(57)【要約】【課題】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。【解決手段】アキシャルギャップ型モータにおいて、互いに同等の形状を有する第１ステータおよび第２ステータの各ティース２２ａ，２２ｂは径方向に対して所定のスキュー角θだけ傾斜しており、各ティース２２ａ，２２ｂの中心軸Ｒと径方向とのなす角がスキュー角θとなっている。ロータを回転軸Ｏ方向の両側から挟み込む第１ステータおよび第２ステータを回転軸Ｏ方向の一方側から見た場合に、第１ステータのティース２２ａと、第２ステータのティース２２ｂとは、径方向に対する傾斜方向が互いに反対方向となっている。【選択図】図３
2009131113.tif 000002
【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、前記ロータの回転軸に平行な回転軸方向の両方側から前記ロータに対向配置される第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ステータおよび前記第２ステータは、周方向に配置されて前記回転軸方向に前記ロータに向かい突出し、かつ、径方向に対して所定のスキュー角だけ傾斜する複数のティースを備え、
前記ロータを前記回転軸方向の両側から挟み込む前記第１ステータおよび前記第２ステータを前記回転軸方向の一方側から見た場合に、前記第１ステータの前記ティースと、前記第２ステータの前記ティースとは、径方向に対する傾斜方向が互いに反対方向とな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ステータの前記ティースと前記第２ステータの前記ティースとは、前記第１ステータおよび前記第２ステータにおいて周方向で隣り合う前記ティース間の間隔であるティース間ピッチの１／２の位相差を有する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。
【請求項３】
前記ロータは、磁化方向が前記回転軸方向であって周方向に配置された複数の主永久磁石と、磁化方向が前記回転軸方向に直交する方向であって前記主永久磁石の端部近傍に配置された複数の副永久磁石とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２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、回転軸方向に磁化されたロータの永久磁石による界磁磁束を、１対のステータ間で掃引するようにして各ステータの固定子巻線に効率良く鎖交させることで、出力可能なトルクを増大させているが、ロータの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、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、前記ロータの回転軸に平行な回転軸方向の両方側から前記ロータに対向配置される第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ステータおよび前記第２ステータは、周方向に配置されて前記回転軸方向に前記ロータに向かい突出し、かつ、径方向に対して所定のスキュー角（例えば、実施の形態でのスキュー角θ）だけ傾斜する複数のティース（例えば、実施の形態でのティース２２ａ，２２ｂ）を備え、前記ロータを前記回転軸方向の両側から挟み込む前記第１ステータおよび前記第２ステータを前記回転軸方向の一方側から見た場合に、前記第１ステータの前記ティースと、前記第２ステータの前記ティースとは、径方向に対する傾斜方向が互いに反対方向となる。
【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では、前記第１ステータの前記ティースと前記第２ステータの前記ティースとは、前記第１ステータおよび前記第２ステータにおいて周方向で隣り合う前記ティース間の間隔であるティース間ピッチ（例えば、実施の形態でのティース間ピッチＰ）の１／２の位相差を有する。
【０００７】
さらに、本発明の第３態様に係るアキシャルギャップ型モータでは、前記ロータは、磁化方向が前記回転軸方向であって周方向に配置された複数の主永久磁石（例えば、実施の形態での主永久磁石片４１）と、磁化方向が前記回転軸方向に直交する方向であって前記主永久磁石の端部近傍に配置された複数の副永久磁石（例えば、実施の形態での副永久磁石片４３）とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の第１態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、ロータを回転軸方向の両方側から挟み込む第１ステータおよび第２ステータを回転軸方向の一方側から見た場合に、第１ステータのティースと第２ステータのティースとが互いに反対方向に傾斜するスキュー状態に配置されることになり、例えばスキュー角がゼロである場合に比べて、第１ステータのティースの周縁部と第２ステータのティースの周縁部との重なり合いが生じることを抑制することができ、ロータの回転時にロータと各ステータとの間の磁気抵抗が急激に変動することを抑制し、コギングトルクおよびトルクリップルを低減することができる。
【０００９】
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によれば、第１ステータのティースと第２ステータのティースとは、ティース間ピッチの１／２の位相差を有することから、ロータを回転軸方向の両方側から挟み込む第１ステータおよび第２ステータを回転軸方向の一方側から見た場合に、第１ステータのティースの周縁部と第２ステータのティースの周縁部との重なり合いが生じることを、より一層、抑制することができ、コギングトルクおよびトルクリップルを、より一層、低減することができる。
【００１０】
さらに、本発明の第３態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、主永久磁石と副永久磁石とによる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って界磁磁束を適切に収束させつつ、回転軸方向で対をなす第１ステータおよび第２ステータ間で界磁磁束を掃引することができ、コギングトルクおよびトルクリップルを低減しつつ、各ステータの固定子巻線に鎖交する磁束量を効率よく増大させることができる。
【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および図２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（図示略）を有する１対のステータ１２Ａ，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】
各ステータ１２Ａ，１２Ｂは、互いに同等の形状を有している。
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（所定のティース間ピッチ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と同等の所定のティース間ピッチ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】
そして、各ティース２２ａ，２２ｂは径方向に対して所定のスキュー角θだけ傾斜しており、各ティース２２ａ，２２ｂの中心軸Ｒと径方向とのなす角がスキュー角θとなっている。これにより、例えば図３に示すように、ロータ１１を回転軸Ｏ方向の両側から挟み込む第１ステータ１２Ａおよび第２ステータ１２Ｂを回転軸Ｏ方向の一方側から見た場合に、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とは、径方向に対する傾斜方向が互いに反対方向となる。
なお、所定のスキュー角θは、例えばティース間ピッチＰの１／４とされ、６Ｎ型の各ステータ１２Ａ，１２Ｂにおいては、ティース間ピッチＰ＝６０（ｅｄｅｇ：電気角）であるから、スキュー角θ（＝Ｐ／４）＝１５（ｅｄｅｇ：電気角）＝２．５（ｄｅｇ：機械角）となる。
【００１７】
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。
【００１８】
ロータフレーム３３は、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。
【００１９】
径方向リブ３４の径方向に対する断面積は、径方向において所定の一定値となるように設定されている。そして、径方向リブ３４の周方向幅は、後述する副永久磁石片４３の周方向幅と同等とされている。また、径方向リブ３４の回転軸Ｏ方向の厚さは、径方向において所定の一定値となるように設定されている。
【００２０】
主磁石極部３１は、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対の略扇形板状の磁性材部材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。
【００２１】
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、径方向において所定の一定値となるように設定されている。
また、磁性材部材４２の回転軸Ｏ方向での厚さは、後述する副永久磁石片４３と同様に、径方向において所定の一定値となるように設定されている。
【００２２】
副磁石部３２は、例えば図２および図３に示すように、ロータフレーム３３内において回転軸Ｏ方向の両側から径方向リブ３４を挟み込む１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、例えば、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、磁性材部材４２と同様に、径方向において所定の一定値であって、副永久磁石片４３の周方向幅は、径方向リブ３４の周方向幅と同等とされている。
【００２３】
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の磁性材部材４２を周方向の両側から挟み込んでいる。
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。
【００２４】
磁性材部材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。
【００２５】
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材部材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材部材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１２Ａ，１２Ｂ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。
【００２６】
この実施の形態では、ロータ１１を回転軸Ｏ方向の両側から挟み込む第１ステータ１２Ａおよび第２ステータ１２Ｂを回転軸Ｏ方向の一方側から見た場合に、第１ステータ１２Ａのティース２２ａの中心軸線Ｒと、第２ステータ１２Ｂのティース２２ｂの中心軸線Ｒとは交差しており、第１ステータ１２Ａのティース２２ａの周縁部と第２ステータ１２Ｂのティース２２ｂの周縁部との重なり合いが生じることは抑制されている。
これにより、上述した実施の形態でのアキシャルギャップ型モータ１０を実施例とし、上述した実施の形態においてスキュー角θをゼロとしたアキシャルギャップ型モータを比較例とした場合、例えば図４に示すように、実施例は比較例とほぼ同等のトルクを出力可能でありながら、例えば図５に示す各ステータ１２Ａ，１２Ｂの固定子巻線に対する通電時、および、例えば図６に示す各ステータ１２Ａ，１２Ｂの固定子巻線に対する無通電時のように、実施例では比較例に比べて、トルクリップルおよびコギングトルクを有効に低減することができる。
【００２７】
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、ロータ１１を回転軸Ｏ方向の両方側から挟み込む第１ステータ１２Ａおよび第２ステータ１２Ｂを回転軸Ｏ方向の一方側から見た場合に、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とが互いに反対方向に傾斜するスキュー状態に配置されることになり、例えばスキュー角θがゼロである比較例に比べて、第１ステータ１２Ａのティース２２ａの周縁部と第２ステータ１２Ｂのティース２２ｂの周縁部との重なり合いが生じることを抑制することができ、ロータ１１の回転時にロータ１１と各ステータ１２Ａ，１２Ｂとの間の磁気抵抗が急激に変動することを抑制し、コギングトルクおよびトルクリップルを低減することができる。
【００２８】
なお、上述した実施の形態では、例えば図７に示す変形例のように、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とは、所定位相差、例えばティース間ピッチＰの１／２の位相差等を有していてもよい。
この場合には、第１ステータ１２Ａのティース２２ａの周縁部と第２ステータ１２Ｂのティース２２ｂの周縁部との重なり合いが生じることを、より一層、抑制することができ、コギングトルクおよびトルクリップルを、より一層、低減することができる。
【００２９】
なお、上述した実施の形態では、各ステータ１２Ａ，１２Ｂを主極が６個（例えば、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−）とされた６Ｎ型としたが、これに限定されず、他の極対数であってもよく、例えば主極が３個とされた３Ｎ型では、ティース間ピッチＰ＝１２０（ｅｄｅｇ：電気角）であるから、スキュー角θ（＝Ｐ／４）＝３０（ｅｄｅｇ：電気角）となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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のロータを回転軸方向の両側から挟み込む第１ステータおよび第２ステータを回転軸方向の一方側から見た要部平面図である。
【図４】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実施例および比較例での第１ステータおよび第２ステータに通電される電流とアキシャルギャップ型モータのトルクとの対応関係の一例を示すグラフ図である。
【図５】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実施例および比較例でのトルクリップルの波形の一例を示すグラフ図である。
【図６】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実施例および比較例でのコギングトルクの波形の一例を示すグラフ図である。
【図７】本発明の実施形態の変形例に係るアキシャルギャップ型モータのロータを回転軸方向の両側から挟み込む第１ステータおよび第２ステータを回転軸方向の一方側から見た要部平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
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
２２ａ，２２ｂ  ティース
４１  主永久磁石片（主永久磁石）
４３  副永久磁石片（副永久磁石）
【図１】
2009131113.tif 000003
【図２】
2009131113.tif 000004
【図３】
2009131113.tif 000005
【図４】
2009131113.tif 000006
【図５】
2009131113.tif 000007
【図６】
2009131113.tif 000008
【図７】
2009131113.tif 000009