(57)【要約】【課題】小型を維持したまま、内側モータの出力を増大させることが可能な二軸同心軸モータを提供する。【解決手段】アウター界磁コイル５を備える環状のアウターステータ３と、このアウターステータ３の内側にアウターステータ３に接して設けられ、インナー界磁コイル６を備える環状のインナーステータ４と、アウターステータ３の外側に回転自在に設けられるアウターロータ９と、インナーステータ４の内側に設けられ、アウターロータ９が回転する際の回転軸に一致する回転軸に対して回転自在であるインナーロータ１０とを有する。【選択図】図１
2008141853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アウター界磁コイルを備える環状のアウターステータと、
前記アウターステータの内側に前記アウターステータに接して設けられ、インナー界磁コイルを備える環状のインナーステータと、
前記アウターステータの外側に回転自在に設けられるアウターロータと、
前記インナーステータの内側に設けられ、前記アウターロータが回転する際の回転軸に一致する回転軸に対して回転自在であるインナーロータとを有することを特徴とする二軸同心軸モータ。
【請求項２】
前記アウターステータと、前記インナーステータとは一体成型されていることを特徴とする請求項１に記載の二軸同心軸モータ。
【請求項３】
前記アウターステータと、前記インナーステータとは、磁性粉末を圧縮成形したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二軸同心軸モータ。
【請求項４】
前記アウターステータと、前記インナーステータとは、樹脂モールドされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の二軸同心軸モータ。
【請求項５】
前記アウターステータが、クローポール型固定子であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の二軸同心軸モータ。
【請求項６】
前記インナーステータが、クローポール型固定子であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の二軸同心軸モータ。
【請求項７】
前記アウターステータは、絶縁皮膜が施された磁性粉末を圧縮成形した複数のアウター爪磁極を、外周面に有するとともに、前記アウター界磁コイルを包む円環状のアウター固定子磁心を有し、前記アウター界磁コイルは、前記アウター固定子磁心内部に被装される環状コイルであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の二軸同心軸モータ。
【請求項８】
前記インナーステータは、絶縁皮膜が施された磁性粉末を圧縮成形した複数のインナー爪磁極を、内周面に有するとともに、前記インナー界磁コイルを包む円環状のインナー固定子磁心を有し、前記インナー界磁コイルは、前記インナー固定子磁心内部に被装される環状コイルであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の二軸同心軸モータ。
【請求項９】
前記アウター爪磁極の根元部を前記回転軸を法線とする平面で切った断面のアウター爪磁極断面積は、
前記アウター爪磁極が配置されるアウター固定子磁心の接続部を、前記回転軸と前記アウター爪磁極を通り前記回転軸に垂直な直線を法線とする面で切った断面のアウター固定子磁心断面積と異なることを特徴とする請求項７に記載の二軸同心軸モータ。
【請求項１０】
前記インナー爪磁極の根元部を前記回転軸を法線とする平面で切った断面のインナー爪磁極断面積は、
前記インナー爪磁極が配置されるインナー固定子磁心の接続部を、前記回転軸と前記インナー爪磁極を通り前記回転軸に垂直な直線を法線とする面で切った断面のインナー固定子磁心断面積と異なることを特徴とする請求項８に記載の二軸同心軸モータ。
【請求項１１】
前記アウターステータは、絶縁皮膜が施された磁性粉末を圧縮成形した複数のアウター爪磁極を外周面に有し、
前記インナーステータは、絶縁皮膜が施された磁性粉末を圧縮成形した複数のインナー爪磁極を内周面に有し、
前記アウター爪磁極の根元部を前記回転軸を法線とする平面で切った断面のアウター爪磁極断面積は、
前記インナー爪磁極の根元部を前記回転軸を法線とする平面で切った断面のインナー爪磁極断面積と異なることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の二軸同心軸モータ。
【請求項１２】
前記アウター界磁コイルを、前記回転軸を含む平面で切った断面のアウターコイル断面積は、
前記インナー界磁コイルを、前記回転軸を含む平面で切った断面のインナーコイル断面積と異なることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の二軸同心軸モータ。
【請求項１３】
前記アウター爪磁極の根元部を前記回転軸を法線とする平面で切った断面のアウター爪磁極断面積は、
前記インナー爪磁極の根元部を前記回転軸を法線とする平面で切った断面のインナー爪磁極断面積と異なることを特徴とする請求項８に記載の二軸同心軸モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同心軸上に配置された２つの回転軸を個別に回転させることができる二軸同心軸モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、家電、産業用に求められるモータには、小型化、高効率化が強く求められている。さらに、静粛性と低コストという条件も満たさなければならない。小型化については、例えば、自動車において、限られた容積のエンジンルーム内に設置されハイパワーを出力することが求められ、高効率化については、例えば、家電用途において、環境配慮型の省エネを背景にその重要度は年々増大しており、低消費電力でハイパワーを出力することが求められている。
【０００３】
小型化の手法として、二軸同心軸モータが提案されている。従来の二軸同心軸モータとしては、ひとつのモータ出力に対し歯車などを用いて出力を二軸に分ける手法が提案されている。また、中空ロータ内に異なる中空ロータを内包する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３５４３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記歯車などを使用する手法では、第二軸は第一軸に応じた(歯車のギヤ比に応じた)出力でしか駆動出来ず、歯車を用いることにより騒音や振動が発生しやすいと考えられた。
【０００５】
中空ロータ内に異なる中空ロータを内包する手法では、モータのサイズは、外側の中空ロータのモータのサイズと同一である。２つの外側と内側のモータで１つのモータと同一のサイズなので、小型化を達成している。
【０００６】
しかし、同心軸の周りの円周上に磁路を形成する仕組み上、内側モータの出力は外側モータの出力より低くなると考えられた。ここで、内側モータの出力を大きくする場合を考える。モータの出力を示すモータトルクを増大させるには、（１）磁路の断面積を増やすことと、（２）モータ電流を増やすことと、（３）巻線数を増やすこととが考えられる。ここで、（１）を採用し、内側モータのモータ体格を一定として、磁路面積を確保すべく厚電磁鋼板を採用したとすると、巻線スペースを減らすことになり、電流密度低下によるトルクリミットに陥る。解決策は磁路面積と巻線スペースを確保するためにモータ体格を大きくすることとなる。これでは小型化できない。次に、（２）を採用し、モータ電流を増大させると、単に鉄損が増えるだけで効率が悪くなり、これでは高効率化ができない。最後に、（３）を採用し、巻線数を単に増やせば、小型化に反することになる。
【０００７】
このように、小型を維持したまま、内側モータの出力を増大させることは困難であると考えられた。
【０００８】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、小型を維持したまま、内側モータの出力を増大させることが可能な二軸同心軸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】
前記課題を解決するため、本発明では、アウター界磁コイルを備える環状のアウターステータと、前記アウターステータの内側に前記アウターステータに接して設けられ、インナー界磁コイルを備える環状のインナーステータと、前記アウターステータの外側に回転自在に設けられるアウターロータと、前記インナーステータの内側に設けられ、前記アウターロータが回転する際の回転軸に一致する回転軸に対して回転自在であるインナーロータとを有する二軸同心軸モータであることを特徴とする。
【００１０】
このような二軸同心軸モータによれば、アウターロータとインナーロータとの間の１つのスペースに、アウターステータとインナーステータの両方が設けられる。この１つのスペースをアウターステータ用スペースとインナーステータ用スペースに分けることで、外側モータと内側モータの出力を調節することができるので、内側モータの出力を増大させることが可能である。そして、この調節に際して、アウターロータとインナーロータの調節は基本的に不要であり、アウターロータで規定されるモータ体格は小型のままである。また、アウターロータとインナーロータとは互いに接しているので、互いに支持することができ、アウターロータとインナーロータの間に挟んで、アウターロータとインナーロータを支持するケースを省くことができる。ケースを省くことにより、アウターロータとインナーロータとの間の１つのスペースを、アウターステータとインナーステータだけを配置することができ、アウターステータとインナーステータにより広いスペースを提供することができる。さらに、ケースを省くことにより、アウターロータとインナーロータとの間の１つのスペースを、アウターステータ用スペースとインナーステータ用スペースに分けて、外側モータと内側モータの出力を調節する際に、この調整に応じてケースを移動変更する必要がなく、調整が容易である。
【発明の効果】
【００１１】
すなわち、このような二軸同心軸モータによれば、小型を維持したまま、内側モータの出力を増大させることが可能な二軸同心軸モータを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１３】
図１に断面を示すように、一実施形態に係る二軸同心軸モータ１は、アウター界磁コイル５を備える環状のアウターステータ３と、前記アウターステータ３の内側に設けられ、インナー界磁コイル６を備える環状のインナーステータ４と、前記アウターステータ３の外側に回転自在に設けられ、前記アウター界磁コイル５が励磁されると回転するアウターロータ９と、前記インナーステータ４の内側に設けられ、前記アウターロータ９が回転する際の回転軸に一致する回転軸に対して回転自在であり、前記インナー界磁コイル６が励磁されると回転するインナーロータ１０とを有している。
【００１４】
二軸同心軸モータ１によれば、アウターロータ９とインナーロータ１０との間の１つのスペースに、アウターステータ３とインナーステータ４の両方が互いに接して設けられる。この１つのスペースをアウターステータ３用スペースとインナーステータ４用スペースに分けることで、アウターロータ９とアウターステータ３とで構成される外側モータの出力と、インナーロータ１０とインナーステータ４とで構成される内側モータの出力とを調節することができるので、内側モータの出力を増大させることが可能である。そして、この調節に際して、アウターロータ９とインナーロータ１０の調節は基本的に不要であり、アウターロータ９で規定される二軸同心軸モータ１のモータ体格は小型のままである。すなわち、このような二軸同心軸モータ１によれば、内側モータを外側モータに内包させて二軸同心軸モータ１の小型化を維持したまま、内側モータの出力を増大させることができる。
【００１５】
アウターステータ３は、アウター界磁コイル５の下面と側面を覆う第１アウター固定子磁心７Ａと、アウター界磁コイル５の上面と側面を覆う第２アウター固定子磁心７Ｂとを有している。インナーステータ４は、インナー界磁コイル６の下面と側面を覆う第１インナー固定子磁心８Ａと、インナー界磁コイル６の上面と側面を覆う第２インナー固定子磁心８Ｂとを有している。
【００１６】
アウターステータ３と、インナーステータ４とは、合体面１５で接しているので、互いに支持することができ、アウターロータ９とインナーロータ１０の間に挟んで、アウターロータ９とインナーロータ１０を支持するケースを省くことができる。ケースを省くことにより、アウターロータ９とインナーロータ１０との間の１つのスペースを、アウターステータ３とインナーステータ４だけを配置することができ、アウターステータ３とインナーステータ４により広いスペースを提供することができる。さらに、ケースを省くことにより、アウターロータ９とインナーロータ１０との間の１つのスペースを、アウターステータ用スペースとインナーステータ用スペースに分けて、外側モータと内側モータの出力を調節する際に、この調整に応じてケースを移動改造する必要がなく、調整が容易である。アウターステータ３の第１アウター固定子磁心７Ａと、インナーステータ４の第１インナー固定子磁心８Ａとは一体成型されている。同様に、アウターステータ３の第２アウター固定子磁心７Ｂと、インナーステータ４の第２インナー固定子磁心８Ｂとは一体成型されている。
【００１７】
一対のアウターステータ３とインナーステータ４とにより、１つのステータユニット２Ｕが構成されている。同様に、ステータユニット２Ｖ、２Ｗもそれぞれ、他の一対のアウターステータ３とインナーステータ４とにより構成されている。
【００１８】
二軸同心軸モータ１は、さらに、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを固定するケース１３と、ケース１３に設けられアウターロータ９を回転自在に支えるアウター軸受１１と、ケース１３に設けられインナーロータ１０を回転自在に支えるインナー軸受１２とを有している。ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは、アウターステータ３とインナーステータ４を含め、モールド樹脂１４で、樹脂モールドされ、複合化している。具体的には、トランスファー成型機を用いて樹脂モールドし、モールド樹脂１４として不飽和ポリエステル樹脂を使用した。ただし、手法並びに樹脂は限定されるものではなく、既知の圧縮成型法、インサート成型法などを利用してもよい。樹脂についても、不飽和ポリエステルの他に、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂など、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂の中から選択すればよい。モールドすることにより、磁性粉末の成形体の強度を増すことができ、二軸同心軸モータ１の強度も増すことができる。また、樹脂モールドは、電気的絶縁効果、磁気的絶縁効果にも寄与することが確認できた。
【００１９】
アウターロータ９とインナーロータ１０としては、周囲に複数の永久磁石が固定された中空のシャフトを用いることができる。周方向に沿って複数の磁石が配列され、磁石は隣り合う磁石と極性の向きが異なるように並べられている。永久磁石としては、特に、希土類磁石であることが好ましく、永久磁石であれば電力の供給は不要でありアウターロータ９とインナーロータ１０に配線する必要がなく、希土類磁石であれば高い磁束密度を得ることができる。さらに、永久磁石に換えて、電磁石構成でも、磁気抵抗を利用したリラクタンス力を応用してもよい。
【００２０】
ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ毎のアウターステータ３は、アウターロータ９とインナーロータ１０が回転する回転軸の方向に複数個連結させて設けられている。そして、これら複数のアウターステータ３のそれぞれのアウター界磁コイル５に多相交流の異なる相の電圧が印加されることで、アウター界磁コイル５は励磁され、アウターロータ９が回転する。同様に、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ毎のインナーステータ４も、回転軸の方向にアウターステータ３と同数個設けられ、これら複数のインナーステータ４のそれぞれのインナー界磁コイル６に多相交流の異なる相の電圧が印加されることで、インナー界磁コイル６は励磁され、インナーロータ１０が回転する。
【００２１】
具体的には、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの３個のアウターステータ３が、電気角で１２０度ずつずらして、回転軸の方向に並べて配置され、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗそれぞれのアウター界磁コイル５には３相交流電源の異なる各相が１つずつ接続されている。このことにより外側モータは３相モータになっている。
【００２２】
同様に、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの３個のインナーステータ４も、電気角で１２０度ずつずらして、回転軸の方向に並べて配置され、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗそれぞれのインナー界磁コイル６には３相交流電源の異なる各相が１つずつ接続されている。このことにより内側モータも３相モータになっている。
【００２３】
ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗのそれぞれのアウターステータ３に、外部電力制御装置より３相交流のそれぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を結線し、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗのそれぞれのインナーステータ４に、外部電力制御装置より３相交流のそれぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を結線すれば、アウターロータ９とインナーロータ１０とを同じ方向の時計回りに回転させることができる。また、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗのそれぞれのアウターステータ３の結線はそのままで、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗのそれぞれのインナーステータ４に、外部電力制御装置より３相交流を、Ｖ相、Ｕ相、Ｗ相の順で結線すれば、アウターロータ９は時計回りで、インナーロータ１０は反時計回りのように、異なる方向に回転させることができる。もちろん、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗのそれぞれのアウターステータ３の結線を、外部電力制御装置より３相交流を、Ｖ相、Ｕ相、Ｗ相の順で結線すれば、アウターロータ９も反時計回りに回転させることができる。このように、外側モータと内側モータとは、各々に対応した励磁源により、独立制御することができる。
【００２４】
以下では、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗについて詳細に説明するが、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは同じ形状であるので、ステータユニット２Ｕを例に説明する。
【００２５】
図２と図３に示すように、ステータユニット２Ｕは、アウターステータ３とインナーステータ４とが一体となって構成されている。アウターステータ３は、クローポール型固定子であり、インナーステータ４も、クローポール型固定子である。アウターステータ３では、第１アウター固定子磁心７Ａに接続する複数（１２個）の第１アウター爪磁極１６Ａと、第２アウター固定子磁心７Ｂに接続する複数（１２個）の第２アウター爪磁極１６Ｂとを、外周面で周方向に等間隔に、交互に噛み合わさるように配置している。第１アウター固定子磁心７Ａと第２アウター固定子磁心７Ｂとは、アウター界磁コイル５を挟んで配置される位置が異なるだけで、同じ構造をしている。
【００２６】
第１アウター固定子磁心７Ａの一部の第１継鉄１８Ａ（図３参照）は、アウターステータ３の内周面の上部に配置されている。第２アウター固定子磁心７Ｂの一部の第２継鉄１８Ｂ（図１参照）は、アウターステータ３の内周面の下部に配置されている。図１に示すように、第１継鉄１８Ａの上面は、第２継鉄１８Ｂの底面に接している。図1乃至図３から、アウター界磁コイル５は、継鉄１８Ａ、１８Ｂを含めたアウター固定子磁心７Ａ、７Ｂと、アウター爪磁極１６Ａ、１６Ｂとに被装されていることがわかる。アウター界磁コイル５を用いてアウターロータ９の回転を制御することができる。クローポール型固定子であるアウターステータ３とインナーステータ４は、固定子磁心７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂから、爪磁極１６Ａ、１６Ｂ、１７Ａ、１７Ｂにかけて折れ曲がった形状となっているので、クローポール型固定子でないスロット型の界磁コイルのコイルエンド部分のような回転軸の方向にかかる余分なスペースを排除でき、回転軸の方向の長さを短縮することができる。
【００２７】
同様に、図２と図３に示すように、インナーステータ４では、第１インナー固定子磁心８Ａに接続する複数（１２個）の第１インナー爪磁極１７Ａと、第２インナー固定子磁心８Ｂに接続する複数（１２個）の第２インナー爪磁極１７Ｂとを、内周面に交互に配置している。第１インナー固定子磁心８Ａの一部の第１継鉄１８Ａは、インナーステータ４の外周面の上部に配置されている。第２インナー固定子磁心８Ｂの一部の第２継鉄１８Ｂ（図１参照）は、インナーステータ４の外周面の下部に配置されている。インナー界磁コイル６は、継鉄１８Ａ、１８Ｂを含めたインナー固定子磁心８Ａ、８Ｂと、インナー爪磁極１７Ａ、１７Ｂとに被装されている。インナー界磁コイル６を用いてインナーロータ１０の回転を制御することができる。さらに、アウター界磁コイル５とインナー界磁コイル６では、コスト面から円形断面導線を使用しているが、長方形や正多角形導線を使用し、占積率を向上することも可能である。
【００２８】
図２と図３に示すように、ステータユニット２Ｕの下側にあたる、アウターステータ３の、第１継鉄１８Ａを含めた第１アウター固定子磁心７Ａと、複数の第１アウター爪磁極１６Ａと、インナーステータ４の、第１継鉄１８Ａを含めた第１インナー固定子磁心８Ａと、複数の第１インナー爪磁極１７Ａとは、磁性粉末を用いて一体成形されている。同様に、ステータユニット２Ｕの上側にあたる、アウターステータ３の、第２継鉄１８Ｂ（図１参照）を含めた第２アウター固定子磁心７Ｂと、複数の第２アウター爪磁極１６Ｂと、インナーステータ４の、第２継鉄１８Ｂを含めた第２インナー固定子磁心８Ｂと、複数の第２インナー爪磁極１７Ｂとは、磁性粉末を用いて一体成形されている。磁性粉末の１粒ごとの外周面には、絶縁皮膜が施されている。磁性粉末は、バインダを用いて、圧縮成形されている。
【００２９】
粉末磁性体を用いて成形した場合、材料の有する異方性を低減でき、高精度加工、高真円度加工が可能であり、モータの低振動化・低騒音化につながる。また、成形に際し一体化したことは、単に、部品点数が削減できただけでなく、モータ巻線加工、組立て加工を合理化したことを意味する。
【００３０】
磁性粉末には、最大径の平均が２０〜１５０μｍの磁性粉末を用いることができる。また、絶縁皮膜としては、無機系の酸化物で磁性粉末をコーティングした酸化膜でよく、膜厚は数十ｎｍ以下が好ましい。絶縁皮膜が施された磁性粉末を用いることにより、第１アウター爪磁極１６Ａや第１アウター固定子磁心７Ａに、渦電流損が発生しにくくなる。また、成形金型の成型パンチによって磁性粉末を圧縮成形するので、珪素鋼板を積層して構成するものに比べて複雑な磁極構造を一体成型で得ることができる。なお、ステータユニット２Ｕの上側と下側とは、配置が裏返っているだけで同一の形状であるので、同一の成形金型で成形することができる。
【００３１】
磁性粉末を圧縮して成形した成形品において、高い磁気特性を得るためには、１０ｔｏｎ／ｃｍ２程度（１０８Ｋｇ／ｍ２程度）の成形圧力が必要であり、この成形圧力を第１アウター爪磁極１６Ａ等の先端まで印加するために、第１アウター爪磁極１６Ａの径方向の厚さを少なくとも２ｍｍ以上、好ましくは３ｍｍ以上にする必要があることが、試作の結果明らかとなった。従来のように、磁性粉末の成形に換えて、電磁鋼板を打ち抜いて折り曲げる場合は、第１アウター爪磁極１６Ａの径方向の厚さは、電磁鋼板の厚みの０．２０ｍｍ〜０．３５ｍｍ程度になる。
【００３２】
さらに、１０ｔｏｎ／ｃｍ２程度（１０８Ｋｇ／ｍ２程度）の成形圧力で圧縮成形された第１アウター爪磁極１６Ａ等を成形金型から抜き出すためには、第１アウター爪磁極１６Ａが、先端ほど細くなるように抜きテーパ角度だけ傾いていることが好ましい。一方、従来のように、電磁鋼板を打ち抜いて折り曲げる場合は、抜きテーパ角度を設ける必要は無い。
【００３３】
二軸同心軸モータ１によれば、図１に示すように、アウターロータ９とインナーロータ１０との間の１つのスペースを、アウターステータ３とインナーステータ４の両方に配分することにより、外側モータの出力と内側モータの出力とを調節する。以下では、この調整方法について説明する。
【００３４】
まず、図４に示すように、第１アウター爪磁極１６Ａの根元部を回転軸を法線とする平面で切った断面のアウター爪磁極断面積を「Ｓａ」とする。なお、抜きテーパ角度を加味し、実モータにおいて有効磁束が得られる位置として、根元部に換えて、第１アウター爪磁極１６Ａの高さの半分の位置での平面で切った断面を、アウター爪磁極断面積Ｓａに採用してもよい。第１アウター爪磁極１６Ａが配置される第１アウター固定子磁心７Ａの接続部を、回転軸と第１アウター爪磁極１６Ａを通り回転軸に垂直な直線を法線とする曲面で切った断面のアウター固定子磁心断面積を「Ｓｏａ」とする。第１インナー爪磁極１７Ａの根元部を回転軸を法線とする平面で切った断面のインナー爪磁極断面積を「Ｓｂ」とする。なお、抜きテーパ角度を加味し、実モータにおいて有効磁束が得られる位置として、根元部に換えて、第１インナー爪磁極１７Ａの高さの半分の位置での平面で切った断面を、インナー爪磁極断面積Ｓｂに採用してもよい。第１インナー爪磁極１７Ａが配置される第１インナー固定子磁心８Ａの接続部を、回転軸と第１インナー爪磁極１７Ａを通り回転軸に垂直な直線を法線とする曲面で切った断面のインナー固定子磁心断面積を「Ｓｏｂ」とする。
【００３５】
また、図５（ａ）に示すように、第１アウター爪磁極１６Ａの回転軸に垂直な径方向の厚さを「ｔａ」とする。アウター界磁コイル５の下の第１アウター固定子磁心７Ａの回転軸の方向の厚さを「ｔｏａ」とする。第１インナー爪磁極１７Ａの回転軸に垂直な径方向の厚さを「ｔｂ」とする。インナー界磁コイル６の下の第１インナー固定子磁心８Ａの回転軸の方向の厚さを「ｔｏｂ」とする。アウター界磁コイル５を回転軸を含む平面で切った断面のアウターコイル断面積を「Ｓ１ａ」とする。インナー界磁コイル６を回転軸を含む平面で切った断面のインナーコイル断面積を「Ｓ１ｂ」とする。
【００３６】
図５（ａ）に示すように、アウター爪磁極断面積Ｓａは、アウター固定子磁心断面積Ｓｏａと異なっている（Ｓａ≠Ｓｏａ）。第１アウター爪磁極１６Ａの厚さｔａは、第１アウター固定子磁心７Ａの厚さｔｏａと異なっている（ｔａ≠ｔｏａ）。また、インナー爪磁極断面積Ｓｂは、インナー固定子磁心断面積Ｓｏｂと異なっている（Ｓｂ≠Ｓｏｂ）。第１インナー爪磁極１７Ａの厚さｔｂは、第１インナー固定子磁心８Ａの厚さｔｏｂと異なっている（ｔｂ≠ｔｏｂ）。これらのことは、第１アウター爪磁極１６Ａと第１アウター固定子磁心７Ａと第１インナー爪磁極１７Ａと第１インナー固定子磁心８Ａとが、磁性粉末を圧縮成形することにより、一体成型していることによっている。たとえば、従来のように、第１アウター爪磁極１６Ａと第１アウター固定子磁心７Ａとを、厚さの均一な電磁鋼板を打ち抜いて折り曲げる場合は、抜きテーパ角度を設ける必要が無いので、アウター爪磁極断面積Ｓａは、アウター固定子磁心断面積Ｓｏａに等しく（Ｓａ＝Ｓｏａ）、第１アウター爪磁極１６Ａの厚さｔａは、第１アウター固定子磁心７Ａの厚さｔｏａに等しくなる（ｔａ＝ｔｏａ）。一方、実施形態のように、磁性粉末を圧縮成形すれば、抜きテーパ角度を設ける必要が生じ、たとえば、アウター爪磁極断面積Ｓａは、アウター固定子磁心断面積Ｓｏａと異なってくる（Ｓａ≠Ｓｏａ）。さらに、磁性粉末を圧縮成形することにより、電磁鋼板の板厚によらず、金型での設計によりアウター爪磁極断面積Ｓａ等を自由に設定することができる。電磁鋼板の加工では難しい複雑形状を加工することができ、かつ、寸法精度を向上できる。加工品の厚みの設計自由度が格段に拡大し、電磁場解析等により磁気回路を設計し、必要な磁路面積を算出し、アウター爪磁極断面積Ｓａやアウター固定子磁心断面積Ｓｏａを任意に設計加工することが可能である。このことによっても、たとえば、アウター爪磁極断面積Ｓａは、アウター固定子磁心断面積Ｓｏａと異なる（Ｓａ≠Ｓｏａ）。
【００３７】
図５（ａ）においては、さらに、アウター爪磁極断面積Ｓａは、アウター固定子磁心断面積Ｓｏａより大きく（Ｓａ＞Ｓｏａ）、厚さｔａは、厚さｔｏａより大きく（ｔａ＞ｔｏａ）、インナー爪磁極断面積Ｓｂは、インナー固定子磁心断面積Ｓｏｂより大きく（Ｓｂ＞Ｓｏｂ）、厚さｔｂは、厚さｔｏｂより大きく（ｔｂ＞ｔｏｂ）設定されている。そして、アウター爪磁極断面積Ｓａは、インナー爪磁極断面積Ｓｂと等しく（Ｓａ＝Ｓｂ）、厚さｔａは、厚さｔｂと等しく（ｔａ＝ｔｂ）、アウターコイル断面積Ｓ１ａは、インナーコイル断面積Ｓ１ｂと等しく（Ｓ１ａ＝Ｓ１ｂ）設定されている。ステータユニット２Ｕの断面構造は中心線１９に対して線対称の構造をしている。
【００３８】
なお、第２アウター爪磁極１６Ｂと第２インナー爪磁極１７Ｂも、第１アウター爪磁極１６Ａと第１インナー爪磁極１７Ａと同様に調整することができる。
【００３９】
前記のように、Ｓａ、Ｓｏａ、Ｓｂ、Ｓｏｂ各々の磁路断面積等を設定した理由を以下詳細に述べる。一般にモータ出力Ｐｏは、モータトルクτとその回転速度Ｎの積で表すことが出来る。さらに、モータトルクτは下式（１）に展開される。
τ＝ＢｌＩ          ・・・・・・式（１）
ここで、Ｂは磁束密度であり、ｌは積厚であり、Ｉはモータ電流である。
【００４０】
積厚ｌに関してはモータの小型化を念頭に置いた場合、必要以上に大きく出来ないので、モータトルクτを高める為には、磁束密度Ｂを高め、モータ電流Ｉを大きくすればよい。磁束密度Ｂを高めるには、磁気飽和現象による漏れ磁束の増大を抑制する為に、磁極断面積Ｓａ、Ｓｂを大きくするとよい。一方、モータ電流Ｉについては、単にモータ電流Ｉを増加させると、温度上昇やこの温度上昇による抵抗値上昇により、モータトルクτは増大せず飽和するため、モータトルクτの増大の為にはコイル断面積Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを極力大きく設定すればよい。温度上昇を抑えるために、強制冷却タイプでないモータでは、モータ電流Ｉの電流密度の上限は３Ａ／ｍｍ２であるとされている。そこで、モータ電流Ｉを増大させるために、コイル断面積Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを増大させるが、コイル断面積Ｓ１ａとＳ１ｂの増大に際しては、電流密度がアウター界磁コイル５とインナー界磁コイル６とで等しくなるようにコイル断面積Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを増大させる。以上磁束密度Ｂとモータ電流Ｉの観点から、モータ出力Ｐｏを増大させるためには、磁極断面積Ｓａ、Ｓｂを大きくし、コイル断面積Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを大きくすればよいことがわかる。
【００４１】
そこで、図５（ａ）においては、磁極断面積Ｓａ、Ｓｂを大きくするために、アウター爪磁極断面積Ｓａは、アウター固定子磁心断面積Ｓｏａより大きく（Ｓａ＞Ｓｏａ）、厚さｔａは、厚さｔｏａより大きく（ｔａ＞ｔｏａ）、インナー爪磁極断面積Ｓｂは、インナー固定子磁心断面積Ｓｏｂより大きく（Ｓｂ＞Ｓｏｂ）、厚さｔｂは、厚さｔｏｂより大きく（ｔｂ＞ｔｏｂ）なるように設定している。
【００４２】
図５（ｂ）においては、アウター爪磁極断面積Ｓａは、アウター固定子磁心断面積Ｓｏａと異なり（Ｓａ≠Ｓｏａ）、厚さｔａは、厚さｔｏａと異なり（ｔａ≠ｔｏａ）、インナー爪磁極断面積Ｓｂは、インナー固定子磁心断面積Ｓｏｂと異なり（Ｓｂ≠Ｓｏｂ）、厚さｔｂは、厚さｔｏｂと異なっている（ｔｂ≠ｔｏｂ）。さらに、アウター爪磁極断面積Ｓａは、インナー爪磁極断面積Ｓｂより大きく（Ｓａ＞Ｓｂ）、厚さｔａは、厚さｔｂより大きく（ｔａ＞ｔｂ）、アウターコイル断面積Ｓ１ａは、インナーコイル断面積Ｓ１ｂより大きく（Ｓ１ａ＞Ｓ１ｂ）設定されている。中心線１９は、アウターステータ３にかかっている。
【００４３】
磁極断面積Ｓａ、Ｓｂを大きくするために、図５（ａ）と同様に、アウター爪磁極断面積Ｓａは、アウター固定子磁心断面積Ｓｏａより大きく（Ｓａ＞Ｓｏａ）、厚さｔａは、厚さｔｏａより大きく（ｔａ＞ｔｏａ）、インナー爪磁極断面積Ｓｂは、インナー固定子磁心断面積Ｓｏｂより大きく（Ｓｂ＞Ｓｏｂ）、厚さｔｂは、厚さｔｏｂより大きく（ｔｂ＞ｔｏｂ）なるように設定している。これに留まらず、外側モータをさらに大トルク仕様の設計、内側モータを高速回転仕様の設計にしている。このために、アウター爪磁極断面積Ｓａは、インナー爪磁極断面積Ｓｂより大きく（Ｓａ＞Ｓｂ）、厚さｔａは、厚さｔｂより大きく（ｔａ＞ｔｂ）、アウターコイル断面積Ｓ１ａは、インナーコイル断面積Ｓ１ｂより大きく（Ｓ１ａ＞Ｓ１ｂ）設定している。アウター界磁コイル５の巻線量は、インナー界磁コイル６の巻線量より多くなっている。
【００４４】
図５（ｃ）においては、アウター爪磁極断面積Ｓａは、アウター固定子磁心断面積Ｓｏａと異なり（Ｓａ≠Ｓｏａ）、厚さｔａは、厚さｔｏａと異なり（ｔａ≠ｔｏａ）、インナー爪磁極断面積Ｓｂは、インナー固定子磁心断面積Ｓｏｂと異なり（Ｓｂ≠Ｓｏｂ）、厚さｔｂは、厚さｔｏｂと異なっている（ｔｂ≠ｔｏｂ）。さらに、アウター爪磁極断面積Ｓａは、インナー爪磁極断面積Ｓｂより小さく（Ｓａ＜Ｓｂ）、厚さｔａは、厚さｔｂより小さく（ｔａ＜ｔｂ）、アウターコイル断面積Ｓ１ａは、インナーコイル断面積Ｓ１ｂより小さく（Ｓ１ａ＜Ｓ１ｂ）設定されている。中心線１９は、インナーステータ４のインナー界磁コイル６にかかっている。
【００４５】
磁極断面積Ｓａ、Ｓｂを大きくするために、図５（ａ）と同様に、アウター爪磁極断面積Ｓａは、アウター固定子磁心断面積Ｓｏａより大きく（Ｓａ＞Ｓｏａ）、厚さｔａは、厚さｔｏａより大きく（ｔａ＞ｔｏａ）、インナー爪磁極断面積Ｓｂは、インナー固定子磁心断面積Ｓｏｂより大きく（Ｓｂ＞Ｓｏｂ）、厚さｔｂは、厚さｔｏｂより大きく（ｔｂ＞ｔｏｂ）なるように設定している。これに留まらず、外側モータを高速回転仕様の設計、内側モータをさらに大トルク仕様の設計にしている。このために、アウター爪磁極断面積Ｓａは、インナー爪磁極断面積Ｓｂより小さく（Ｓａ＜Ｓｂ）、厚さｔａは、厚さｔｂより小さく（ｔａ＜ｔｂ）、アウターコイル断面積Ｓ１ａは、インナーコイル断面積Ｓ１ｂより小さく（Ｓ１ａ＜Ｓ１ｂ）設定している。アウター界磁コイル５の巻線量は、インナー界磁コイル６の巻線量より少なくなっている。
【００４６】
このように、粉末成型体によりステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの断面形状を変更することで、所要のモータトルク出力に対応することができる。
【００４７】
また、実施形態では、第１アウター爪磁極１６Ａの個数と、第１インナー爪磁極１７Ａの個数が同一であるが、異数にして異極数のステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを粉末成型により一体加工することも可能である。一般的に、極数が少ないモータは高速回転モータとなり、極数の多いモータは低コギングトルクを有し、低振動・低騒音性に優れたモータとなる。第１アウター爪磁極１６Ａと第１インナー爪磁極１７Ａ等は、極数の変更を容易にし、組立て加工を簡素化するため、成型体作製時に然るべき凹凸痕を、第１アウター爪磁極１６Ａと第１インナー爪磁極１７Ａ等と第１アウター固定子磁心７Ａと第１インナー固定子磁心８Ａ等とに施し、第１アウター爪磁極１６Ａと第１インナー爪磁極１７Ａ等を、第１アウター固定子磁心７Ａと第１インナー固定子磁心８Ａ等に、嵌め込むことも可能である。
【００４８】
以上のように、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを設計し、アウターロータ９とインナーロータ１０との間の１つのスペースを、アウターステータ３とインナーステータ４の両方に按配して配分することにより、外側モータの出力と内側モータの出力とを調節でき、内側モータの出力を増大させることができる。
【００４９】
ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを、磁性粉末より一体成型加工することにより、アウター爪磁極断面積Ｓａ、アウター固定子磁心断面積Ｓｏａ、インナー爪磁極断面積Ｓｂ、インナー固定子磁心断面積Ｓｏｂ等を自由に設計することが可能であり、磁路面積の設計自由度が大きくなり、磁路面積の設計自由度が増したことで、所要モータトルク出力に対応できる制御が、小型化かつ高効率で可能となる。
【００５０】
そして、この調節に際して、アウターロータ９とインナーロータ１０の調節は基本的に不要であり、アウターロータ９で規定される二軸同心軸モータ１のモータ体格は小型のままである。すなわち、このような二軸同心軸モータ１によれば、内側モータを外側モータに内包させて二軸同心軸モータ１を小型に維持したまま、内側モータの出力を増大させることができる。
【００５１】
また、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの粉末成形体は、従来の電磁鋼板に比べ容易に粉砕できるという特性を有する。そこで、使用済みモータは、モータを分解し、ステータユニット２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを取り出し、機械的に粉砕することで、容易に磁性体塊と導線塊に分けることができる。このことにより、リサイクル構造が構築でき、最近要求される環境への配慮を高めることができる。つまり、モータ回収・再資源化において、鉄系材料と銅系材料を簡易に分別できる。現状、銅系スクラップが鉄系スクラップに混入するという金属リサイクル段階での問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】一実施形態に係る二軸同心軸モータの断面図である。
【図２】二軸同心軸モータを構成するステータユニットの斜視図である。
【図３】ステータユニットの分解斜視図である。
【図４】ステータユニットを構成する第１爪磁心の斜視図の一部分である。
【図５】ステータユニットを構成する、第１爪磁心とアウター界磁コイルとインナー界磁コイルの断面図であり、（ａ）はアウター爪磁極断面積とインナー爪磁極断面積とが等しい場合であり、（ｂ）は、アウター爪磁極断面積がインナー爪磁極断面積より大きい場合であり、（ｃ）は、アウター爪磁極断面積がインナー爪磁極断面積より小さい場合である。
【符号の説明】
【００５３】
１      二軸同心軸モータ
２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ  ステータユニット
３      アウターステータ
４      インナーステータ
５      アウター界磁コイル
６      インナー界磁コイル
７Ａ    第１アウター固定子磁心
７Ｂ    第２アウター固定子磁心
８Ａ    第１インナー固定子磁心
８Ｂ    第２インナー固定子磁心
９      アウターロータ
１０    インナーロータ
１１    アウター軸受
１２    インナー軸受
１３    ケース
１４    モールド樹脂
１５    合体面
１６Ａ  第１アウター爪磁極
１６Ｂ  第２アウター爪磁極
１７Ａ  第１インナー爪磁極
１７Ｂ  第２インナー爪磁極
１８Ａ  第１継鉄
１８Ｂ  第２継鉄
１９    中心線
【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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