JP2007329985A - アキシャルギャップ型モータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】整列巻による占積率の向上を可能とし、小型、高効率、高出力化が図れるアキシャルギャップ型モータおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】所定の回転軸を中心に周方向に配置された磁性体からなるティース２４bと、そのティース２４bに巻回されたコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２とを有するステータ２１と、ステータ２１のティース２４bの先端に所定のエアギャップを隔てて対向すると共に、所定の回転軸を中心に回転するロータとを備える。上記コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２は、異なる相のコイル同士が、ティース２４bよりも半径方向内側およびティース２４bよりも半径方向外側に位置するコイルエンド部で軸方向に重なり合う。そして、上記コイルエンド部が重なり合う部分を、ステータ２１に設けられた収納部(２４c,２４d)に収納する。
【選択図】図１

Description

この発明は、アキシャルギャップ型モータおよびその製造方法に関する。

従来、圧縮機やファンに用いられるモータは、ラジアルギャップ型が主体であった。このラジアルギャップ型モータでは、ステータの外周を焼きばめしたとしても、全周焼きばめされるため、ステータ内周面の変形は少なく、エアギャップの精度への影響は僅少であった。

これに対して、磁石面積を大きく取れ、小型化が可能であり、整列巻およびコイルの小型化により効率が向上するアキシャルギャップ型モータが近年注目されている(例えば、特開２０００−２５３６３５号公報(特許文献１)参照)。

このアキシャルギャップ型モータでは、ラジアルギャップ型モータと同様に、分布巻がコイルの有効鎖交磁束の利用率や振動、騒音の点で優れている。しかしながら、上記アキシャルギャップ型モータでは、コイルエンド部(コイルのティースよりも半径方向内側およびティースよりも半径方向外側に位置する部分)のサイズが大きくなるため、モータが大型化するという問題がある。また、上記アキシャルギャップ型モータでは、整列巻をして各相のコイルを段状に重ねると、ティース間のスロット部の内部にコイルが１／２または１／３しか入らず、占積率が低下するという問題がある。
特開２０００−２５３６３５号公報

そこで、この発明の課題は、整列巻による占積率の向上を可能とし、小型、高効率、高出力化が図れるアキシャルギャップ型モータおよびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のアキシャルギャップ型モータでは、
所定の回転軸を中心に周方向に配置された磁性体からなるティースと、上記ティースに巻回されたコイルとを有するステータと、
上記ステータの上記ティースの先端に所定のエアギャップを隔てて対向すると共に、上記所定の回転軸を中心に回転するロータと
を備え、
上記コイルは、少なくとも異なる相のコイル同士が、上記ティースよりも半径方向内側および上記ティースよりも半径方向外側に位置するコイルエンド部で軸方向に重なり合い、
上記コイルエンド部が重なり合う部分の少なくとも一部を収納するための収納部を、上記ステータまたは上記ロータの少なくとも一方に設けたことを特徴とする。

上記構成のアキシャルギャップ型モータによれば、少なくとも異なる相のコイル同士のコイルエンド部が重なり合う部分の少なくとも一部を、ステータまたはロータの少なくとも一方に設けられた収納部に収納することによって、コイルエンド部の重なり合いに制限されることなく、ティース間のスロット部のスペースを有効に利用できるので、整列巻による占積率の向上を可能とし、小型、高効率、高出力化を図ることができる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、
上記ステータは、少なくとも一方の端面側に上記ティースが軸方向に起立するように設けられ、上記所定の回転軸に対して略直交する略環状の磁性体からなるヨークを有し、
上記収納部は、上記ヨークの外周側かつ上記ティースよりも半径方向外側、および、上記ヨークの内周側かつ上記ティースよりも半径方向内側に設けられた軸方向に貫通する孔または上記ロータ側に開口する凹部の少なくとも一方であり、上記コイルエンド部が重なり合う部分の上記ヨーク側に突出する側を収納する。ここで、上記ステータのヨークに設けられた凹部は、ヨークの外周側および内周側に設けられた段部も含むものとする。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ヨークの外周側かつティースよりも半径方向外側、および、ヨークの内周側かつティースよりも半径方向内側に設けられた軸方向に貫通する孔に、上記コイルのコイルエンド部が重なり合う部分のうちのヨーク側に突出する側を収納する。または、上記ヨークの外周側かつティースよりも半径方向外側、および、ヨークの内周側かつティースよりも半径方向内側に設けられたロータ側に開口する凹部に、上記コイルのコイルエンド部が重なり合う部分のうちのヨーク側に突出する側を収納する。これにより、ティースの軸方向の寸法内に収まらないコイルエンド部が重なり合う部分を、ヨーク側に埋め込むことができる。なお、軸方向に貫通する孔とロータ側に開口する凹部の両方を混在させて設けたものでもよい。ステータの外側において、筐体内部に保持され、または、ステータ内側にて軸受けを介して回転軸を保持する場合は、コイルエンドの外側、または、内側にまでヨークが延びていることが望ましい。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、
上記ロータは、上記ステータ側の上記ティースよりも半径方向内側の上記コイルエンド部と上記ティースよりも半径方向外側の上記コイルエンド部との間に突出する突極部を有し、
上記収納部は、上記ロータの上記突極部よりも半径方向外側、および、上記ロータの上記突極部よりも半径方向内側に設けられ、上記コイルエンド部が重なり合う部分の上記ロータ側に突出する側を収納する。ここで、上記ロータの凹部は、突極部の半径方向外側および半径方向内側に設けられた段部も含むものとする。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ロータの突極部よりも半径方向外側に設けられた収納部と突極部よりも半径方向内側に設けられた収納部に、上記コイルのコイルエンド部が重なり合う部分のうちのロータ側に突出する側を収納する。これにより、ティースの軸方向の寸法内に収まらないコイルエンド部が重なり合う部分で、ロータの突極部の外周側および内周側を覆うようにできる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、上記ロータの上記突極部は、永久磁石である。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ロータに永久磁石を用いて突極部を形成することにより、突極部である永久磁石の半径方向外側および半径方向内側に、コイルエンド部が重なり合う部分を収納する収納部を容易に設けることができる。また、上記永久磁石の半径方向端部からの漏れ磁束をコイルに鎖交させて、効率をさらに向上できる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、上記ロータの上記突極部は、永久磁石および上記永久磁石のエアギャップ側を覆う磁心である。磁心とは、軟磁性材料、例えば、鉄からなり、透磁率が高く、磁束を主として流す部分となる。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ロータ側の収納部の軸方向長さをより長くでき、コイルの収納スペースが増えると共に、リラクタンストルクを利用できるようになり、高効率化が図れる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、上記コイルは、３相の分布巻である。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記コイルを３相の分布巻にすることによって、コイルの有効鎖交磁束の利用率や振動、騒音の点で優れている。なお、この分布巻は、例えば、３相において１相４極の３層構造のものや、１相４極のうちの２極を省略して２層構造で３相を実現するいわゆる仮想分布巻も含む。また、上記コイルは、２層構造でもよいし、３層構造でもよい。また、その他の極の数であってもよい。

分布巻は、エアギャップの磁束密度分布の正弦波化に優れている他、コイルの有効鎖交磁束の利用率が高く、振動騒音が低減できる等の利点がある。しかしながら、ラジアルギャップ型モータでは、通常、ティース間のスロット部に、予め巻回したコイルをスロット開口部から挿入するインサータ方式が用いられる。そこで、少なくとも、ティースに対して外側や内側から挿入するとき、コイルの形状が変形する。仮に、ラジアルギャップ型モータにおいて、分割鉄心に巻回する場合であっても、スロットに挿入するとき、コイルは必ず変形する。

これに対して、アキシャルギャップ型モータであれば、巻回した形状のまま軸方向に挿入することが可能である。そのため、コイルエンド部が小さく、ヨークに設けた凹部や、ロータの突極部の内外周に収納することが可能となる。また、コイルエンド部が小さいため、集中巻に対して、巻線抵抗の上昇を抑えることが可能である。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、上記コイルは、３相の波巻である。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記コイルを３相の波巻にすることによって、１相あたり１のコイルで良いため、極数を増した場合でも結線が容易にでき、結線のためのスペースも不要となる。また、上記コイルは、２層構造でもよいし、３層構造でもよい。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、上記コイルは、上記コイルエンド部が軸方向に２層に重なり合う。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記コイルのコイルエンド部が軸方向に２層に重なり合うので、コイルエンド部が重なり合う部分の一方のみを軸方向外向に突出させて、その突出したコイルエンド部を収納部に収納することにより、コイルエンド部が重なり合う部分の一方は、平面状にすることができる。すなわち、２層のコイルの他方は、コイルエンド部を軸方向に屈曲させる必要がなくなり、コイルの製造が容易にできる。または、２層に重なり合うコイルエンド部は、それぞれ上下反対側に屈曲させれば、それぞれ屈曲量は等しくなり、抵抗値も均一にできるという利点を有する。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、
上記コイルは、上記ステータ側から順に配置された最下層,中間層および最上層の３層構造であり、上記コイルエンド部が軸方向に３層に重なり合い、
上記コイルエンド部が重なり合う部分の最下層を、上記ステータに設けられた上記収納部に収納すると共に、
上記コイルエンド部が重なり合う部分の最上層を、上記ロータに設けられた上記収納部に収納する。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、３層構造のコイルのコイルエンド部が重なり合う部分の最下層を、ステータに設けられた収納部に収納すると共に、３層構造のコイルのコイルエンド部が重なり合う部分の最上層を、ロータに設けられた収納部に収納する。これにより、３層構造のコイルであっても、整列巻による占積率の向上を可能とし、小型、高効率、高出力化が図れる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、
上記コイルの最下層と上記コイルの最上層とが、上記コイルの中間層を隔てて対向するように配置され、
上記コイルの最下層の巻線数と上記コイルの最上層の巻線数との和が、上記コイルの中間層の巻線数と略同一にした。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記コイルの最下層とコイルの最上層とが、コイルの中間層を隔てて対向するように配置され、コイルの最下層の巻線数とコイルの最上層の巻線数との和が、コイルの中間層の巻線数と略同一になるようにする。これによって、２層構造となるべき一方のコイルを中間層とし、他方のコイルを最下層と最上層に分割して、最下層と最上層のコイルエンド部の軸方向の突出量を低減できる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、上記ステータの上記ヨークに設けられた上記収納部としての上記孔または上記凹部の縁部にアールを設けている。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ステータのヨークに設けられた孔または凹部の縁部に設けたアールによって、孔または凹部内に収納するコイルエンド部の屈曲部分を考慮して、孔または凹部を大きめにする必要がなく、コイルの収納スペースを最小限に設計でき、アキシャルギャップ型モータをより小型化できる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、上記コイルは、上記ティース間のスロット部において、相が異なる上記コイルが重なり合わない。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ティース間のスロット部において、相が異なるコイルが重なり合わず、１つのスロット部に１コイルしか入らないので、高い占積率を確保できる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、
上記ロータは、上記ステータを軸方向両側から挟むように配置され、夫々に上記収納部が設けられた第１ロータと第２ロータであり、
上記ステータの上記コイルは、上記コイルエンド部が重なり合う部分の上記第１ロータ側に突出する側が上記第１ロータの上記収納部に収納される一方、上記コイルエンド部が重なり合う部分の上記第２ロータ側に突出する側が上記第２ロータの上記収納部に収納されている。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ステータを軸方向両側から挟むように配置された第１ロータと第２ロータの夫々の収納部に、ステータ側のコイルのコイルエンド部が重なり合う部分を収納するので、ステータを２つのロータで挟む２ロータ方式のアキシャルギャップ型モータにおいて、整列巻による占積率の向上を可能とし、小型、高効率、高出力化が図れる。ここで、上記第１,第２ロータは、同一のシャフトに固定されてもよいし、異なるシャフトに夫々固定されてもよい。

また、この発明のアキシャルギャップ型モータの製造方法では、
上記のアキシャルギャップ型モータの製造方法であって、
上記コイルの各相は、巻枠に巻回されて所定の形状に整形された後、上記ステータの上記ティースに外嵌されることを特徴とする。

上記アキシャルギャップ型モータの製造方法によれば、上記コイルの各相は、巻枠に巻回されて所定の形状に整形された後、ステータのティースに外嵌されるので、ラジアルギャップ型モータに比べて容易に製造できる。

以上より明らかなように、この発明のアキシャルギャップ型モータによれば、少なくとも異なる相のコイル同士のコイルエンド部が重なり合う部分の少なくとも一部を、ステータまたはロータの少なくとも一方に設けられた収納部に収納することによって、整列巻が可能であり、占積率が向上することにより、もとよりアキシャルギャップ型モータの特徴を生かして、小型、高効率、高出力化を図ることができる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ヨークの外周側かつティースよりも半径方向外側、および、ヨークの内周側かつティースよりも半径方向内側に設けられた軸方向に貫通する孔(またはロータ側に開口する凹部)に、上記コイルのコイルエンド部が重なり合う部分のうちのヨーク側に突出する側を収納することによって、ティースの軸方向の寸法内に収まらないコイルエンド部が重なり合う部分を、ヨーク側に埋め込むことができる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ロータの突極部よりも半径方向外側に設けられた収納部と突極部よりも半径方向内側に設けられた収納部に、上記コイルのコイルエンド部が重なり合う部分のうちのロータ側に突出する側を収納することによって、ティースの軸方向の寸法内に収まらないコイルエンド部が重なり合う部分で、ロータの突極部の外周側および内周側を覆うようにできる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ロータに永久磁石を用いて突極部を形成することにより、突極部である永久磁石の半径方向外側および半径方向内側に、コイルエンド部が重なり合う部分を収納する収納部を容易に設けることができると共に、永久磁石の半径方向端部からの漏れ磁束をコイルに鎖交させて、効率をさらに向上できる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ロータの突極部として永久磁石およびその永久磁石のエアギャップ側を覆う磁心を用いることによって、ロータ側の収納部の軸方向長さをより長くでき、コイルの収納スペースが増えると共に、リラクタンストルクを利用できるようになり、高効率化が図れる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記コイルを３相の分布巻にすることによって、コイルの有効鎖交磁束の利用率や振動、騒音を低減することができる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記コイルを３相の波巻にすることによって、極数を増した場合でも結線が容易にでき、結線のためのスペースも不要となる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記コイルのコイルエンド部が軸方向に２層に重なり合うので、コイルエンド部が重なり合う部分の一方のみを軸方向外向に突出させて、その突出したコイルエンド部を収納部に収納することにより、２層のコイルの一方は、コイルエンド部を軸方向に屈曲させる必要がなくなり、コイルの製造が容易にできる。または、２層に重なり合うコイルエンド部は、それぞれ上下反対側に屈曲させれば、それぞれ屈曲量は等しくなり、抵抗値も均一にできるという利点を有する。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、３層構造のコイルのコイルエンド部が重なり合う部分の最下層を、ステータに設けられた収納部に収納すると共に、３層構造のコイルのコイルエンド部が重なり合う部分の最上層を、ロータに設けられた収納部に収納することによって、３層構造のコイルであっても、整列巻による占積率の向上を可能とし、小型、高効率、高出力化が図れる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記コイルの最下層とコイルの最上層とが、コイルの中間層を隔てて対向するように配置され、コイルの最下層の巻線数とコイルの最上層の巻線数との和が、コイルの中間層の巻線数と略同一になるようにすることよって、２層構造となるべき一方のコイルを中間層とし、他方のコイルを最下層と最上層に分割して、最下層と最上層のコイルエンド部の軸方向の突出量を低減することができる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ステータのヨークに設けられた孔または凹部の縁部にアールを設けることによって、孔または凹部内に収納するコイルエンド部の屈曲部分を考慮して、孔または凹部を大きめにする必要がなくなり、収納スペースを最小限に設計でき、このアキシャルギャップ型モータをより小型化できる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ティース間のスロット部において、相が異なるコイルが重なり合わず、１つのスロット部に１コイルしか入らないので、高い占積率を確保することができる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ステータを２つのロータで挟む２ロータ方式のアキシャルギャップ型モータにおいて、ステータを軸方向両側から挟むように配置された第１ロータと第２ロータの夫々の収納部に、ステータ側のコイルのコイルエンド部が重なり合う部分を収納するので、整列巻による占積率の向上を可能とし、小型、高効率、高出力化が図れる。

また、この発明のアキシャルギャップ型モータの製造方法によれば、上記コイルの各相は、巻枠に巻回されて所定の形状に整形された後、ステータのティースに外嵌されるので、小型、高効率、高出力な上記アキシャルギャップ型モータを容易に製造することができる。

以下、この発明のアキシャルギャップ型モータを図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータの分解斜視図である。また、図２Ａは上記ステータの組立後の斜視図であり、図２Ｂは図２ＡのIIB−IIB線から見た断面図であり、図３は上記ステータのステータコアの平面図である。なお、図１〜図３では、ステータコアとコイルの間に通常絶縁物を介在させるが、便宜上、省略している。この絶縁物は、絶縁フィルム、樹脂モールド、または、樹脂成形物をかぶせる等の方法により形成する。図１〜図３では、コイルの屈曲をデフォルメして示しているが、実際は屈曲は大きなアールが設けられたり、軸方向の屈曲角度が９０°に満たなかったりしても良い。

この第１実施形態のアキシャルギャップ型モータ２は、図１に示すように、ステータ２１と、このステータ２１の上にエアギャップを介して配置されたロータ(図示せず)と、このロータに固定されると共に、このロータから延設されて軸受に保持されるシャフト(図示せず)とを有している。上記シャフトを介してロータの回転力を負荷に伝達する。なお、この第１実施形態のロータは、後述する第２実施形態の図６,図８に示すロータと同様の構成とする。

上記ステータ２１は、例えば密閉容器(図示せず)の内側に圧入または焼きばめにより取り付けられたステータコア２４と、このステータコア２４に取り付けられたコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２とを有する。上記ステータ２１は、下層のコイルＵ２,Ｖ２,Ｗ２と上層のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１の２層構造をしている。ステータコア２４は、軟磁性材料、例えば、透磁率の高い鉄等からなる。

上記ステータコア２４は、上記シャフトに対して略直交するように配置された円環状のバックヨーク２４aと、このバックヨーク２４aのロータ３１側の一面に、軸方向に起立するように設けられたティース２４bとを有する。上記バックヨーク２４aのティース２４bに対して半径方向外側に、収納部の一例としての軸方向に貫通する孔２４cを周方向に所定の間隔をあけて設けている。また、上記バックヨーク２４aのティース２４bに対して半径方向内側に、収納部の一例としての軸方向に貫通する孔２４dを周方向に所定の間隔をあけて設けている。なお、バックヨーク２４ａの外周は、コイルエンド外径よりも外側にまで延び、例えば密閉容器の内側に取り付けられる。また、バックヨーク２４ａの内周が、コイルエンド内径よりも内側まで延びて、シャフトを回転自在に保持する軸受を設けるハウジングを兼ねていても良い。

上記ティース２４bは、シャフトに沿って延びており、シャフトの周りに複数個設けられている。上記コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２は、各ティース２４bの複数に巻回されている。従って、上記コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２のコイルエンド部において、他のコイルと重なり合う部分を有する。このコイルエンド部が重なり合う部分の一方は、ティース２４bに対して半径方向に一定の距離(「空間」とよぶ)を置いて同一平面で巻回される。また、上記コイルエンド部が重なり合う部分の他方は、ティース２４bに対して、上記空間より軸方向かつバックヨーク２４a側に曲げられ、バックヨーク２４aに設けられた孔２４c,２４dに収納される。それにより、他方のコイルは、一方のコイルのコイルエンド部を邪魔することなく、巻回される。なお、ひとつのコイルの内側のコイルエンド部と、外側のコイルエンド部とが、それぞれ反対の方向に曲げられても良いが、組立は煩雑になる場合がある。

上記コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１の外周側のコイルエンド部の内周は、所定の回転軸を中心とする半径Ｒ１の円弧であり、コイルＵ２,Ｖ２,Ｗ２の外周側のコイルエンド部の内周は、所定の回転軸を中心とする半径Ｒ２の円弧である。ここで、Ｒ１＞Ｒ２とすることにより、コイルＵ２,Ｖ２,Ｗ２のコイルエンド部以外の部分がコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１の内側の空間に位置するようにしている(図２Ｂ参照)。コイルは、整形されやすいよう、細い線を、多数本並列に巻くと良いが、太線の場合は、巻数が少なければ１巻毎に整形しても良い。

この第１実施形態では、４極のロータに対し、ティース２４bは、１２個有し、ステータ２１側の下層には３つのティース２４bを覆うコイルＵ２,Ｖ２,Ｗ２を等間隔に３つ設け、上層には、下層のコイルの挿入されていないスロット部に、同様に３つのティース２４bを覆うコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１を等間隔に３つ設けている。いずれも、スロット部の内部では、１層であり、ティース長ほぼ全長に渡ってコイルが収納されている。同一層のコイルは、４極のロータの場合は、全て異なる相である。また、上層と下層において軸に対して１８０°対称な位置にあるコイルは、同一相である。なお、４ｎ(ｎは２以上の整数)極の場合は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のコイルの配置がｎ回繰り返させることになる。

従って、各相を直列で結線すれば、各相の抵抗がほぼ同等となり、都合が良い。各相を並列で結線してもよいが、同相内でコイルの抵抗値が同一となるようにすることが望ましい。同相内の各コイルに流れる電流を同一とするためである。

上記コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２は、励磁されて、ティース２４bに軸方向の磁束を発生する。上記コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２に、３相に整流された交流電流を流すことで４極の回転磁界を発生する。交流電流は正弦波が望ましいが、矩形波等の非正弦波であっても駆動できる。

ここで、例えば、ティース２４bは圧粉鉄心からなり、電磁鋼板が軸方向に積層されたバックヨーク２４aに設けられた孔に、ティース２４bを固定してなる。ティース２４bは、ティース毎に独立しているが、それぞれバックヨーク２４aによって固定される。このティース２４bの固定手段は、圧入や接着等が考えられる。本構成によれば、圧粉鉄心を通って十分な深さまで磁束が到達してから積層鋼板からなるバックヨーク２４aに磁束が渡るため、磁気抵抗が低く、また、鉄損も小さくなる。なお、ステータコア２４全てを圧粉鉄心を用いて形成してもよく、巻鉄心を組合わせても良い。

上記バックヨーク２４aの外周部のコイルエンド部を収納する孔２４cは、外周を焼きばめしたときの応力緩和孔としても働く。

さらに、上記コイルエンド部を収納する孔２４cに、風や冷媒等を通すことで、コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２を冷却することができる。

また、ティース２４bの外周側にある孔２４cは、ティース２４bをバックヨーク２４aに圧入したときの応力緩和孔としても役に立つ場合もある。

なお、バックヨークの外周にてケースに保持される場合や、バックヨークの内径に軸受を設ける場合等、バックヨークの外周部や内周部は、磁束があまり通らず、上記孔による磁気的影響は少ない。ボルト等で軸方向に設けられた構造体にバックヨークを締結する場合であっても、コイルエンド部よりさらに外周部で締結するのがよい。コイルが邪魔にならないからである。コイルエンド部よりさらに内周部にて締結しても良い。

次に、上記アキシャルギャップ型モータのステータのコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２に３相交流電流を流すことにより回転磁界を発生させる動作について説明する。

図１９は上記コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２に３相交流電流が流された状態を説明するための模式図を示し、図１の上方から見た状態を示している。図１９では、コイルＵ１,Ｕ２にＵ相電流を流し、コイルＶ１,Ｖ２にＶ相電流を流し、コイルＷ１,Ｗ２にＷ相電流を流している。このコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２に流れる電流はいずれも、第２層のコイルＵ２,Ｖ２,Ｗ２に対して第１層のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１とは反対側から見て、反時計回りに流れる方向が例えば正とされる。また、図１９において、周方向に配置された１２個のティース２４bを、Ｔ０１〜Ｔ１２とする。

図１９に示すように、ティースＴ０６,Ｔ１２には、コイルＵ１,Ｕ２のみがそれぞれ巻回されているので、Ｕ相電流によって発生した磁束のみが貫かれる。図１９では、ティースＴ０６,Ｔ１２に符号「Ｕ」を付して、この内容を示しており、他の相についても同様である。

また、ティースＴ０４,Ｔ１０にはＶ相電流によって発生した磁束のみが、ティースＴ０２,Ｔ０８にはＷ相電流によって発生した磁束のみが、それぞれ貫かれる。

コイルＶ１,Ｕ２が相互に重なり合うティースＴ０５には、Ｕ相電流とＶ相電流とによって発生した磁束の重畳したものが貫かれる。この磁束は、Ｕ相電流とＶ相電流とを重畳した電流(以下では、Ｕ＋Ｖ相電流という)により発生する。よって、図１９では、ティースＴ０５に符号「Ｕ＋Ｖ」を付しており、他の相についても同様である。

また、コイルＵ１,Ｖ２が相互に重なり合うティースＴ１１には、Ｕ相電流とＶ相電流とによって発生した磁束の重畳したもの、つまりＵ＋Ｖ相電流により発生した磁束が貫かれる。

また、コイルＶ１,Ｗ２が相互に重なり合うティースＴ０３と、コイルＷ１,Ｖ２が相互に重なり合うティースＴ０９には、Ｖ相電流とＷ相電流とによって発生した磁束の重畳したもの、つまりＶ相電流とＷ相電流とを重畳した電流(以下では、Ｖ＋Ｗ相電流という)により発生する磁束が貫かれる。

さらに、コイルＵ１,Ｗ２が相互に重なり合うティースＴ０１と、コイルＷ１,Ｕ２が相互に重なり合うティースＴ０７には、Ｗ相電流とＵ相電流とによって発生した磁束の重畳したもの(Ｗ相電流とＵ相電流とを重畳した電流(以下では、Ｗ＋Ｕ相電流という))により発生する磁束が貫かれる。

図２０(ａ)は、Ｕ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流のそれぞれの波形を示している。図２０(ｂ)〜(ｄ)は、Ｕ＋Ｖ相電流、Ｖ＋Ｗ相電流及びＷ＋Ｕ相電流のそれぞれの波形を示している。例えば、Ｕ相電流とＶ＋Ｗ相電流とは、その大きさが等しく符号が異なる。他の相についても同様であり、一の相電流と、他の相電流の和とは、その大きさが等しく符号が異なる。

また、図１９に示されるように、符号「Ｕ」が付されたティースＴ０６,Ｔ１２はシャフト(図示せず)を介して相互に対向し、符号「Ｖ＋Ｗ」が付されたティースＴ０３,Ｔ０９はシャフトを介して相互に対向している。すなわち、ティースＴ０６,Ｔ１２には軸方向の一方に向かって磁束が貫かれ、その磁束と大きさがほぼ等しい磁束が、ティースＴ０３,Ｔ０９に軸方向の他方に向かって貫かれる。符号「Ｖ」が付されたティースＴ０４,Ｔ１０および符号「Ｗ＋Ｕ」が付されたティースＴ０１,Ｔ０７についても同様であり、符号「Ｗ」が付されたティースＴ０２,Ｔ０８および符号「Ｕ＋Ｖ」が付されたティースＴ０５,Ｔ１１についても同様である。

よって、一の相によって、いずれも同じ一の極性を有する２つの極が生じ、他の相によって、いずれも同じ他の極性を有する２つの極を生じる。

Ｕ相電流、Ｕ＋Ｖ相電流、Ｖ相電流、Ｖ＋Ｗ相電流、Ｗ相電流、Ｗ＋Ｕ相電流は、この順にそれぞれ電気角が６０度ずつずれている。これにより、ステータの第１層のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１側および第２層のコイルＵ２,Ｖ２,Ｗ２側のそれぞれの表面において、シャフトの周りで滑らかに変化する磁束が生じる。これによって、発生する磁束には高調波成分が顕著に含まれないので、騒音や振動が防止される。なお、三相平衡であれば、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相に流れる電流の和は０になるので、Ｕ+Ｖ相は−Ｗ相に等しく、Ｖ+Ｗは−Ｕ層に等しく、Ｗ+Ｕ相は−Ｖ相に等しくなる。

上記第１実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、整列巻が可能であり、占積率が向上することにより、小型、高効率、高出力化を図ることができる。

また、上記バックヨーク２４aの外周側かつティース２４bよりも半径方向外側に設けられた軸方向に貫通する孔２４c、および、バックヨーク２４aの内周側かつティース２４bよりも半径方向内側に設けられた軸方向に貫通する孔２４dに、コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２のコイルエンド部が重なり合う部分のうちのバックヨーク２４a側に突出する側を収納することによって、ティース２４bの軸方向の寸法内に収まらないコイルエンド部が重なり合う部分を、バックヨーク２４a側に埋め込むことができる。

また、上記コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２を３相の分布巻にすることによって、コイルの有効鎖交磁束の利用率や振動、騒音を低減することができる。

また、上記コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２のコイルエンド部が軸方向に２層に重なり合うので、コイルエンド部が重なり合う部分の一方のみを軸方向外向に突出させて、その突出したコイルエンド部を収納部である孔２４c,２４dに収納することにより、２層のコイルの他方(Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１)は、コイルエンド部を軸方向に屈曲させる必要がなくなり、コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２の製造が容易にできる。または、２層に重なり合うコイルエンド部は、それぞれ上下反対側に屈曲させてもよい。それぞれ屈曲量が等しくなり、抵抗値も均一にできるという利点を有する。

また、上記ティース２４b間のスロット部において、相が異なるコイルが重なり合わず、１つのスロット部に１コイルしか入らないので、高い占積率を確保することができる。

また、上記コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２の各相は、巻枠に巻回されて所定の形状に整形された後、ステータ２１のティース２４bに外嵌されるので、小型、高効率、高出力なアキシャルギャップ型モータを容易に製造することができる。そのためには、図１のように、ティース形状がエアギャップ側に向かって同一断面形状である必要がある。そうすれば、スロット部も軸方向に同一断面形状となり、整形したコイルを挿入しやすい。ティースの先端が、エアギャップに向かって幅広の「つば」を有する場合は、ティース本体とつば、または、ティース本体とバックヨークを別体として、コイルを挿入したのちに両者を合体すれば良い。なお、ティース形状は、例えば若干の抜きテーパやアール等を設けることは問題ない。

〔第２実施形態〕
図４はこの発明の第２実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータ１２１の分解斜視図である。また、図５Ａは上記アキシャルギャップ型モータの正面図であり、図５Ｂは上記アキシャルギャップ型モータの要部の断面図であり、図６は上記ステータ１２１とロータ１３１を示す斜視図であり、図７は上記ロータ１３１のみ断面を示した斜視図である。

巻線分布は、第１実施形態と同様であるが、ステータコア１２４のバックヨーク１２４aにコイルエンド部を収納する孔が設けられていない。その代わり、この第２実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、ロータ１３１側のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１のコイルエンド部は、ロータ１３１側に曲げられている。

一方、ロータ１３１は、図５Ａ, 図６に示すように、シャフト(図示せず)に取り付けられた円環状のバックヨーク１３４と、このバックヨーク１３４のステータ１２１側の一面に設けられた突極部の一例としての永久磁石１３３とを有する。上記バックヨーク１３４は、磁性体からなる。また、上記永久磁石１３３は、シャフトの周方向に交互に異なる磁極を有する。上記永久磁石１３３は、シャフトに沿った方向の磁束を発生する。このロータ１３１は４極である。

上記第２実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、図５Ｂに示すように、ロータ１３１の永久磁石１３３は、ステータ１２１の曲げられたコイルエンド部の間に設けられる。つまり、永久磁石１３３と曲げられたコイルエンド部は、径方向に互いに重なり合う部分を有する。コイルエンド部とロータ１３１は接触してはいけないので、ティース１２４b先端からのコイルエンド部のはみ出しは、永久磁石１３３の厚みにエアギャップ長を加えた長さ以下でなければならない。

この第２実施形態のアキシャルギャップ型モータの利点として、永久磁石１３３の半径方向端部の漏れ磁束をも、コイルに鎖交させることが可能である点にある。さらに、各相を直列で結線すれば、各相の抵抗がほぼ同等となり、また、上記漏れ磁束を鎖交させたコイルも各相１コイルずつであり、鎖交磁束も各相ほぼ同等となる。ロータ側にコイルエンド部が曲げられたコイルは、若干鎖交磁束が増えることになり、その差が無視できない場合は、巻数を他のコイルより減じてもよい。

なお、第１実施形態のアキシャルギャップ型モータは、ティースの径方向長さを越えて永久磁石を設けることができる点において、この第２実施形態のアキシャルギャップ型モータより優れている。特にティース先端をコイルが覆うべく、幅広となる「つば」を設けることにより、鎖交磁束をさらに増やすことが可能である。

上記第２実施形態のアキシャルギャップ型モータは、第１実施形態のアキシャルギャップ型モータと同様の効果を有する。

また、上記ロータ１３１の突極部(永久磁石１３３)よりも半径方向外側に設けられた収納部と突極部(永久磁石１３３)よりも半径方向内側に設けられた収納部に、コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２のコイルエンド部が重なり合う部分のうちのロータ１３１側に突出する側を収納することによって、ティース１２４bの軸方向の寸法内に収まらないコイルエンド部が重なり合う部分で、ロータ１３１の突極部(永久磁石１３３)の外周側および内周側を覆うようにできる。なお、外側のコイルエンド部はロータ側に曲げることが可能であり、内側のコイルエンド部はステータのバックヨーク側に曲げることも可能である。例えば、ロータをシャフトに強固に締結するために、ロータの内径付近の軸長を増すことにより、内側のコイルエンド部をロータ側に曲げられない場合は、ステータ側に曲げるようにすると良い。

また、上記ロータ１３１に永久磁石１３３を用いて突極部を形成することにより、突極部である永久磁石１３３の半径方向外側および半径方向内側に、コイルエンド部が重なり合う部分を収納する収納部を容易に設けることができると共に、永久磁石１３３の半径方向端部からの漏れ磁束をコイルに鎖交させて、効率をさらに向上できる。

なお、図８は、第２実施形態に替えて適用できるロータ２３１の変形例を示しており、ステータ１２１は図４〜図７に示すものと同一の構成である。

図８に示すように、ロータ２３１のバックヨーク２３４には、永久磁石２３３間に、鉄心による突極部２３４aを有する。さらに、永久磁石２３３および突極部２３４aの軸方向の延長線上に、更に板状コア２３２を有する。永久磁石２３３と突極部２３４aとの間は、磁束が短絡しないように空間が設けられ、さらに、板状コア２３２も、永久磁石２３３と突極部２３４aとの間の領域に対向する領域にスリット２３２aを設けている。上記永久磁石２３３と板状コア２３２は、接着または圧入などによりバックヨーク２３４に固定する。

上記ロータ２３１では、永久磁石２３３と板状コア２３２の両者の厚みの径だけ、コイルエンド部をロータ２３１側に突出させることができる。また、突極部２３４aをｑ軸とし、リラクタンストルクを併用することにより、さらなる高効率化が図れる。さらには、永久磁石２３３が板状鉄心(板状コア２３２)により覆われるため、減磁に強く、また、永久磁石２３３がネオジウム系の焼結磁石の場合には渦電流を減少させることができる。なお、突極部２３４ａ、バックヨーク２３４、板状コア２３２はともに、軟磁性材料、例えば鉄がよいが、特に、板状コア２３２は、全ての方向において鉄損の小さい材料(圧粉鉄心等)が望ましい。

このように、上記ロータ２３１の突極部として永久磁石２３３およびその永久磁石２３３のエアギャップ側を覆う磁心(板状コア２３２)を用いることによって、ロータ２３１側の収納部の軸方向長さをより長くでき、コイルの収納スペースが増えると共に、リラクタンストルクを利用できるようになり、高効率化が図れる。

図８に示すステータ１２１とロータ２３１を用いたアキシャルギャップ型モータでは、極性が異なる永久磁石２３３同士の磁極中心相互間をバックヨーク２３４を経由する磁路のｄ軸インダクタンスＬｄよりも、永久磁石２３３を迂回してバックヨーク２３４の突極部２３４aを経由する磁路のｑ軸インダクタンスＬｑが大きい。このｑ軸インダクタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬｄとの差に比例するリラクタンストルクが発生する。

したがって、コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２の電流位相を進めることにより、リラクタンストルクを有効に利用することができる。例えば、０°を越えかつ４５°未満の角度で電流位相を進めることにより、マグネットトルクとリラクタンストルクを併用できる。ｑ軸インダクタンスＬｑやｄ軸インダクタンスＬｄの設計や負荷点にも依存するが、通常は１５〜３０°程度進めることによりトルクを最大にできる。さらに、永久磁石と板状コアを併せた厚み分、コイルエンド部の収納スペースとして用いることができる。
ここで、ロータの両側にステータを有しても良い。その場合、ステータ構造は同一であるものを２組用い、ロータはそれぞれのステータに面した部分に、上記形態を適用すれば良い。

〔第３実施形態〕
図９はこの発明の第３実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータ３２１の分解斜視図である。また、図１０は上記ステータ３２１の組立後の斜視図である。なお、このアキシャルギャップ型モータのロータは、第２実施形態の図６,図８に示すロータと同様の構成とする。

この第３実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、ステータ３２１のコイルＵd,Ｖd,Ｗdは、いわゆる波巻である。すなわち、ティース３２４b間のスロット部を通ったコイルＵd,Ｖd,Ｗdは、外周側と内周側では異なる方向に巻回される。つまり、極数によらず、各相１コイルとなる。従って、極数を増した場合でも、結線が容易となり、結線のためのスペースも不要となる。

上記コイルＵd,Ｖd,Ｗdを、下から第１層、第２層、第３層とよぶ。なお、ティース３２４b間のスロット部に収納されたコイルＵd,Ｖd,Ｗdの部分は、ティース長ほぼ全部に渡って収納され、他の相と重なることはない。

第１層は、平面状にコイルＵdが配置される。ただし、ティース３２４bに対して、内周および外周に空間を設けてある。この空間を用いて、他の相のコイルエンド部を屈曲させる。

第２層は、コイルＶdが配置され、第１層のコイルＵdと重ならない部分において、コイルエンド部はスロット内部と同じ平面状に這うが、第１層のコイルＵdと重なり合う部分においては、ロータ側(図９では上側)に屈曲し、第１層のコイルＵのコイルエンド部の上の層(「上段」とよぶ)を通る。

また、第３層は、コイルＷdが配置され、コイルＷdのコイルエンド部は、ほぼ、上段を這う。

上段のコイルエンド部の間に、ロータの突極部(図示せず)を配置する。

そして、ロータのバックヨークに収納部を設けて、上記コイルＷdの上段の部分を、バックヨークの収納部に収納する。

各相のコイルＵd,Ｖd,Ｗdは、予め巻枠に巻回されて、所定の形状に整形された後、ステータコア３２４のティース３２４bに外嵌される。

上記第３実施形態では、波巻されたコイルＵd,Ｖd,Ｗdのコイルエンド部が重なり合う部分をロータ側に屈曲させて、ロータの収納部に収納したが、波巻されたコイルＵd,Ｖd,Ｗdのコイルエンド部が重なり合う部分をステータ側に屈曲させて、ステータの収納部(貫通孔や凹部など)に収納してもよい。

上記第３実施形態のアキシャルギャップ型モータは、第１実施形態のアキシャルギャップ型モータと同様の効果を有する。

また、上記コイルＵd,Ｖd,Ｗdを３相の波巻にすることによって、極数を増した場合でも結線が容易にでき、結線のためのスペースも不要となり、より小型化が図れる。

〔第４実施形態〕
図１１はこの発明の第４実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータ４２１の分解斜視図である。また、図１２は上記ステータ４２１の組立後の斜視図である。なお、このアキシャルギャップ型モータのロータは、第２実施形態の図６,図８に示すロータと同様の構成とする。

この第４実施形態のアキシャルギャップ型モータは、ステータコア４２４のバックヨーク４２４aのうティース４２４bに対して半径方向外側は、収納部の一例としての凹部４２４cを有し、ティース４２４bに対して半径方向内側は、収納部の一例としての凹部４２４dを有している。ティース４２４b間のスロット部の底部に対して、凹部４２４c,４２４dの底面はより深い。

この第４実施形態は、ティース４２４bを２４設け、第１層、第２層、第３層に対応して、異なる相のコイルＵ,Ｖ,Ｗを配置している。それぞれの相は、４つのコイルが直列または並列に接続される。コイルエンド部も軸方向に３層に重なり合うため、第１層のコイルＵのコイルエンド部は、バックヨーク４２４aに設けられた凹部４２４c,４２４dに収納され、第３層のコイルＷのコイルエンド部は、ロータ(図示せず)の突極部の半径方向外側および半径方向内側に設けられた収納部に収納される。また、第２層のコイルＶは、コイルエンド部が軸方向に屈曲していない平面状である。

この第４実施形態のアキシャルギャップ型モータは、４極を実現する場合であっても、１コイルの巻数が上記他の第１〜第３実施形態に比べて少なくできるため、コイルエンド部の突出も小さくて済むという利点がある。なお、隣接する同相のコイル間にあるティース４２４ａは省略可能である。省略した場合、ステータコアは図１のようになり、同一スロット内に同相で隣接するコイルの一端が収納される。

上記第４実施形態のアキシャルギャップ型モータは、第１実施形態のアキシャルギャップ型モータと同様の効果を有する。

また、３層構造のコイルＵ,Ｖ,Ｗのうちのコイルエンド部が重なり合う部分の最下層(コイルＵのコイルエンド部側)を、ステータに設けられた収納部に収納すると共に、３層構造のコイルＵ,Ｖ,Ｗのうちのコイルエンド部が重なり合う部分の最上層(コイルＷのコイルエンド部側)を、ロータに設けられた収納部に収納することによって、３層構造のコイルＵ,Ｖ,Ｗであっても、整列巻による占積率の向上を可能とし、小型、高効率、高出力化が図れる。

〔第５実施形態〕
図１３はこの発明の第５実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータ５２１の分解斜視図である。なお、この第５実施形態のアキシャルギャップ型モータのコイルＵ,Ｖ,Ｗは、第４実施形態のアキシャルギャップ型モータのコイルＵ,Ｖ,Ｗと同一の構成をしており、説明を省略する。また、このアキシャルギャップ型モータのロータは、第２実施形態の図６,図８に示すロータと同様の構成とする。

この第５実施形態のアキシャルギャップ型モータは、ステータコア５２４のバックヨーク５２４aのティース５２４bに対して半径方向外側は、収納部の一例としての環状の段部５２４cを有し、ティース５２４bに対して半径方向内側は、収納部の一例としての環状の段部５２４dを有している。この段部５２４c,５２４dの底面は、コイルエンド部の屈曲に対応して上記スロット部の底部よりも低くなっている。

上記第５実施形態のアキシャルギャップ型モータは、第４実施形態のアキシャルギャップ型モータと同様の効果を有する。

また、この第５実施形態のアキシャルギャップ型モータは、例えば、最も底部の相であっても、中性点や引出し線を導き出すスペースを、段部５２４c,５２４dに有する点で優れている。但し、ステータコア外周部を筐体の内側に圧入、ヤキバメ等する場合、嵌合部の軸長が小さくなる。従って、本形態は、ボルトなどを用いてバックヨークの下面を用いて固定する場合に特に有効である。

〔第６実施形態〕
図１４はこの発明の第６実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータ６２１の分解斜視図である。なお、この第６実施形態のアキシャルギャップ型モータのコイルＵ,Ｖ,Ｗは、第４実施形態のアキシャルギャップ型モータのコイルＵ,Ｖ,Ｗと同一の構成をしており、説明を省略する。また、このアキシャルギャップ型モータのロータは、第２実施形態の図６,図８に示すロータと同様の構成とする。

この第６実施形態のアキシャルギャップ型モータは、バックヨーク６２４aのティース６２４bに対して半径方向外側は、収納部の一例としての円環状に連続する凹部６２４cを有し、ティース６２４bに対して半径方向内側は、収納部の一例としての円環状に連続する凹部６２４dを有している。

上記第６実施形態のアキシャルギャップ型モータは、第５実施形態のアキシャルギャップ型モータと同様の効果を有する。

また、この第６実施形態のアキシャルギャップ型モータは、第５実施形態に比べ、第２層のコイルＶのコイルエンド部の位置決めが容易である。

〔第７実施形態〕
図１５はこの発明の第７実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータ７２１の分解斜視図である。図１６Ａは上記ステータ７２１を斜め上方から見た部分拡大図であり、図１６Ｂは上記ステータ７２１の要部の断面図である。なお、この第７実施形態のアキシャルギャップ型モータのコイルＵ,Ｖ,Ｗは、第４実施形態のアキシャルギャップ型モータのコイルＵ,Ｖ,Ｗと同一の構成をしており、説明を省略する。また、このアキシャルギャップ型モータのロータは、第２実施形態の図６,図８に示すロータと同様の構成とする。

この第７実施形態は、ステータコア７２４のバックヨーク７２４aのティース７２４bに対して半径方向外側は、収納部の一例としての円環状に連続する凹部７２４cを有し、ティース７２４bに対して半径方向内側は、収納部の一例としての円環状に連続する凹部７２４dを有している。

図１６Ａ,図１６Ｂに示すように、上記ティース７２４b間のスロット部の底部から凹部７２４c,７２４dの縁部７３１,７３２にアールが形成されている。図１５では、コイルＵ,Ｖ,Ｗは、直角に屈曲しているが、実際は、コイルＵ,Ｖ,Ｗにもアールが存在する。通常は、アールを考慮した設計をするため、コイルエンド部を収納する凹部７２４c,７２４dも、第２層のコイルＶのコイルエンド部とティース７２４b間のスペースも、実際より大きめに設計される。しかし、本構成によれば、スロット部の底部(凹部７２４c,７２４d近傍)からアールが始まるため、凹部７２４c,７２４dも、第２層のコイルＶのコイルエンド部とティース７２４b間のスペースのいずれも最小限に設計でき、アキシャルギャップ型モータが小型化できる。

上記第７実施形態のアキシャルギャップ型モータは、第４実施形態のアキシャルギャップ型モータと同様の効果を有する。

このように、上記ステータ７２１のバックヨーク７２４aに設けられた凹部７２４c,７２４dの縁部にアールを設けることによって、凹部７２４c,７２４d内に収納するコイルエンド部の屈曲部分を考慮して、凹部７２４c,７２４dを大きめにする必要がなくなり、コイルの収納スペースを最小限に設計でき、このアキシャルギャップ型モータをより小型化できる。

この第７実施形態では、ティース７２４b間のスロット部の底部(凹部７２４c,７２４d近傍)から収納部である凹部７２４c,７２４dの縁部７３１,７３２にかけてアールを形成したが、収納部としての段部の角部や軸方向に貫通する孔の縁部にアールを形成してもよい。

〔第８実施形態〕
図１７Ａはこの発明の第８実施形態のアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。図１７Ｂは上記ステータ８２１の３層巻きの場合の断面図であり、図１７Ｃは上記ステータ８２１の２層巻きの場合の断面図である。

この第８実施形態のアキシャルギャップ型モータは、ステータ８２１と、ステータ８２１の軸方向両側から挟むように、所定のエアギャップを隔てて配置された第１ロータ８３１,第２ロータ８３１とを有している。

上記ステータ８２１は、所定の回転軸を中心にして周方向に配置された複数のティース８２４と、上記複数のティース８２４に巻回されたコイルＵ,Ｖ,Ｗとを有している。

また、上記第１,第２ロータ８３１,８３１は、板状コア８３２と、永久磁石８３３と、バックヨーク８３４とを有している。第１,第２ロータ８３１,８３１の対向する永久磁石８３３同士は、逆極性となっている。

上記ステータ８２１のコイルＵ,Ｖ,Ｗのうち、第１層のコイルＵおよび第３層のコイルＷがいずれも、第１,第２ロータ８３１,８３１側に夫々屈曲し、ロータ８３１,８３１の突極部(永久磁石８３３と板状コア８３２)を覆うようになっている(図１７Ｂ参照)。

なお、上記ティース８２４とコイルＵ,Ｖ,Ｗとは、何らかの形で固定される必要がある。例えば、両者を一体としてモールドする等である。

なお、図１７Ｂに示すコイルＵ,Ｖ,Ｗが３層構造の場合に限らず、第１実施形態に示すコイルが２層構造の場合でも、図１７Ｃに示すように、第１層Ｌ１のコイルエンド部を一方の第１ロータ８３１側に屈曲させ、第２層Ｌ２のコイルエンド部を他方の第２ロータ８３１側に屈曲させれば、コイルエンド部の外径を小さくすることができる。

上記第８実施形態のアキシャルギャップ型モータは、第２実施形態のアキシャルギャップ型モータと同様の効果を有する。

また、上記ステータ８２１を２つの第１,第２ロータ８３１,８３１で挟む２ロータ方式のアキシャルギャップ型モータにおいて、ステータ８２１を軸方向両側から挟むように配置された第１ロータ８３１と第２ロータ８３１の夫々の収納部に、ステータ８２１側のコイルＵ,Ｖ,Ｗのコイルエンド部が重なり合う部分を収納するので、整列巻による占積率の向上を可能とし、小型、高効率、高出力化を図ることができる。

〔第９実施形態〕
図１８Ａはこの発明の第９実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータ９２１の分解斜視図である。また、図１８Ｂは上記ステータ９２１のコイルが重ね合わされた状態を示す斜視図であり、図１８Ｃは上記ステータの組立後の斜視図である。なお、このアキシャルギャップ型モータのロータは、第２実施形態の図６,図８に示すロータと同様の構成とする。

この第９実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータ９２１は、図１８Ａに示すように、ステータコア９２４と、このステータコア９２４にステータコア９２４側から順に取り付けられた最下層のコイルＵ２−１,Ｖ２−１,Ｗ２−１と、最上層のコイルＵ２−２,Ｖ２−２,Ｗ２−２と、中間相のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１とを有している。

上記ステータコア９２４は、シャフト(図示せず)に対して略直交するように配置された円環状のバックヨーク９２４aと、このバックヨーク９２４aのロータ(図示せず)側の一面に、軸方向に起立するように設けられたティース９２４bとを有する。上記バックヨーク９２４aのティース９２４bに対して半径方向外側に、収納部の一例としての軸方向に貫通する孔９２４cを周方向に所定の間隔をあけて設けている。また、上記バックヨーク９２４aのティース９２４bに対して半径方向内側に、収納部の一例としての軸方向に貫通する孔９２４dを周方向に所定の間隔をあけて設けている。

また、上記最下層のコイルＵ２−１,Ｖ２−１,Ｗ２−１と最上層のコイルＵ２−２,Ｖ２−２,Ｗ２−２とを、中間層のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１を隔てて対向するように配置している。また、上記最下層のコイルＵ２−１の巻線数と最上層のコイルＵ２−２の巻線数との和、最下層のコイルＶ２−１の巻線数と最上層のコイルＶ２−２の巻線数との和、および、最下層のコイルＷ２−１の巻線数と最上層のコイルＷ２−２の巻線数との和が、中間層のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１の巻線数と略同一になるようにしている。ここで、コイルＵ２−１とコイルＵ２−２、及び、コイルＶ２−１とコイルＶ２−２、及び、コイルＷ２−１とコイルＷ２−２は、それぞれ直列であることを想定したが、それぞれ並列としても良い。その場合、コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１は、例えば、コイルＵ２−１と同じ線径のコイルを、２本同時にコイルＵ２−１と同じ数だけ巻き、２本の線の端を接続することも可能である。

この第９実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、最下層のコイルＵ２−１と最上層のコイルＵ２−２、最下層のコイルＶ２−１と最上層のコイルＶ２−２、最下層のコイルＷ２−１と最上層のコイルＷ２−２同士が同一スロット部で接触して重なり合っている(図１８ＢのＳで示す部分)。

上記第９実施形態のアキシャルギャップ型モータは、第１実施形態のアキシャルギャップ型モータと同様の効果を有する。

また、上記最下層のコイルＵ２−１,Ｖ２−１,Ｗ２−１と最上層のコイルＵ２−２,Ｖ２−２,Ｗ２−２とが、中間層のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１を隔てて対向するように配置され、最下層のコイルＵ２−１,Ｖ２−１,Ｗ２−１と最上層コイルＵ２−２,Ｖ２−２,Ｗ２−２の対向するコイル対の巻線数の和を、中間層のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１の巻線数と略同一にすることよって、２層構造となるべき一方のコイルを中間層とし、他方のコイルを最下層と最上層に分割して、最下層と最上層のコイルエンド部の軸方向の突出量を低減することができる。

なお、上記第１,第２,第４〜第９実施形態では、分布巻について示したが、コイルエンド部が重なり合う態様であれば、波巻や同心巻にもこの発明を適用可能であり、また、極数やロータの形態等は任意である。

図１はこの発明の第１実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータの分解斜視図である。 図２Ａは上記ステータの組立後の斜視図である。 図２Ｂは図２ＡのIIB−IIB線から見た断面図である。 図３は上記ステータのステータコアの平面図である。 図４はこの発明の第２実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータの分解斜視図である。 図５Ａは上記アキシャルギャップ型モータの正面図である。 図５Ｂは上記アキシャルギャップ型モータの要部の断面図である。 図６は上記ステータとロータを示す斜視図である。 図７は上記アキシャルギャップ型モータのロータのみ断面を示した斜視図である。 図８は他のロータを適用した場合の上記アキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。。 図９はこの発明の第３実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータの分解斜視図である。 図１０は上記ステータの斜視図である。 図１１はこの発明の第４実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータの分解斜視図である。 図１２は上記ステータの組立後の斜視図である。 図１３はこの発明の第５実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータの分解斜視図である。 図１４はこの発明の第６実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータの分解斜視図である。 図１５はこの発明の第７実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータの分解斜視図である。 図１６Ａは上記ステータを斜め上方から見た部分拡大図である。 図１６Ｂは図６ＡのXVIB−XVIB線から見た断面図である。 図１７Ａはこの発明の第８実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータの分解斜視図である。 図１７Ｂは上記ステータのコイルが３層構造の場合の断面図である。 図１７Ｃは上記ステータのコイルが２層構造の場合の断面図である。 図１８Ａはこの発明の第８実施形態のアキシャルギャップ型モータのステータの分解斜視図である。 図１８Ｂは上記ステータのコイルが重ね合わされた状態を示す斜視図である。 図１８Ｃは上記ステータの組立後の斜視図である。 図１９はコイルに３相交流電流が流された状態を説明するための模式図である。 図２０は３相電流の各電流の波形を示す図である。

符号の説明

２１,１２１,３２１,４２１,５２１,６２１,７２１,８２１,９２１…ステータ
２４,１２４,３２４,４２４,５２４,６２４,７２４,９２４…ステータコア
２４a,１２４a,３２４a,４２４a,５２４a,６２４a,７２４a,９２４a…バックヨーク
２４b,１２４b,３２４b,４２４b,５２４b,６２４b,７２４b,８２４,９２４b…ティース
２４c,９２４c,９２４d…孔
１３１,２３１,８３１…ロータ
１３３,２３３,８３３…永久磁石
１３４,２３４,８３４…バックヨーク
２３２,８３２…板状コア
２３４a,８３４a…突極部
４２４c,４２４d,６２４c,６２４d,７２４c,７２４d…凹部
５２４c,５２４d…段部
Ｕ,Ｖ,Ｗ,Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２,Ｕ２−１,Ｖ２−１,Ｗ２−１,Ｕ２−２,Ｖ２−２,Ｗ２−２,Ｕd,Ｖd,Ｗd…コイル

Claims (14)

1. 所定の回転軸を中心に周方向に配置された磁性体からなるティース(２４b,１２４b,３２４b,４２４b,５２４b,６２４b,７２４b,８２４,９２４b)と、上記ティース(２４b,１２４b,３２４b,４２４b,５２４b,６２４b,７２４b,８２４,９２４b)に巻回されたコイル(Ｕ,Ｖ,Ｗ,Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２,Ｕ２−１,Ｖ２−１,Ｗ２−１,Ｕ２−２,Ｖ２−２,Ｗ２−２)とを有するステータ(２１,１２１,３２１,４２１,５２１,６２１,７２１,８２１,９２１)と、
   上記ステータ(２１,１２１,３２１,４２１,５２１,６２１,７２１,８２１,９２１)の上記ティース(２４b,１２４b,３２４b,４２４b,５２４b,６２４b,７２４b,８２４,９２４b)の先端に所定のエアギャップを隔てて対向すると共に、上記所定の回転軸を中心に回転するロータ(１３１,２３１,８３１)と
   を備え、
   上記コイル(Ｕ,Ｖ,Ｗ,Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２,Ｕ２−１,Ｖ２−１,Ｗ２−１,Ｕ２−２,Ｖ２−２,Ｗ２−２)は、少なくとも異なる相のコイル同士が、上記ティース(２４b,１２４b,３２４b,４２４b,５２４b,６２４b,７２４b,８２４,９２４b)よりも半径方向内側および上記ティース(２４b,１２４b,３２４b,４２４b,５２４b,６２４b,７２４b,８２４,９２４b)よりも半径方向外側に位置するコイルエンド部で軸方向に重なり合い、
   上記コイルエンド部が重なり合う部分の少なくとも一部を収納するための収納部を、上記ステータ(２１,１２１,３２１,４２１,５２１,６２１,７２１,８２１,９２１)または上記ロータ(１３１,２３１,８３１)の少なくとも一方に設けたことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
2. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
   上記ステータ(２１,４２１,５２１,６２１,７２１,９２１)は、少なくとも一方の端面側に上記ティース(２４b,４２４b,５２４b,６２４b,７２４b,９２４b)が軸方向に起立するように設けられ、上記所定の回転軸に対して略直交する略環状の磁性体からなるヨーク(２４a,４２４a,５２４a,６２４a,７２４a,９２４a)を有し、
   上記収納部は、上記ヨーク(２４a,４２４a,５２４a,６２４a,７２４a,９２４a)の外周側かつ上記ティース(２４b,４２４b,５２４b,６２４b,７２４b,９２４b)よりも半径方向外側、および、上記ヨーク(２４a,４２４a,５２４a,６２４a,７２４a,９２４a)の内周側かつ上記ティース(２４b,４２４b,５２４b,６２４b,７２４b,９２４b)よりも半径方向内側に設けられた軸方向に貫通する孔(２４c,９２４c,９２４d)または上記ロータ側に開口する凹部(４２４c,４２４d,６２４c,６２４d,７２４c,７２４d)の少なくとも一方であり、上記コイルエンド部が重なり合う部分の上記ヨーク(２４a,４２４a,５２４a,６２４a,７２４a,９２４a)側に突出する側を収納することを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
3. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
   上記ロータ(１３１,２３１,８３１)は、上記ステータ(１２１,８２１)側の上記ティース(１２４b,８２４)よりも半径方向内側の上記コイルエンド部と上記ティース(１２４b,８２４)よりも半径方向外側の上記コイルエンド部との間に突出する突極部(２３４a,８３４a)を有し、
   上記収納部は、上記ロータ(１３１,２３１,８３１)の上記突極部(２３４a,８３４a)よりも半径方向外側、および、上記ロータ(１３１,２３１,８３１)の上記突極部(２３４a,８３４a)よりも半径方向内側に設けられ、上記コイルエンド部が重なり合う部分の上記ロータ(１３１,２３１,８３１)側に突出する側を収納することを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
4. 請求項３に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
   上記ロータ(１３１,２３１,８３１)の上記突極部は、永久磁石(１３３,２３３,８３３)であることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
5. 請求項３に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
   上記ロータ(２３１,８３１)の上記突極部は、永久磁石(２３３,８３３)および上記永久磁石のエアギャップ側を覆う磁心(２３２,８３２)であることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
   上記コイル(Ｕ,Ｖ,Ｗ,Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２,Ｕ２−１,Ｖ２−１,Ｗ２−１,Ｕ２−２,Ｖ２−２,Ｗ２−２)は、３相の分布巻であることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
7. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
   上記コイル(Ｕd,Ｖd,Ｗd)は、３相の波巻であることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
8. 請求項６または７に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
   上記コイル(Ｕ,Ｖ,Ｗ,Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２,Ｕ２−１,Ｖ２−１,Ｗ２−１,Ｕ２−２,Ｖ２−２,Ｗ２−２)は、上記コイルエンド部が軸方向に２層に重なり合うことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
9. 請求項６または７に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
   上記コイル(Ｕ,Ｖ,Ｗ,Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２,Ｕ２−１,Ｖ２−１,Ｗ２−１,Ｕ２−２,Ｖ２−２,Ｗ２−２)は、上記ステータ(４２１,５２１,６２１,７２１,８２１,９２１)側から順に配置された最下層,中間層および最上層の３層構造であり、上記コイルエンド部が軸方向に３層に重なり合い、
   上記コイルエンド部が重なり合う部分の最下層を、上記ステータ(４２１,５２１,６２１,７２１,８２１,９２１)に設けられた上記収納部に収納すると共に、
   上記コイルエンド部が重なり合う部分の最上層を、上記ロータ(８３１)に設けられた上記収納部に収納することを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
10. 請求項９に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
    上記コイルの最下層(Ｕ２−１,Ｖ２−１,Ｗ２−１)と上記コイルの最上層(Ｕ２−２,Ｖ２−２,Ｗ２−２)とが、上記コイルの中間層(Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１)を隔てて対向するように配置され、
    上記コイルの最下層(Ｕ２−１,Ｖ２−１,Ｗ２−１)の巻線数と上記コイルの最上層(Ｕ２−２,Ｖ２−２,Ｗ２−２)の巻線数との和が、上記コイルの中間層(Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１)の巻線数と略同一にしたことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
11. 請求項２に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
    上記ステータ(７２１)の上記ヨーク(７２４a)に設けられた上記収納部としての上記孔または上記凹部(７２４c)の縁部にアールを設けたことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
    上記コイル(Ｕ,Ｖ,Ｗ,Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２)は、上記ティース(２４b,１２４b,３２４b,４２４b,５２４b,６２４b,７２４b,８２４)間のスロット部において、相が異なる上記コイル(Ｕ,Ｖ,Ｗ,Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２)が重なり合わないことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
13. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
    上記ロータ(８３１)は、上記ステータ(８２１)を軸方向両側から挟むように配置され、夫々に上記収納部が設けられた第１ロータ(８３１)と第２ロータ(８３１)であり、
    上記ステータ(８２１)の上記コイル(Ｕ,Ｖ,Ｗ)は、上記コイルエンド部が重なり合う部分の上記第１ロータ(８３１)側に突出する側が上記第１ロータ(８３１)の上記収納部に収納される一方、上記コイルエンド部が重なり合う部分の上記第２ロータ(８３１)側に突出する側が上記第２ロータ(８３１)の上記収納部に収納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。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型モータの製造方法であって、
    上記コイル(Ｕ,Ｖ,Ｗ,Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２,Ｕ２−１,Ｖ２−１,Ｗ２−１,Ｕ２−２,Ｖ２−２,Ｗ２−２,Ｕd,Ｖd,Ｗd)の各相は、巻枠に巻回されて所定の形状に整形された後、上記ステータ(２１,１２１,３２１,４２１,５２１,６２１,７２１,８２１,９２１)の上記ティース(２４b,１２４b,３２４b,４２４b,５２４b,６２４b,７２４b,８２４,９２４b)に外嵌されることを特徴とするアキシャルギャップ型モータの製造方法。

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