(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸周りに回転可能なロータと、回転軸方向の両側から前記ロータに対向配置された第１ステータおよび第２ステータとを備えるアキシャルギャップ型モータであって、
前記第１および前記第２ステータは、環状のバックヨークと、該バックヨークの周方向の所定間隔毎の位置で前記回転軸方向に前記ロータに向かい突出する複数のティースとを備え、
前記第１ステータの複数の前記ティースの周方向ピッチと前記第２ステータの複数の前記ティースの周方向ピッチとは同等であり、
前記第１ステータの前記ティースの周方向幅は、前記第２ステータの前記ティースの周方向幅よりも広く、
前記第１ステータの周方向で隣り合う前記ティース同士間の間隔であるスロット幅は、前記第２ステータの周方向で隣り合う前記ティース同士間の間隔であるスロット幅よりも狭く、
前記第１ステータの前記ティースの前記バックヨークの回転軸方向厚さは、前記第２ステータの前記ティースの前記バックヨークの回転軸方向厚さよりも厚く、
前記第１ステータの前記ティースの前記バックヨークの回転軸方向厚さと、前記第２ステータの前記ティースの前記バックヨークの回転軸方向厚さとの比と、前記第１ステータの前記ティースの周方向幅と、前記第２ステータの前記ティースの周方向幅との比とは、同等であることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項２】
前記第１ステータの周方向で隣り合う前記ティース同士間のスロットに装着されるステータ巻線の巻数と、前記第２ステータの周方向で隣り合う前記ティース同士間のスロットに装着されるステータ巻線の巻数とは同等であり、
前記第１ステータの前記スロットの回転軸方向深さは、前記第２ステータの前記スロットの回転軸方向深さよりも深いことを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アキシャルギャップ型モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば回転軸方向の両側からロータを挟み込むようにして対向配置された１対のステータを備え、ロータの永久磁石による界磁磁束に対して、１対のステータを介した磁束ループを形成する軸ギャップ型の永久磁石同期機が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−２７１７８４号公報
【特許文献２】特開２００１−１３６７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術に係る永久磁石同期機においては、回転方向に作用する磁気吸引力に起因するコギングトルクおよびトルクリップルの発生を抑制することが望まれている。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、コギングトルクおよびトルクリップルの発生を抑制することが可能な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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係るアキシャルギャップ型モータは、回転軸周りに回転可能なロータ（例えば、実施の形態でのロータ１１）と、回転軸方向の両側から前記ロータに対向配置された第１ステータ（例えば、実施の形態での第１ステータ１２Ａ）および第２ステータ（例えば、実施の形態での第２ステータ１２Ｂ）とを備えるアキシャルギャップ型モータであって、前記第１および前記第２ステータは、環状のバックヨーク（例えば、実施の形態での各ヨーク部２１ａ，２１ｂ）と、該バックヨークの周方向の所定間隔（例えば、実施の形態での所定のピッチＰ）毎の位置で前記回転軸方向に前記ロータに向かい突出する複数のティース（例えば、実施の形態での各ティース２２ａ，２２ｂ）とを備え、前記第１ステータの複数の前記ティースの周方向ピッチ（例えば、実施の形態での所定のピッチＰ）と前記第２ステータの複数の前記ティースの周方向ピッチ（例えば、実施の形態での所定のピッチＰ）とは同等であり、前記第１ステータの前記ティースの周方向幅は、前記第２ステータの前記ティースの周方向幅よりも広く、前記第１ステータの周方向で隣り合う前記ティース同士間の間隔であるスロット幅（例えば、実施の形態でのスロット幅Ｌ１）は、前記第２ステータの周方向で隣り合う前記ティース同士間の間隔であるスロット幅（例えば、実施の形態でのスロット幅Ｌ２）よりも狭く、前記第１ステータの前記ティースの前記バックヨークの回転軸方向厚さ（例えば、実施の形態での厚さＹ１）は、前記第２ステータの前記ティースの前記バックヨークの回転軸方向厚さ（例えば、実施の形態での厚さＹ２）よりも厚く、前記第１ステータの前記ティースの前記バックヨークの回転軸方向厚さと、前記第２ステータの前記ティースの前記バックヨークの回転軸方向厚さとの比と、前記第１ステータの前記ティースの周方向幅と、前記第２ステータの前記ティースの周方向幅との比とは、同等である。
【０００６】
さらに、本発明の第２態様に係るアキシャルギャップ型モータは、前記第１ステータの周方向で隣り合う前記ティース同士間のスロット（例えば、実施の形態での各スロット２３ａ，２３ｂ）に装着されるステータ巻線の巻数と、前記第２ステータの周方向で隣り合う前記ティース同士間のスロットに装着されるステータ巻線の巻数とは同等であり、前記第１ステータの前記スロットの回転軸方向深さは、前記第２ステータの前記スロットの回転軸方向深さよりも深い。
【発明の効果】
【０００８】
第１態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、第１ステータと第２ステータとに対し、ティースの周方向ピッチを同等とした状態でティースの周方向幅およびスロット幅を互いに異なる値とすることにより、互いのティース同士の周方向端部の周方向位置が一致することを防止することができ、コギングトルクおよびトルクリップルの増大を抑制することができる。
さらに、第２ステータに比べて第１ステータでは、ティースの周方向幅が相対的に広くなることに伴い、バックヨークの回転軸方向厚さが相対的に厚くされることで、各ステータのバックヨーク同士での磁束密度が均等化され、所望の磁気回路を適正化することができ、例えば径方向等の意図しない方向に磁束が通過してしまうことを抑制することができ、所望のトルクを容易に確保することができる。
【０００９】
さらに、第２態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、第２ステータに比べて第１ステータでは、相対的にスロット幅が狭くなることに伴い、スロットの回転軸方向深さが相対的に深くされることで、スロットに装着されるステータ巻線の巻数を同数とすることができ、ステータ巻線に対する通電状態を互いに同等の状態に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のアキシャルギャップ型モータの一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ１０は、例えば図１から図３に示すように、このアキシャルギャップ型モータ１０の回転軸Ｏ周りに回転可能に設けられた略円環状のロータ１１と、回転軸Ｏ方向の両側から所定の空隙を介してロータ１１を挟みこむようにして対向配置され、ロータ１１を回転させる回転磁界を発生する複数相の各固定子巻線を有する１対の第１ステータ１２Ａおよび第２ステータ１２Ｂとを備えて構成されている。
【００１２】
このアキシャルギャップ型モータ１０は、例えばハイブリッド車両や電動車両等の車両に駆動源として搭載され、出力軸がトランスミッション（図示略）の入力軸に接続されることで、アキシャルギャップ型モータ１０の駆動力がトランスミッションを介して車両の駆動輪（図示略）に伝達されるようになっている。
【００１３】
また、車両の減速時に駆動輪側からアキシャルギャップ型モータ１０に駆動力が伝達されると、アキシャルギャップ型モータ１０は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。さらに、例えばハイブリッド車両においては、アキシャルギャップ型モータ１０の回転軸が内燃機関（図示略）のクランクシャフトに連結されると、内燃機関の出力がアキシャルギャップ型モータ１０に伝達された場合にもアキシャルギャップ型モータ１０は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。
【００１４】
第１ステータ１２Ａは、略円環板状のヨーク部２１ａと、ロータ１１に対向するヨーク部２１ａの対向面上で周方向に所定間隔（所定のピッチＰ）をおいた位置から回転軸Ｏ方向にロータ１１に向かい突出すると共に径方向に伸びる複数のティース２２ａと、周方向で隣り合うティース２２ａ，２２ａ間のスロット２３ａに装着される固定子巻線（図示略）とを備えて構成されている。
第２ステータ１２Ｂは、略円環板状のヨーク部２１ｂと、ロータ１１に対向するヨーク部２１ｂの対向面上で周方向に所定間隔（第１ステータ１２Ａと同等の所定のピッチＰ）をおいた位置から回転軸Ｏ方向にロータ１１に向かい突出すると共に径方向に伸びる複数のティース２２ｂと、周方向で隣り合うティース２２ｂ，２２ｂ間のスロット２３ｂに装着される固定子巻線（図示略）とを備えて構成されている。
【００１５】
各ステータ１２Ａ，１２Ｂは、例えば主極が６個（例えば、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−）とされた６Ｎ型であって、一方（例えば、第１ステータ１２Ａ）の各Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極に対して、他方（例えば、第２ステータ１２Ｂ）の各Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−極が回転軸Ｏ方向で対向するように設定されている。
例えば第１ステータ１２ＡのＵ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極およびＵ−，Ｖ−，Ｗ−極の一方に対応する３個のティース２２ａ，２２ａ，２２ａと、第２ステータ１２ＢのＵ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極およびＵ−，Ｖ−，Ｗ−極の他方に対応する３個のティース２２ｂ，２２ｂ，２２ｂとが、回転軸Ｏ方向で対向するように設定され、回転軸Ｏ方向で対向する第１ステータ１２Ａのティース２２ａと、第２ステータ１２Ｂのティース２２ｂとに対する通電状態が電気角で反転状態となるように設定されている。
【００１６】
例えば図３に示すように、各ステータ１２Ａ，１２Ｂの各ヨーク部２１ａ，２１ｂの回転軸Ｏ方向での厚さは、径方向の内方から外方に向かい、同等であって、第１ステータ１２Ａのヨーク部２１ａの回転軸Ｏ方向での厚さＹ１は、第２ステータ１２Ｂのヨーク部２１ｂの回転軸Ｏ方向での厚さＹ２よりも厚く（つまり、Ｙ１＞Ｙ２）、各ステータ１２Ａ，１２Ｂの各ヨーク部２１ａ，２１ｂの回転軸Ｏ方向の内方のロータ１１側の端面つまり各ロータ対向面２１Ａｉ，２１Ｂｉは径方向に平行である。また、各ヨーク部２１ａ，２１ｂの回転軸Ｏ方向の外方側の各端面２１Ａｏ，２１Ｂｏは、径方向に平行である。
【００１７】
各ステータ１２Ａ，１２Ｂの各ティース２２ａ，２２ｂの回転軸Ｏ方向での厚さは、径方向の内方から外方に向かい、同等であって、第１ステータ１２Ａのティース２２ａの回転軸Ｏ方向での厚さＴ１は、第２ステータ１２Ｂのティース２２ｂの回転軸Ｏ方向での厚さＴ２よりも厚く（つまり、Ｔ１＞Ｔ２）、各ステータ１２Ａ，１２Ｂの各ティース２２ａ，２２ｂの回転軸Ｏ方向の内方のロータ１１側の端面つまり各ロータ対向面２２Ａ，２２Ｂは径方向に平行である。
これにより、第１ステータ１２Ａの回転軸Ｏ方向での厚さＳ１（＝Ｙ１＋Ｔ１）は、第２ステータ１２Ｂの回転軸Ｏ方向での厚さＳ２（＝Ｙ２＋Ｔ２）よりも厚くなっている。
【００１８】
また、各ティース２２ａ，２２ｂの各ロータ対向面２２Ａ，２２Ｂは略扇型であって、各ロータ対向面２２Ａ，２２Ｂの周方向幅は、径方向の内方から外方に向かい、漸次増大している。
そして、第１ステータ１２Ａのロータ対向面２２Ａの内周側幅Ｔａは第２ステータ１２Ｂのロータ対向面２２Ｂの内周側幅Ｔｃよりも大きく、第１ステータ１２Ａのロータ対向面２２Ａの外周側幅Ｔｂは第２ステータ１２Ｂのロータ対向面２２Ｂの外周側幅Ｔｄよりも大きくなっている。
【００１９】
これに伴い、第１ステータ１２Ａのスロット２３ａの周方向幅（スロット幅）Ｌ１は、第２ステータ１２Ｂのスロット２３ｂの周方向幅（スロット幅）Ｌ２よりも短くなっている。つまり、回転軸Ｏ方向で対向する互いのティース２２ａ，２２ｂ同士の周方向端部の周方向位置が相違している。
なお、第１ステータ１２Ａのティース２２ａの回転軸Ｏ方向での厚さＴ１（つまり、スロット２３ａの回転軸Ｏ方向の深さ：スロット深さ）は、第２ステータ１２Ｂのティース２２ｂの回転軸Ｏ方向での厚さＴ２（つまり、スロット２３ｂの回転軸Ｏ方向の深さ：スロット深さ）よりも大きく、各スロット２３ａ，２３ｂ内に装着可能な固定子巻線の巻数は、互いに同等となるように設定されている。
【００２０】
そして、第１ステータ１２Ａのヨーク部２１ａの回転軸Ｏ方向での厚さＹ１と、第２ステータ１２Ｂのヨーク部２１ｂの回転軸Ｏ方向での厚さＹ２との変化比と、第１ステータ１２Ａのティース２２ａの周方向幅（例えば、外周側幅Ｔｂ）と、第２ステータ１２Ｂのティース２２ｂの周方向幅（例えば、外周側幅Ｔｄ）との変化比とは、例えば同等（Ｙ１：Ｙ２＝Ｔｂ：Ｔｄ）になっている。
つまり、第２ステータ１２Ｂのティース２２ｂに比べて第１ステータ１２Ａのティース２２ａでは、周方向幅が相対的に広くなることに伴い、第１ステータ１２Ａのヨーク部２１ａの回転軸方向厚さが、第２ステータ１２Ｂのヨーク部２１ｂに比べて相対的に厚くされることで、各ステータ１２Ａ，１２Ｂのヨーク部２１ａ，２１ｂ同士での磁束密度が均等化され、例えば径方向等の意図しない方向に磁束が通過することが防止されている。
【００２１】
例えば各ステータ１２Ａ，１２Ｂに対し、スロット幅Ｌ１とスロット幅Ｌ２との比率は（Ｌ１：Ｌ２＝６：８）とされ、スロット深さの比率（つまり、ティース２２ａの厚さＴ１とティース２２ｂの厚さＴ２の比率）は（Ｔ１：Ｔ２＝２０：１５）とされ、ヨーク部２１ａの回転軸Ｏ方向での厚さＹ１と第２ステータ１２Ｂのヨーク部２１ｂの回転軸Ｏ方向での厚さＹ２との比率は（Ｙ１：Ｙ２＝１２：１０．５）とされている。
【００２２】
ロータ１１は、例えば図２に示すように、複数の主磁石極部３１，…，３１と、複数の副磁石部３２，…，３２と、非磁性材からなるロータフレーム３３とを備えて構成され、主磁石極部３１と副磁石部３２とは、周方向において交互に配置された状態で、ロータフレーム３３内に収容されている。
【００２３】
ロータフレーム３３は、例えば図２に示すように、周方向に所定間隔をおいて配置された複数の径方向リブ３４，…，３４によって接続された内周側筒状部３５と外周側筒状部３６と、内周側筒状部３５の内周面上から内方に向かい突出する円環板状に形成され、外部の駆動軸（例えば、車両のトランスミッションの入力軸等）に接続される接続部３７とを備えて構成されている。
この実施の形態では、ロータフレーム３３の内周側筒状部３５が外部の駆動軸に接続されることから、径方向リブ３４の径方向の内方側がシャフト部側となり、径方向リブ３４の径方向の外方側がリム部側となる。
そして、径方向リブ３４の径方向に対する断面形状は、径方向の外方から内方に向かい、同等である。
【００２４】
主磁石極部３１は、例えば、厚さ方向（つまり、回転軸Ｏ方向）に磁化された略扇形板状の主永久磁石片４１と、この主永久磁石片４１を厚さ方向の両側から挟み込む１対の磁性部材４２，４２とを備えて構成され、周方向で隣り合う主磁石極部３１，３１の各主永久磁石片４１，４１は、磁化方向が互いに異方向となるように設定されている。
なお、１対の磁性部材４２，４２は、厚さ方向に対する断面形状が主永久磁石片４１と同等の略扇形とされている。
【００２５】
そして、ロータフレーム３３内に収容された複数の主磁石極部３１，…，３１は、径方向の両側から内周側筒状部３５と外周側筒状部３６とにより挟み込まれると共に、径方向リブ３４を介して周方向で隣り合うように配置されている。
ロータフレーム３３内において、各主磁石極部３１の主永久磁石片４１は２つの径方向リブ３４によって周方向の両側から挟み込まれ、主永久磁石片４１の回転軸Ｏ方向での厚さは、径方向リブ３４と同様に、径方向の外方から内方に向かい、同等である。
また、磁性部材４２の回転軸Ｏ方向での厚さは、径方向の内方から外方に向かい、同等である。
【００２６】
副磁石部３２は、ロータフレーム３３内において回転軸Ｏ方向の両側からの径方向リブ３４を挟み込む一対の副永久磁石片４３，４３を備えて構成され、回転軸Ｏ方向で対向する１対の副永久磁石片４３，４３は、それぞれ回転軸Ｏ方向および径方向に直行する方向（略周方向）に磁化され、互いに磁化方向が異方向とされている。
副永久磁石片４３の回転軸Ｏ方向での厚さは、径方向の内方から外方に向かい、同等であって、かつ、副永久磁石片４３の周方向幅は、径方向の内方から外方に向かい、同等である。
そして、ロータフレーム３３内において、周方向で隣り合う副磁石部３２，３２の副永久磁石片４３，４３同士は、主磁石極部３１の磁性部材４２を周方向の両側から挟み込んでいる。なお、副永久磁石片４３と磁性部材４２とは、周方向に対する断面形状が互いに同等の略長方形とされている。
【００２７】
なお、ロータ１１のロータフレーム３３とロータフレーム３３以外の構成要素（つまり、主磁石極部３１および副磁石部３２）とを分離して示す図２においては、回転軸Ｏ方向で対向する１対の副永久磁石片４３，４３間および周方向で隣り合う主永久磁石片４１，４１間に、ロータフレーム３３の径方向リブ３４が配置される空間部３４ａが形成されている。
【００２８】
磁性部材４２を介して周方向で対向する１対の副永久磁石片４３，４３同士は、互いに磁化方向が異方向とされている。
そして、回転軸Ｏ方向の一方側に配置された１対の副永久磁石片４３，４３同士は、回転軸Ｏ方向に磁化された主永久磁石片４１の一方側の磁極と同極の磁極を対向させ、回転軸Ｏ方向の他方側に配置された１対の副永久磁石片４３，４３同士は、回転軸Ｏ方向に磁化された主永久磁石片４１の他方側の磁極と同極の磁極を対向させるように配置されている。
【００２９】
つまり、例えば回転軸Ｏ方向の一方側がＮ極かつ他方側がＳ極とされた主永久磁石片４１に対して、回転軸Ｏ方向の一方側において磁性部材４２を周方向の両側から挟み込む１対の副永久磁石片４３，４３は、互いのＮ極が周方向で対向するように配置され、回転軸Ｏ方向の他方側において磁性部材４２を周方向の両側から挟み込む１対の副永久磁石片４３，４３は、互いのＳ極が周方向で対向するように配置されている。
これにより、所謂永久磁石のハルバッハ配置による磁束レンズ効果により主永久磁石片４１および各副永久磁石片４３，４３の各磁束が収束し、各ステータ１２，１２に鎖交する有効磁束が相対的に増大するようになっている。
【００３０】
この実施形態では、ロータフレーム３３の径方向リブ３４および各主磁石極部３１の主永久磁石片４１の回転軸Ｏ方向での厚さが、径方向の外方から内方に向かい、同等であることに伴い、ロータフレーム３３の内周側筒状部３５の回転軸Ｏ方向での幅は、外周側筒状部３６の回転軸Ｏ方向での幅と同等になっている。
つまりロータフレーム３３の内周側筒状部３５と外周側筒状部３６との間において、ロータ１１の径方向断面積は所定の一定値であって、径方向の外方から内方に向かい不変とされている。
【００３１】
上述したように、本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ１０によれば、第１ステータ１２Ａと第２ステータ１２Ｂとに対し、各ティース２２ａ，２２ｂの周方向のピッチＰを同等とした状態で、互いのティース２２ａ，２２ｂの周方向幅およびスロット幅を互いに異なる値とすることにより、回転軸Ｏ方向で対向する互いのティース２２ａ，２２ｂ同士の周方向端部の周方向位置が相違し、コギングトルクおよびトルクリップルを抑制することができる。
さらに、第２ステータ１２Ｂに比べて第１ステータ１２Ａでは、相対的にスロット幅が狭くなることに伴い、回転軸Ｏ方向のスロット深さが相対的に深くされることで、互いのスロット２３ａ，２３ｂに装着される固定子巻線の巻数を同数とすることができ、互いの固定子巻線に対する通電状態を同等の状態に設定することができる。
しかも、第２ステータ１２Ｂのティース２２ｂに比べて第１ステータ１２Ａのティース２２ａでは、周方向幅が相対的に広くなることに伴い、第２ステータ１２Ｂのヨーク部２１ｂに比べて第１ステータ１２Ａのヨーク部２１ａでは、回転軸Ｏ方向の厚さが相対的に厚くされることで、各ステータ１２Ａ，１２Ｂのヨーク部２１ａ，２１ｂ同士での磁石磁束の磁束密度が均等化され、所望の磁気回路を適正化することができ、例えば径方向等の意図しない方向に磁石磁束が通過してしまうことを抑制することができ、所望のトルクを容易に確保することができる。
【００３２】
なお、上述した実施の形態では、副磁石部３２を省略してもよいし、副磁石部３２を構成する一対の副永久磁石片４３，４３の何れか一方を省略してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータの分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータを径方向から見た平面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  アキシャルギャップ型モータ
１１  ロータ
１２Ａ  第１ステータ
１２Ｂ  第２ステータ
２１ａ，２１ｂ  ヨーク部（バックヨーク）
２２ａ，２２ｂ  ティース
２３ａ，２３ｂ  スロット
３１  主磁石極部
３２  副磁石部
３３  ロータフレーム
３４  径方向リブ
３５  内周側筒状部
３６  外周側筒状部
４１  主永久磁石片
４３  副永久磁石片
【図１】
0004500843.tif 000002
【図２】
0004500843.tif 000003
【図３】
0004500843.tif 000004