JP6158146B2 - アキシャルギャップ型モータ - Google Patents

Description

本発明は、アキシャルギャップ型モータに関する。

従来から、回転軸に固定的に支持されたロータと、前記ロータにおける回転軸の軸方向側に配置されたステータとを備えたアキシャルギャップ型モータは知られており、例えば特許文献１に、アキシャルギャップ型モータが開示されている。

この特許文献１に開示されたアキシャルギャップ型モータは、コイルが巻装された複数のステータ突極部を有するステータコアと、ステータコアを支持した支持部材とを備え、又、支持部材は、ステータコアを１つずつ支持するように周方向に分割された複数の分割支持部材から構成されている。これにより、ステータコアの製造が容易になるとともに、ステータコアの組み付けが容易になるようにしている。

特開２００８−３５５９９号公報

しかしながら、特許文献１では、分割支持部材は、ステータコアを１つずつ、支持するように形成されているため、周方向で隣接する２つの分割支持部材同士間に空気層（隙間、ギャップ）が形成される。この空気層は磁気回路上の磁気抵抗となり、その結果、モータ出力が低下してしまうという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、ステータの製造及び組付けが容易で、且つ、モータ出力が低下し難いアキシャルギャップ型モータを提供することを目的とする。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。即ち、本発明のアキシャルギャップ型モータにかかる一態様では、回転軸を持ったロータと、前記ロータにおける回転軸の軸方向に配置されコイルを巻装した複数のステータ突極部を有するステータとを備え、前記ステータは、複数のステータ突極部のうちでＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相の各コイルを巻装した３つのステータ突極部を１組として、その１組又は複数組のステータ突極部を有するように分割された複数のステータ分割部を備え、前記各ステータ分割部における前記１組のステータ突極部は、一方向に沿って並べられるように配列されていることを特徴とする。

これによれば、ステータ分割部は、複数のステータ突極部のうちでＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相の各コイルが巻装された３つのステータ突極部を１組とし、１組又は複数組のステータ突極部を有するように分割されている。このため、各Ｕ相、Ｖ相及びＷ相を通る磁束が周方向に隣接するステータ分割部を通らないため、モータ出力の低下を抑えることができる。

又、ステータは、複数のステータ分割部に分割されてプレス面積が小さくなるため、例えば低プレス圧でステータ分割部がプレス成形され得るとともに、ステータ分割部の組み付けが容易になる。

その際、ステータ突極部に対向配置するように設けられたロータのマグネットと各ステータ分割部のステータ突極部との対向面積が大きい程、トルクが大きくなるが、本発明では、各ステータ分割部のステータ突極部が一方向に沿って並べられているため、例えば各ステータ分割部における１組又は複数組のステータ突極部が所定の曲率半径の円周上に並べられている場合に比べて、ステータ突極部に対向させるロータのマグネットを小さくして対向面積を大きくできる。従って、高価なマグネットを小型化でき、コストを抑えることができる。

他の一態様では、前記アキシャルギャップ型モータにおいて、前記各ステータ分割部は、１組のステータ突極部を有することを特徴とする。

これによれば、３相の各コイルが巻装されたステータ突極部を有するので、より一層、低プレス圧でステータ分割部がプレス成形され得るとともに、より一層、ステータ分割部の組み付けが容易になる。又、本発明のモータは、ステータ突極部に対向させるロータのマグネットを、より一層小さくでき、より一層、コストを抑えることができる。

他の一態様では、前記アキシャルギャップ型モータにおいて、前記複数のステータ分割部は、各ステータ分割部における両端側のステータ突極部同士を結ぶ配列線とその配列線の中点を通る前記回転軸の径方向線とが直交するように配置されていることを特徴とする。

これによれば、径の異なるケーシングを有する出力の異なる種々のモータに使用する場合も、ステータ分割部及びステータ突極部に対向配置するマグネットを共通使用できる。従って、ステータ分割部をプレス成形する場合に１つの成形型を用いることができ、製造コストを抑えることができる。

他の一態様では、前記アキシャルギャップ型モータにおいて、前記各ステータ分割部は、前記ステータ突極部を支持した支持部とを備え、前記支持部は、前記軸方向から見て矩形状に形成されていることを特徴とする。

これによれば、支持部が一方向に沿って並べられたステータ突極部を効率よく支持でき、支持部を形成する材料を少なく抑えることができる。又、支持部が矩形状に形成されることで、支持部の形成が容易になる。

本発明のアキシャルギャップ型モータは、ステータの製造及び組付けが容易で、且つ、モータ出力が低下し難い。

本発明の一実施形態のアキシャルギャップ型モータの断面図である。 図１のアキシャルギャップ型モータのケーシングを外した状態の正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図１のアキシャルギャップ型モータに用いるステータ分割部の断面図である。 ステータ分割部のステータコアの斜視図である。 他の実施形態のアキシャルギャップ型モータの断面図である。 比較例の一部を省略した斜視図である。 他の比較例の断面図である。

以下、本発明の一実施形態のアキシャルギャップ型モータについて、図を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態のアキシャルギャップ型モータの断面図、図２は、図１のアキシャルギャップ型モータのケーシングを外した状態の正面図である。

この実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０は、図１、図２に示すように、ケーシング６と、回転動力を出力する回転軸（出力軸、シャフト）１と、回転軸１を回転させるロータ２と、ステータ３とを備えている。

ケーシング６は、円筒体からなる。この実施形態のケーシング６は、軸方向に２分割された２つの分割ケーシングがボルト等の連結部材６１によって固定的に連結されている。

回転軸１は、ケーシング６の軸方向に貫通され、回転軸１の両端部がそれぞれ、ケーシング６の軸方向の端面から外に突出している。そして、この状態で、回転軸１の両端部がそれぞれ、ケーシング６に、べアリング６２を介して回転自在に保持されている。

ロータ２は、図３に示すように円板状のロータ本体２１と、ロータ本体２１に埋設されたマグネット２２とを備えている。

ロータ本体２１は、アルミニウム、ステンレス等の非磁性体から構成されている。このロータ本体２１は、図３に示すように中心部に回転軸１に固定的に取り付けられる回転軸取付孔２１ａを備えている。

又、ロータ本体２１は、回転軸取付孔２１ａの径方向外側に、マグネット２２を保持する複数（この実施形態では８個）のマグネット保持部２１ｂを備えている。これらのマグネット保持部２１ｂは、ロータ本体２１の周方向に沿って等間隔で形成されている。

各マグネット保持部２１ｂは、ロータ本体２１の一方面から他方面に円柱形状に貫通するように形成されている。

マグネット２２は、マグネット保持部２１ｂに対応する数（この実施形態では８個）、備えている。各マグネット２２は、マグネット保持部２１ｂに嵌挿する大きさの円柱体から構成されている。そして、各マグネット２２は、マグネット保持部２１ｂに嵌挿され、ロータ本体２１の一方面側及び他方面側に露出した状態でマグネット保持部２１ｂに保持されている。

そして、各マグネット２２がマグネット保持部２１ｂに嵌挿されることにより、複数のマグネット２２はロータ本体２１の周方向に沿って等間隔に配置されている。

このように構成されたロータ２は、図１、図２に示すように回転軸取付孔２１ａに回転軸１が挿通されて回転軸１の略中央部に固定的に取り付けられ、これにより、ケーシング６内で、ロータ２が回転軸１と共に回転するようになっている。

ステータ３は、ロータ２における回転軸１の軸方向の一方側に配置された第１ステータ３ａと、ロータ２を挟んで第１ステータ３ａと反対側となる、回転軸１の軸方向の他方側に配置された第２ステータ３ｂとを備えている。第１ステータ３ａと第２ステータ３ｂとは、同構成を採り、ロータ２に対して対称になるように配置されており、以下に、第１ステータ３ａについて説明し、第２ステータ３ｂの説明を省略する。

第１ステータ３ａは、図４に示すように複数（この実施形態では６つ）のステータ分割部４を備えている。各ステータ分割部４は、図４、図５に示すようにコイル４１ａ〜４１ｃと、コイル４１ａ〜４１ｃを保持したステータコア４２とを備えている。

ステータコア４２は、図５、図６に示すように複数のステータ突極部４３ａ〜４３ｃと、ステータ突極部４３ａ〜４３ｃを支持した支持部４４とを備えている。

ステータ突極部４３ａ〜４３ｃと支持部４４とは、同じ材料で、一体成型によって形成されている。ステータ突極部４３ａ〜４３ｃと支持部４４とは、電気絶縁膜で被覆された軟磁性粉末を圧縮して固めることにより形成されている。即ち、ステータ突極部４３ａ〜４３ｃと支持部４４とは、軟磁性粉末のプレス成形体である。具体的に、ステータ突極部４３ａ〜４３ｃと支持部４４とは、鉄基軟磁性粉末からなる圧粉磁心、フェライト磁心、又は、軟磁性合金粉末を樹脂に分散させた軟磁性材料によって構成されている。本実施形態では、ステータ突極部４３ａ〜４３ｃと支持部４４とは、表面にリン酸系化成皮膜等の電気絶縁皮膜が形成された鉄粉によって形成されている。ここで、軟磁性体粉末とは、強磁性の金属粉末であり、より詳しくは、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ―Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）及びアモルファス粉末等が挙げられる。これら軟磁性体粉末は、公知の手段、例えば、アトマイズ法等によって微粒子化する方法や、酸化鉄等を微粉砕した後にこれを還元する方法等によって製造することができる。また、一般に、透磁率が同一である場合に飽和磁束密度が大きいので、軟磁性粉末は、例えば、上記純鉄粉、鉄基合金粉末及びアモルファス粉末等の金属系材料であることが特に好ましい。

各ステータ分割部４は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相の各コイル４１ａ〜４１ｃが巻装された３つのステータ突極部４３ａ〜４３ｃを１組とし、１組又は複数組のステータ突極部４３ａ〜４３ｃを備えている。この実施形態では、各ステータ分割部４は、１組のステータ突極部４３ａ〜４３ｃを備えている。

詳しくは、図５に示すようにＵ相のコイル４１ａが巻装された第１ステータ突極部４３ａと、Ｖ相のコイル４１ｂが巻装された第２ステータ突極部４３ｂと、Ｗ相のコイル４１ｃが巻装された第３ステータ突極部４３ｃとの３つ、即ち１組を備えている。

各ステータ突極部４３ａ〜４３ｃは、図６に示すように略楕円柱状体からなる。そして、３つのステータ突極部４３ａ〜４３ｃは、各ステータ突極部４３ａ〜４３ｃの軸Ｏ１〜Ｏ３が一直線上に揃うように配置されており、これにより、一方向に沿って配列されている。

支持部４４は、図４〜図６に示すように回転軸１の軸方向から見て矩形板状体からなる。支持部４４は、一方向に配列された３つのステータ突極部４３ａ〜４３ｃの一方端を支持している。このように支持部４４が矩形板状体から構成されることにより、一方向に沿って並べられたステータ突極部４３ａ〜４３ｃを効率よく支持でき、支持部４４を形成する材料が少なく抑えられる。又、支持部４４が矩形状に形成されることで、支持部４４の形成が容易なものになっている。

このように形成された第１ステータ３ａは、図１、図２に示すように、ステータ突極部４３ａ〜４３ｂの他方端がロータ２と対向するようにして、図４に示すようにステータ分割部４がロータ２の周方向に沿って並べられるように配置されている。

又、この状態で、図４、図５に示すように各ステータ分割部４における両端側のステータ突極部４３ａ、４３ｃの軸心Ｏ１〜Ｏ３を結ぶ配列線４５と、その配列線４５の中点（この実施形態では中央のステータ突極部４３ｂの軸心Ｏ２）を通る回転軸１の径方向線１ａが直交している。

又、この状態で、各ステータ分割部４は、中央のステータ突極部４３ｂにおける回転軸１の軸心Ｏ１０からのピッチ半径Ｒ１とマグネット２２における回転軸１の軸心Ｏ１０からのピッチ半径Ｒ２（図３に図示）と同じになるように配置されている。

以上のように構成されたアキシャルギャップ型モータ１０は、ステータ３の各コイル４１ａ〜４１ｃに電流が供給されると、ステータ３のステータ突極部４３ａ〜４３ｃに磁極が形成され、これにより、ロータ２が回転し、ロータ２の回転に伴い回転軸１が回転する。

その際、ステータ分割部４がＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相の各コイル４１ａ〜４１ｃが巻装された３つのステータ突極部４３ａ〜４３ｃを備えているため、各Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の磁束は、周方向で隣接するステータ分割部４同士の隙間を通らないため、トルクの低下を抑えることができる。

ここで、この実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０と、図８に示すようにコイル１４２を巻装した１つのステータ突極部１４３毎に支持部１４４を分割したステータ分割部１０４を有する比較例１１０とのトルクの比較試験を行ったので、以下に示す。

この比較試験は、ステータコア４２（支持部）を全く分割していないもの（本実施形態の第１ステータ３ａ及び第２ステータ３ｂの支持部４４を分割しないで一体に形成したもの）のトルクに対して、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０と比較例１１０とのそれぞれのトルクを比較することによって行った。

結果は、全く分割していないもののトルクは、０．４７Ｎｍであった。これに対し、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０のトルクは、０．４７Ｎｍであり、全く分割していないものに比べて低減しなかった。一方、比較例１１０のトルクは、０．４３Ｎｍであり、全く分割していないものに比べて７％、低減した。

又、本発明では、ステータ突極部４３ａ〜４３ｃが一方向に沿って並べられているため、例えば図５中に一点鎖線で示すように各ステータ分割部における１組のステータ突極部１４３ａ〜１４３ｃが所定の曲率半径の円周Ｑ上に並べられている場合に比べて、ステータ突極部４３ａ〜４３ｃに対向させるロータ２のマグネット２２を小さくして対向面積を大きくできる。従って、高価なマグネット２２を小さくでき、製造コストを抑えることができる。

又、例えば図５中に一点鎖線で示すように所定の曲率半径の円周Ｑ上に並べて扇状の支持部１４４で支持したものでは、例えば図９に示すように、半径が大きいケーシング１０６を有する出力の大きいモータ１１０ａに使用する場合、ステータ突極部１４３ａ〜１４３ｃと対向面積を大きくできるマグネットを用いればトルクが大きくなるが、そのためには、出力の大きいモータに応じて用いられているマグネットよりも大きなマグネットを用いなければならず、製造コストが高くついてしまう。その結果、出力の異なるモータに応じた曲率半径の円周上に並べたステータ突極部１４３ａ〜１４３ｃを形成しなければならず、出力の異なるモータに応じてステータ突極部１４３ａ〜１４３ｃの成形型が必要となる。

しかし、本発明では、図７に示すように、半径が大きいケーシング２０６を有する出力の大きいモータ２１０に使用する場合も、１組（３つ）のステータ突極部４３ａ〜４３ｃが各ステータ分割部４における両端側のステータ突極部４３ａ、４３ｃの軸心Ｏ１、Ｏ３を結ぶ配列線４５と、その配列線４５の中点（この実施形態では中央のステータ突極部４３ｂの軸心Ｏ２）を通る回転軸１の径方向線１ａが直交するように配置することで、図４に示すモータ１０に使用する場合と同じ大きさのマグネット２２を用いて同じ対向面積にできる。従って、出力の異なる種々のモータでも、同じステータ突極部４３ａ〜４３ｃを有するステータ分割部４及びマグネットを共通使用できる。従って、半径が大きいケーシング２０６を有する出力の大きいモータ２１０に使用する場合も、１つのステータ分割部４の成形型を用いてステータ分割部４を製造できる。

なお、上記実施形態では、各ステータ分割部４は、１組の３つのステータ突極部４３ａ〜４３ｃを備えたものとされているが、この形態のものに限らず、例えば各ステータ分割部４は、２組以上のステータ突極部４３ａ〜４３ｃを備えたものでもよく、適宜変更できる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

１ 回転軸
２ ロータ
３ ステータ
１０ アキシャルギャップ型モータ
２２ マグネット
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ コイル
４３ａ 第１ステータ突極部
４３ｂ 第２ステータ突極部
４３ｃ 第３ステータ突極部
４４ 支持部

Claims (4)

1. 回転軸を持ったロータと、前記ロータにおける回転軸の軸方向に配置されコイルを巻装した複数のステータ突極部を有するステータとを備え、
   前記ステータは、複数のステータ突極部のうちでＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相の各コイルを巻装した３つのステータ突極部を１組として、前記１組又は複数組のステータ突極部を有するように分割された複数のステータ分割部を備え、
   前記各ステータ分割部における前記１組のステータ突極部は、一方向に沿って並べられるように配列されていることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
2. 前記各ステータ分割部は、１組のステータ突極部を有することを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ型モータ。
3. 前記複数のステータ分割部は、各ステータ分割部における両端側のステータ突極部同士を結ぶ配列線とその配列線の中点を通る前記回転軸の径方向線とが直交するように配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のアキシャルギャップ型モータ。
4. 前記各ステータ分割部は、前記ステータ突極部を支持した支持部を備え、
   前記支持部は、前記軸方向から見て矩形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のアキシャルギャップ型モータ。

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