(57)【要約】  永久磁性積層型モータは、平行に配設される２枚のエンドプレート（１５、１６）と、２枚のエンドプレート（１５、１６）の間に回転可能に設けられる回転軸（１）と、回転軸（１）の外縁に交互に嵌着され、軸方向に圧着されるｎ＋１個のロータユニット（１１、１２、１３、１４）及びｎ個のスペーサーリング（８、９、１０）と、回転軸の外縁に嵌着され、最外側の２つのロータユニット（１１、１４）の外側面にそれぞれ当接される２つの透磁リング（６、７）と、各スペーサーリング（８、９、１０）の外縁にそれぞれ対応して嵌設されるｎ個のステータユニット（３７、３８、３９）と、を含み、各ステータユニット（３７、３８、３９）とそれに隣接するロータユニット（１１、１２、１３、１４）との間にそれぞれ同様の軸方向空隙（４０）が形成され、ｎ個のステータユニット（３７、３８、３９）は、複数の取付スクリュー（７４、７５）及び２枚の所述エンドプレート（１５、１６）により軸方向において固接される。前記永久磁性積層型モータによれば、重量が軽減され、体積が縮小され、自己冷却効果もよいなどの効果が得られ、ケイ素鋼板の利用率を向上できるとともに、構成材料の消耗を効果的に低減でき、その比出力が一般の筒状のモータ及びプレート状のモータよりも大幅に大きい。【選択図】図１
2015528682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配設される２枚のエンドプレートと、
前記２枚のエンドプレートの間に回転可能に設けられる回転軸と、
前記回転軸の外縁に交互に嵌着され、軸方向に圧着されるｎ＋１個のロータユニット及びｎ個のスペーサーリングと、
前記回転軸の外縁に嵌着され、最外側の２つのロータユニットの外側面にそれぞれ当接される２つの透磁リングと、
前記スペーサーリングの各々の外縁にそれぞれ対応して嵌設されるｎ個のステータユニットと、を含み
前記ステータユニットの各々とそれに隣接する前記ロータユニットとの間にそれぞれ同様の軸方向空隙が形成され、ｎ個の前記ステータユニットは、複数の取付スクリュー及び２枚の所述エンドプレートにより軸方向において固接され、
前記ロータユニットの各々は、
端面の基準円に２ｐ個の軸方向貫通孔が均一に分布されるロータプレートと、
２ｐ個の前記軸方向貫通孔にそれぞれ嵌合される２ｐ個のマグネットと、を備え、
２ｐ個のマグネットの着磁方向が前記回転軸に平行し、２ｐ個の前記マグネットの極性が前記基準円に沿って交互に配列され、
ｎ＋１個の前記ロータユニットにおけるマグネットが前記回転軸の延設方向に互いに揃えられ、交互に揃えられたマグネットの磁束線が同方向であり、ここで、ｎ、ｐが自然数である、ことを特徴とする永久磁性積層型モータ。
【請求項２】
前記ステータユニットの各々は、
平行に配設されて互いに鏡像となる一対のステータ基板からなるステータフレームであって、前記スペーサーリングの外縁に嵌設されるステータフレームと、
前記一対のステータ基板の間に挟持され、前記基準円に均一に分布される２ｐ個の鉄心と、
前記鉄心の各々の外縁に巻き付けられるコイルと、
を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁性積層型モータ。
【請求項３】
ｎ≧２の場合、前記ステータユニットの各々の２ｐ個の鉄心と、それに隣接するステータユニットの２ｐ個の鉄心との位置が、軸方向から見て、互いにずれ、又は互いに揃えられる、ことを特徴とする請求項２に記載の永久磁性積層型モータ。
【請求項４】
前記ステータ基板の表面に、前記コイルが巻き付けられた鉄心を挿入するための２ｐ個の段差孔が前記基準円に均一に分布されるように設けられる、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の永久磁性積層型モータ。
【請求項５】
前記鉄心の外縁に段差面が設けられ、前記鉄心の両端部の外径をその中段部の外径よりも小さくするとともに、前記ステータ基板における段差孔の小内径に合わせ、前記コイルが鉄心の中段部に巻き付けられ、前記コイルの軸方向厚さを鉄心の中段部の軸方向厚さに合わせ、前記コイルの外径をステータ基板における段差孔の大内径に合わせる、ことを特徴とする請求項４に記載の永久磁性積層型モータ。
【請求項６】
前記回転軸の一端に、当該回転軸に垂直して一体成形された当接板が設けられ、前記回転軸の他端の外縁にねじが設けられ、前記透磁リング、ロータユニット及びスペーサーリングが締め付けナットによって前記当接板に対して軸方向に一体に圧着される、ことを特徴とする請求項１−３、５のうちのいずれか一項に記載の永久磁性積層型モータ。
【請求項７】
前記当接板の端面に、同一の円周に均一に分布される複数の軸方向の当接板通気孔が設けられ、
前記ロータプレートの端面に、同一の円周に均一に分布される複数の軸方向のロータ通気孔が設けられ、
前記透磁リングの端面に、同一の円周に均一に分布される複数の軸方向の透磁リング通気孔が設けられ、
前記スペーサーリングの端面に、同一の円周に均一に分布される複数のスペーサーリング軸方向通気孔が設けられ、前記スペーサーリングの外縁に、前記複数のスペーサーリング軸方向通気孔にそれぞれ連通する複数のスペーサーリング径方向通気孔が設けられ、
前記エンドプレートの端面に、均一に分布される複数の軸方向のエンドプレート通気孔が設けられる、ことを特徴とする請求項６に記載の永久磁性積層型モータ。
【請求項８】
前記ステータ基板の周縁に、前記取付スクリューを挿通するための基板取付孔が複数設けられ、前記ステータユニットの各々における一対のステータ基板の間に、前記基板取付孔と同心になるようにフレーム内座金が接着される、ことを特徴とする請求項２、３、５又は６に記載の永久磁性積層型モータ。
【請求項９】
前記エンドプレートの周縁に、前記取付スクリューを挿通するためのエンドプレート取付孔が複数設けられ、前記ステータユニットとエンドプレートとの間に、前記エンドプレート取付孔と同心になるスペーサーが設けられる、ことを特徴とする請求項８に記載の永久磁性積層型モータ。
【請求項１０】
ｎ≧２の場合、２つずつの隣接する前記ステータユニットの間に、前記取付スクリューの外縁に嵌設される複数のスペーサーが介設される、ことを特徴とする請求項９に記載の永久磁性積層型モータ。
【請求項１１】
前記マグネット及び鉄心は、円柱状、多角柱状、楕円柱状、又は扇柱状に形成される、ことを特徴とする請求項１−３、５、７、９、１０のうちの何れか一項に記載の永久磁性積層型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁性モータに関し、特に、磁路が軸方向に沿う永久磁性積層型モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般の発電機は、筒状に構成され、柱状のロータと筒状のステータとが同軸になり、また、出力の便宜のために、通常、電機子がステータとして外方に配置される。このような発電機の比出力（モータの重量当たりの出力）が約０．２ｋｗ／ｋｇとなり、航空用の発電機は、最高で、０．５ｋｗ／ｋｇとなる。
【０００３】
このような従来のモータは、体積が大きいので、通常、その製造に大量の原材料が消耗され、また、ケイ素鋼板の利用率もあまり高くないので、経済的ではない。例えば、特許文献１、特許文献２に開示のモータは、ロータマグネットがロータプレートの両側に接着されているため、モータの体積が大幅に大きくなる。そして、慣用のステータ巻線は、ケイ素鋼板のスロットに巻き付けられるので、ケイ素鋼板の利用率が大幅に低下する。
【０００４】
なお、工業が高速に発展されている現時点では、多くの分野でモータの比出力に対する要求が高くなり、そのために、工業ニーズを満たす新型のモータを開発する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】中国特許ＺＬ８７１０８３１９１
【特許文献２】中国特許ＺＬ２０１１１０１０４４５８．８ＺＬ８７１０８３１９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した従来技術における技術課題を解決するためになされたものであり、モータの重量を低減し、モータの体積を小さくすることにより、比出力を向上させることができる永久磁性積層型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】
【０００７】
本発明に係る永久磁性積層型モータは、平行に配設される２枚のエンドプレートと、
前記２枚のエンドプレートの間に回転可能に設けられる回転軸と、
前記回転軸の外縁に交互に嵌着され、軸方向に圧着されるｎ＋１個のロータユニット及びｎ個のスペーサーリングと、
前記回転軸の外縁に嵌着され、最外側の２つのロータユニットの外側面にそれぞれ当接される２つの透磁リングと、
前記各スペーサーリングの外縁にそれぞれ対応して嵌設されるｎ個のステータユニットと、を含み
前記各ステータユニットとそれに隣接する前記ロータユニットとの間にそれぞれ同様の軸方向空隙が形成され、ｎ個の前記ステータユニットは、複数の取付スクリュー及び２枚の所述エンドプレートにより軸方向において固接され、
前記各ロータユニットは、
端面の基準円に２ｐ個の軸方向貫通孔が均一に分布されるロータプレートと、
２ｐ個の前記軸方向貫通孔にそれぞれ嵌合される２ｐ個のマグネットと、を備え、
２ｐ個のマグネットの着磁方向が前記回転軸に平行し、２ｐ個の前記マグネットの極性が前記基準円に沿って交互に配列され、
ｎ＋１個の前記ロータユニットにおけるマグネットが前記回転軸の延設方向に互いに揃えられ、交互に揃えられたマグネットの磁束線が同方向であり、ここで、ｎ、ｐが自然数である。
【０００８】
前記永久磁性積層型モータにおいて、前記各ステータユニットは、
平行に配設されて互いに鏡像となる一対のステータ基板からなるステータフレームであって、前記スペーサーリングの外縁に嵌設されるステータフレームと、
前記一対のステータ基板の間に挟持され、前記基準円に均一に分布される２ｐ個の鉄心と、
前記各鉄心の外縁に巻き付けられるコイルと、を含む。
【０００９】
前記永久磁性積層型モータにおいて、ｎ≧２の場合、前記各ステータユニットの２ｐ個の鉄心と、それに隣接するステータユニットの２ｐ個の鉄心との位置が、軸方向から見て、互いにずれ、又は互いに揃えられる。
【００１０】
前記永久磁性積層型モータにおいて、前記ステータ基板の表面に、前記コイルが巻き付けられた鉄心を挿入するための２ｐ個の段差孔が前記基準円に均一に分布されるように設けられる。
【００１１】
前記永久磁性積層型モータにおいて、前記鉄心の外縁に段差面が設けられ、前記鉄心の両端部の外径をその中段部の外径よりも小さくするとともに、前記ステータ基板における段差孔の小内径に合わせ、前記コイルが鉄心の中段部に巻き付けられ、前記コイルの軸方向厚さを鉄心の中段部の軸方向厚さに合わせ、前記コイルの外径をステータ基板における段差孔の大内径に合わせる。
【００１２】
前記永久磁性積層型モータにおいて、前記回転軸の一端に、当該回転軸に垂直して一体成形された当接板が設けられ、前記回転軸の他端の外縁にねじが設けられ、前記透磁リング、ロータユニット及びスペーサーリングが締め付けナットによって前記当接板に対して軸方向に一体に圧着される。
【００１３】
前記永久磁性積層型モータにおいて、
前記当接板の端面に、同一の円周に均一に分布される複数の軸方向の当接板通気孔が設けられ、
前記ロータプレートの端面に、同一の円周に均一に分布される複数の軸方向のロータ通気孔が設けられ、
前記透磁リングの端面に、同一の円周に均一に分布される複数の軸方向の透磁リング通気孔が設けられ、
前記スペーサーリングの端面に、同一の円周に均一に分布される複数のスペーサーリング軸方向通気孔が設けられ、前記スペーサーリングの外縁に、前記複数のスペーサーリング軸方向通気孔にそれぞれ連通する複数のスペーサーリング径方向通気孔が設けられ、
前記エンドプレートの端面に、均一に分布される複数の軸方向のエンドプレート通気孔が設けられる。
【００１４】
前記永久磁性積層型モータにおいて、前記ステータ基板の周縁に、前記取付スクリューを挿通するための基板取付孔が複数設けられ、前記各ステータユニットにおける一対のステータ基板の間に、前記基板取付孔と同心になるようにフレーム内座金が接着される。
【００１５】
前記永久磁性積層型モータにおいて、前記エンドプレートの周縁に、前記取付スクリューを挿通するためのエンドプレート取付孔が複数設けられ、前記ステータユニットとエンドプレートとの間に、前記エンドプレート取付孔と同心になるスペーサーが設けられる。
【００１６】
前記永久磁性積層型モータにおいて、ｎ≧２の場合、２つずつの隣接する前記ステータユニットの間に、前記取付スクリューの外縁に嵌設される複数のスペーサーが介設される。
【００１７】
前記永久磁性積層型モータにおいて、前記マグネット及び鉄心は、円柱状、多角柱状、楕円柱状、又は扇柱状に形成される。
【００１８】
上述した技術案によれば、本発明のモータは、比出力が一般の筒状のモータ及びプレート状のモータよりも大幅に大きいとともに、重量が軽減され、体積が縮小され、ケイ素鋼板の利用率が向上し、構成材料の消耗を効果的に低減でき、自己冷却効果もよい。特に、大型モータの材料の節約及び重量軽減（特に大型風力発電機）に対して意義がある。本発明のモータは、交通道具に最適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の永久磁性積層型モータの軸方向断面図である。
【図２（ａ）】図２（ａ）は、本発明におけるロータユニットの構成を示す正面図である。
【図２（ｂ）】図２（ｂ）は、本発明におけるロータユニットの軸方向断面図である。
【図３（ａ）】図３（ａ）は、本発明におけるステータ基板の構成を示す正面図である。
【図３（ｂ）】図３（ｂ）は、本発明におけるステータ基板の軸方向断面図である。
【図４（ａ）】図４（ａ）は、本発明におけるステータユニットの構成を示す正面図である。
【図４（ｂ）】図４（ｂ）は、本発明におけるステータユニットの軸方向断面図である。
【図５（ａ）】図５（ａ）は、本発明における鉄心及びコイルの構成を示す正面図である。
【図５（ｂ）】図５（ｂ）は、本発明における鉄心及びコイルの軸方向断面図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）は、本発明におけるスペーサーリングの構成を示す正面図である。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）は、本発明におけるスペーサーリングの構成を示す下面図である。
【図６（ｃ）】図６（ｃ）は、本発明におけるスペーサーリングの軸垂直方向の構成を示す断面図である。
【図６（ｄ）】図６（ｄ）は、本発明におけるスペーサーリングの軸方向断面図である。
【図７（ａ）】図７（ａ）は、本発明における透磁リングの構成を示す正面図である。
【図７（ｂ）】図７（ｂ）は、本発明における透磁リングの軸方向断面図である。
【図８（ａ）】図８（ａ）は、本発明におけるエンドプレートの構成を示す正面図である。
【図８（ｂ）】図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ方向の断面図である。
【図８（ｃ）】図８（ｃ）は、本発明におけるエンドプレートを９０°回転した場合の構成を示す正面図である。
【図８（ｄ）】図８（ｄ）は、図８（ｃ）のＢ−Ｂ方向の断面図である。
【図９（ａ）】図９（ａ）は、本発明における中空回転軸の構成を示す側面図である。
【図９（ｂ）】図９（ｂ）は、本発明における中空回転軸の軸方向断面図である。
【図１０（ａ）】図１０（ａ）は、本発明の実施例１において、各ステータユニットの鉄心ずれを示す模式図であり、第１のステータユニットにおける鉄心の位置とロータユニットにおけるマグネットの位置との位相差が０°に設定される場合を示す。
【図１０（ｂ）】図１０（ｂ）は、本発明の実施例１において、各ステータユニットの鉄心ずれを示す模式図であり、第２のステータユニットにおけるすべての鉄心の位置が基準円に沿って１５°回転される場合を示す。
【図１０（ｃ）】図１０（ｃ）は、本発明の実施例１において、各ステータユニットの鉄心ずれを示す模式図であり、第３のステータユニットにおけるすべての鉄心の位置が基準円に沿って３０°回転される場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
【００２１】
図１−図１０（ａ）−（ｃ）に示すように、本発明に係る永久磁性積層型モータは、主に、平行に配設されている２枚のエンドプレート１５,１６と、２つの軸承２,３を介して２枚のエンドプレート１５,１６の間に回転可能に設けられている回転軸１と、回転軸１の外縁に交互に嵌着されているｎ＋１個のロータユニット及びｎ個のスペーサーリングと、回転軸１の外縁に嵌着され、最外側の２つのロータユニットの外側面にそれぞれ当接されている２つの透磁リング６,７と、各スペーサーリングの外縁にそれぞれ対応して嵌設されているｎ個のステータユニットとを含み、各ステータユニットとそれに隣接するロータユニットとの間に同様の軸方向空隙４０が設けられ、ステータユニットの縁部がいくつかの取付スクリュー及び２枚のエンドプレート１５,１６により軸方向において固接され、ここで、ｎが自然数である。
【００２２】
本実施例において、ｎ＝３とする（これは、慣用の３相発電機又は３相モータに合致させるため）。すなわち、スペーサーリング及びステータユニットの数をともに３に設定する。図において、それぞれ、スペーサーリング８,９，１０、及びステータユニット３７,３８,３９で示す。これから分かるように、ｎ＋ｌ＝４で、即ち、ロータユニットの数が４である。図において、それぞれ、ロータユニット１１,１２,１３,１４で示す。
【００２３】
以下、上記の部材についてそれぞれ詳述する。
【００２４】
回転軸１は、その一端に、当該回転軸１の軸方向に垂直して一体成形された当接板４が形成されている。当接板４の端面には、軸方向に沿う当接板通気孔が複数形成され、複数の当接板通気孔が同一の円周に均一に配置されている。図９（ａ）に示すように、本実施例において、当接板４には、３つの当接板通気孔８７,８８,８９が形成されている。図９（ｂ）に示すように、重量を軽減するために、本実施例における回転軸１は、中空なものである。締め付けナット５を回転軸１の他端のネジに位置合わせしてから、締め付けナット５を締め付けることにより、透磁リング６,７、ロータユニット１１,１２,１３,１４及びスペーサーリング８,９,１０を軸方向に一体となるように確実に圧着させ、透磁リング６を当接板４に当接させることができる。
【００２５】
また、当接板４は、その平面が回転軸１に垂直であるため、各ロータユニット１１,１２,１３,１４の回転時の軸方向の揺らぎを最小限に制限でき、空隙を小さくして、空隙の磁束密度を増加させることができる。当接板４及び締め付けナット５のもう一つの重要な作用は、回転軸１の軸方向における各ステータユニット３７,３８,３９及びスペーサーリング８,９,１０のスライドを抑制できる。具体的に、ステータ鉄心の両側に対するロータのマグネットの吸着力が完全にバランスが取れることが不可能であるため、このような軸方向におけるスライドが必ず存在するが、必ず抑制しなければならない。そうしないと、ステータユニットとロータユニットとが互いに吸着されて、ロータアセンブリー（即ち、すべての移動部材の集合体であり、ロータユニット、スペーサーリング、透磁リング、回転軸、軸承及び締め付けナットを含む）が回転できなくなる。このようなスライドを防止するために、回転軸１の外縁にキー溝９０が設けられ、それに対応して、透磁リング６,７、ロータユニット１１,１２,１３,１４、及びスペーサーリング８,９,１０にもキー溝（図示せず）が設けられる。そして、キー（図示せず）を回転軸１のキー溝９０に係合させる。回転軸１の両端には、軸承２、３の内縁にそれぞれ当接する回転軸段差９１,９２が形成されている。回転軸段差９１,９２の作用は、回転軸１が軸方向において軸承２,３の間でスライドすることを抑止することにある。なお、軸承２,３は、一定の軸方向力を受けるため、深溝軸承２,３を使用する。
【００２６】
図２（ａ）,（ｂ）に示すように、ロータユニット１１を例とすると、各ロータユニットは、ロータプレート２５と、当該ロータプレート２５に確実に嵌合され、基準円４９において均一に分布されている２ｐ個のマグネットとを含む。マグネットが嵌合されるロータプレート２５は、機械強度が高い低密度絶縁材料又は高抵抗材料、例えば、エポキシプレートを使用する。ロータプレート２５は、円盤状に形成され、その中央に、回転軸１に固接されるための軸孔及びキー溝が形成され、その基準円４９に、２ｐ個のマグネットをそれぞれ嵌合させるための２ｐ個の軸方向貫通孔が形成される。２ｐ個のマグネットは、その着磁方向が回転軸１に平行し、且つ、その極性が基準円４９において交互に配列される。各ロータユニットにおいて、各マグネットが回転軸１の軸方向に沿って揃えられ、揃えられたマグネットの磁束線が同方向となり、ｐが自然数である。
【００２７】
本実施例において、２ｐ＝８の場合、即ち、各ロータユニットにおけるマグネットの数が８である場合、ロータの磁極対の数が４対となる。図において、ロータユニット１１におけるマグネット２１、ロータユニット１２におけるマグネット２２、ロータユニット１３におけるマグネット２３、及びロータユニット１４におけるマグネット２４を示す。マグネットの形状は、円柱状にしてもよく、多角柱状、楕円柱状や扇形柱状にしてもよい。
【００２８】
マグネットは、ロータプレートの内部に嵌合されるため、マグネットが基板の両側に接着される従来の技術（例えば、特許文献１、特許文献２）に比べて、本発明は、磁路が短縮され、漏れ磁束が減少され、磁気抵抗及びモータの体積が減少される。なお、従来の技術におけるロータは、基板が薄すぎると、強度が足りなく、厚すぎると、重すぎるが、本発明には、このような問題が存在しない。なお、放熱及び重量軽減のために、各ロータプレート２５の端面に、同一の円周（基準円４９の内側に位置する）に沿って均一に分布されている複数の軸方向のロータ通気孔、例えば、図２（ａ）に示すロータ通気孔１７,１８,１９が設けられている。
【００２９】
図１に示すように、透磁リング６,７は、それぞれ２つのロータユニット１１,１４の外側面に当接される。透磁リング６,７は、その中央に、回転軸１に固接されるための軸孔及びキー溝が設けられ、その直径がロータユニットにおけるマグネットを完全に覆うように構成される。透磁リング６,７は、高透磁率材料で形成され、マグネットからの吸引によって、両端にあるロータユニット１１,１４に自動的に当接される。透磁リング６,７は、透磁リングを経由して磁束線を隣接する両マグネットの間でサイクルさせて、低磁気抵抗の閉回路を形成する。したがって、主にステータユニットとロータユニットとの間の空隙４０で磁気抵抗が発生するため、磁路が短くなり、磁気抵抗が小さくなる。すなわち、本発明の磁束線の回路において、作動空隙の他に、磁束線の全部が低磁気抵抗材料を通過する。透磁リングを備えず、磁束線が空気又はステータにてサイクルする従来の技術に比べて、本発明は、空隙における磁束密度を向上できる（本発明によって製造されたサンプルにおいて、作動空隙における磁束密度が１．２Ｔよりも大きいと測定され、かなり高い磁束密度が得られることが確認された）。なお、放熱及び重量軽減のために、透磁リング６,７の端面には、同一の円周（基準円４９の内側に位置する）に沿って均一に分布されている複数の軸方向の透磁リング通気孔、例えば図７（ａ）に示す透磁リング通気孔７１,７２,７３が設けられている。
【００３０】
スペーサーリング８,９,１０は、低密度プラスチック又はエポキシプレートで円盤状に形成され、その中央に、回転軸１に固接されるための軸孔及びキー溝が設けられている。スペーサーリング８,９,１０は、隣接する両ロータユニットの間にステータユニット３７,３８,３９を挿入するための空間を設けるものとして、機能する。同様に、空気通過及び重量軽減のために、スペーサーリング（例えば、図６（ａ）−（ｄ）においてスペーサーリング８を例として示す）の端面には、同一の円周に沿って均一に分布されている複数のスペーサーリング軸方向通気孔８４,８５,８６が形成され、スペーサーリングの外縁には、スペーサーリング軸方向通気孔８４,８５,８６にそれぞれ連通する複数のスペーサーリング径方向通気孔８１,８２,８３が設けられている。
【００３１】
図４（ａ）,（ｂ）に示すように、各ステータユニットは、ステータフレームと、２ｐ個の鉄心と、各鉄心の外縁にそれぞれ巻き付けられている２ｐ個のコイルとを含み、ここで、ｐが自然数である。ステータフレームは、平行に配設されて、互いに鏡像となる一対のステータ基板からなる（例えば、図１に示すステータユニット３７のステータ基板３１,３２、ステータユニット３８のステータ基板３３,３４、ステータユニット３９のステータ基板３５,３６）。２ｐ個の鉄心は、ステータ基板の間に挟み込まれ、基準円４９に均一に分布されている。
【００３２】
本実施例において、２ｐ＝８の場合、即ち、各ステータユニットにおける鉄心及びコイルの数が各ロータユニットにおけるマグネットの数と同じで、ともに８である。図において、ステータユニット３７における鉄心４６及びコイル４１，ステータユニット３８における鉄心４７及びコイル４２，ステータユニット３９における鉄心４８及びコイル４３を示す。
【００３３】
各ステータ基板は、中央に円孔３０が形成される多角形となる。円孔３０の直径は、スペーサーリング８,９,１０の外径よりもやや大きく、回転時にスペーサーリング８,９,１０がステータフレームに接触しない程度に設定される。また、ステータユニット３７,３８,３９の軸方向厚さがスペーサーリング８,９,１０の軸方向厚さ（スペーサーリングの軸方向厚さは、ステータユニットの軸方向厚さと、空隙４０の２倍厚さとの合計厚さとなる）よりも小さくなっているため、ステータユニットと、それに隣接するロータユニットとの間に空隙４０が介在される。空隙４０は、回転時に、ロータユニットがステータユニットに接触しない程度の大きさに形成される。鉄心とロータユニットにおけるマグネットとが対応し、鉄心の軸線が回転軸１に平行する。
【００３４】
図３（ａ）,（ｂ）に示すように、本実施例において、ステータ基板３１を例とする。ステータ基板３１は、方形に形成され、高機械強度の絶縁体又は高抵抗率材料からなる。ステータ基板３１の表面には、鉄心４６及びコイル４１を挿入するための８つの段差孔５０が基準円４９に沿って均一に設けられている。ステータ基板３１の４つの角部には、基板取付孔２６,２７,２８,２９がそれぞれ設けられている。各ステータユニットにおける一対のステータ基板の間に、基板取付孔と同心になるように４つのフレーム内座金（図１に示すステータユニット３７のフレーム内座金６１，ステータユニット３８のフレーム内座金６２，ステータユニット３９のフレーム内座金６３）が介装される。したがって、４本の取付スクリュー（図１における取付スクリュー７４,７５を代表とする）をこれらの基板取付孔及び前記フレーム内座金に貫通させて締め付けることにより、各ステータユニットを固着できる。
【００３５】
各鉄心の両端部にマグネットが当接され、且つ両端部のマグネットの吸着力が完全に同等しないため、各鉄心が軸方向の力を受けて軸方向に変位する可能性があるが、このような変位を抑制しなければならない。軸方向における鉄心の変位を防止するために、図５（ａ）,（ｂ）に示すように、本実施例では、鉄心４６及びコイル４１を例として、鉄心４６の外縁に段差面２０を設けるとともに、鉄心４６の両端部の外径をその中段部の外径よりも小さくし、ステータ基板における段差孔５０の小さい方の内径に合わせる。コイル４１は、鉄心４６の大径の中段部に巻き付けられる。コイル４１の軸方向厚さを当該中段部の軸方向厚さに合わせ、コイル４１の外径をステータ基板における段差孔５０の大内径に合わせることで、軸方向における鉄心の変位を効果的に抑制でき、ステータフレームの軸方向の剛度が充分となる。
【００３６】
本実施例において、鉄心４６,４７,４８は、柱状のケイ素鋼板鉄心を使用する。このような鉄心は、磁路における利用率が高い、即ち、すべての鉄心が磁気伝導に関与できるため、乱流を最大限に減少できる。ケイ素鋼板の平面は、回転軸１に平行である。すなわち、ケイ素鋼板の平面の法線が回転軸１に垂直である。なお、巻線空間をできるだけ大きくするために、コイル４１,４２，４３をそのまま鉄心４６,４７,４８に巻き付け、コイルと鉄心との間を薄絶縁層（図示せず）で隔離させる。コイルが鉄心ケイ素鋼板の径方向スロットに巻き付けられる従来の技術に比べて、本発明のようなコイル及び鉄心は、ケイ素鋼板の利用率を向上でき、ケイ素鋼板の加工プロセスを簡単化でき、ケイ素鋼板の廃棄率及び製造コストを低減できる。また、伝統のステータ構造の骨格の代わりに、ステータ基板からなるステータフレームを使用することによって、モータの重量及び体積が減少され、より多くのコイル巻き数が得られ、ステータユニットの軸方向の耐折強度が確保され、放熱しやすくなる。
【００３７】
本発明における各ステータユニットの起電力は各独立のコイルで発生するため、一般のモータとは異なる。本実施例において、各コイルの２つの端末をＡｇ及びＢｇ（ｇ＝ｌ，２，３…２ｐ，２ｐ＝８）にすると、各コイルが以下のように直列に接続される。
Ａ１−Ｂ１Ｂ２−Ａ２Ａ３−Ｂ３Ｂ４−Ａ４Ａ５−Ｂ５Ｂ６−Ａ６Ａ７−Ｂ７Ｂ８−Ａ８
その際に、端末Ａ１から端末Ａ８へ出力する起電力は、単個のコイルにおける起電力の２ｐ倍となり、即ち、８つのコイルにおける起電力の合計となり、内部抵抗も８つのコイルの内部抵抗の合計となる。
【００３８】
上記のような構成を有するステータユニットは、十分な巻線空間を有し、重量が軽減され、通風冷却がしやすくなり、十分な軸方向耐折強度を有するという４つの目的を実現できる。
【００３９】
本実施例において、３つのステータユニット３７,３８,３９を用いることで、一般の位相差が１２０°となる三相電流が得られる。具体的に、三相電流を得るために、各ステータユニット３７,３８,３９の段差孔５０の位置が互いにずれている（各ステータ基板における基板取付孔の位置は、ずれていない）。図１０に示すように、ステータユニット３７におけるすべての鉄心４６の位置をロータユニットにおけるマグネットの位置に重ねるようにし、基準円４９における両者の位置差を０°にする。その場合、ステータユニット３８におけるすべての鉄心４７の位置が基準円４９に沿って（３６０°／２ｐ）×（１／ｎ）＝１５°回転され、ステータユニット３９におけるすべての鉄心４８の位置が基準円４９に沿って（３６０°／２ｐ）×（２／ｎ）＝３０°回転される。なお、ステータユニット３８におけるすべての鉄心４７の位置が基準円４９に沿って（３６０°／ｐ）×（１／ｎ）＝３０°回転され、ステータユニット３９におけるすべての鉄心４８の位置が基準円４９に沿って（３６０°／ｐ）×（２／ｎ）＝６０°回転されるようにしてもよい。両者は、同じ效果が得られる。即ち、一般の位相差１２０°の三相電流が得られるとともに、モータ起動時のコギングトルクを低減でき、モータをより容易に起動できる。
【００４０】
図８（ａ）−（ｄ）に示すように、エンドプレート１５,１６は、軽質材料から構成され、その端面中心に、軸承２、３を嵌着するための軸受座５５が設けられている。回転軸１は、エンドプレート１５,１６の軸受座５５に回転可能である。エンドプレート１５,１６には、複数の軸方向のエンドプレート通気孔が均一に形成されている。図８（ａ）において、エンドプレート通気孔５１,５２,５３,５４を示す。エンドプレート１５,１６は、その４つの角部に、ステータユニットの基板取付孔２６,２７,２８,２９の位置に対応するエンドプレート取付孔５６,５７,５８,５９がそれぞれ設けられている。４本の取付スクリュー（図１における取付スクリュー７４,７５を代表とする）、ステータユニット３７,３９とエンドプレート１５,１６との間の８つの長座金（図１における長座金６４,６５を代表とする）、ステータユニット３７,３８,３９間の８つのフレーム間座金（図１におけるフレーム間座金６６,６７を代表とする）、及び８つ取付ナット（図１における取付ナット７６,７７,７８,７９を代表とする）により、ステータアセンブリー（即ち、すべての非移動部材の集合体であって、ステータユニット、エンドプレート、取付スクリュー、フレーム内座金、フレーム間座金及び長座金を含む）を確実に一体化する。モータは、多角柱状に形成され、ケースを有さないため、従来の技術における、円柱状のケースを備える筒状のモータに比べて、重量が軽減される。
【００４１】
ロータアセンブリーの回転時に、空気がエンドプレート１５におけるエンドプレート通気孔５１,５２,５３,５４から吸い込まれ、当接板４の当接板通気孔８７,８８,８９を通過し、さらに透磁リング６の透磁リング通気孔７１,７２,７３を通過し、ロータユニット１１におけるロータ通気孔１７,１８,１９を経由してスペーサーリング８に入る。一部の空気がロータユニット１１,１２及びスペーサーリング８の遠心力によって径方向に流れてコイル４１及び鉄心４６を冷却させ、一部の空気がロータユニット１２のロータ通気孔を通過して中央のスペーサーリング９に流れ込んでコイル４２及び鉄心４７を冷却させる。同様に、エンドプレート１６からの空気も、コイル４３,４２及び鉄心４８,４７を冷却させる。このように、本発明におけるロータアセンブリーは、その自身が遠心ファンとなり、冷却作用を発揮することで、モータの比出力を向上させる。
【００４２】
前記各ステータユニットにおける鉄心は、軸方向に沿って互いにずれなく、回転軸１に平行する一直線になるように配置されることで、単相電流が得られる。ただし、この構成の場合、コギングトルクが大きくなるため、ステータユニットがずれている場合に比べて、モータが起動しにくい。
【００４３】
なお、本発明において、長座金及びフレーム間座金の代わりに調整ナットを使用してもよい。調整ナットを使用すると、ステータユニットの位置及びステータユニットとロータユニットとの間の隙間を調整でき、ロータアセンブリーの軸方向力をほぼゼロに設定できる。
【００４４】
本発明のステータユニットの数は、３に限られず、例えば、ｎ＝ｌ，２，４，５，６…などの任意の数に設定してもよい。ロータ磁極対の数も、４に限られず、例えば、ｐ＝ｌ，２，３，５，６，７…の任意の数に設定してもよい。モータの他の構成は、実施例１と同様にする。
【００４５】
以上のように、本発明は、発電機に適用される場合、ロータユニットを回転させると、ステータユニットのコイルにて単相又は複相の交流電流を発生できる。また、モータに適用される場合、ステータユニットのコイルに複相の交流電流を流せることによって、ロータユニットが同期に回転される。本発明のモータは、出力重量比が大きく、体積が小さく、機構がコンパクトで、ケイ素鋼板の利用率が９５％を超えるというメリットを有する。一般の発電機の出力重量比が２００Ｗ／Ｋｇであり、航空用発電機が５００Ｗ／Ｋｇであるが、本発明の実際の出力重量比は、８００Ｗ／Ｋｇを超えている。本発明によれば、銅材及び鉄材を減少でき、陸海空交通に対して特別な意義がある。
【００４６】
上記の記載は、本発明の好ましい実施例を示すだけである。本発明の特許請求の範囲は、これらの実施例に限られない。当業者は、本願発明の前記実施例に対して各種の変形や変更をすることができる。本願発明の特許請求の範囲及び明細書の記載に基づいて行われる簡単で均等な修正又は変更も、本願発明の特許請求の範囲に含まれる。本発明で詳しく説明していない構成は、慣用技術内容である。
【図１】
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【図２（ａ）−２（ｂ）】
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【図３（ａ）−３（ｂ）】
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【図４（ａ）−４（ｂ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６（ａ）．６（ｄ）】
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【図６（ｂ）】
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【図６（ｃ）】
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【図７（ａ）−７（ｂ）】
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【図８（ａ）−８（ｄ）】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１０（ｃ）】
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【国際調査報告】
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