(57)【要約】【課題】ロータの軸方向の両側にステータを対向配置するものでありながら、コイル回路の複雑化を抑制することができるアキシャルギャップ型モータを提供する。【解決手段】アキシャルギャップ型モータ１は、ロータ１１と、ロータ１１と一体に回転する回転軸１２と、ロータ１１の軸方向の両側において、ロータ１１と軸方向に対向するように配置されるコイル２２を有する第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂと、を備える。第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂは、軸方向に延びる固定軸４１によって支持されており、回転軸１２は中空に形成されており、固定軸４１は、回転軸１２の中空部分を貫通するように配置されている。固定軸４１には、一対のコイル２２同士を接続する接続配線４３が取付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、
前記ロータと一体に回転する回転軸と、
軸方向両側から前記ロータを挟み込むように対向配置され、それぞれコイルを有する一対の第１ステータ及び第２ステータと、を備えたアキシャルギャップ型モータであって、
前記第１ステータと前記第２ステータは、軸方向に延びる支持部材によって支持されており、
前記回転軸は、中空に形成されており、
前記支持部材は、前記回転軸の中空部分を貫通するように配置されており、
前記支持部材には、前記第１ステータの前記コイルと前記第２ステータの前記コイルとを接続する接続配線が取付けら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。
【請求項２】
請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータであって、
前記回転軸は、前記支持部材に対して軸受を介して回転自在に支持されており、
前記支持部材の表面には、軸方向に沿って延びる凹部が形成されており、
前記凹部に前記接続配線が取付けられているアキシャルギャップ型モータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアキシャルギャップ型モータであって、
前記回転軸と前記第１ステータの前記コイルとの間、及び前記回転軸と前記第２ステータの前記コイルとの間には、それぞれ保護板が設けられているアキシャルギャップ型モータ。
【請求項４】
請求項２に記載のアキシャルギャップ型モータであって、
前記接続配線は、前記凹部がない場合の前記支持部材の仮想表面に対し窪むように設けられている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、ロータとステータとが軸方向に対向配置されたアキシャルギャップ型モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、軸周りに回転可能なロータと、軸方向の少なくとも一方側からロータに対向配置されたステータとを備えるアキシャルギャップ型モータが知られている。例えば、特許文献１に示されるアキシャルギャップ型モータは、永久磁石が設けられたロータと、軸方向の一方側からロータに対向配置されたステータとを備えており、ステータに設けられた複数相のコイルに、ロータの回転位相に応じて交流電流を流すことにより、ロータの回転に必要な回転磁界を発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−９８８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、アキシャルギャップ型モータのなかには、ロータの軸方向の両側に、ロータを挟み込むように一対のステータを対向配置したものがある。このようなアキシャルギャップ型モータは、ロータの軸方向の一方側にのみステータを配置したものに比べ、モータ出力の向上が可能であるが、各ステータに設けられるコイル同士を接続する必要があるため、コイル同士を接続する接続配線によってコイル回路が複雑になる虞があった。
【０００５】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロータの軸方向の両側にステータを対向配置するものでありながら、コイル回路の複雑化を抑制することができるアキシャルギャップ型モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
ロータ（例えば、後述の実施形態のロータ１１）と、
前記ロータと一体に回転する回転軸（例えば、後述の実施形態の回転軸１２）と、
軸方向両側から前記ロータを挟み込むように対向配置され、それぞれコイル（例えば、後述の実施形態のコイル２２）を有する一対の第１ステータ（例えば、後述の実施形態の第１ステータ２１Ａ）及び第２ステータ（例えば、後述の実施形態の第２ステータ２１Ｂ）と、を備えたアキシャルギャップ型モータ（例えば、後述の実施形態のアキシャルギャップ型モータ１）であって、
前記第１ステータと前記第２ステータは、軸方向に延びる支持部材（例えば、後述の実施形態の固定軸４１）によって支持されており、
前記回転軸は、中空に形成されており、
前記支持部材は、前記回転軸の中空部分を貫通するように配置されており、
前記支持部材には、前記第１ステータの前記コイルと前記第２ステータの前記コイルとを接続する接続配線（例えば、後述の実施形態の接続配線４３）が取付けられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータであって、
前記回転軸は、前記支持部材に対して軸受（例えば、後述の実施形態の軸受５１）を介して回転自在に支持されており、
前記支持部材の表面には、軸方向に沿って延びる凹部（例えば、後述の実施形態の凹部４２）が形成されており、
前記凹部に前記接続配線が取付けられている。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載のアキシャルギャップ型モータであって、
前記回転軸と前記第１ステータの前記コイルとの間、及び前記回転軸と前記第２ステータの前記コイルとの間には、それぞれ保護板（例えば、後述の実施形態の保護板５２）が挟み込まれている。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、
請求項２に記載のアキシャルギャップ型モータであって、
前記接続配線は、前記凹部がない場合の前記支持部材の仮想表面（例えば、後述の実施形態の仮想表面Ｑ）に対し窪むように設けられている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、回転軸の中空部分を貫通する支持部材に、一対のコイル同士を接続する接続配線を取付けたので、ロータの外周側に接続配線を配置する場合に比べ、コイル回路の複雑化を抑制できる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、接続配線は、支持部材の表面に形成された凹部に配置されているので、支持部材の外周表面に軸受を配置しても、接続配線と軸受が干渉してしまうことを抑制し、接続配線を保護することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、回転軸とコイルとの間には、保護板が挟み込まれているので、モータの運転時に回転軸が回転しても、コイルを保護することができる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、接続配線は支持部材の仮想表面に対し窪むように設けられているので、接続配線を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータを示す図であり、（ａ）は永久磁石が取付けられる前のロータを示す平面図、（ｂ）はロータに取付けられる永久磁石の平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの冷却機能を示す要部概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのステータコイル構造を示す図であり、（ａ）は１層目の銅パターンを示す平面図、（ｂ）は２層目の銅パターンを示す平面図、（ｃ）は３層目の銅パターンを示す平面図、（ｄ）は４層目の銅パターンを示す平面図である。
【図５】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの制御回路の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１６】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１は、軸周りに回転可能に設けられたロータ１１と、軸方向の両側からロータ１１を挟み込むように対向配置され、ロータ１１の回転磁界を発生する３相のコイル２２（図４参照）を有する一対の第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂと、ロータ１１と第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂとを覆うケース３１と、軸方向に沿ってケース３１内に架設された固定軸４１とを備えて構成されている。
【００１７】
ケース３１は、軸方向に対向配置され、固定軸４１を介して一体に連結される一対のケース部材３２を備えている。各ケース部材３２は、円筒部３２ａと、円筒部３２ａの一端側を塞ぐ底板部３２ｂとを一体に有しており、円筒部３２ａの他端側同士が間隙部Ｇを介して対向している。
【００１８】
ケース３１は、ロータ１１と第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂとを覆うにあたり、ロータ１１の外周部を間隙部Ｇを介してケース３１の外周側に突出させている。つまり、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１は、ロータ１１の外周部がモータ動力の出力部となっており、ロータ１１の外周部に設けられる伝動部材（ギヤ、プーリなど）を介してモータ動力が取り出される。
【００１９】
図１〜図３に示すように、ロータ１１は、回転軸１２と、回転軸１２を中心として軸周りに回転する円板１３と、円板１３に取付けられる複数の永久磁石１４とを備えている。
【００２０】
回転軸１２は、中空に形成されたパイプ軸であり、その内周側が軸受５１を介して固定軸４１に回転可能に支持されている。
【００２１】
円板１３は、その中心部に形成された軸貫通孔１３ａと、周方向に所定の間隔で形成された複数の磁石取付孔１３ｂと、磁石取付孔１３ｂ間に形成された複数のフィン１３ｃ及び通気孔１３ｄとを有している。
【００２２】
軸貫通孔１３ａは、回転軸１２が貫通する孔であり、回転軸１２の外周面部と溶接等により一体に結合される。
【００２３】
図３に示すように、フィン１３ｃは、ロータ１１の回転に応じてケース３１内に気流を発生させる。フィン１３ｃが発生させる気流は、ケース３１に形成される吸気孔３３を介して円板１３の表側に外気を吸い込むとともに、この吸気を通気孔１３ｄを介して円板１３の裏側に流し、ケース３１に形成される排気孔３４から排気するという空気の流れを作り出す。これにより、ケース３１の内部において機械摩擦や電気抵抗によって発生した熱をケース３１の外部に吐き出すことが可能になる。
【００２４】
複数の永久磁石１４は、周方向おいてＳ極とＮ極とが交互に並ぶように円板１３の各磁石取付孔１３ｂに取付けられる。本実施形態の永久磁石１４は、軸方向の各端面がＳ極とＮ極となっており、各端面が円板１３の表裏に露出するように磁石取付孔１３ｂに取付けられている。これにより、永久磁石１４の表裏両面を利用し、ロータ１１の回転磁界を効率良く発生させることが可能になる。なお、ロータ１１の取付けられる永久磁石１４の個数は、要求されるモータ出力に応じて増減される。本実施形態では、永久磁石１４の個数が８個の場合を例示している。
【００２５】
図１及び図４に示すように、第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂは、複数のプリント基板２３を積層して構成されている。積層されるプリント基板２３の少なくとも一方側の表面には、複数相のコイル２２の一部を形成する銅パターン２３ａがプリントされており、これらの銅パターン２３ａをプリント基板２３に形成されるスルーホール２３ｂを介して導通させることにより、複数相のコイル２２が三次元で構成される。なお、プリント基板２３の積層枚数は、要求されるモータ出力に応じて増減される。本実施形態では、プリント基板２３の積層枚数が４個の場合を例示している。
【００２６】
固定軸４１は、回転軸１２の中空部分を貫通するように配置された中実円柱体であり、その軸方向両端側で第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂを支持するとともに、一対の軸受５１を介して回転軸１２を回転可能に支持している。
【００２７】
固定軸４１の表面には、図５に示すように、軸方向に沿って延びる複数の凹部４２が形成されており、これら凹部４２の内部には、第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂに設けられた同相のコイル２２同士を接続する接続配線４３が取付けられている。本実施形態の固定軸４１は、相数に応じた３つの凹部４２を有しており、各凹部４２の内部に銅パターンからなる接続配線４３をプリントしているが、接続配線４３はハーネスであってもよい。なお、接続配線４３は、凹部４２がない場合の固定軸４１の仮想表面Ｑに対し窪むように設けられている。これにより、軸受５１の取付時に接続配線４３を保護することができ、また軸受５１と導通するのを防ぐことができる。接続配線４３により接続された３相のコイル２２同士は、Ｙ結線されている。
【００２８】
固定軸４１の軸方向両端側には、回転軸１２と第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂとの間に挟み込まれ、第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂの銅パターン２３ａを保護する保護板５２が配置されている。保護板５２は、例えば固定軸４１に固定され、ロータ１１の回転に伴う回転軸１２と銅パターン２３ａとの摺接を回避している。
【００２９】
上記のように構成された本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１は、例えば図６に示す制御回路６１を用いて動作させることができる。図６に示す制御回路６１は、３相ブラシレスＤＣモータを動作させる一般的な制御回路であり、マイコン６２、ゲートドライバ６３、インバータ６４などを備えて構成されている。
【００３０】
マイコン６２は、アキシャルギャップ型モータ１の回転速度を制御するために、アキシャルギャップ型モータ１に設けられる複数の位置検出素子６５（例えば、ホール素子）からロータ１１の位置検出信号を入力するとともに、負荷に応じて変動するコイル２２の電流検出信号を入力し、これらの入力信号に応じてゲートドライバ６３に電流制御指令を出力する。
【００３１】
ゲートドライバ６３は、電流制御指令に応じてインバータ６４を電流制御する。インバータ６４は、直流電流を３相交流電流に変換し、各相のコイル２２を順次励磁する。これにより、アキシャルギャップ型モータ１内に回転磁界が発生し、ロータ１１を所定の速度で回転させることが可能になる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１によれば、回転軸１２の中空部分を貫通する固定軸４１に、第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂに設けられる同相のコイル２２同士を接続する接続配線４３を取付けたので、ロータ１１の外周側に接続配線を配置する場合に比べ、コイル回路の複雑化を抑制できる。
【００３３】
また、接続配線４３は、固定軸４１の表面に形成された凹部４２に配置されているので、固定軸４１の外周表面に軸受５１を配置しても、接続配線４３と軸受５１が干渉してしまうことを抑制し、接続配線４３を保護することができる。さらに、接続配線４３は、固定軸４１の仮想表面Ｑに対し窪むように設けられているので、より確実に接続配線４３を保護することができる。
【００３４】
また、回転軸１２と第１及び第２ステータ２１Ａ、２１Ｂのコイル２２との間には、保護板５２が挟み込まれているので、モータ運転時に回転軸１２が回転しても、コイル２２を保護することができる。
【００３５】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  アキシャルギャップ型モータ
１１  ロータ
１２  回転軸
２１Ａ  第１ステータ
２１Ｂ  第２ステータ
２２  コイル
４１  固定軸（支持部材）
４２  凹部
４３  接続配線
５１  軸受
５２  保護板
Ｑ  仮想表面
【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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