JP5698715B2 - アキシャルギャップ型ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、アキシャルギャップ型ブラシレスモータに関し、特に、略パンケーキ構造のコイルによって等価的に分布巻きを実現したアキシャルギャップ型ブラシレスモータに関する。

ブラシレスモータは、構造の観点から、ラジアルギャップ型ブラシレスモータと、アキシャルギャップ型ブラシレスモータとに大別される。ラジアルギャップ型ブラシレスモータは、固定子と回転子とを径方向に間隔を空けて配置する構造であり、アキシャルギャップ型ブラシレスモータは、固定子と回転子とを軸方向に間隔を空けて配置する構造である。アキシャルギャップ型ブラシレスモータは、ラジアルギャップ型ブラシレスモータに較べて、小径でより大きなトルクを得ることができる利点があり、例えば、自動車用途等に期待されている。

このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されている。特許文献１に開示のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、コイルを備える固定子と、永久磁石を備え、前記固定子から軸方向に間隔を空けて配置される回転子とを備え、前記コイルは、帯状の線材であって、前記帯状の線材の幅方向が前記回転子の永久磁石によって形成される磁束の方向と略一致するように、渦巻き状に巻回されて成るものである。また、特許文献２に開示の超伝導モータは、回転子と、前記回転子を挟んで軸方向に間隔を空けて配置される一対の固定子とを備え、前記固定子は、磁界巻線として、帯状の線材が渦巻き状に巻回されて成る超伝導コイルを備えるものである。このような帯状の線材を渦巻き状に巻回すいわゆるパンケーキ構造のコイルは、空間に対する導体の占有率を大きくすることができ（すなわち、コイルの電流密度を大きくすることができ）、そして、固定子から漏洩される磁束による渦電流を抑制して鉄損を低減することができ、さらに、帯の幅方向への放熱性を確保することができる。

特開２０１２−０５０３１２号公報 特開２０１１−２５０５０３号公報

ところで、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータでは、回転位相に対するトルク変動（コギングやリップル等）を低減するために、巻線を複数のスロットに亘って巻く分布巻きが望まれる。しかしながら、前記利点を利用するために、コイルに、前記特許文献１や特許文献２に開示された前記パンケーキ構造を採用しようとすると、コイルの用いられる線材が長尺な帯状の導体部材であるため、従来の巻き方で分布巻きを行うことは、幾何学的に難しい。

特に、帯状の線材に、実用化されている酸化物系の超伝導線材を用いる場合には、分布巻きを行おうとすると、帯状の線材における長手方向にひねることとなり、超伝導線材内に生じる残留応力によって、超伝導特性（クエンチせずに流せる最大電流値）が劣化してしまう。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、略パンケーキ構造のコイルによって等価的に分布巻きを実現することができるアキシャルギャップ型ブラシレスモータを提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、複数の相にそれぞれ対応した複数のコイルを備える固定子と、磁石または誘導コイルを備え、前記固定子から回転軸方向に間隔を空けて配置される回転子とを備え、前記複数のコイルのそれぞれは、内周側から巻初めて外周側で巻き終わるようにコイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の導体部材と、前記コイル状に巻回された前記帯状の導体部材における各ターン間に配置される絶縁部材とを備えるシングルパンケーキ構造の複数のサブコイルを備え、前記複数のサブコイルは、回転軸を中心に周方向に配置され、互いに隣接するサブコイル同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結され、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられており、前記複数のコイルは、周方向に所定の角度ずらして前記複数の相の各サブコイルがコイル軸方向で重ねられることによって、軸方向に重ねられていることを特徴とする。

そして、好ましくは、前記所定の角度は、１個のサブコイルが回転軸の中心を見込んだ角度を相数で除算した角度である。言い換えれば、好ましくは、前記所定の角度は、１個のサブコイルにおいて、周方向一方側で隣接する一方のサブコイルとコイル軸方向で重なる一方の重なり部分における周方向の第１中央位置と回転軸の中心位置とを結ぶ第１線分と、周方向他方側で隣接する他方のサブコイルとコイル軸方向で重なる他方の重なり部分における周方向の第２中央位置と回転軸の中心位置とを結ぶ第２線分との成す角の角度を、相数で除算した角度である。

このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータでは、前記互いに隣接するサブコイル同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結され、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられており、前記複数のコイルは、周方向に所定の角度ずらして前記複数の相の各サブコイルがコイル軸方向で重ねられることによって、軸方向に重ねられている。このため、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、パンケーキ構造のコイルによって等価的に分布巻きを実現することができる。したがって、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、分布巻きの効果とパンケーキ構造の効果との両方を有する。すなわち、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、コイルが分布巻きと等価であるので、回転位相に対するトルク変動（コギングやリップル等）を低減することができ、そして、サブコイルがパンケーキ構造であるので、空間に対する導体の占有率を大きくすることができ（すなわち、コイルの電流密度を大きくすることができ）、そして、固定子から漏洩される磁束による渦電流を抑制して鉄損を低減することができ、さらに、帯の幅方向への放熱性を確保することができる。

ここで、上記構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、回転子が磁石および誘導コイルのうちの前記磁石を備える場合には、磁石界磁（永久磁石による永久磁石界磁）のブラシレスモータとなり、回転子が磁石および誘導コイルのうちの前記誘導コイルを備える場合には、誘導電動機方式のブラシレスモータとなる。

また、他の一態様では、上述のアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおいて、前記導体部材は、超伝導材料によって形成された線材であることを特徴とする。

この構成によれば、超伝導材料によって形成された線材を巻回したサブコイルのコイルを備えるアキシャルギャップ型ブラシレスモータが提供される。そして、この構成によれば、前記互いに隣接するサブコイル同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結されるので、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、コイル１２を１本の帯状の長尺な導体部材で形成可能である。そして、この構成によれば、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられているので、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、長手方向のひねりをほぼ無くすことができる。したがって、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、超伝導特性を保つことができる。

また、他の一態様では、上述のアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおいて、前記回転子は、前記固定子に臨む面とは反対面上に設けられ、磁性体から形成されたヨークをさらに備えることを特徴とする。

このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、回転子がヨークを備えるので、磁束の漏れを低減することができ、磁束がコイルの電流方向と略直交することによって、磁石または誘導コイルの性能をより有効に引き出すことができる。したがって、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、前記ヨークを備えない場合に較べて、より大きな回転トルクを発生することができ、回転トルクを向上することができる。

また、他の一態様では、上述のアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおいて、前記ヨークは、絶縁皮膜を持つ軟磁性粉末を圧縮形成することによって形成された部材であることを特徴とする。そして、好ましくは、前記軟磁性粉末は、鉄基軟磁性粉末であり、より好ましくは、前記軟磁性粉末は、純鉄粉である。

このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、前記ヨークが前記軟磁性粉末の圧縮形成部材であるので、前記ヨークにおける渦電流損を低減することができる。

また、他の一態様では、上述のアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおいて、前記ヨークは、コイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の純鉄と、前記コイル状に巻回された前記帯状の純鉄における各ターン間に配置される絶縁部材とを備えるシングルパンケーキ構造の部材であることを特徴とする。

このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、前記ヨークが前記シングルパンケーキ構造の部材であるので、前記ヨークにおける渦電流損を低減することができる。

また、他の一態様では、これら上述のアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおいて、前記誘導コイルは、周方向に配置された複数の１ターンコイルであることを特徴とする。

この構成によれば、複数の１ターンコイルで形成した誘導コイルを持つ誘導電動機方式のアキシャルギャップ型ブラシレスモータが提供される。

また、他の一態様では、これら上述のアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおいて、前記誘導コイルは、環状の第１導体と、前記第１導体の直径よりも大きい直径の環状の第２導体と、一方端が前記第１導体に接続され他方端が前記第２導体に接続される径方向に配置された直線状の複数の第３導体を備えるかご形コイルであることを特徴とする。

この構成によれば、いわゆるかご形で形成した誘導コイルを持つ誘導電動機方式のアキシャルギャップ型ブラシレスモータが提供される。

また、他の一態様では、これら上述のアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおいて、前記固定子は、回転子の回転軸方向両側に間隔を空けて配置された一対の第１および第２サブ固定子であることを特徴とする。

この構成によれば、ダブルギャップ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータが提供される。したがって、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、シングルギャップ型の場合に較べて、より大きな回転トルクを発生することができ、回転トルクを向上することができる。

本発明にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、略パンケーキ構造のコイルによって等価的に分布巻きを実現することができる。

第１実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を示す図である。 図１に示すアキシャルギャップ型ブラシレスモータのコイルを説明するための図である。 図１に示すアキシャルギャップ型ブラシレスモータのコイルを説明するための斜視図である。 第２実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を示す図である。 第３実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を示す図である。 第４実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおける固定子の構造を示す正面図である。 第５実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を示す側面図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を示す図である。図１（Ａ）は、側面図であり、図１（Ｂ）は、アキシャルギャップ型ブラシレスモータにおけるコイルの正面図である。図２は、図１に示すアキシャルギャップ型ブラシレスモータのコイルを説明するための図である。各相のコイルは、同様の構造を持つので、図２には、１相分のコイルが図示されている。図３は、図１に示すアキシャルギャップ型ブラシレスモータのコイルを説明するための斜視図である。図３には、１相分のコイルにおける一部分（サブコイル３個分）が図示されている。図１ないし図３において、○内に×を設けた符号は、コイル（サブコイル）に流れる電流が紙面手前側から紙面奥側へ流れていることを示し、○内に・を設けた符号は、コイル（サブコイル）に流れる電流が紙面奥側から紙面手前側へ流れていることを示す。また、コイル（サブコイル）上に付された矢印付き細線は、コイル（サブコイル）に流れる電流の流れる方向を示し、コイル（サブコイル）に付された矢印付き太線は、帯状の導体部材をコイル状に巻回す場合における巻く方向を示す。

図１において、第１実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａは、非回転部分である固定子１０と、回転部分である回転子２０ａとを備え、これら固定子１０と回転子２０ａとは、軸方向に所定の間隔を空けて配置されている。固定子１０には、回転磁界を発生する複数のコイル１２が周方向に配置され、回転子２０ａには、前記複数のコイル１２とは異なる個数（極数）の磁石が前記周方向に配置されている。そして、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａでは、前記複数のコイル１２に所定のタイミングで各相の交流電力を供給することで、回転子２０ａが回転する。

以下、より具体的に説明する。回転子２０ａは、回転子本体２１ａと、複数の磁石２２と、出力軸２３とを備え、図１に示す例では、ヨーク２４をさらに備えている。

回転子本体２１ａは、複数の磁石２２を支持し、この支持している複数の磁石２２と固定子１０の複数のコイル１２との間における磁気的な相互作用によって回転する円板状の部材である。回転子本体２１ａは、例えば、非磁性材の樹脂やステンレス材で形成されてもよいが、好ましくは磁性をもった純鉄系合金で形成すると、磁気ヨークを兼ねて磁界を増強できる。回転子本体２１ａの中心には、出力軸２３を挿通するための貫通開口が形成されており、そして、この貫通開口を中心に周方向に磁石２２の個数に応じた個数の凹所が形成されている。

複数の磁石２２は、磁界を生じさせ、コイル１２の磁界と相互作用することによって力を生じさせるための磁石であり、例えば永久磁石である。複数の磁石２２は、回転子本体２１ａの周方向に形成された複数の前記凹所にそれぞれ嵌め込まれて固定されている。これによって磁石２２に生じた力が回転子本体２１ａに伝達され、出力軸２３を回転軸として回転子本体２１ａが回転する。複数の磁石２２のそれぞれは、軸方向（厚さ方向）に着磁されており、互いに隣接する磁石２２同士では、各磁極が相互に逆方向となるように配置されている。

出力軸２３は、固定子本体２１ａの回転力（回転トルク）を外部に取り出すための部材であり、例えば、円柱状の棒状のロッド部材である。出力軸２３は、回転子本体２１ａの前記貫通開口に挿通されて固着されており、回転子本体２１ａの回転に伴って回転する。

ヨーク２４は、回転子２０ａ（回転子本体２１ａ）が固定子１０に臨む面とは反対面上に設けられ、磁性体から形成された部材である。ヨーク２４は、回転子本体２１ａの直径と同じ直径の円板状の部材であり、その中心には、出力軸２３を挿通するための貫通開口が形成されている。

このようなヨーク２４は、例えば、絶縁皮膜を持つ軟磁性粉末を圧縮形成することによって形成される部材であってよい。このようなヨーク２４は、磁気的に等方性を有する。例えば、透磁率が等方性である。前記軟磁性粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）およびアモルファス粉末等が挙げられる。これら軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法等によって微粒子化する方法や、酸化鉄等を微粉砕した後にこれを還元する方法等によって製造することができる。また、一般に、透磁率が同一である場合に飽和磁束密度が大きいので、軟磁性粉末は、例えば上記純鉄粉、鉄基合金粉末およびアモルファス粉末等の金属系材料であることが特に好ましい。このような絶縁皮膜を持つ軟磁性粉末を圧縮形成したヨーク２４は、例えば、いわゆる圧粉コアを製造する場合の圧粉形成等の公知の常套手段によって形成することができる。

また例えば、このようなヨーク２４は、コイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の純鉄と、前記コイル状に巻回された前記帯状の純鉄における各ターン間に配置される絶縁部材とを備えるシングルパンケーキ構造の部材であってよい。このようなヨーク２４は、例えば、片面または両面に絶縁性樹脂等の絶縁被覆を持ち、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の純鉄を、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成されてよい。また例えば、このようなヨーク２４は、１層の純鉄層に１層の絶縁層を積層した長尺な帯状の部材を、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成されてよい。また例えば、前記長尺な帯状の純鉄を、長尺な帯状の絶縁部材（例えば樹脂材料製のテープ等）を挟み込みながら、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成されてよい。前記樹脂材料製のテープは、例えばＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のテープである。

固定子１０は、固定子本体１１と、複数の相にそれぞれ対応した複数のコイル１２とを備えている。

固定子本体１１は、複数のコイル１２を支持する円板状の部材である。固定子本体１１は、駆動コイル電流が作る交流磁界が誘起する渦電流を避けるため、例えば、純鉄粉の成形体、または、純鉄系または珪素鋼系の帯状薄板を絶縁膜とパンケーキ状に巻いた巻鉄芯として形成されていることが望ましい。固定子本体１１の中心には、出力軸２３を挿通するための貫通開口が形成されている。出力軸２３は、この貫通開口を挿通し、この貫通開口で例えばベアリング等によって回転可能に支持されている。なお、固定子本体１１の中心には、前記貫通開口に代え、有底の筒状の凹所が形成され、この凹所で出力軸２３の端部が回転可能に支持されてもよい。

複数のコイル１２は、所定のタイミングで各相の交流電力が供給されることによって回転磁界を発生するものである。図１に示す例では、複数の相は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相であり、これに対応して複数のコイル１２は、Ｕ相のＵ相コイル１２ｕ、Ｖ相のＶ相コイル１２ｖおよびＷ相のＷ相コイル１２ｗの３個である。駆動する場合、これらＵ相コイル１２ｕ、Ｖ相コイル１２ｖおよびＷ相コイル１２ｗには、三相交流が供給される。

これら３個のコイル１２ｕ、１２ｖ、１２ｗのそれぞれは、図１（Ｂ）、図２および図３に示すように、内周側から巻初めて外周側で巻き終わるようにコイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の導体部材と、前記コイル状に巻回された前記帯状の導体部材における各ターン間に配置される絶縁部材とを備えるシングルパンケーキ構造の複数のサブコイル１２１を備えている。このようなシングルパンケーキ構造のサブコイル１２１は、図３に示すように、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の導体部材を、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように、かつ、内周側から巻初めて外周側で巻き終わるように、絶縁部材によって絶縁しつつコイルボビンＢＢに巻回すことによって形成される。コイルボビンＢＢは、比較的低い高さの円柱部材である。より具体的には、このようなサブコイル１２１は、例えば、片面または両面に絶縁性樹脂等の絶縁被覆を持ち、前記長尺な帯状の導体部材を、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成されてよい。また例えば、このようなサブコイル１２１は、１層の導体層に１層の絶縁層を積層した長尺な帯状の部材を、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成されてよい。また例えば、前記長尺な帯状の導体部材を、長尺な帯状の絶縁部材（例えば樹脂材料製のテープ等）を挟み込みながら、幅方向が前記コイル軸方向と平行となるように巻回すことによって形成されてよい。前記樹脂材料製のテープは、例えばＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のテープである。

そして、この複数のサブコイル１２１は、回転軸を中心に周方向に配置され、周方向で互いに隣接するサブコイル１２１同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結され、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられている。図１（Ｂ）および図２に示す例では、コイル１２は、６個のサブコイル１２１−１〜１２１−６を備え、これらは、回転軸を中心に周方向に同心円状に均等に配置されている。このように前記互いに隣接するサブコイル１２１同士が一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結されるので、このようなコイル１２は、１本の帯状の長尺な導体部材で形成可能である。そして、このようなコイル１２では、前記互いに隣接するサブコイル１２１同士において、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられているので、このようなコイル１２は、長手方向のひねりをほぼ無くすことができる。したがって、このようなコイル１２は、例えば実用化されている酸化物系の超伝導材料によって形成された線材を好適に前記１本の帯状の長尺な導体部材として使用可能であり、その超伝導特性を保つことができる。

また、コイル１２に通電した場合に、複数のサブコイル１２１が上述のように構成されているので、前記コイル軸方向に重ねられている、一方のサブコイル１２１における前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と他方のサブコイル１２１における前記他方の巻始めの位置のコイル部分とでは、同じ方向に電流を流すことができる。このため、周方向で互いに隣接するサブコイル１２１同士におけるコイル軸方向に重ねられたこの各コイル部分において、各サブコイル１２１で生じた磁界が打ち消し合うことが無く、各サブコイル１２１で生じた磁界を回転トルクに有効に利用することができる。

さらに、これら３個のコイル１２ｕ、１２ｖ、１２ｗは、周方向に所定の角度ずらしてこれら各相のコイル１２ｕ、１２ｖ、１２ｗにおける各サブコイル１２１がコイル軸方向で重ねられることによって、軸方向に重ねられている。

このような本実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａでは、周方向で互いに隣接するサブコイル１２１同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結され、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられており、三相に対応した３個のコイル１２ｕ、１２ｖ、１２ｗは、周方向に所定の角度ずらして前記各相の各サブコイル１２１がコイル軸方向で重ねられることによって、軸方向に重ねられている。このため、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａは、パンケーキ構造のコイル１２ｕ、１２ｖ、１２ｗによって等価的に分布巻きを実現することができる。したがって、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａは、分布巻きの効果とパンケーキ構造の効果との両方を有する。すなわち、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａは、コイル１２ｕ、１２ｖ、１２ｗが分布巻きと等価であるので、回転位相に対するトルク変動（コギングやリップル等）を低減することができ、そして、サブコイル１２１がパンケーキ構造であるので、空間に対する導体の占有率を大きくすることができ（すなわち、コイルの電流密度を大きくすることができ）、そして、固定子から漏洩される磁束による渦電流を抑制して鉄損を低減することができ、さらに、帯の幅方向への放熱性を確保することができる。

このような回転位相に対するトルク変動を好適に低減する観点から、前記所定の角度は、好ましくは、図１（Ｂ）および図２（Ｂ）に示すように、１個のサブコイル１２１が回転軸の中心を見込んだ角度θ１を相数で除算した角度である。言い換えれば、好ましくは、前記所定の角度は、１個のサブコイル１２１において、周方向一方側で隣接する一方のサブコイル１２１とコイル軸方向で重なる一方の重なり部分における周方向の第１中央位置ＣＰ１と回転軸の中心位置ＲＰとを結ぶ第１線分ＣＰ１−ＲＰと、周方向他方側で隣接する他方のサブコイル１２１とコイル軸方向で重なる他方の重なり部分における周方向の第２中央位置ＣＰ２と回転軸の中心位置ＲＰとを結ぶ第２線分ＣＰ２−ＲＰとの成す角の角度θ１を、相数で除算した角度である。図１（Ｂ）および図２（Ｂ）に示す例では、θ１＝３６０度／（コイル１２におけるサブコイル１２１の個数（この例では６個））＝６０度であり、前記所定の角度θ２、θ３は、θ２＝θ３＝θ１／相数＝６０度／３＝２０度である。したがって、Ｕ相コイル１２ｕの配置位置を基準にすると、Ｖ相コイル１２ｖ（Ｖ相コイルの各サブコイル１２１ｖ）は、Ｕ相コイル１２ｕ（Ｕ相コイルの各サブコイル１２１ｕ）の配置位置に対して周方向に２０度（＝θ２）ずれた位置に配置され、Ｗ相コイル１２ｗ（Ｗ相コイルの各サブコイル１２１ｗ）は、Ｕ相コイル１２ｕ（Ｕ相コイルの各サブコイル１２１ｕ）の配置位置に対して周方向に４０度（＝θ２＋θ３）ずれた位置に配置される。すなわち、Ｗ相コイル１２ｗ（Ｗ相コイルの各サブコイル１２１ｗ）は、Ｖ相コイル１２ｖ（Ｖ相コイルの各サブコイル１２１ｖ）の配置位置に対して周方向に２０度（＝θ３）ずれた位置に配置される。

また、本実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａは、回転子２０ａがヨーク２４を備えるので、磁束の漏れを低減することができ、磁束がコイル１２（サブコイル）の電流方向と略直交することによって、磁石２２の性能をより有効に引き出すことができる。したがって、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａは、ヨーク２４を備えない場合に較べて、より大きな回転トルクを発生することができ、回転トルクを向上することができる。そして、ヨーク２４が上述した軟磁性粉末の圧縮形成部材である場合には、ヨーク２４における渦電流損を低減することができる。また、ヨーク２４が上述したシングルパンケーキ構造の部材である場合には、ヨーク２４における渦電流損を低減することができる。

次に、別の実施形態について説明する。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を示す図である。図４（Ａ）は、側面図であり、図４（Ｂ）は、アキシャルギャップ型ブラシレスモータにおけるコイルの正面図である。

第１実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａは、１個のギャップを有するシングルギャップ型であったが、第２実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｂは、２個のギャップを有するダブルギャップ型である。

このような第２実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｂは、図４に示すように、非回転部分である第１および第２固定子１０−１、１０−２と、回転部分である回転子２０ｂとを備え、第１固定子１０−１は、回転子２０ｂの一方側に、軸方向に回転子２０ｂから所定の間隔（１つ目の第１ギャップ）を空けて配置され、第２固定子１０−２は、回転子２０ｂの他方側に、軸方向に回転子２０ｂから所定の間隔（２つ目の第２ギャップ）を空けて配置されている。すなわち、コイル１２を配置した面を互いに対向させて、軸方向に離間して配置された１対の第１および第２固定子１０−１、１０−２間に、第１および第２固定子１０−１、１０−２のそれぞれから離間して回転子２０ｂが配置されている。

この回転子２０ｂは、回転子本体２１ａと、複数の磁石２２と、出力軸２３とを備えている。これら第２実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｂの回転子２０ｂにおける回転子本体２１ａ、複数の磁石２２および出力軸２３は、それぞれ、第１実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａの回転子２０ａにおける回転子本体２１ａ、複数の磁石２２および出力軸２３と同様であるので、その説明を省略する。すなわち、第２実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｂにおける回転子２０ｂは、第１実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａにおける回転子２０ａに対しヨーク２４を備えないものと同様の構造である。

また、第２実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｂにおける第１および第２固定子１０−１、１０−２のそれぞれは、第１実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａにおける固定子１０と同様であるので、その説明を省略する。なお、第１および第２固定子１０−１、１０−２は、同構造であるので、図４（Ｂ）には、一方のコイルの正面が図示されており、他方のコイルは、図示が省略されている。

このような第２実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｂは、シングルギャップ型の場合（すなわち、第１実施形態の場合）に較べて、より大きな回転トルクを発生することができ、回転トルクを向上することができる。

次に、別の実施形態について説明する。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を示す図である。図５（Ａ）は、側面図であり、図５（Ｂ）は、アキシャルギャップ型ブラシレスモータにおける固定子の構造を示す正面図である。

第１および第２実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａ、Ｍｂは、回転子２０ａ、２０ｂに磁石を備え、磁石界磁（永久磁石による永久磁石界磁）のブラシレスモータであるが、第３実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｃは、回転子２０ｃに誘導コイルを備え、誘導電動機方式のブラシレスモータである。

この第３実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｃは、図５に示すように、非回転部分である固定子１０と、回転部分である回転子２０ｃとを備え、これら固定子１０と回転子２０ｃとは、軸方向に所定の間隔を空けて配置されている。固定子１０には、回転磁界を発生する複数のコイル１２が周方向に配置され、回転子２０ｃには、複数の誘導コイル２５が前記周方向に配置されている。複数の誘導コイル２５は、前記複数のコイル１２と同数であってもよいが、前記複数のコイル１２とは異なる個数（極数）であることが好ましい。そして、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｃでは、前記複数のコイル１２に所定のタイミングで各相の交流電力を供給することで、磁界の変化により誘導コイル２５に誘導される電流による磁界との相互作用で、回転子２０ｃが回転する。

より具体的には、回転子２０ｃは、回転子本体２１ｂと、複数の誘導コイル２５と、出力軸２３とを備え、図５に示す例では、ヨーク２４をさらに備えている。

回転子本体２１ｂは、複数の誘導コイル２５を支持し、この支持している複数の誘導コイル２５と固定子１０の複数のコイル１２との間における磁気的な相互作用によって回転する円板状の部材である。回転子本体２１ｂの中心には、出力軸２３を挿通するための貫通開口が形成されており、そして、この貫通開口を中心に周方向に誘導コイル２５の個数に応じた個数であって、誘導コイル２５の形状に応じた形状の凹所が一方主面に形成されている。

誘導コイル２５は、固定子１０のコイル１２に交流電力が供給されると生じる磁界の変化によって誘導電流を生じさせ、コイル１２の磁界と相互作用することによって力を生じさせるためのコイルである。図５に示す例では、誘導コイル２５は、６個の誘導コイル２５−１〜２５−６である。複数の誘導コイル２５のそれぞれは、導体線材を複数回巻回してもよいが、本実施形態では、導体線材を１回巻回した１ターンコイル（ワンターンコイル、１巻きコイル、導体の円環）である。この１ターンコイルは、空芯コイルであってもよいが、より磁束を集中することによってより大きな回転トルクを得るために、本実施形態では、有芯コイルである。より具体的には、複数の誘導コイル２５のそれぞれは、１ターンコイル２５１と、磁性材料で形成され、１ターンコイルの芯部に配置される円板状の磁性体コア２５２とを備えている。複数の誘導コイル２５は、回転子本体２１ｂの周方向に形成された複数の前記凹所にそれぞれ嵌め込まれて固定されている。これによって誘導コイル２５に生じた力が回転子本体２１ｂに伝達され、出力軸２３を回転軸として回転子本体２１ｂが回転する。前記凹所は、本実施形態では有芯の１ターンコイル２５の形状に応じた平面視にて円形状の凹所である。本磁性体は、誘導コイル電流が作る交流磁界が誘起する渦電流を避けるため、例えば、純鉄粉の成形体、または、純鉄系または珪素鋼系の帯状薄板を絶縁膜とパンケーキ状に巻いた巻鉄芯として形成されていることが望ましい。

そして、第３実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｃの回転子２０ｃにおける出力軸２３およびヨーク２４は、第１実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａの回転子２０ａにおける出力軸２３およびヨーク２４と同様であるので、その説明を省略する。

また、第３実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｃにおける固定子１０は、第１実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａにおける固定子１０と同様であるので、その説明を省略する。

このように第３実施形態によれば、複数の有芯の１ターンコイル２５を誘導コイルとして用いた誘導電動機方式のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｃが提供される。そして、この第３実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｃは、第１実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａと同様な固定子１０を備えるので、分布巻きの効果とパンケーキ構造の効果との両方を有している。

次に、別の実施形態について説明する。

（第４実施形態）
図６は、第４実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおける固定子の構造を示す正面図である。

第４実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｄは、第３実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｃと同様に、回転子２０ｄに誘導コイルを備えた誘導電動機方式のブラシレスモータである。

この第４実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｄは、図６に示すように、非回転部分である固定子１０と、回転部分である回転子２０ｄとを備え、これら固定子１０と回転子２０ｄとは、軸方向に所定の間隔を空けて配置されている。固定子１０には、回転磁界を発生する複数のコイル１２が周方向に配置され、回転子２０ｄには、かご形コイル２６が前記誘導コイルとして配置されている。そして、このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｄでは、前記複数のコイル１２に所定のタイミングで各相の交流電力を供給することで、磁界の変化によりかご形コイル２６に誘導される電流による磁界との相互作用で、回転子２０ｄが回転する。

より具体的には、回転子２０ｄは、回転子本体２１ｃと、前記誘導コイルとしてかご形コイル２６と、出力軸２３とを備え、本実施形態では、ヨーク２４をさらに備えている。

回転子本体２１ｃは、かご形コイル２６を支持し、この支持しているかご形コイル２６と固定子１０の複数のコイル１２との間における磁気的な相互作用によって回転する円板状の部材である。回転子本体２１ｃの中心には、出力軸２３を挿通するための貫通開口が形成されており、そして、この貫通開口を中心にその周囲にかご形コイル２６の形状に応じた形状の凹所が一方主面に形成されている。

かご形コイル２６は、固定子１０のコイル１２に交流電力が供給されると生じる磁界の変化によって誘導電流を生じさせ、コイル１２の磁界と相互作用することによって力を生じさせるためのコイルである。図６に示す例では、かご形コイル２６は、径方向内側に配置され周方向全周に延設される環状の第１導体２６−１と、径方向外側に配置され周方向全周に延設される、第１導体２６−１の直径よりも大きい直径の環状の第２導体２６−２と、一方端が第１導体２６−１に接続され他方端が第２導体２６−２に接続される径方向に延設された直線状の複数の第３導体２６−３とを備えている。複数の第３導体２６−３は、周方向に等間隔で配置されており、図６に示す例では、６個の第３導体２６−３である。そして、本実施形態では、より磁束を集中することによってより大きな回転トルクを得るために、かご形コイル２６は、第１導体２６−１と、第２導体２６−２と、周方向で互いに隣接する１組の第３導体２６−３とで囲まれる領域内に配置され、平面視にてこの領域の形状と相似形でより小さい形状の板状の磁性体コア２６−４をさらに備えている。この磁性体コア２６−４は、磁性材料で形成されている。前記第３導体２６−３が６個であることから、第２導体２６−２と、周方向で互いに隣接する１組の第３導体２６−３とで囲まれる前記領域は、６個であり、これに対応して磁性体コア２６−４も６個である。

このような形状のかご形コイル２６を回転子２０ｄに配置するために、回転子本体２１ｃに形成される前記凹所は、径方向内側に周方向全周に亘って環状に形成された第１凹所と、径方向外側に周方向全周に亘って環状に形成された第１凹所の直径よりも大きい直径の第２凹所と、一方端が前記第１凹所に連結され他方端が前記第２凹所に連結される径方向に直線状に形成された複数の第３凹所とを備えている。複数の前記第３凹所は、かご形コイル２６の第３導体２６−３の個数に応じた個数であり、周方向に等間隔で形成されている。そして、本実施形態では、磁性体コア２６−４の形状に応じた形状の複数の第４凹所をさらに備えている。複数の前記第４凹所は、かご形コイル２６の磁性体コア２６−４の個数に応じた個数である。前記第４凹所は、より具体的には、平面視にて、第１扇形から、この第１扇形と同じ中心角であって第１扇形の半径よりも小さい半径の第２扇形を、互いに中心を一致させて取り除いた形状である。このような形状の回転子本体２１ｃに形成される前記凹所において、前記第１凹所には、かご形コイル２６の第１導体２６−１が嵌め込まれて固定され、前記第２凹所には、かご形コイル２６の第２導体２６−２が嵌め込まれて固定され、複数の前記第３凹所には、かご形コイル２６の複数の第３導体２６−３がそれぞれ嵌め込まれて固定され、そして、複数の前記第４凹所には、かご形コイル２６の複数の磁性体コア２６−４がそれぞれ嵌め込まれて固定されている。これによってかご形コイル２６に生じた力が回転子本体２１ｃに伝達され、出力軸２３を回転軸として回転子本体２１ｃが回転する。

そして、第４実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｄの回転子２０ｄにおける出力軸２３およびヨーク２４は、第１実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａの回転子２０ａにおける出力軸２３およびヨーク２４と同様であるので、その説明を省略する。

また、第４実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｄにおける固定子１０は、第１実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａにおける固定子１０と同様であるので、その説明を省略する。

このように第４実施形態によれば、かご形コイル２６を誘導コイルとして用いた誘導電動機方式のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｄが提供される。そして、この第４実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｄは、第１実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａと同様な固定子１０を備えるので、分布巻きの効果とパンケーキ構造の効果との両方を有している。

次に、別の実施形態について説明する。

（第５実施形態）
図７は、第５実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を示す側面図である。

第３および第４実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｃ、Ｍｄは、誘導電動機方式でシングルギャップ型であったが、第２実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｂと同様に、ダブルギャップ型も可能である。第５実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｅは、誘導電動機方式でダブルギャップ型である。

このような第５実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｅは、図７に示すように、非回転部分である第１および第２固定子１０−１、１０−２と、回転部分である回転子２０ｅとを備え、第１固定子１０−１は、回転子２０ｂの一方側に、軸方向に回転子２０ｅから所定の間隔（１つ目の第１ギャップ）を空けて配置され、第２固定子１０−２は、回転子２０ｅの他方側に、軸方向に回転子２０ｅから所定の間隔（２つ目の第２ギャップ）を空けて配置されている。すなわち、コイル１２を配置した面を互いに対向させて、軸方向に離間して配置された１対の第１および第２固定子１０−１、１０−２間に、第１および第２固定子１０−１、１０−２のそれぞれから離間して回転子２０ｅが配置されている。

この回転子２０ｅは、回転子本体２１ｂと、有芯の１ターンコイルである誘導コイル２５と、出力軸２３とを備えている。これら第５実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｅの回転子２０ｅにおける回転子本体２１ｂ、複数の誘導コイル２５および出力軸２３は、それぞれ、第３実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｃの回転子２０ｃにおける回転子本体２１ｂ、複数の誘導コイル２５および出力軸２３と同様であるので、その説明を省略する。すなわち、第５実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｅにおける回転子２０ｅは、第３実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｃにおける回転子２０ｃに対しヨーク２４を備えないものと同様の構造である。

また、第５実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｅにおける第１および第２固定子１０−１、１０−２のそれぞれは、第１実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭａにおける固定子１０と同様であるので、その説明を省略する。

なお、上述では、誘導コイル２５を備える回転子２０ｅが用いられたが、回転子２０ｅに代え、誘導コイルとしてかご形コイル２６を備える図略の回転子２０ｆが用いられてもよい。このような回転子２０ｆは、回転子本体２１ｃと、前記誘導コイルとしてかご形コイル２６と、出力軸２３とを備えている。これら回転子２０ｆにおける回転子本体２１ｃ、かご形コイル２６および出力軸２３は、それぞれ、第４実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｄの回転子２０ｄにおける回転子本体２１ｃ、かご形コイル２６および出力軸２３と同様であるので、その説明を省略する。すなわち、この回転子２０ｆは、第４実施形態のアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｄにおける回転子２０ｄに対しヨーク２４を備えないものと同様の構造である。

このような第５実施形態におけるアキシャルギャップ型ブラシレスモータＭｅは、シングルギャップ型の場合（すなわち、第３および第４実施形態の場合）に較べて、より大きな回転トルクを発生することができ、回転トルクを向上することができる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｍａ、Ｍｂ、Ｍｃ、Ｍｄ、Ｍｅ アキシャルギャップ型ブラシレスモータ
１０ 固定子
１２ コイル
２０ 回転子
２２ 磁石
２５ １ターンコイル
２６ かご形コイル

Claims (8)

1. 複数の相にそれぞれ対応した複数のコイルを備える固定子と、
   磁石または誘導コイルを備え、前記固定子から回転軸方向に間隔を空けて配置される回転子とを備え、
   前記複数のコイルのそれぞれは、内周側から巻初めて外周側で巻き終わるようにコイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の導体部材と、前記コイル状に巻回された前記帯状の導体部材における各ターン間に配置される絶縁部材とを備えるシングルパンケーキ構造の複数のサブコイルを備え、
   前記複数のサブコイルは、回転軸を中心に周方向に配置され、互いに隣接するサブコイル同士は、一方の巻き終わりが他方の巻始めとなって直列に連結され、前記一方の巻き終わり位置のコイル部分と前記他方の巻始めの位置のコイル部分とがコイル軸方向で重ねられており、
   前記複数のコイルは、周方向に所定の角度ずらして前記複数の相の各サブコイルがコイル軸方向で重ねられることによって、軸方向に重ねられていること
   を特徴とするアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
2. 前記導体部材は、超伝導材料によって形成された線材であること
   を特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
3. 前記回転子は、前記固定子に臨む面とは反対面上に設けられ、磁性体から形成されたヨークをさらに備えること
   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ブラシレスモータ。
4. 前記ヨークは、絶縁皮膜を持つ軟磁性粉末を圧縮形成することによって形成された部材であること
   を特徴とする請求項３に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
5. 前記ヨークは、コイル状に巻回された、コイル軸方向の幅がコイル径方向の厚さよりも長い長尺な帯状の純鉄と、前記コイル状に巻回された前記帯状の純鉄における各ターン間に配置される絶縁部材とを備えるシングルパンケーキ構造の部材であること
   を特徴とする請求項３に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
6. 前記誘導コイルは、周方向に配置された複数の１ターンコイルであること
   を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
7. 前記誘導コイルは、環状の第１導体と、前記第１導体の直径よりも大きい直径の環状の第２導体と、一方端が前記第１導体に接続され他方端が前記第２導体に接続される径方向に配置された直線状の複数の第３導体を備えるかご形コイルであること
   を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
8. 前記固定子は、回転子の回転軸方向両側に間隔を空けて配置された１対の第１および第２サブ固定子であること
   を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。