分割ステータ５１、５２の例えばＡ相の励磁コイル１０が通電されると、Ａ相のステータ磁極対９の励磁コイル１０の磁束が、ステータ磁極対９を径方向に通り、例えば、磁極９ａ、９ｂがＮ極、Ｓ極に励磁され、対向するロータ磁極対１５を通る図１の実線、破線の矢印線の磁束のループが形成される。この磁束のループに基づく、ロータ４ａ、４ｂとステータ５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１が回転する。

ところで、本実施形態においては、非磁性・導電性材料を蒸着やメッキしたりすることなく、隣接コア間の漏れ磁束を小さくしてモータ出力やトルクを増大するため、（１）ステータ５の各ステータコア８の形状を加工し、局所的な磁気飽和が発生しないようにして隣接するステータコア８間（隣接コア間）の漏れ磁束を小さくする。（２）ロータ４ａ、４ｂとステータ５の非対向磁束を低減するコア形状を提供する。

まず、（１）の漏れ磁束を低減するステータ５の形状について、さらに詳述する。この場合、漏れ磁束の磁路の削減もしくは切断は、隣接コア間の間隔が狭くなる内径側より、隣接コア間の間隔が広くなる外径側の方が容易である。そこで、隣接コア間の漏れ磁束の低減は、少なくともステータコア８の外径側を加工して行なう。

図４はステータコア８をその磁極面からみた斜視図であり、図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はステータコア８の正面（磁極面）図、右側面図、背面図である。それらの図面から明らかなように、各ステータコア８は、外径側の磁極９ａの裏側のヨーク部９ｄの左右側が、隣接コア（隣り合うステータコア８）間の間隔を広げるように面取り状に削られている。

このとき、所的な磁気飽和が発生しないようにしてステータコア８間の漏れ磁束を小さくするため、各ステータコア８においては、（ｉ）磁極９ａ、９ｂは十分な磁極面積を確保する。また、外径側の磁極９ａは磁束の十分な通路を確保するようにモータ軸２の方向に所定の厚み（図５（ｂ）の厚みα）に形成する。（ｉｉ）外径側の磁極９ａの裏側のヨーク部９ｄは、外径方向に向けて周方向の幅（横幅）が次第に狭くなって隣接コア間の間隔を広げるように面取り状に削って形成する。その際、各ステータコア８がリング体６ａ、６ｂによって確実に固定されて保持されるようにするとともに、内径方向への磁路を確保するため、ヨーク部９ｄは最外周の外径側端部において、周方向に一定の横幅の平面または曲面の部分を確保するように、図５（ｃ）に示すように左右に横幅β（α≧β）だけ削る。

このようにすると、ステータ５の磁極面の裏側の部分は、隣接コア間の外径側の周方向の距離が長くなり、扇形の磁極形状によって十分な磁極面積を確保した上で、外径方向に次第に狭くなるヨーク部９ｄの加工により、隣接するステータコア８間の空間距離を広げてステータコア８間の漏れ磁束を確実に小さくできる。

図６（ａ）は分割ステータ５１の一部を磁極面側からみた隣接コア間の間隔を示し、同図（ｂ）は同じ部分の裏側のヨーク部９ｄからみた隣接コア間の間隔を示す。それらの図面のステータコア８間の矢印線の比較からも明らかなように、ステータコア８の外径側の磁極９ａの裏側は、ヨーク部９ｄの加工により隣り合うステータコア８間の空間距離が広がり、この結果、ステータコア８間の漏れ磁束が小さくなる。

なお、各ステータコア８の内部磁路の磁束が図１の矢印線に示したように例えばステータ磁極対９の磁極９ｂから磁極９ａに進むには、ステータコア９のモータ軸２方向にも万遍なく磁束を分散させる必要があるが、α≧βに加工し、磁極９ａの厚みαを、ヨーク部９ｄの最外周部分での周方向幅の左右の切削長さβ以上にすると、モータ軸２方向に入射された磁束が周方向及びさらに軸方向に向かうために十分な折れ曲がり個所を確保でき、所的な磁気飽和が発生することもない。

つぎに、（２）の非対向磁束を低減するコア形状について、詳述する。非対向磁束は、コア間隔が広くなる外径側より、コア間隔が狭くなる内径側で問題となる。そこで、内径側のコア形状を改良する。すなわち、ステータコア８、ロータコア１２の内径側の磁極９ｂ、１５ｂ及びその裏側部分を、概略同じ形状であって、外径側の磁極９ａ、１５ａよりも外径側を中心点とする先細りの形状にする。

まず、ステータ５のコア形状について説明する。

図７はステータコア８の内径側の形状の説明図であり、ステータコア８を、同図（ａ）に示すように、中心点Ｐａを基準にした扇形の形状に即して外径側の磁極９ａ、ヨーク部９ｃとともに内径側の磁極９ｘを有する形状に形成した場合、磁極９ｘは横幅（周方向の長さ）が比較的長く、その磁極面積を磁極９ａと同一にする磁極９ｘの径方向の長さはｌｘになる。この場合、ステータコア８を周方向に配設すると、内径側の磁極９ｘの周方向の間隔は短く、非対向時であっても内径側の磁極９ｘとロータ４ａ、４ｂのロータコア１２の内径側の磁極１５ｂとの空間距離が短くなり、非対向状態であっても、ステータ磁極面とロータ磁極側面、およびロータ磁極面とステータ磁極側面をつなぐフリンジング磁路により、不要な磁束が発生してモータ出力やトルクが低下する。

そこで、本実施形態においては、ステータコア８を図７（ｂ）に示すように、両側が内径側で内側に屈曲した先細りに形成し、内径側の磁極９ｂの隣接コアの間隔を広くして非対向磁束を低減する。すなわち、外径側の磁極９ａ、ヨーク部９ｃは中心点Ｐａを基準にした扇形の形状に形成し、内径側の磁極９ｂは、中心点Ｐａより外径寄りに設定した中心点Ｐｂを基準にした扇形の形状に形成する。この場合、磁極９ｂは左右両側が磁極９ｘより内側に屈曲して細くなり、その分、磁極９ｂの径方向の長さｌｂはｌｘより多少長くなるが、それでも内径側の磁極９ｂの周方向の間隔は広がり、非対向時に内径側の磁極９ｂとロータ４ａ、４ｂのロータコア１２の内径側の磁極１５ｂとの空間距離が長くなり、不要な磁束の発生が減少してモータ出力、トルクが増大する。なお、対向時の磁束の減少等を防止するため、内径側の磁極９ｂの裏側の部分も磁極９ｂと同じ形状に形成する。また、中心点Ｐｂの位置は、好ましくは、モータ軸２の中心よりも外径側寄りの位置である。

つぎに、ロータ４ａ、４ｂのコア形状について説明する。ステータ５だけでなく、ロータ４ａ、４ｂについても同様のコア形状にすることにより、より一層、非対向時のステータ５の内径側の磁極９ｂとロータ４ａ、４ｂのロータコア１２の内径側の磁極１５ｂとの空間距離が長くなり、不要な磁束の発生が減少してモータ出力やトルクが増大する。

図８はロータコア１２をその磁極面からみた斜視図であり、図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はロータコア１２の正面（磁極面）図、右側面図、背面図である。

そして、ロータコア１２についても、図９（ａ）に示すように、両側が内径側で内側に屈曲した先細りになるように形成し、内径側の磁極１５ｂの間隔をステータコア８の内径側の磁極９ｂと同じ間隔にする。すなわち、外径側の磁極１５ａ、ヨーク部１５ｃは中心点Ｑａを基準にした扇形の形状に形成し、内径側の磁極１５ｂは、中心点Ｑａより外径寄りに設定した中心点Ｑｂを基準にした扇形の形状に形成する。なお、磁極面からみたロータコア１２の形状をステータコア８と同一形状にする場合は、Ｑａ＝Ｐａ、Ｑｂ＝Ｐｂである。また、ロータコア１２の場合、前記の隣接コア間の漏れ磁束の問題は生じないので、磁極１５ａ、１５ｂの裏側部分は表面側と全く同じ平面形状に形成する。

図１０（ａ）はアキシャルギャップモータ１の非対向状態の一部を出力側からみた状態図であり、ステータコア８とロータコア１５の内径側の磁極８ｂ、１５ｂの間隔が矢印線に示すように広がることにより、内径側の磁極８ｂ、１５ｂ同士の十分な空間距離を確保して、磁束を低減することができる。

ところで、ステータコア８の内径側の磁極９ｂの周方向の間隔が長くなるので、このようなコア形状にすると、内径側においても前記した漏れ磁束の磁路の削減が行なえる利点もある。

図１０（ｂ）は上記の内径側における漏れ磁束の磁路の削減を示し、矢印線に示すように、ステータコア８の内径側の磁極９ｂの周方向の間隔が長くなり、内径側においても漏れ磁束の磁路が減少する。

さらに、図６（ａ）、（ｂ）、図１０（ｂ）に示すように、ステータコア８の内径側の先細りの部分である磁極９ｂの部分が、その形状を適当に設定することによって、磁極面から（正面から）みて隣接コア間が平行間隔になるように形成されていると、内径側の隣接コア間の間隔が均一に広がり、非対向磁束が一層良好に減少してモータ出力が増大し、しかも、磁極９ｂの磁極面積も確保できる利点がある。しかも、磁極９ｂから入った磁束がステータコア８を外径方向に進むための磁路断面積が確保されやすく、磁気飽和を生じにくい利点もある。

以上のように、本実施形態の場合、ステータ５とロータ４ａ、４ｂの非対向磁束を低減してモータ特性（トルクや出力）を向上することができる。また、局所的な磁気飽和を生じさせることなく、ステータ５のステータコア８間の漏れ磁束を低減してモータ特性をさらに向上することができる。そして、非磁性・導電性材料を蒸着やメッキしたりする必要がなく、新たに部材を追加することがないため、アキシャルギャップモータ１の質量やコストの増加は生じない。

そして、本発明は上記した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、ステータコア８の外径側の加工は行なわず、内径側のコア形状の改良（内径側の磁極９ｂ、１５ｂを先細りの形状に加工）のみを行なってステータ５とロータ４ａ、４ｂの非対向磁束を低減してモータ特性（トルクや出力）を向上するようにしてもよい。この場合、ステータ５とロータ４ａ、４ｂの少なくともいずれか一方について内径側の磁極９ｂ、１５ｂを先細りの形状に加工すれば効果が得られるので、内径側のコア形状の改良は、ステータ５とロータ４ａ、４ｂの少なくともいずれか一方について行なえばよい。

つきに、アキシャルギャップモータ１のロータ４ａ、４ｂやステータ５の磁極数等はどのようであってもよく、ロータ４ａ、４ｂのモータ軸２への取り付け構造が前記実施形態と異なっていてもよいのは勿論である。

さらに、例えばロータ４ａと分割ステータ５１とで構成されるようなステータの磁極面が片面のアキシャルギャップモータにも本発明を同様に適用することができる。

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。

１ アキシャルギャップモータ
４ａ、４ｂ ロータ
５ ステータ
８ ステータコア
９ ステータ磁極対
９ａ、９ｂ 対の磁極
１２ ロータコア
１５ ロータ磁極対
１５ａ、１５ｂ 対の磁極

Claims (2)

1. 外径側と内径側の対の磁極で構成された径方向のステータ磁極対を有し扇形から中心点部分を切欠した形状のステータコアを周方向に配設したステータと、ロータ磁極を有し扇形から中心点部分を切欠した形成のロータコアを周方向に配設したロータとを有するアキシャルギャップモータであって、
   前記ステータコア及び前記ロータコアの少なくともいずれか一方は、内径側のコアの径方向の側面が、外径側のコアの径方向の側面に比べ内側に屈曲した先細りであって、かつ隣接コア間が平行間隔になるように形成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. 請求項１に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
   前記ステータコアの外径側の磁極の裏側は、隣接コア間の間隔を広げるように面取り状に削られていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。

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