(57)【要約】【課題】小型・軽量で出力が大きいアキシャルギャップ構造の従来にないモータを提供する。【解決手段】モータ軸２の軸方向に配置された２個のロータ３ａ、３ｂの間に１個のステータ４を配置し、ステータ４の中心孔４２を介してロータ３ａ、３ｂに磁路形成部材５を接続し、両ロータ３ａ、３ｂにはステータ４に対向する端面に複数個のロータ磁極６を周方向に配設し、ステータ４には、ロータ３ａの端面側に一方の磁極性に励磁される複数個のステータ磁極７ａを周方向に配設し、ロータ３ｂの端面側に他方の磁極性に励磁される複数個のステータ磁極７ｂを各ステータ磁極７ａより周方向にずらして配設し、アキシャルギャップ構造のモータ１Ａを形成する。【選択図】図１
2010172094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アキシャルギャップ構造のモータにおいて、
モータ軸の軸方向に配置された２個のロータと、
前記両ロータ間に配置され中心孔をモータ軸が貫通する１個のステータと、
前記中心孔を介して前記両ロータに接続され、前記両ロータ間の磁路を形成する磁路形成部材とを備え、
前記両ロータは、前記ステータに対向する端面に複数個のロータ磁極が周方向に配設され、
前記ステータは、前記両ロータのいずれか一方に対向する一方の端面側に一方の磁極性に励磁される複数個のステータ磁極が周方向に配設され、前記両ロータのいずれか他方に対向する他方の端面側に他方の磁極性に励磁される複数個のステータ磁極が前記一方の端面側の各ステータ磁極より周方向にずらして配設されていることを特徴とするモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータにおいて、
前記中心孔の前記ステータと前記磁路形成部材との隙間に、前記ステータの両端面側の各ステータ磁極を励磁する向きの界磁を発生する界磁コイルが配置されていることを特徴とするモータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のモータにおいて、
前記両ロータの各ロータ磁極および前記ステータの各ステータ磁極は、磁極面が凹凸面に形成されていることを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータとステータがモータ軸の軸方向に対向して配置されるアキシャルギャップ構造のモータに関し、詳しくは、その小型・軽量化に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のアキシャルギャップ構造のモータは、ロータとステータを１個ずつ備える場合、ロータとステータの対向する端面側にロータ磁極、ステータ磁極それぞれが周方向に配設される。このとき、ロータ磁極はロータのヨークに周方向に設けられた突極や永久磁石により形成される。また、ステータ磁極はステータのヨークに周方向に配置された各相のティース（突極）により形成され、各相のティースは集中巻きのコイルが相順に通電励磁されることにより、磁極位置を周方向に移動しながらＮ極およびＳ極に励磁される。そして、ステータ磁極とロータ磁極の磁気的な作用により、ロータが回転してモータ軸が回転する（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５１７２５号公報
【特許文献２】特開２００８−２４５３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のアキシャルギャップ構造のモータの場合、ロータに対向するステータは例えば図１９に示すように形成され、ステータ１００の軟磁性体の円盤状のヨーク１０１のロータに対向する一面１０１ａに周方向に複数個（図の１２極の場合は１２個）のティース１０２が配置される。
【０００５】
そして、各ティース１０２に巻回されたコイル（図示せず）が相順に通電されると、Ａ、Ｂ、Ｃの３相駆動の場合、２個おきの９０度間隔に配置された同相（図ではＡ相）の４個のティース１０２が、図の反時計回りの順にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極のステータ磁極を形成する。なお、各ティース１０２のコイル通電は電気角１２０度毎にＡ相の通電、Ｂ相の通電、Ｃ相の通電に切り替わり、例えばＡ相の通電からＢ相の通電に切り替わると、それまでコイルが通電されていた４個のＡ相のティース１０２それぞれの隣の４個のＢ相のティース１０２のコイルが通電され、それらＢ相の４個のティース１０２がＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極のステータ磁極を形成する。
【０００６】
この場合、ステータ１００のＮ極から出た磁束は対向するロータのＳ極、Ｎ極を通ってステータ１００のＳ極に戻るが、その磁束は、ステータ１００において、図１９に破線矢印に示すようにＳ極のティース１０２からヨーク１０１を周方向に約１／４周回して同相のＮ極のティース１０２に向かうため、ヨーク１０１を通る磁束が多く、ヨーク１０１の厚み、換言すれば、ステータ１００のモータ軸方向の厚みを、磁気飽和が生じないようにかなり厚くしなければならず、その分モータは軸方向に厚くなり、大型になって質量も大きくなる。
【０００７】
そして、この種のアキシャルギャップ構造のモータを電気自動車の駆動モータ等に使用する場合、モータ出力の増大（トルク増大等）を図るため、ロータとステータを２組用意し、モータ軸方向に配置した２個のロータ間に図２０に示すように２個のステータ１００をいわゆる背中合わせに配置し、等価的に２個のロータ間に１個のステータを配設した構造にすることが考えられるが、この場合、２個のロータのＮ極から出た磁束は、図中の破線矢印に示すように、２個のステータ１００それぞれのＳ極のティース１０２からヨーク１０１を周方向に約１／４周回してそれぞれのＮ極のティース１０２を通り、両ロータそれぞれのＳ極に戻るため、両ステータ１００のヨーク１０１を通る磁束は多く、両ステータ１００のモータ軸方向の厚みは薄くならず、モータは軸方向に一層厚くなって大型化し、質量も大きくなる問題がある。なお、このようなロータとステータ１００の組み合わせ構造を直列に増設することにより４段直列、６段直列、…とすることは可能であるが、直列段数を多くして出力を大きくする程、モータの大きさおよび重量に対する軸方向の厚みの影響が大きくなる。
【０００８】
本発明は、アキシャルギャップ構造のモータにおいて、モータ軸方向の厚みを飛躍的に小さくしてモータの小型化（薄型化）・軽量化を実現し、小型・軽量で出力が大きいアキシャルギャップ構造の従来にないモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明のモータは、アキシャルギャップ構造のモータにおいて、モータ軸の軸方向に配置された２個のロータと、前記両ロータ間に配置され中心孔をモータ軸が貫通する１個のステータと、前記中心孔を介して前記両ロータに接続され、前記両ロータ間の磁路を形成する磁路形成部材とを備え、前記両ロータは、前記ステータに対向する端面に複数個のロータ磁極が周方向に配設され、前記ステータは、前記両ロータのいずれか一方に対向する一方の端面側に一方の磁極性に励磁される複数個のステータ磁極が周方向に配設され、前記両ロータのいずれか他方に対向する他方の端面側に他方の磁極性に励磁される複数個のステータ磁極が前記一方の端面側の各ステータ磁極より周方向にずらして配設されていることを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
また、本発明のモータは、さらに前記中心孔の前記ステータと前記磁路形成部材との隙間に、前記ステータの両端面側の各ステータ磁極を励磁する向きの界磁を発生する界磁コイルが配置されていることを特徴としている（請求項２）。
【００１１】
さらに、本発明のモータは、前記両ロータの各ロータ磁極および前記ステータの各ステータ磁極の磁極面が凹凸面に形成されていることを特徴としている（請求項３）。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る本発明のモータの場合、１個のステータの両端面にステータ磁極が形成されるので、２個のステータの背中合わせに相当する構成が１個のステータで賄われる。また、ステータの一方の端面側のステータ磁極は全てが例えばＳ極に励磁され、ステータの他方の端面側のステータ磁極は全てがＮ極に励磁される。しかも、ステータの両端面側のステータ磁極は互いに周方向にずれ、モータ軸からみると、ステータは一方の端面側のＳ極のステータ磁極間に他方の端面側のＮ極のステータ磁極が位置し、ステータ全体の磁極数が２倍に増加したのと等価な状態になる。そして、例えば一方のロータのＮ極のロータ磁極から出た磁束は、ステータの一方の端面側のＳ極、それから周方向にずれた他方の端面側のＮ極、他方のロータのＳ極、磁路形成部材を通って一方のロータのＮ極に戻る立体的な磁路を通る。この場合、磁束はステータのヨークを一方向に通り、しかも、周方向の磁路は磁極数の増加に伴って短くなり、ステータのヨークを通る磁束数、換言すれば、ヨークの磁路断面積が小さくなるため、ステータの軸方向の厚みを飛躍的に薄くすることができ、アキシャルギャップ構造のモータの従来にない小型化（薄型化）・軽量化を実現し、小型・軽量で出力が大きいアキシャルギャップ構造のモータを提供することができる。
【００１３】
請求項２に係る本発明のモータの場合、ステータの両端面側の各ステータ磁極が界磁コイルの界磁によっても励磁されるので、モータのトルクが増大する。そして、ステータの中心孔のステータと磁路形成部材との隙間を利用して界磁コイルが設けられるので、界磁コイルによってモータが大型化することはない。したがって、大型化することなくモータの出力を一層増大することができる。
【００１４】
請求項３に係る本発明のモータの場合、両ロータの各ロータ磁極およびステータの各ステータ磁極の磁極面が凹凸面に形成されるため、両ロータとステータの対向する磁極面が一層広くなり、モータのトルクがさらに増大し、モータ出力をさらに一層増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態のモータの一部を省略した分解斜視図である。
【図２】図１のモータの組み立てた状態の正面図、側面図である。
【図３】図１のステータの斜視図である。
【図４】図１のステータの磁極の説明図である。
【図５】図５の各ティースの説明図である。
【図６】図１のステータの磁路の説明図である。
【図７】図１のステータのヨークと磁極の寸法関係の説明図である。
【図８】図１のステータの各ティースのコイル巻きの説明図である。
【図９】図１のロータの斜視図である。
【図１０】図１のロータのヨークと磁極の寸法関係の説明図である。
【図１１】第２の実施形態のモータの組み立てた状態の側面図である。
【図１２】図１１のモータの界磁による磁化特性の説明図である。
【図１３】図１１のモータの界磁による電流オフ特性の説明図である。
【図１４】第３の実施形態のモータの一例の組み立てた状態の側面図である。
【図１５】第３の実施形態のモータの他の例の組み立てた状態の側面図である。
【図１６】本発明のステータの他の例の斜視図である。
【図１７】本発明のロータの他の例の斜視図である。
【図１８】本発明のモータの多段構の断面図である。
【図１９】従来例のステータの斜視図である。
【図２０】従来例のステータの変形例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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１〜図１５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。
【００１７】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。
【００１８】
図１は本実施形態のモータ１Ａの概略の構成を示す分解状態の斜視図、図２はモータ１Ａの組み立てられた状態を示し、（ａ）はモータ軸２の方向から見た端面図、（ｂ）はモータ軸２に沿った側面図である。なお、モータ軸２は図１、図２（ｂ）の左側に延出して出力（回転動力）が取り出される。
【００１９】
図３はロータ３ａ、３ｂ間のステータ４の拡大した斜視図である。図４はステータの磁極を示し、（ａ）は図２（ｂ）のＤ−Ｄ線から見た磁極であり、（ｂ）は図２（ｂ）のＥ−Ｅ線から見た磁極である。図５はステータ４のティース７１の説明図であり、（ａ）は周方向の断面図、（ｂ）はティース７１を上から見た平面図である。図６はステータ４の磁路の説明図である。図７はステータ４のヨーク４１とステータ磁極７ａ、７ｂの寸法関係の説明図である。図８はステータ４の各ティースのコイル巻きの説明図である。図９はロータ３ａ、３ｂの分解状態の斜視図である。図１０はロータ３ａ、３ｂのヨーク３１とロータ磁極６の寸法関係の説明図であり、（ａ）はロータ磁極６が短い場合、（ｂ）はロータ磁極６が長い場合を示す。
【００２０】
［全体構成］
本実施形態のアキシャルギャップ構造のモータ１Ａは、概略、図１、図２に示すように構成され、２個のロータ（ロータコア）３ａ、３ｂの円盤状のヨーク３１が図２のモータ軸２に出力側から順に間隔を設けて軸着されている。なお、モータ軸２はロータ３ｂより先の先端部、ロータ３ｂ、３ａ間の部分、ロータ３ａ以降の部分の径が抜け止め等を考慮して小、大、中それぞれになっている。両ロータ３ａ、３ｂ間に１個のステータ（ステータコア）４が配置されている。ステータ４は円盤状のヨーク４１を有し、ヨーク４１の径大の中心孔４２をモータ軸２が遊挿状態で貫通している。円筒状の磁路形成部材５はモータ軸２に装着された状態で中心孔４２を貫通し、磁路形成部材５の両端面がロータ３ａ、３ｂのヨーク３１の対向する端面３１ａ、３１ｂに当接し、磁路形成部材５がロータ３ａ、３ｂに接続されてロータ３ａ、３ｂ間の磁路を形成する。なお、ヨーク３１、４１等は軟磁性体で形成されている。また、図１の実線ｍはモータ軸を示し、破線矢印は磁束が通る磁路を示す。
【００２１】
さらに、両ロータ３ａ、３ｂは、ステータ４に対向する端面３１ａ、３１ｂに例えば８個のロータ磁極６が周方向に等間隔に配設されている。ステータ４は、図４（ｂ）に示すようにロータ３ａに対向する一方の端面４１ａ側に例えばＳ極（一方の磁極性）に励磁される１２個のステータ磁極７ａが周方向に等間隔に配設され、図４（ａ）に示すようにロータ３ｂに対向する他方の端面４１ｂ側に例えばＮ極（他方の磁極性）に励磁される１２個のステータ磁極７ｂが各ステータ磁極７ａより周方向にずらして等間隔に配設されている。
【００２２】
そして、モータ１Ａは３相駆動により、ステータ４の各ステータ磁極７ａ、７ｂに集中巻きされた図４（ａ）、（ｂ）のコイル８が電気角１２０度毎にＡ相、Ｂ相、Ｃ相の相順に励磁されて駆動される。
【００２３】
この場合、ステータ４は両端面４１ａ、４１ｂのステータ磁極７ａ、７ｂをヨーク４１により繋いだ構成であり、モータ１Ａは、ステータ４と、その軸方向の両端面側に配置した２個のロータ３ａ、３ｂと、ロータ３ａ、３ｂの軸方向の磁路を形成する磁路形成部材５とにより、図１の破線矢印に示すように磁束が軸方向および周方向に進む立体磁路が形成される。この場合、ステータ４の端面４１ａ側のステータ磁極７ａと端面４１ｂ側のステータ磁極７ｂとが周方向にずらして配設されるため、前記磁束を分散させてヨーク４１の厚みを薄くすることができる。
【００２４】
つぎに、ステータ４およびロータ３ａ、３ｂについて、さらに詳述する。
【００２５】
［ステータ４の構成］
（１）ステータ４は図３の拡大した斜視図に示すように、ロータ３ａに対向する一方の端面４１ａ側に１２個のステータ磁極７ａが周方向に３０度の等間隔に配設され、ロータ３ｂに対向する他方の端面４１ｂ側に１２個のステータ磁極７ｂが各ステータ磁極７ａより周方向に４５度ずらして３０度の等間隔で配設されている。各ステータ磁極７ａ、７ｂはヨーク４１で磁気的に繋がれている。この場合、モータ軸方向からステータ４を見るとステータ磁極７ａの間にステータ磁極７ｂが位置し、モータ１Ａはステータ４の磁極数が倍の２４極になったのと等価の状態になる。
【００２６】
（２）各ステータ磁極７ａ、７ｂは図４（ａ）、（ｂ）に示したように、ティース７１にコイル８を集中巻きして形成される。各コイル８の励磁方向は、ステータ磁極７ａについてはすべて例えば図４（ａ）のＳ極に励磁する方向であり、ステータ磁極７ｂについてはすべて例えば図４（ａ）の逆のＮ極に励磁する方向である。なお、図４（ｂ）のθがステータ磁極７ａ、７ｂの位置のずれ量を示す。
【００２７】
そして、３相駆動により、最初の電気角１２０度の期間に、９０度間隔に配設されている４つのＡ相の各ステータ磁極７ａ、７ｂが通電励磁されると、つぎの電気角１２０度の期間には、Ａ相の各ステータ磁極７ａ、７ｂの隣に配設されている９０度間隔の４つのＢ相の各ステータ磁極７ａ、７ｂが通電励磁され、さらにつぎの電気角１２０度の期間には、Ｂ相の各ステータ磁極７ａ、７ｂの隣に配設されている９０度間隔の４つのＣ相の各ステータ磁極７ａ、７ｂが通電励磁される。このとき、磁束は図１に破線矢印に示すように、Ｎ極のステータ磁極７ｂから出てロータ３ｂのロータ磁極６、磁路形成部材５、ロータ３ａのロータ磁極６を通ってＳ極のステータ磁極７ａに入るが、ステータ４においては、図３に破線矢印に示すようにＳ極のステータ磁極７ａからヨーク４１の端面４１ａ側を１／８周（４５度）周回して端面４１ｂ側の対応するＮ極のステータ磁極７ｂに至る。
【００２８】
（３）なお、各ステータ磁極７ａ、７ｂは、コイル８の保持状態を向上等するため、図５（ａ）に示すようにティース７１よりも周方向に幅の広いフランジ７２を頭部に形成するようにしてもよく、この場合、図５（ｂ）に示すように、各ステータ磁極７ａ、７ｂの周方向の幅Ｗｇがティース７１の幅Ｗｔより広くなる利点もある。
【００２９】
（４）また、ステータ磁極７ａ、７ｂがヨーク４１によって繋がれているので、ステータ４を極力軽くするため、図６に示すように、ヨーク４１および各ステータ磁極７ａ、７ｂの重合部分につき、ヨーク４１を貫通してステータ磁極７ａ、７ｂの一部を肉薄に掘り削った形状の凹部９を形成することが好ましい。凹部９を形成しても、図６の部分拡大図の破線矢印に示すように、磁束はヨーク４１と非励磁のステータ磁極７ａ、７ｂとを交互に通って周方向および軸方向に進み、問題は生じない。
【００３０】
（５）ヨーク４１は、突出したステータ磁極７ａ、７ｂの部分よりも、外径は大きく、内径は小さく形成する。具体的には、ヨーク４１とステータ磁極７ａ、７ｂとは、図７に示すように、ヨーク４１の内径Ｙｓｉ、外径Ｙｓｅと、ステータ磁極７ａ、７ｂの内径Ｍｓｉ、外径Ｍｓｅとが、Ｙｓｅ＞Ｍｓｅ＞Ｍｓｉ＞Ｙｓｉの関係になり、ヨーク４１の端面がステータ磁極７ａ、７ｂより幅広に形成される。
【００３１】
（６）ヨーク４１は平面視円形の円盤状であってもよいが、モータ１Ａの軽量化を図るため、図８に示すように外周縁の各ステータ磁極７ａ、７ｂの中央の延長線上の部分を切り欠いて凹部１０を形成し、ヨーク４１の外周側を歯車状に形成してもよい。また、ヨーク４１の内周縁側の各ステータ磁極７ａ、７ｂの中央の延長線上の部分を切り欠いて同様の凹部を形成し、ヨーク４１の内周側を歯車状に形成してもよい。さらに、ヨーク４１の外周側および内周側の両方を歯車状に形成してもよい。
【００３２】
（７）各ステータ磁極７ａ、７ｂのコイル８は、実用上は、図８に示したように各ステータ磁極７ａ、７ｂに装着された平面視コ字型または複数個組み合わせたロ字型のコイルボビン１１に巻回される。その際、各コイルボビン１１は、ステータ４の両端面側のコイルボビン１１どうしを結合手段によって結合してステータ４から外れないようにする。前記結合手段は、具体的には、各凹部１１に差し込まれる樹脂製のクリップ１２とからなり、クリップ１２がステータ４の両端面側のコイルボビン１１のフランジ部分を挟持してヨーク４１に係止する。
【００３３】
［ロータ３ａ、３ｂの構成］
（８）ロータ３ａ、３ｂは、図９のロータ３ａ、３ｂと磁路形成部材５の分解状態の拡大した斜視図に示すように、端面３１の内周縁または内周面の部分に円筒形状の磁路形成部材５の端面または外周面が接合し、磁路形成部材５により、ステータ４の磁束のロータ３ｂからロータ３ａへの軸方向の磁路が形成される。
【００３４】
（９）ロータ３ａ、３ｂの各ロータ磁極６は、ステータ磁極７ａ、７ｂが周方向にずれているため、対向するステータ磁極７ａ、７ｂに合わせて配設位置が設定される。なお、ロータ３ａ、３ｂの各ロータ磁極６の配設位置は、ステータ磁極７ａ、７ｂの周方向のずれよりさらにずらしてもよい。
【００３５】
（１０）同一形状のロータ３ａ、３ｂの各ロータ磁極６は、例えば図９に示したようにヨーク３１から軸方向に突出した構造であり、積極的に界磁を発生しないときは軟磁性体の突極により形成され、界磁を発生するときは永久磁石を用いて形成され、対向するステータ磁極７ａ、７ｂと逆の磁極性である。なお、各ロータ磁極６は、ヨーク３１から軸方向に突出していなくてもよい。
【００３６】
（１１）ロータ３ａ、３ｂのヨーク３１は、図１０（ａ）のロータ３ｂに示すように、例えばヨーク３１の内径Ｙｒｉ、外径Ｙｒｅと、ロータ磁極６の内径Ｍｒｉ、外径Ｍｒｅとが、Ｙｒｅ＞Ｍｒｅ＞Ｍｒｉ＞Ｙｒｉの関係になるように、ヨーク３１がロータ磁極６より幅広に形成されていてもよいが、図１０（ｂ）に示すように、ロータ磁極６をモータ軸方向に長くしてＭｒｉ＝Ｙｒｉに形成し、ロータ磁極６の内周側の側面およびヨーク３１の内周面を磁路形成部材５の外周面に直接接続することがより好ましい。
【００３７】
（１２）ロータ３ａ、３ｂについても、モータ１Ａの一層の軽量化等を図るため、図８、図９に示したようにヨーク３１の各ロータ磁極６の背面側にあたる部分を切り欠いて（打ち抜いて）凹部１３を形成することが好ましい。凹部１３を形成しても、磁束はヨーク３１とロータ磁極６とを交互に通って周方向および径方向に進み、磁束の磁路が問題なくロータ３ａ、３ｂに形成される。
【００３８】
（１３）ロータ３ａ、３ｂのヨーク３１も、モータ１Ａの一層の軽量化を図るため、図９、図１０に示したように外周縁の各ロータ磁極６の延長線上の部分を切り欠いて凹部１４を形成し、ヨーク３１の外周側を歯車状に形成してもよい。また、ヨーク３１の内周縁側の各ロータ磁極６の中央の延長線上の部分を切り欠いて同様の凹部を形成し、ヨーク３１の内周側を歯車状に形成してもよく、または、Ｙｒｅ＝Ｍｒｅとしてもよい。また、ヨーク３１の外周側および内周側の両方を歯車状に形成してもよい。さらに、磁極間でヨーク３１の外径が磁極外径Ｍｒｅよりも小さい部分を設けてもよい。
【００３９】
本実施形態のモータ１Ａは上記構成であるため、つぎに説明する効果を奏する。
【００４０】
［ステータ４に関する効果］
＜１＞ステータ４が１個のヨーク４１の両端端面４１ａ、４１ｂ側にステータ磁極７ａ、７ｂを設けて形成され、その際、一方の端面４１ａ側のステータ磁極７ａは全てＳ極に励磁され、他方の端面４１ｂ側のステータ磁極７ｂは全てＮ極に励磁される。また、ステータ磁極７ａとステータ磁極７ｂの配設位置を周方向にずらしたことにより、軸方向からモータ１Ａを見ると、ステータ４は一方の端面４１ａ側のＳ極のステータ磁極間７ａに他方の端面４１ｂ側のＮ極のステータ磁極７ｂが位置し、ステータ４全体の磁極数が２倍に増加したのと等価な状態になる。そして、例えば一方のロータ３ａのＮ極のロータ磁極６から出た磁束は、ステータ４の一方の端面４１ａ側のＳ極、それから周方向にずれた他方の端面４１ｂ側のＮ極、他方のロータ３ｂのＳ極、磁路形成部材５を通って一方のロータ３ａのＮ極に戻る立体的な磁路を通る。この場合、磁束はステータ４のヨーク４１を一方向に通り、しかも、ヨーク４１の周方向の磁路は磁極数の増加に伴って短くなり、ステータ４のヨークを通る磁束数、換言すれば、ヨーク４１の磁路断面積が小さくなるため、ステータ４の軸方向の厚みを飛躍的に薄くすることができる。そのため、アキシャルギャップ構造のモータ１Ａを従来にない小型（薄型）・軽量に形成することができ、小型・軽量で出力が大きいアキシャルギャップ構造の新規なモータ１Ａを提供することができる。
【００４１】
＜２＞ステータ４において、同じ相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）のＮ極とＳ極を離すことができるので、これらの磁極間を短絡する漏れ磁束を低減することができる利点もある。これにより、モータ１Ａの漏れインダクタンスを低減でき、特に中・高速回転領域での出力を大きくできる。
【００４２】
＜３＞励磁されていない他相のステータ磁極７ａ、７ｂをヨーク４１の周方向の磁路として活用し、前記［ステータ４の構成］の（４）〜（７）の構成に形成することにより、ステータ４の一層の小型化・軽量化を図り、モータ１Ａを一層薄型・軽量にすることができる。しかも、ステータ４の磁極部分よりもヨーク４１の外径は大きく、内径は小さくすることにより、周方向に必要な磁路断面積を満たすためのヨーク厚を低減でき、ステータ４を一層薄型化できる。
【００４３】
［ロータ３ａ、３ｂに関する効果］
ロータ３ａ、３ｂについてもステータ４と同様に、励磁されていない他相のステータ磁極７ａ、７ｂに対応するロータ磁極６をヨーク３１の周方向および径方向の磁路として活用し、前記［ロータ３ａ、３ｂの構成］の（８）〜（１３）の構成に形成することにより、ロータ３ａ、３ｂの一層の小型化・軽量化を図り、モータ１Ａを一層薄型・軽量にすることができる。
【００４４】
したがって、ロータ３ａ、３ｂおよびステータ４を小型（薄型）・軽量に形成し、アキシャルギャップ構造のモータ１Ａの従来にない小型化（薄型化）・軽量化を実現し、小型・軽量で出力が大きいアキシャルギャップ構造の新規なモータ１Ａを提供することができる。
【００４５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について、図１１〜図１３を参照して説明する。それらの図面において、図１〜図１０と同一の符号は同一もしくは相当するものを示し、図１１は本実施形態のモータ１Ｂのモータ軸に沿った断面図、図１２、図１３はモータ１Ｂの界磁の説明図である。
【００４６】
本実施形態のモータ１Ｂが、第１の実施形態のモータ１Ａと異なる点は、ステータ４の中心孔４２のステータ４と磁路形成部材５との隙間に、ステータ４の両端面４１ａ、４１ｂ側の各ステータ磁極７ａ、７ｂを励磁する向きの界磁、すなわち、ステータ磁極７ａをＳ極、ステータ磁極７ｂをＮ極に励磁する向きの界磁を発生する軸方向の環状の界磁コイル１５が配置されている点である。なお、界磁コイル１５が配置されるので、本実施形態の場合、ロータ３ａ、３ｂの各ロータ磁極６には永久磁石は使用されない。
【００４７】
そして、界磁コイル１５が発生する界磁により、つぎに説明するトルクアップ、電流オフ特性の向上を図ることができる。
【００４８】
［界磁の印加によるトルクアップの説明］
界磁コイル１５の界磁を印加しない場合、ステータ４の各コイル８の通電開始から通電終了までの間に図１２（ａ）に示す磁化曲線は電流ｉ、磁束Ψが０の状態からスタートし、モータ１Ｂの出力は、前記磁化曲線が囲う変換エネルギーの面積Ｓａに比例する。なお、図中の面積Ｓｂは電源側に帰還されるエネルギーを示す。
【００４９】
界磁コイル１５の界磁を印加する場合、界磁の印加により、磁化曲線は図１２（ｂ）に示すように電流ｉ、磁束Ψが０のスタート点は矢印線に示すように、図の左側（進み方向）に移動する。その結果、磁化曲線が囲う変換エネルギーの面積Ｓａａは面積Ｓａより大きくなり、モータ１Ｂのトルク出力が増加する。なお、図１２（ｂ）の領域Ｓｂｂは電源側に帰還されるエネルギーを示す。
【００５０】
［界磁の印加によるモータ１Ａの電流オフ特性の向上］
ステータ４の各コイル８の通電終了時にコイル８の電流をオフするのに要する時間Δｔは、Δｔ＝Ψ／Ｖ、（Ψは磁束、Ｖは起電力）から求められる。
【００５１】
そして、界磁コイル１５の界磁を印加すると、図１３に示すように、磁化曲線が図の破線から実線に左向きに移動する。そのため、コイル８の通電電流を最大電流ｉｍａｘから０にオフするのに要する時間は、界磁コイル１５の界磁を印加しない場合、Ψｍａｘ０から０への磁束変化ΔΨ０＝Ｖ×Δｔ０が生じる時間Δｔ０（＝ΔΨ０／Ｖ）であるのに対して、界磁コイル１５の界磁を印加すると、Ψｍａｘ１からΨ０への磁束変化ΔΨ１＝Ｖ×Δｔ１が生じる時間Δｔ１（＝ΔΨ１／Ｖ）に短縮される。なお、ΔΨ０＞ΔΨ１であるので、Δｔ０＞Δｔ１である。
【００５２】
したがって、本実施形態の場合、界磁コイル１５の界磁を印加することで、モータ１Ｂはモータ１Ａよりさらにトルクが増大して出力がアップする。そして、界磁コイル１５は、磁路構成部材５と同様、ステータ４の中心孔４２を通るように配置されるため、界磁コイル１５によってモータ１Ｂが大型化することはない。そのため、大型化することなく出力を一層増大したモータ１Ｂを提供することができる。
【００５３】
また、界磁コイル１５の界磁を印加することにより、とくにロータ３ａ、３ｂとステータ４の磁極対向状態でのモータ１Ｂの電流オフが容易になる利点があり、これにより、各コイル８の電流を短い時間で低減できるので、銅損が低減されてモータ１Ｂの効率が向上する効果も生じる。しかも、通電終了後も電流が流れ続けることによる負のトルク（回生トルク）の発生を小さくすることができ、特に高速回転時の平均トルクが増加する効果も生じる。
【００５４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態について、図１４、図１５を参照して説明する。それらの図面において
図１〜図１３と同一の符号は同一もしくは相当するものを示し、図１４は本実施形態の一例のモータ１Ｃのモータ軸に沿った断面図、図１５は本実施形態の他の例のモータ１Ｄのモータ軸に沿った断面図である。
【００５５】
まず、図１４のモータ１Ｃが、第１の実施形態のモータ１Ａと異なる点は、両ロータ３ａ、３ｂの各ロータ磁極６に磁極面を凹凸面に形成する端面部６１が形成され、ステータ４の各ステータ磁極７ａ、７ｂにも、磁極面を凹凸面に形成する端面部７１ａ、７１ｂが形成されている点である。
【００５６】
各ロータ磁極６に磁極面および各ステータ磁極７ａ、７ｂの磁極面を凹凸面に形成する際、ロータ３ａ、３ｂおよびステータ４の磁極面をモータ軸２に対して同心円状の凹凸面に形成する。凹凸面の凸部分は先端側よりも根元側が太くなるようにする。（３）最外周側にはステータ４の凸部分が配置されるようにする。ロータ３ａ、３ｂの凸部分は複数個であり、それらの凸部分のモータ軸方向の高さは、遠心力等を考慮して外周側を内周側よりも低くすることが好ましい。なお、凹凸の間隔はロータ３ａ、３ｂとステータ４のギャップ以上の大きさに設定される。
【００５７】
そして、モータ１Ｃは、両ロータ３ａ、３ｂの各ロータ磁極６および、ステータ４の各ステータ磁極７ａ、７ｂの磁極面が凹凸面に形成されるため、両ロータ３ａ、３ｂとステータ４の対向する磁極面が一層広くなり、トルクがさらに増大し、モータ出力をさらに一層増大することができる。
【００５８】
つぎに、図１５のモータ１Ｄはモータ１Ｃをさらに改良したものであり、モータ１Ｄがモータ１Ｃと異なる点は、両ロータ３ａ、３ｂの各ロータ磁極６の磁極面となる端面６１および、ステータ４の各ステータ磁極７ａ、７ｂの磁極面となる端面７１ａ、７１ｂの凹凸面が、凸部の付け根部分および先端部分を「Ｒ取り」して丸みを持たせて曲面としている点であり、モータ１Ｄもモータ１Ｃと同様の効果を奏する。
【００５９】
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、各モータ１Ａ〜１Ｄにおいて、各実施形態のステータ４に代えて、図１６に示すステータ４＊を配置してもよい。図１６のステータ４＊は、各ステータ磁極７ａ、７ｂを、ステータ磁極７ａ、７ｂの背面の周方向の両端部より両隣のステータ磁極７ｂ、７ａに向かって軸方向に延長したヨーク片４１＊で繋いで形成される。このとき、各ヨーク片４１＊は、図１６の丸で囲んだ部分の拡大図に示すように、モータ軸方向に対して例えば１２０°の角度をなす。そして、磁束は非励磁のステータ磁極７ａ、７ｂを交互に通る磁路によりステータ４＊を周方向と径方向に進む。そのため、ステータ４＊もステータ４と同様に作用する。さらに、ステータ４＊は、ヨーク片４１＊が両端面側のステータ磁極７ａ、７ｂの背面間には全く存在せず、ステータ磁極７ａ、７ｂの隔壁とならないので、ステータ磁極７ａ、７ｂやそれらのコイルをより軸方向に近づけることができ、ステータ４より薄型化することができ、モータ１Ａ〜１Ｄの一層の小型化・軽量化を図ることができる。また、前記したように各ヨーク片４１＊がモータ軸方向に対して例えば１２０°の角度をなすため、図１６の前記拡大図に破線で示すように、この部分に各ステータ磁極７ａ、７ｂのコイル８＊を集中巻きするときには、丸型エナメル線を理想的な俵積みにしてコイル８＊を形成することができ、コイル８＊の占積率を向上することができる利点もある。
【００６０】
つぎに、各モータ１Ａ〜１Ｄのロータ３ａ、３ｂにおいて、図９の凹部１３に代えて、図１７に示すように、各ロータ磁極６の中央部分で対称なＶ字溝状の凹部１３＊を形成してもよい。
【００６１】
つぎに、前記各実施形態のロータ３ａ、３ｂとステータ４（またはステータ４＊）の一組みを組毎に配列を逆にして複数個組み合わせ多段構成にすることも可能であり、この場合、段間のロータ３ｂ（または３ａ）はヨーク３１を共用して形成すればよい。具体的には、例えば２段構成の場合、図１８に示すように形成すればよい。
【００６２】
図１８において、図１〜図１７と同一符号は同一または相当するものを示し、図１８のモータ１Ｅは、ロータ３ａ、ステータ４、ロータ３ｂの一組と、ロータ３ｂ、ステータ４（端面の向きは逆）、ロータ３ｂの他の一組とをモータ軸２に直列に配置し、かつ、ステータ４間に挟まれた段間のロータ３ｂは１個にし、その両端面に周方向にロータ磁極６を配設して形成されている。この場合、２個のステータ４間に挟まれたロータ３ｂの両端面のロータ磁極６が同じ極性に励磁されるようにステータコイル８を励磁する。このように構成された多段構成のモータ１Ｅは、短い軸長間に多段多数のロータ磁極６、ステータ磁極７ａ、７ｂを密集させることができ、極めて小型・軽量な構成で大出力を得ることができる。
【００６３】
ところで、図１８のモータ１Ｅの場合、モータ軸２にロータ３ａ、３ｂの位置決め用のの段付部αが形成され、外装ケース１５の内面側にステータ４の位置決めの用の段付部βが形成される。そのため、モータ１Ｅの組み立て時等に、ロータ３ａ、３ｂは段付部αにより簡単に軸方向の位置決めをすることができ、ステータ４は段付部βにより簡単に軸方向の位置決めをすることができる。そのため、段付部α、βを利用した位置決めにより、軸方向の間隔（ギャップ長）や、ロータ磁極６、ステータ磁極７ａ、７ｂの平行度を確保することができ、結果として、製造時等のモータ出力等を精度よく管理してモータ頻出を向上することができる。
【００６４】
なお、３段、４段、．．．の多段の場合も、図１８の２段の場合と同様に構成し、同様の効果を得ることができるのは勿論である。
【００６５】
つぎに、本発明のモータは４相以上の多相で駆動される構成であってもよいのは勿論である。また、ロータ磁極６やステータ磁極７ａ、７ｂの個数等は、上記各実施形態のものに限るものではない。さらに、ステータ磁極７ａ、７ｂの磁極が各実施形態と逆であってもよい。
【００６６】
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構造のモータに適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１Ａ〜１Ｅ    モータ
２    モータ軸
３ａ、３ｂ    ロータ
４    ステータ
５  磁路形成部材
６    ロータ磁極
７ａ、７ｂ    ステータ磁極
８  ステータコイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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