アキシャルギャップ型ブラシレスモータ
【課題】本発明は、従来よりもさらに渦電流損を低減し得るアキシャルギャップ型ブラシレスモータを提供する。
【解決手段】本発明のブラシレスモータ１は、コイル４１を備える固定子３Ａ，４Ａと、永久磁石２３を備える回転子２とが、軸方向に間隔を開けて配置されて成るアキシャルギャップ型のブラシレスモータ１であって、コイル４１は、帯状の線材であって、前記帯状の線材の幅方向が回転子２の永久磁石２３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。
【解決手段】本発明のブラシレスモータ１は、コイル４１を備える固定子３Ａ，４Ａと、永久磁石２３を備える回転子２とが、軸方向に間隔を開けて配置されて成るアキシャルギャップ型のブラシレスモータ１であって、コイル４１は、帯状の線材であって、前記帯状の線材の幅方向が回転子２の永久磁石２３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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータに関し、特に、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るアキシャルギャップ型ブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
前記アキシャルギャップ型のブラシレスモータは、前記固定子が回転子の外周側に設けられるラジアルギャップ型のブラシレスモータに比べて、小径で大きなトルクを得ることができ、自動車用途等に期待されている。
【０００３】
このようなアキシャルギャップ型のブラシレスモータは、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示のＤＣブラシレスモータでは、固定子のコイルの線材に帯状体を用い、その線材の幅方向が軸方向と平行となるように、渦巻き状に巻回されて該コイルが形成されている。そして、そのコイルが軸方向に複数段積み上げられ、電源に対して並列に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−８７５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおいて、渦電流損やヒステリシス損等の損失の低減が望まれており、上述の従来技術におけるＤＣブラシレスモータでも充分ではなかった。
【０００６】
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、従来よりもさらに損失を低減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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、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ことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、コイルは、帯状（テープ状、リボン状）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ので、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、磁束に直交する面における前記線材の断面積を小さくすることができ、渦電流損を小さくすることができる。
【０００９】
そして、好ましくは、前記コイルは、磁気的に等方性を有する磁性体のヨークを備えるものである。この構成によれば、磁束がコイルの電流方向と直交することで、高効率でトルクが発生し、またコイルにおける渦電流も低減できるので、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、モータの効率を向上することができる。
【００１０】
また、好ましくは、周方向に対して、コイル間の間隔は、永久磁石間の間隔と相互に異なり、かつ倍数でない周期に形成されるものである。この構成によれば、例えばコイル電流が、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相で、巻線が３極の場合には永久磁石が４極、巻線が６極の場合には永久磁石が８極、巻線が９極の場合には永久磁石が１２極と言うように、巻線の極数と、永久磁石の極数とが互いに異なる素数に基づく関係（上述の例では、巻線の極数ｎに対して、永久磁石の極数は、２・２（ｎ／３）の関係）とすることで、コイル間の間隔と、永久磁石間の間隔とを相互に一致することがないようにすることができる。これによって、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、トルクリップルを抑えることができる。
【００１１】
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、前記コイルとそれを搭載する固定子側のヨークとの隙間に充填される熱伝導性の部材をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、前記コイルとそれを搭載する固定子側のヨークとの隙間に熱伝導性の部材、例えばシリコングリスやアルミナ等が充填される。したがって、帯状の線材を用い、例えばいわゆるシングルパンケーキ巻き構造を採用することで、巻線の内部で発生した熱は、例えば銅等の線材の良好な熱伝導性によって該コイルの端部まで伝導した後に、さらに前記熱伝導性の部材を介して、ヨークにまで良好な熱伝導性で伝導することができる。このため、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、コイルの放熱性を向上することができ、これによって、コイル電流を大きくして大きなトルクを得ることができ、或いは同じトルクでは小型化することができる。
【００１３】
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、前記永久磁石の少なくとも外周側に、周方向に沿って周期的に配置される複数の磁性体をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、帯状の線材が渦巻き状に巻回されてコイルが形成される場合、そのコイルの径方向に延びる部分の発生する磁界は、永久磁石の軸方向に延びる磁束と作用して、ローレンツ力によって周方向への回転トルクを発生するものの、前記コイルの周方向に延びる部分（特に、軸方向から見てコイルが三角形に巻回されている場合の外周側の部分で顕著なように）の発生する磁界は、永久磁石の磁束と作用しない。しかしながら、回転子において、その部分に周期的に磁性体を配置しておくことで、該磁性体が回転磁界に吸引されて、いわゆるスイッチトリラクタンスモータの原理で、該回転磁界に同期したトルクが発生する。したがって、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、コイルと永久磁石とのローレンツ力モータでは無駄になっていたコイルの周方向に延びる部分が発生する磁界も有効に利用することができ、トルクを向上することができる。
【００１５】
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、前記永久磁石は、周方向に複数配列され、前記回転子は、周方向に配列される前記永久磁石間に径方向に延びる導体を備えるとともに、前記回転子の内周側および外周側に、前記各導体の端部間を短絡する短絡リングを備えることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、前記導体および短絡リングは、ラジアルギャップ型のかご型誘導電動機のかごの部分と同様に機能する。したがって、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、特に起動時の同期速度に引き入れるまでの大きなスリップの状態で、誘導電動機としてのトルクが加わり、また同期速度に達しても、コイル電流に含まれる高調波電流との間のスリップで同様にトルクを発生し、トルクをアップすることができる。
【００１７】
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、前記導体および短絡リングは、回転軸に固着され、前記永久磁石が嵌め込まれる枠体から成ることを特徴とする。
【００１８】
このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、前記かご型誘導電動機のかごの部分と同様に機能する前記導体および短絡リングを、例えばアルミニウム等の非磁性であって導電性の部材によって形成することによって、前記回転子を構成し、回転軸に固着され、前記永久磁石が嵌め込まれる枠体と兼用することができる。
【００１９】
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、前記各コイルには、９つの位相でコイル電流が与えられることを特徴とする。
【００２０】
このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、９相のコイル電流を使用する場合、３次高調波の回転磁界によって、前記かご型誘導電動機としてのトルクをアップすることができる。
【００２１】
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、前記固定子は、前記回転子を挟んで一対で設けられることを特徴とする。
【００２２】
このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、共通の回転子を挟んで、一対の固定子で該回転子を駆動するので、略２倍のトルクを、２倍より大幅に薄い厚さで実現することができる。
【００２３】
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、前記コイルが、ラジアル方向に複数配列されていることを特徴とする。
【００２４】
このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、トルクを増大することができる。
【００２５】
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、前記固定子のヨークは、磁気的に等方性を有するものであって、軟磁性粉末を成型して成ることを特徴とする。
【００２６】
このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、所望の磁気特性が比較的容易に得られると共に、比較的容易に所望の形状に成形され得る。
【００２７】
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、前記軟磁性粉末は、電気絶縁層で覆われていることを特徴とする。
【００２８】
このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、ヨーク内の電流を低減できるので、該ヨークの渦電流損を低減することができる。
【００２９】
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、前記固定子のヨークは、帯状の軟磁性部材を、該軟磁性部材の幅方向が前記回転子の回転軸方向に沿うように、巻回することによって構成されて成ることを特徴とする。
【００３０】
上記構成によれば、大きな固定子のヨークを比較的容易に形成することができるので、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、大型化によって高トルク化することができる。
【００３１】
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、前記巻き回された軟磁性部材間には、絶縁層をさらに備えることを特徴とする。
【００３２】
上記構成によれば、径方向の電気抵抗が高くなるので、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、渦電流損を低減することができる。
【００３３】
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、前記帯状の線材は、前記軸方向と直交する一方側面に配置された第２軟磁性部材をさらに備えていることを特徴とする。
【００３４】
上記構成によれば、軸方向と直交する帯状の線材の一方側面に第２軟磁性部材が配置されているので、コイル部分の透磁率がより高くなり、第２軟磁性部材を備えない場合に分散および散逸していた磁束を当該第２軟磁性部材が捕捉して効果的に回転子の永久磁石に導くことができるので、その回転トルクをより大きくすることができる。
【００３５】
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、前記コイルは、周方向に沿った直線部分を含み、前記第２軟磁性部材は、前記直線部分に配置されていることを特徴とする。
【００３６】
いわゆるレーストラック型のコイルでは、コイルの曲部分は、回転子の永久磁石との相互作用が相対的に弱い一方、その直線部分は、前記相互作用が相対的に強い。このため、上記構成によれば、相互作用の強い直線部分に磁束を導くので、より効果的に回転トルクを増大することができる。
【００３７】
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、前記軸方向と直交する方向における前記第２軟磁性部材の厚さは、当該コイルに給電される交流電力の周波数における表皮厚み以下であることを特徴とする。
【００３８】
上記構成によれば、渦電流損の発生を低減することができる。
【００３９】
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、前記帯状の線材は、前記第２軟磁性部材が被覆形成されていることを特徴とする。
【００４０】
上記構成によれば、第２軟磁性部材が被覆している帯状の線材を巻き回すことによって、軸方向と直交する帯状の線材の一方側面に第２軟磁性部材が配置されているコイルを形成するので、コイルの容積対占積率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００４１】
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、磁束に直交する面における前記線材の断面積が小さくなり、渦電流損やヒステリシス損等の損失を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施形態にかか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斜視図である。
【図２】図１に示す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斜視図である。
【図３】図２に示す固定子におけるヨークの構造を示す斜視図である。
【図４】図２に示す固定子におけるコイルを拡大して示す斜視図である。
【図５】図４の切断面線Ｖ−Ｖから見た断面図である。
【図６】図１に示すアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおける回転子の構造を示す分解斜視図である。
【図７】図１に示すアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおける磁気回路を模式的に示す図である。
【図８】第２実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの第１構造例を模式的に示す図である。
【図９】第２実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの第２構造例を模式的に示す図である。
【図１０】第２実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの第３構造例を模式的に示す図である。
【図１１】第３実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１１に示す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模式的な正面図である。
【図１３】第４実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を模式的に示す斜視図である。
【図１４】第４実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの他の構造を模式的に示す斜視図である。
【図１５】第４実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの他の構造を模式的に示す図である。
【図１６】第５実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を模式的に示す斜視図である。
【図１７】第６実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を模式的に示す斜視図である。
【図１８】磁歪効果を説明するための図である。
【図１９】第７実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を模式的に示す斜視図である。
【図２０】変形形態におけるコイル部分の構成を説明するための図である。
【図２１】変形形態におけるコイル部分の他の構成を説明するための図である。
【図２２】アウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構成を示す図である。
【図２３】図２２に示すアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおける磁気回路を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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。
【００４４】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかか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斜視図である。なお、この図１では、ケーシングの内部について示しているため、ケーシングは、図示しておらず、また出力軸２１も、本来、軸方向に延びているが、この図１では短縮して示されている。
【００４５】
このブラシレスモータ１Ａは、回転子２が、その軸方向に間隔を開けて配置される上下一対の固定子３Ａ，４Ａで挟み込まれて構成されるアキシャルギャップ型のブラシレスモータである。回転子２には、前記出力軸２１が固着されている。例えば、このブラシレスモータ１Ａの径は、３０ｃｍ程度であり、厚さは、１０ｃｍ程度であり、前記回転子２と固定子３Ａ，４Ａとの間のギャップは、１ｍｍ程度である。
【００４６】
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における、一方の固定子４Ａの構造を示す斜視図である。他方の固定子３Ａは、固定子４Ａと同様に構成されるので、その説明を省略する。固定子４Ａは、複数のコイル４１と、ヨーク４２とを備えて構成される。複数のコイル４１は、それぞれ、ヒステリシス損による損失を小さくすることができるように、空芯のコイルであり、ヨーク４２に嵌め込まれている。図３は、図２に示す固定子におけるヨーク４２の斜視図である。このヨーク４２は、中心に前記出力軸２１を遊挿するための挿通孔４２１ａを有する円板状の支持板４２１を備え、この支持板４２１における回転子２側の表面には、前記複数のコイル４１をそれぞれ位置決めするための複数の三角形（略扇状）の薄板状の歯４２２が、その三角形の頂点を前記挿通孔４２１ａ側に向けて周方向に等間隔に隆起して形成されている。前記挿通孔４２１ａの部分は、前記出力軸２１を回転自在に支持する軸受けとなっていてもよい。
【００４７】
ヨーク４２は、所望の磁気特性（比較的高い透磁率）の実現容易性および所望の形状の成形容易性の観点から、磁気的に等方性を有するものであって、例えば軟磁性粉末を、圧力成型、或いは加熱や接着剤等を用いて成型して形成される。この軟磁性粉末は、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、さらには、表面にリン酸系化成皮膜等の電気絶縁皮膜が形成された鉄粉等が挙げられる。これら軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法等によって製造することができる。また、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材料であることが好ましい。そして、公知の常套手段を用いることによって、このような軟磁性粉末を圧粉成形した所定の密度の部材で、ヨーク４２が形成される。
【００４８】
また、ヨーク４２は、磁気的に等方性を有するフェライトであってもよい。このような構成では、上述の軟磁性粉末の場合と同様に、所望の磁気特性が比較的容易に得られると共に、比較的容易に所望の形状に成形され得る。前記軟磁性粉末は、電気絶縁層で覆われていることが好ましく、より具体的には、上述したようにリン酸系化成被膜等の電気絶縁被膜で表面処理されていることが好ましい。なお、前記軟磁性粉末に、絶縁性樹脂コーティング等を施すこともできる。
【００４９】
図４は、前記コイル４１を拡大して示す斜視図であり、図５は、図４の切断面線Ｖ−Ｖから見た断面図である。ここで、本実施の形態のコイル４１は、帯状の線材であって、前記帯状の線材の幅方向が回転子２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、いわゆるシングルパンケーキ巻きで形成されることである。より具体的には、コイル４１は、前記帯状の線材が、その幅方向が軸方向と平行となるように、渦巻き状に巻回されて成る。さらに、本実施の形態では、例えば、帯状の線材が、図示しない巻き枠に巻回され、加熱および冷却や接着等で該コイル４１の形に形成され、前記巻き枠から取外された後、前記複数の各ヨーク４２に嵌め込まれ、その支持板４２１との隙間に、シリコングリスやアルミナ等の熱伝導性の部材４３が充填される。すなわち、本実施の形態におけるブラシレスモータ１Ａは、コイル４１とそれを搭載する固定子３Ａ，４Ａ側のヨーク４２との隙間に充填される熱伝導性の部材４３をさらに備えている。熱伝導性の部材４３は、例えばアルミナ等の粉体である場合には所定の媒体に練り込まれて少なくとも初期では流動性を有するものとされる。
【００５０】
このような帯状の線材を用いる場合では、導体層と絶縁層とをその厚み方向に積層して、コイル４１が形成される。前記線材の導体部材（導体層の部材）は、例えば、銅、アルミ、またはその合金等からなる。前記導体部材は、絶縁性の樹脂等により被覆され、テープ面同士が電気的に接触しないように絶縁が確保される。なお、絶縁シートを挟むことで絶縁性が確保されてもよい。
【００５１】
このコイル４１を形成する線材の幅は、一例では、３０ｍｍ程度、厚みは、１ｍｍ程度で、アスペクト比は３０：１程度である。また、このコイル４１の巻き厚は、一例では、１０ｍｍ以下、すなわちターン数は、１０程度である（図４等では、図面の簡略化のために、ターン数を少なく描いている。）。また、前記渦巻き状に巻回されたコイル４１の外周側の端部４１１は、そのまま外部に引出され、後述のように同相の巻線同士並列に接続され、内周側の端部４１２には、引出し用の線材４４が半田付けされ、その引出し用の線材４４は、前記歯４２２の外周から支持板４２１に形成された溝４２ａを引回されて外部に引出され、同様に同相の巻線同士並列に接続される。
【００５２】
一般に、コイルに流れる交流電流は、導体部材の表皮厚みδまでの範囲しか流れず、断面全体に一様に電流が流れていない。この表皮厚みδは、一般に、コイルに流れる交流電流の周波数（角周波数）をωとし、導体部材の透磁率をμとし、その電気伝導率をσとする場合に、δ=（２／ωμσ）１／２で表わされる。ここで、前記導体部材の厚みを前記表皮厚みδより厚くすると、導体部材において電流が流れない無効な部分が存在し、その導体部材の体積が無駄に増加することになって、コイルの巻線効率が低下してしまう。さらに、磁場がテープ状の導体平面に平行にかかる場合でも、導体部材に流れる渦電流の損失が増加することになる。これに対して、導体部材の厚みを前記表皮厚みδ以下にすると、電流の流れない無駄な導体部材の部分が無くなり、導体部材全体に電流が流れてコイル巻線の効率が向上し、コンパクトにコイルを構成することが可能となる。さらに、磁場がテープ状の導体平面に平行にかかるようにすれば、導体部材に流れる渦電流の損失を大幅に低減できる。したがって、前記コイル４１の線材には、前記表皮厚みδ以下の厚みの導体部材が用いられることが好ましい。
【００５３】
また、帯状の導体部材の厚みをｔとし、幅をＷとする場合に、幅Ｗは、該導体部材に流す電流の大きさによって決まるが、ｔ／Ｗ≦１／１０の条件を満足することが好ましい。上記一例では、その限界のｔ／Ｗ＝１／３０である。ｔ／Ｗ≦１／１０とすると、実効的な導体部材の占積率を向上させることができ、かつ、渦電流損を大幅に低減することが可能である。
【００５４】
図６は、回転子２の構造を示す斜視図である。回転子２は、中心に前記出力軸２１が固着される枠体２２に、複数の永久磁石２３および磁性体２４，２５が取付けられて構成される。これら磁性体２４，２５は、前記軟磁性粉末を圧粉成形して形成される。一方、前記枠体２２は、オーステナイト系ステンレス等の非磁性体から成り、前記出力軸２１が固着されるハブ２２１と、同心の外側リング２２２と、径方向に延び、それらの間を連結するスポーク２２３とを備えて構成される。前記スポーク２２３によって、該枠体２２には、軸方向から見て略三角形状（略扇状）で大小の開口２２４，２２５が周方向に交互に形成されている。そして、大きい開口２２４内には、略三角形状の前記永久磁石２３が嵌め込まれて、その表裏（上下）に略三角形状の磁性体２４が積層されて、それらがボルト締め等で該枠体２２に取付けられる。一方、小さい開口２２５には、略三角形状で表裏（上下）一対の磁性体２５が嵌め込まれて、それらがボルト締め等で該枠体２２に取付けられる。
【００５５】
また、固定子３Ａと回転子２との間隔の均一度および固定子４Ａと回転子２との間隔の均一度は、コイル４１の内部を通る磁束の方向に重大な影響を及ぼす。最外周における固定子３Ａ，４Ａと回転子２との間隔Ｌ１と、最内周における固定子３Ａ，４Ａと回転子２との間隔Ｌ２との差（Ｌ１−Ｌ２）を、その平均値Ｌ３で除して得られる値（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ３の絶対値を１／５０以下に設定することが好ましい。このように設定することによってコイル４１の内部を通る磁束が軸方向に平行でないために生じる渦電流の増大を抑制することができる。
【００５６】
次に、本実施形態に係るブラシレスモータ１Ａの動作について説明する。本実施形態では、コイル４１が１２極、永久磁石２３が８極設けられ、それぞれの厚み方向に分極する。そして、その１２極のコイル４１を３つのグループに分割してそれぞれ並列に接続し、３相交流のＵ，Ｖ，Ｗ相の電流によるローレンツ力で回転子２に回転トルクが発生し、該回転子２が回転する。
【００５７】
この本実施形態のブラシレスモータ１Ａでは、等価磁気回路の考察から、パーミアンス（動作点）Ｂ／Ｈは、次の式１−１のようになり、ここで、Ｂ＝ｆ（Ｈ）をＢｒ（１−Ｈ／Ｈｅ）と直線近似すると、式１−２のようになる。
【００５８】
【数１】
【００５９】
ここで、μは、比透磁率であり、μ０は、真空の透磁率であり、Ｈｅは、磁束線経路の平均の磁界の強さであり、Ｂｒは、磁束線経路の平均磁束密度である。また、図７に示すように、ＴＰＭは、ロータ２の厚さであり、ＴＣは、コイル３１、４１の厚さであり、ｇは、回転子２と固定子３Ａとのアキシャル方向の間隔であり、回転子２と固定子４Ａとのアキシャル方向の間隔であり、ｓは、ロータ２の永久磁石２３間のスペースであり、ＴＹは、固定子３Ａ，４Ａの厚さ（ヨークの厚さ）であり、ＷＰＭは、永久磁石２３の幅である。
【００６０】
したがって、この式１−２から、トルクを改善するためには、１）Ｈｅがより大きく、かつ、μ０×Ｈｅ≦Ｂｒが、より大きい方が好ましくは、２）ｇは、可能な限り０に近い方が好ましく、３）ＴＣ≦ＴＰＭ≦２ＴＣである方が好ましく、４）（ＷＰＭ）２／（４ＴＹ（ＴＣ＋ｇ））＜＜μ／μ０である方が好ましく、５）ｓ≦ＴＰＭ＜＜ＷＰＭである方が好ましい。
【００６１】
そして、上述のように構成されるブラシレスモータ１Ａは、コイル４１の線材が円柱状の線材では表皮効果で電流の流れが少なくなる部分があるのに対して、上述のように、帯状（テープ状）の線材を用いることで、線材の断面（電流の流路断面）において、内部側（高周波の電流が流れない領域）の面積を減少させて電流密度を向上し、さらに渦電流も少なくすることができ、より大きなトルクを得ることができるとともに、ＡＴ（アンペアターン）が小さく、組立て（リサイクル時の分解も）が容易であり、かつ巻線自体の構造が強固になり、断線や磁歪による疲労にも強くすることができる。
【００６２】
また、同じ厚みに巻いても、円柱状の線材では、線間に空気が入り込み、熱伝導が悪くなるのに対して、上述のように構成されるブラシレスモータ１Ａは、帯状（テープ状）の線材を用い、さらに前記シングルパンケーキ巻き構造を採用することで、図５で示すように、コイル４１の内部で発生した熱を、銅等の該線材の良好な熱伝導性によって、参照符号４１ａで示すように、コイル４１の端部まで伝導させた後、さらに前記熱伝導性の部材４３を介して、ヨーク４２にまで良好な熱伝導性で伝導することができ、コイル４１の放熱性を向上することができる。これによって、上述のように構成されるブラシレスモータ１は、コイル電流を大きくして大きなトルクを得ることができ、或いは同じトルクでは小型化することができる。なお、一般に、熱絶縁体の伝導度が１Ｗ／ｍＫ程度以下であるのに対して、前記熱伝導性の部材４３は、１００Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導度を有するものであればよい。
【００６３】
さらにまた、上述のように構成されるブラシレスモータ１Ａは、共通の回転子２を挟んで、一対の固定子３Ａ，４Ａで該回転子２を駆動するので、略２倍のトルクを、２倍より大幅に薄い厚さで実現することができる。また、上述のような構造で、コイル４１が発生する電流と永久磁石２３の磁界とで回転トルクを得る、いわゆるローレンツ力モータの構造であるので、上述のように構成されるブラシレスモータ１Ａは、ヨーク４２の材料に比較的透磁率の低い軟磁性粉末を用いることができ、それを圧粉成形して該ヨーク４２を作成することで、電磁鋼板を用いる場合に比べて、コストを大幅に下げることができるとともに、任意の形状に形成することができる。
【００６４】
また、回転子２において、枠体２２および磁性体２４，２５も、前記軟磁性粉末を成型して形成されることで、該回転子２を組立てた後に、強磁場で永久磁石２３および磁性体２４を着磁することで、回転子２は、組立てし易くなる。
【００６５】
また、上述のように構成されるブラシレスモータ１Ａでは、永久磁石２３間に、回転子２の表面から裏面へと貫通している磁性体２５が設けられ、そして、それらの間にギャップが形成される。これによって、上述のように構成されるブラシレスモータ１Ａは、コイル４１と永久磁石２３との間に生じる磁気的な吸引力および反発力を増大させるリラクタンストルクを得ることができる。ここで、磁性体２４間のギャップ間隔および永久磁石２３と磁性体２５との間のギャップ長は、回転子２と固定子３Ａ，４Ａとの間のギャップ長（前記１ｍｍ）よりも大きいことが好ましい。これによって、永久磁石２３から流出した磁束の内、隣接する永久磁石２３あるいは磁性体２５等へと流れる磁束が減少し、永久磁石２３の法線方向（出力軸２１方向）の磁束が増加し、トルクが増加する。
【００６６】
次に、別の実施形態について説明する。
【００６７】
（第２実施形態）
図８〜図１０は、第２実施形態に係るブラシレスモータの構造を示し、コイルとして円筒型コイルを適用した図であり、それぞれ（ａ）は、固定子４ａ，４ｂ，４ｃの模式的な正面図であり、（ｂ）は、回転子２ａ，２ｂ，２ｃの模式的な正面図である。これらのブラシレスモータでは、周方向に対して、前記の円筒型のコイルＣＵ１，ＣＶ１，ＣＷ１；ＣＵ２１，ＣＶ２１，ＣＷ２１，ＣＵ２２，ＣＶ２２，ＣＷ２２；ＣＵ３１，ＣＶ３１，ＣＷ３１，ＣＵ３２，ＣＶ３２，ＣＷ３２，ＣＵ３３，ＣＶ３３，ＣＷ３３（総称するときは、以下参照符号Ｃで示す）間の間隔は、永久磁石Ｍ１１〜Ｍ１４；Ｍ２１〜Ｍ２８；Ｍ３１〜Ｍ４２（総称するときは、以下参照符号Ｍで示す）間の間隔と相互に異なり、かつ倍数でない周期に形成される。
【００６８】
より具体的には、コイル電流が、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相であり、例えば、図８で示すように巻線がＣＵ１，ＣＶ１，ＣＷ１の３極の場合には永久磁石がＭ１１〜Ｍ１４の４極であり、また例えば、図９で示すように巻線がＣＵ２１，ＣＶ２１，ＣＷ２１，ＣＵ２２，ＣＶ２２，ＣＷ２２の６極の場合には永久磁石がＭ２１〜Ｍ２８の８極であり、また例えば、図１０で示すように巻線がＣＵ３１，ＣＶ３１，ＣＷ３１，ＣＵ３２，ＣＶ３２，ＣＷ３２，ＣＵ３３，ＣＶ３３，ＣＷ３３の９極の場合には永久磁石がＭ３１〜Ｍ４２の１２極である、と言うように、巻線の極数と、永久磁石の極数とが互いに異なる素数の関係（上述の例では、巻線の極数ｎに対して、永久磁石の極数は、２・２（ｎ／３）の関係）とすることによって、コイルＣ間の間隔と、永久磁石Ｍ間の間隔とは、相互に一致することがないようにすることができる。
【００６９】
次に、別の実施形態について説明する。
【００７０】
（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態に係るブラシレスモータ１Ｂの構造を模式的に示す断面図であり、図１２は、その固定子１４の模式的な正面図である。このブラシレスモータ１Ｂも、前述のブラシレスモータ１と同様に、回転子１２の上下両側を固定子１３，１４で挟み込み、それらの間にギャップを有するアキシャルギャップ型のブラシレスモータである。ここで、本実施形態のブラシレスモータ１Ｂでは、コイルが、参照符号１３１，１３２；１４１，１４２で示すように、ラジアル方向に複数（図１１および図１２の例では２）配列されている。これに対応して、永久磁石も、参照符号１２３１，１２３２で示すように、ラジアル方向に複数（図１１および図１２の例では２）配列されている。このように構成することによっても、トルクが増大する。また、このように構成することによって、漏れ磁束が低減される。このような構成は、特に、極数が少なく周方向の永久磁石間隔が大きい場合に効果的である。
【００７１】
次に、別の実施形態について説明する。
【００７２】
（第４実施形態）
図１３は、第４実施形態に係るブラシレスモータ１Ｃの構造を模式的に示す斜視図である。このブラシレスモータ１Ｃは、前述の図１〜図６で示すブラシレスモータ１Ａに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。図１３（ａ）は、前述の図４と同様に、固定子４Ａ側の構造、特にコイル４１の構造を示し、図１３（ｂ）は、そのコイル４１と本実施形態に係る回転子２ｅとの関係を示す図である。
【００７３】
前述のように、帯状の線材が渦巻き状に巻回されてコイル４１が形成される場合、図１３（ａ）で示すように、そのコイル４１の径方向に延びる部分４１３に流れる電流Ｉ１によって発生される磁界Ｂ１は、永久磁石２３の軸方向に延びる磁束と作用して、前記のローレンツ力によって周方向への回転トルクＦを発生するものの、前記コイル４１の周方向に延びる部分４１４（特に軸方向から見てコイルが三角形に巻回されている場合の外周側の部分で顕著である）に流れる電流Ｉ２によって発生される磁界Ｂ２は、永久磁石２３の磁束と作用しない。
【００７４】
そこで、本実施形態では、図１３（ｂ）で示すように、回転子２ｅにおいて、その部分に、例えば永久磁石２３の少なくとも外周側に、周方向に沿って周期的に磁性体２６が配置される。これによって、このような構成のブラシレスモータ１Ｃでは、該磁性体２６がコイル４１の発生する回転磁界に吸引されて、いわゆるスイッチトリラクタンスモータの原理で、該回転磁界に同期したトルクが発生する。
【００７５】
したがって、このような構成のブラシレスモータ１Ｃでは、コイル４１と永久磁石２３とのローレンツ力モータでは無駄になっていたコイル４１の周方向に延びる部分４１４によって発生される磁界Ｂ２も有効に利用され、このような構成のブラシレスモータ１Ｃは、トルクを向上、例えば２割程度アップすることができる。
【００７６】
図１４は、第４実施形態に係るブラシレスモータ１Ｃの他の構造を模式的に示す斜視図である。図１４は、前述の図４と同様に、固定子４Ａ側の構造、特にコイル４１の他の構造を示している。そして、このような構成のブラシレスモータ１Ｃにおいて、さらに高トルク化するために、図１４に示すように、固定子４Ａには、磁性体２６と相互作用する、比較的大きな透磁率を持つ磁性体から成るポールピース４６およびポールピース４７のうちの両方またはいずれか一方がさらに設けられてもよい。ポールピース４６は、各コイル４１の芯部内であって磁性体２６と相互作用する位置にそれぞれ配置される磁性体から成る柱状体である。図１４に示す例では、ポールピース４６は、コイル４１の芯部内で外よりに配置され、コイル４１と同じ高さの円柱体である。ポールピース４７は、各コイル４１間であって磁性体２６と相互作用する位置にそれぞれ配置される磁性体から成る柱状体である。図１４に示す例では、ポールピース４７は、互いに隣接する２つのコイル４１間におけるコイル４１の頂部外側に配置され、コイル４１と同じ高さの、断面扇形あるいは三角形の柱状体である。このようなポールピース４６、４７を配置することによって磁束Ｂがポールピース４６、４７に集中し、リラクタンストルクを向上することができる。このポールピース４６、４７は、交流磁束が生じるため、例えばフェライト等の高抵抗であって高透磁率な磁性体材料で形成されることが好ましい。また、このポールピース４６、４７は、絶縁被覆した純鉄系線材を複数、コイル４１の軸方向に沿って束ねて形成されてもよい。
【００７７】
図１５は、第４実施形態に係るブラシレスモータ１Ｃのさらに他の構造を模式的に示し、（ａ）は、固定子４ｄの模式的な正面図であり、（ｂ）は、回転子２ｄの模式的な正面図である。これらのブラシレスモータでは、周方向に対して、コイルＣＵ４１，ＣＶ４１，ＣＷ４１，ＣＵ４２，ＣＶ４２，ＣＷ４２，ＣＵ４３，ＣＶ４３，ＣＷ４３，ＣＵ４４，ＣＶ４４，ＣＷ４４（総称するときは、以下参照符号Ｃで示す）間の間隔は、永久磁石Ｍ５１〜Ｍ６６（総称するときは、以下参照符号Ｍで示す）間の間隔と相互に異なり、かつ倍数でない周期に形成される。
【００７８】
より具体的には、コイル電流が、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相であり、例えば、図１５で示すように巻線がＣＵ４１，ＣＶ４１，ＣＷ４１，ＣＵ４２，ＣＶ４２，ＣＷ４２，ＣＵ４３，ＣＶ４３，ＣＷ４３，ＣＵ４４，ＣＶ４４，ＣＷ４４の１２極の場合には永久磁石がＭ５１〜Ｍ６６の１６極である、と言うように、巻線の極数と、永久磁石の極数とが互いに異なる素数の関係（上述の例では、巻線の極数ｎに対して、永久磁石の極数は、２・２（ｎ／３）の関係）とすることによって、コイルＣ間の間隔と、永久磁石Ｍ間の間隔とは、相互に一致することがないようにすることができる。
【００７９】
次に、別の実施形態について説明する。
【００８０】
（第５実施形態）
図１６は、第５実施形態に係るブラシレスモータ１Ｄの構造を模式的に示す図である。このブラシレスモータ１Ｄも、前述の図１〜図６で示すブラシレスモータ１Ａに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。図１６（ａ）は、ブラシレスモータ１Ｄを周方向に転回して示す断面図であり、図１６（ｂ）は、平面図である。本実施形態では、固定子４Ａ側の構造は、前述のブラシレスモータ１と同様である。
【００８１】
ここで、本実施形態では、回転子２ｆは、周方向に配列される前記永久磁石２３間に、径方向に延びる導体２７を備えるとともに、該回転子２ｆの内周側および外周側に、前記各導体２７の端部間を短絡する短絡リング２８，２９を備えている。このように構成することによって、図１６（ｂ）で示すように、回転子２ｆに前記導体２７および短絡リング２８，２９による電流ループを形成すると、コイル４１による回転磁界Ｂ３によって、前記電流ループに渦電流Ｉ３が発生し、本来、その渦電流Ｉ３は、損失となるが、回転子２ｆが前記回転磁界Ｂ３の同期速度より低い、すなわち滑りを生じている場合には、前記導体２７を流れる渦電流Ｉ３と前記回転磁界Ｂ３とによって回転トルクＦ３が発生し、その回転トルクＦ３を起動時、或いは同期速度の維持に利用することができる。すなわち、本実施形態のブラシレスモータ１Ｄは、前述のようにアキシャルギャップ型のブラシレスモータであるものの、回転子２ｆに、前記のような導体２７および短絡リング２８，２９を設けることによって、これら導体２７および短絡リング２８，２９がラジアルギャップ型のかご型誘導電動機のかごの部分と同様に機能することを利用することができる。
【００８２】
したがって、特に、起動時の同期速度に引き入れるまでの大きなスリップの状態では、誘導電動機としてのトルクＦ３が加わり、また同期速度に達しても、コイル電流に含まれる高調波電流との間のスリップで同様にトルクが発生し、このような構成のブラシレスモータ１Ｄは、トルクをアップすることができる。
【００８３】
ここで、前述の図６を参照して、前記永久磁石２３および磁性体２４，２５が取付けられる枠体２２は、上述したように、内周側のリング状のハブ２２１と、同心の外側リング２２２と、それらの間を連結し、前記永久磁石２３間を径方向に延びるスポーク２２３とを備えて構成される。したがって、この枠体２２を非磁性で導電性を有するアルミ等で構成することによって、このような構成のブラシレスモータ１Ｄは、該枠体２２を前記導体２７および短絡リング２８，２９として兼用することができる。
【００８４】
また、例えば前述の図１０で示す固定子４ｃを用い、９極の巻線ＣＵ３１，ＣＶ３１，ＣＷ３１，ＣＵ３２，ＣＶ３２，ＣＷ３２，ＣＵ３３，ＣＶ３３，ＣＷ３３のそれぞれには、相互に異なる位相の（４０°ずれた）コイル電流を与えることで、標準的な３相の場合に比べて、３次高調波の回転磁界による大きなスリップで、前記かご型誘導電動機としてのトルクをアップすることができる。以下にその理由を詳述する。
【００８５】
先ず、コイルによって作られる磁界が正弦波でない場合、高調波成分が存在する。一方、印加電圧を正弦波としても、コイル形状やロータとの位置関係によって磁界は、正弦波とはならない。特に、スイッチングによって各相をＯＮ／ＯＦＦ制御した場合、矩形波となり、この場合奇数次の高調波が発生する。このとき、回転磁界を３相交流で作成し、その基本波Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３を、
Ｖ１１＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）
Ｖ１２＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−１／３・２π）
Ｖ１３＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−２／３・２π）
とするとき、３次高調波Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ３３は、
Ｖ３１＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ）
Ｖ３２＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−３・１／３・２π）＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−２π）
Ｖ３３＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−３・２／３・２π）＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−４π）
となる。すなわち、Ｖ３１＝Ｖ３２＝Ｖ３３となり、回転磁界は、発生しない。
【００８６】
したがって、３相交流の場合、高調波が存在すると、それによる損失が大きくなることが理解される。そこで、前述のように回転磁界を９相とすると、隣接相間の位相差は２π／９となり、基本波Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３を、
Ｖ１１＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）
Ｖ１２＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−１／９・２π）＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−２π／９）
Ｖ１３＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−２／９・２π）＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−４π／９）
とすると、３次高調波Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ３３は、
Ｖ３１＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ）
Ｖ３２
＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−３・１／９・２π）＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−（１／３）・２π）
Ｖ３３
＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−３・２／９・２π）＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−（２／３）・２π）
となり、基本波と同方向で、３倍の速度の回転磁界となることが理解される。したがって、同期回転中であっても、３倍の速度差による大きなすべりが発生し、誘導電流によるトルクが加算されることになる。なお、より高次での高調波で逆回転のトルクが生じる可能性もあるが、主要な高調波成分は、３次程度であるので、問題は、ない。
【００８７】
以上のようにして、９相の回転磁界を用いることで、高調波成分もトルクの発生に寄与させることができる。この９相のコイル電流の発生には、制御系が複雑になることも考えられるが、基本の３相の成分を、２種類の移相回路にそれぞれ入力させて、４０°ずつ遅延させるようにすればよい。
【００８８】
次に、別の実施形態について説明する。
【００８９】
（第６実施形態）
図１７は、第６実施形態に係るブラシレスモータ１Ｅの構造を模式的に示す図である。第１ないし第５実施形態におけるブラシレスモータ１Ａ〜１Ｄでは、回転子３Ａ、４Ａのヨーク３２、４２は、例えば軟磁性粉末を、圧力成型、或いは加熱や接着剤等を用いて成型して形成されたが、第６実施形態におけるブラシレスモータ１Ｅは、ヨーク３２、４２に代え、図１７に示すように、いわゆるパンケーキ巻き構造のヨーク５２、６２を用いるものである。
【００９０】
より具体的には、このブラシレスモータ１Ｅは、回転子２が、その出力軸２１の軸方向に間隔を開けて配置される上下一対の固定子３Ｂ，４Ｂで挟み込まれて構成されるアキシャルギャップ型のブラシレスモータである。固定子３Ｂは、複数のコイル３１と、ヨーク５２とを備えて構成され、同様に、固定子４Ｂは、複数のコイル４１と、ヨーク６２とを備えて構成される。これら回転子２およびコイル３１、４１等は、上述した第１ないし第５実施形態におけるブラシレスモータ１Ａ〜１Ｄの回転子２およびコイル３１、４１等と同様であるので、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。
【００９１】
本実施形態のヨーク５２，６２は、それぞれ、図１７に示すように、帯状の軟磁性部材を、該軟磁性部材の幅方向が回転子２の出力軸２１方向に沿うように、巻回することによって構成されて成る。より具体的には、本実施形態のヨーク５２，６２は、それぞれ、片面を絶縁被覆５２２した帯状（テープ状、リボン状）の軟磁性部材５２１を渦巻き状に巻き回していわゆるシングルパンケーキ巻きで形成される。あるいは、本実施形態のヨーク５２，６２は、それぞれ、帯状の軟磁性部材５２１に比較的薄い絶縁シート５２２を挟み込んで渦巻き状に巻き回していわゆるシングルパンケーキ巻きで形成される。この帯状の軟磁性部材５２１は、例えば、純鉄系または低シリコン添加の柔軟な磁性体を、帯状に圧延し、その後に、軟磁性とするために、これを焼鈍処理することによって得られる。絶縁被覆５２１や絶縁シート５２１には、例えば、ポリイミド樹脂等の樹脂が用いられる。そして、ヨーク５２の芯部は、出力軸２１のための挿通孔となり、ヨーク５２の一方面上には、第１ないし第５実施形態におけるブラシレスモータ１Ａ〜１Ｄと同様に、複数のコイル３１が例えば接着等によって固定される。同様に、ヨーク６２の芯部は、出力軸２１のための挿通孔となり、ヨーク６２の一方面上には、第１ないし第５実施形態におけるブラシレスモータ１Ａ〜１Ｄと同様に、複数のコイル４１が例えば接着等によって固定される。
【００９２】
例えば軟磁性粉末を、圧力成型、或いは加熱や接着剤等を用いて成型して形成されたヨークは、一括プレスで製作することができ、低コスト化にメリットがある一方で、プレス設備が大型化してしまうため、大きなヨークには、適していない。一方、本実施形態のヨーク５２、６２は、帯状の軟磁性部材を巻き回して形成されるため、小径なものは言うに及ばず、大径化した場合でも容易に製作することができ、低コスト化も可能である。このため、本実施形態のブラシレスモータ１Ｅは、大型化によって高トルク化することができる。
【００９３】
そして、本実施形態のブラシレスモータ１Ｅにおけるヨーク５２、６２中の渦電流は、図１７に一点差線で示す周回方向の円環面内で流れる磁束線Ｂによって前記面に垂直な方向に生じるが、本実施形態では、絶縁被覆５２２または絶縁シート５２２による絶縁層５２２で、巻き回された磁性体部材５２１間が絶縁されているので、前記渦電流を効果的に抑制することができる。さらに、渦電流損を低減するために、軟磁性部材の厚みを上述した表皮厚みδ以下とされてもよい。また、圧延と熱処理とを繰り返すことによって帯状の軟磁性部材を製造すると、粒界組織が自ずと圧延方向に伸びて配向し、その配向方向に透磁率が例えばいわゆる電磁鋼板に近似するほど高くなり、このように製造された帯状の軟磁性部材によるヨーク５２、６２は、このヨーク５２、６２内の前記磁束線Ｂとの関係で、より好ましい。
【００９４】
そして、本実施形態のブラシレスモータ１Ｅは、ヨーク５２、６２に生じる磁歪効果も抑制することができる。図１８は、磁歪効果を説明するための図である。図１８（Ａ）は、磁場の無い無磁場下の場合を示し、図１８（Ｂ）は、磁場の有る有磁場下の場合を示す。すなわち、磁場の無い無磁場下における磁性材料では、図１８（Ａ）に示すように、電子のスピンによる微小磁石におけるＮＳ極の方向が不揃いな状態（様々な方向を向いたランダムな状態）であるが、磁場が印加された有磁場下における磁性材料では、図１８（Ｂ）に示すように、前記微小磁石におけるＮＳ極の方向が揃うため、磁性材料全体において、所定の一方向に膨張するとともに所定の他方向で収縮する歪み（磁歪）が生じる。本実施形態のブラシレスモータ１Ｅでは、磁歪効果によって帯状の軟磁性部材における長手方向に伸縮が生じるが、帯状の軟磁性部材が巻き回されているので、前記伸縮が周方向の巻き弛緩および緊縛として吸収され、前記伸縮が生じても径方向の伸縮は、１／π（πは円周率）〜１／３に縮小されるため、磁歪効果が抑制される。
【００９５】
次に、別の実施形態について説明する。
【００９６】
（第７実施形態）
図１９は、第７実施形態に係るブラシレスモータ１Ｆの構造を模式的に示す図である。第１ないし第６実施形態におけるブラシレスモータ１Ａ〜１Ｅは、１個の回転子２を備えて構成されたが、第７実施形態におけるブラシレスモータ１Ｆは、複数の回転子２を備えて構成され、各回転子２は、回転磁界をそれぞれ生じさせる一対の固定子で挟み込まれる。図１９には、第６実施形態にかかるブラシレスモータ１Ｅの構成で３段に構成したブラシレスモータ１Ｆが示されている。この図１９に示す例では、第７実施形態におけるブラシレスモータ１Ｆは、３個の回転子２−１〜２−３と、４個の固定子３Ｂ、７−１、７−２、４Ｂとを備えて構成されている。これら回転子２−１〜２−３および固定子３Ｂ、４Ｂは、上述した第６実施形態におけるブラシレスモータ１Ｅの回転子２−１〜２−３および固定子３Ｂ、４Ｂと同様であるので、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。
【００９７】
固定子７（７−１、７−２）は、上下の回転子２に挟まれ、上段の回転子２のために回転磁界を生じさせるとともに、下段の回転子２のために回転磁界を生じさせるものである。このため、固定子７（７−１、７−２）は、ヨーク５２、６２と同様のヨーク７２を備え、その一方面上には、複数のコイル４１が第６実施形態と同様に配置され、その他方面には、複数のコイル３１が第６実施形態と同様に配置されている。
【００９８】
第７実施形態におけるブラシレスモータ１Ｆは、出力軸２１方向に、ヨーク４Ｂ、回転子２−３、ヨーク７−２、回転子２−２、ヨーク７−１、回転子２−１およびヨーク３Ｂを所定のギャップを空けて順次に積層されることによって構成される。
【００９９】
なお、第１ないし第５実施形態におけるブラシレスモータ１Ａ〜１Ｄの構成で多段に構成した場合も上述と同様に構成可能である。
【０１００】
ブラシレスモータのトルクは、段数に略比例して増大し、このような構成の第７実施形態におけるブラシレスモータ１Ｆは、高トルク化が可能となる。また、このような構成では、格段の回転磁界の位相を少しずつずらすことによって、いわゆるコギングトルクが低減される。
【０１０１】
また、これら第１ないし第７実施形態の複数のコイル３１，４１、コイルとしての円筒型コイルＣおよびコイル１３１、１３２、１４１、１４２において、帯状の線材は、コイル３１、４１、円筒型コイルＣおよびコイル１３１、１３２、１４１、１４２の軸方向と直交する一方側面に配置された第２軟磁性部材をさらに備えてもよい。このように構成することによって、軸方向と直交する帯状の線材の一方側面に前記第２軟磁性部材層が配置されるので、複数のコイル３１、４１、円筒型コイルＣ、コイル１３１、１３２、１４１、１４２部分における透磁率がより高くなる。このため、前記第２軟磁性部材層を備えない場合では、磁気的にはコイル部分が固定子と回転子の永久磁石との間の実質的なギャップ（磁気間隙）となってそのため磁束が分散および散逸していたが、このように構成することによって、前記分散および散逸していた磁束を当該第２軟磁性部材層が捕捉し、前記固定子と回転子の永久磁石との間のギャップからコイルと回転子の永久磁石との間にギャップへ短縮し、磁気抵抗を低減し、効果的に回転子の永久磁石に導くことができる。したがって、このような構成の複数のコイル３１、４１、円筒型コイルＣ、コイル１３１、１３２、１４１、１４２を用いることによって、アキシャルギャップ型ブラシレスモータは、その回転トルクをより大きくすることができる。
【０１０２】
図２０は、変形形態におけるコイル部分の構成を説明するための図である。図２０には、このような構成の円筒型のコイルＣｏの例が示されているが、他のコイル３１、４１、１３１、１３２、１４１、１４２も同様に図示することが可能である。
【０１０３】
より具体的には、このような帯状の線材は、例えば、図２０に示すように、導体層Ｃｎ、第２軟磁性部材層Ｍａおよび絶縁層Ｉｎをその厚み方向に積層されて構成される。導体部材Ｃｎの幅（軸方向の長さ）と第２軟磁性体部材Ｍａの幅（軸方向の長さ）とは、同一であってもよく（一致してもよく）、また異なってもよい。好ましくは、第２軟磁性部材Ｍａの一方端部を固定子３２、４２に当接させるべく、第２軟磁性部材Ｍａの幅は、導体部材Ｃｎの幅よりも長い。これら導体層Ｃｎ、第２軟磁性部材層Ｍａおよび絶縁層Ｉｎは、例えば、図２０に示すように、それぞれ、個別の帯状（テープ状）の部材であってもよく、また例えば、図示しないが、一方の層に他方の層が被着されたものであってもよい。
【０１０４】
個別の帯状の部材である場合では、コイルＣｏは、例えば、帯状の長尺な所定材料の導体部材Ｃｎと、軸方向と直交する導体部材Ｃｎの一方側面に配置される、所定材料の第２軟磁性部材Ｍａと、軸方向と直交する導体部材Ｃｎの一方側面に第２軟磁性部材Ｍａを介して配置される、所定材料の絶縁材Ｉｎとを備え、これら導体部材Ｃｎ、第２軟磁性部材Ｍａおよび絶縁材Ｉｎは、順次に積層されるように、共に巻き回されている。すなわち、これら導体部材Ｃｎ、第２軟磁性部材Ｍａおよび絶縁材Ｉｎは、順次に重ね合わせて束ねられて渦巻き状に共巻きされている。例えば、第２実施形態では、このような導体部材Ｃｎ、第２軟磁性部材Ｍａおよび絶縁材Ｉｎを順次に積層した部材を、さらに順次に積層して巻き回すことによって、第２実施形態の複数のコイルＣにおける変形形態のコイルＣｏが構成される。他の実施形態におけるコイル３１、４１、円筒型コイルＣおよびコイル１３１、１３２、１４１、１４２も同様である。より具体的には、例えば、帯状の長尺な銅のテープに、同様な帯状の長尺な鉄のテープおよび同様な帯状の長尺な絶縁材のテープを重ねることによって、第２軟磁性部材Ｍａは、導体部材Ｃｎの一方側面に配置されてよい。
【０１０５】
また、第２軟磁性部材Ｍａを被着する場合では、例えば、第２軟磁性体部材Ｍａは、導体部材Ｃｎに例えば圧着（熱圧着等）、メッキ（電解メッキ等）および蒸着等によって被覆形成されることによって、導体部材Ｃｎの一方側面に配置されてもよい。例えば、銅のテープと鉄のテーブとを重ね合わせ、加熱しながら荷重を加えることによって、銅と鉄とを圧着したテープが形成される。また例えば、銅のテープに鉄がメッキされる。これら例において、前記銅は、導体部材Ｃｎの一例であり、前記鉄は、第２軟磁性部材Ｍａの一例である。これら一方側面に鉄の層（薄膜）を形成した銅テープでは、銅の導電率が鉄の導電率よりも約一桁程度大きいので、電流は、主に銅部分に流れる。このような構成では、第２軟磁性部材Ｍａが被覆している帯状の線材を巻き回すことによってコイルＣｏを形成するので、コイルＣｏの容積対占積率を向上することができる。
【０１０６】
なお、上述では、第２軟磁性部材Ｍａは、導体部材Ｃｎの一方側面に直接的に配置されたが、絶縁材を介して導体部材Ｃｎの一方側面に間接的に配置されてもよい。
【０１０７】
第２軟磁性部材Ｍａの厚さ（前記軸方向と直交する方向における第２軟磁性部材Ｍａの厚さ）は、コイルＣｏに給電される交流電力の周波数における表皮厚みδ以下であることが好ましい。このように構成することによって、渦電流損の発生を低減することができる。
【０１０８】
このような第２軟磁性部材Ｍａを導体部材Ｃｎの一方側面に配置されたコイルＣｏでは、等価磁気回路の考察から、パーミアンス（動作点）Ｂ／Ｈは、前記式１−１に代え、次の式２−１のようになり、前記式１−２に代え、式２−２のようになる。
【０１０９】
【数２】
【０１１０】
ここで、μは、比透磁率であり、μ０は、真空の透磁率であり、Ｂｒは、磁束線経路の平均磁束密度である。また、ＴＰＭは、回転子（ロータ）の厚さであり、ｇは、回転子とコイルとのアキシャル方向の間隔であり、μＣは、コイルの透磁率であり、ＴＣは、コイルの厚さであり、μＹは、固定子（ヨーク）の透磁率であり、ＴＹは、固定子の厚さであり、ｓは、回転子の永久磁石間のスペースであり、ＷＰＭは、永久磁石２３の幅である。
【０１１１】
第１ないし第７実施形態において、その回転トルクをより大きくしようとすると、複数のコイル３１、４１、円筒型コイルＣ、コイル１３１、１３２、１４１、１４２の巻き数（ターン数）を大きくする必要があり、より多くの帯状の線材が必要となるとともに装置が大型化してしまう。しかしながら、この変形形態の前記構成を採用することによって、帯状の線材の増大および装置の大型化を抑制することができる。例えば、銅テープでコイルを形成する場合には、比較的安価な純鉄系材を用いるだけで、その回転トルクを大きくすることができる。そして、複数のコイル３１、４１、円筒型コイルＣ、コイル１３１、１３２、１４１、１４２の部分に、この変形形態では、第２軟磁性部材Ｍａを設けるので、磁束密度の点では、磁束線は、複数のコイル３１、４１、円筒型コイルＣ、コイル１３１、１３２、１４１、１４２の部分にも分散する。このため、磁束密度がより平均化するので、いわゆるコギングトルクを低減することができる。
【０１１２】
なお、この変形形態において、磁気結合部材をその芯部に備える有芯コイルとする場合には、前記磁気結合部材は、第２軟磁性部材Ｍａを備えるコイル部分の平均透磁率と等価な透磁率であることが好ましい。このような透磁率を持つ磁気結合部材は、例えば、上述の軟磁性粉末で圧粉形成される。このような前記磁気結合部材をその芯部に備えることによって、有芯コイルとする場合でも、磁束線の複数のコイル３１、４１、円筒型コイルＣ、コイル１３１、１３２、１４１、１４２の部分への分散を維持することができる。
【０１１３】
図２１は、変形形態におけるコイル部分の他の構成を説明するための図である。図２１（Ａ）は、全体斜視図であり、図２１（Ｂ）は、直線部分および曲部分での縦断面を示す。
【０１１４】
また、上述の変形態様において、前記第２軟磁性部材Ｍａは、図２１に示すように、いわゆるレーストラック型のコイル３１、４１の直線部分のみに配置されてもよい。なお、本形態では、コイル３１、４１は、長円形ではなく、対向する曲部分の曲げの程度が互いに異なる変形レーストラック型となっている。通常、コイルの曲部分は、回転子の永久磁石との相互作用が相対的に弱い一方、その直線部分は、前記相互作用が相対的に強い。このため、このような構成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では、相互作用の強い直線部分に磁束を導くので、より効果的に回転トルクを増大することができる。そして、このような構成では、コイルの曲部分における曲げ性もよくすることができる。
【０１１５】
なお、上述では、アキシャルギャップ型ブラシレスモータは、インナーロータ型であるが、アウターロータ型であってもよい。このようなアウターロータ型は、例えば、インホイールモータに好適に適用することができる。
【０１１６】
図２２は、アウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構成を示す図である。図２２（Ａ）は、縦断面を示し、図２２（Ｂ）は、回転子の構造を示すための横断面を示す。なお、図２２（Ｂ）は、回転子の半分を示している。図２３は、図２２に示すアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおける磁気回路を模式的に示す図である。
【０１１７】
より具体的には、例えば、図２２および図２３に示すように、アウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ１Ｇは、コイル９１を備える固定子９と、永久磁石８２、８４を備え、前記固定子９から軸方向に間隔を空けて互いに対向するように配置される一対のヨーク８１、８３を持つ回転子８とを備え、前記コイル９１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８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。
【０１１８】
固定子９は、中心に固定軸９２が固着される枠体に、複数のコイル９１が取付けられて構成される。前記枠体は、例えば、前記固定軸９１が固着されるハブと、径方向に延び、周方向に沿って配置される複数のティースとを備えて構成される。なお、固定子９は、同心の外側リングをさらに備えてもよい。前記複数のコイル９１は、各ティース間にそれぞれ嵌め込まれて固定される。そして、固定軸９２は、中空の円筒形状であり、複数のコイル９１のそれぞれに電力を供給するための複数の配線が円筒内に配置される。回転子８は、周方向に沿って配置される複数の永久磁石８２を備える円板形状のヨーク８１と、周方向に沿って配置される複数の永久磁石８４を備える円板形状のヨーク８３とを備えている。これらヨーク８１とヨーク８３とは、ヨーク８１の永久磁石８２とヨーク８３の永久磁石８４との間に、固定子９のコイル９１を挟み込むように、配置される。このような配置位置関係を維持するために、回転子８は、ヨーク８１およびヨーク８３を所定の間隔を空けて配置するべく、ヨーク８１とヨーク８３との間に、ヨーク８１およびヨーク８３の外周縁に沿って支持部材８５をさらに備えている。そして、回転子８のヨーク８１およびヨーク８３には、その中央（中心点）に、固定子９の固定軸９２を挿通するための挿通孔がそれぞれ開口形成されており、固定子８のヨーク８１およびヨーク８３は、例えば、ボールベアリング等を介して固定子９の固定軸９２に回転自在に支持されている。
【０１１９】
このような構成のアウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ１Ｇは、上述したインナーロータ型のブラシレスモータと同様に、構成可能であるが、アウターロータ型であるため、以下の構成も採用することができる。
【０１２０】
すなわち、第１に、ヨーク８１およびヨーク８３は、バルクの純鉄であってもよい。第２に、支持部材８５は、肉厚の筒状のヨークである必要は必ずしもなく、いわゆる突っ張り棒のような棒状部材（円柱部材）であってもよい。第３に、固定子９は、外縁にティースを極数持ったアルミ合金製歯車構造体を採用してもよい。この場合、ティース間には、有芯のコイル９１または鉄共巻きのコイル９１が挟み込まれ、固着される。有芯のコイル９１におけるコアには、例えば、純鉄系または合金系の圧粉形成体が用いられる。鉄共巻きのコイル９１には、例えば、純鉄系棒鋼をテープ状に圧延して絶縁皮膜を付けた帯状の線材が用いられる。そして、コイル９１は、例えば、ダブルパンケーキ構造で形成され、リード線は、軸方向に取り出され、固定軸９２近傍でパターン結線され、３相３本に束ねられて固定軸９２の軸中心の空洞へ導かれる。
【０１２１】
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。
【符号の説明】
【０１２２】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ ブラシレスモータ
２，１２，９ 回転子
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｅ，２ｆ 回転子
２１ 出力軸
２２ 枠体
２２１ ハブ
２２２ 外側リング
２２３ スポーク
２３，８２，８４ 永久磁石
２４，２５，２６ 磁性体
２７ 導体
２８，２９ 短絡リング
３Ａ，４Ａ；１３，１４，３Ｂ，４Ｂ，７，８ 固定子
４１ コイル
４２，５２，６２，７２，８１，８３ ヨーク
４２１ 支持板
４２２ 歯
４３ 熱伝導性の部材
４ａ，４ｂ，４ｃ 固定子
１２３１，１２３２ 永久磁石
１３１，１３２；１４１，１４２ コイル
ＣＵ１，ＣＶ１，ＣＷ１ コイル
ＣＵ２１，ＣＶ２１，ＣＷ２１，ＣＵ２２，ＣＶ２２，ＣＷ２２ コイル
ＣＵ３１，ＣＶ３１，ＣＷ３１，ＣＵ３２，ＣＶ３２，ＣＷ３２，ＣＵ３３，ＣＶ３３，ＣＷ３３ コイル
Ｍ１１〜Ｍ１４；Ｍ２１〜Ｍ２８；Ｍ３１〜Ｍ４２ 永久磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータに関し、特に、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るアキシャルギャップ型ブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
前記アキシャルギャップ型のブラシレスモータは、前記固定子が回転子の外周側に設けられるラジアルギャップ型のブラシレスモータに比べて、小径で大きなトルクを得ることができ、自動車用途等に期待されている。
【０００３】
このようなアキシャルギャップ型のブラシレスモータは、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示のＤＣブラシレスモータでは、固定子のコイルの線材に帯状体を用い、その線材の幅方向が軸方向と平行となるように、渦巻き状に巻回されて該コイルが形成されている。そして、そのコイルが軸方向に複数段積み上げられ、電源に対して並列に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−８７５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおいて、渦電流損やヒステリシス損等の損失の低減が望まれており、上述の従来技術におけるＤＣブラシレスモータでも充分ではなかった。
【０００６】
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、従来よりもさらに損失を低減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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、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ことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、コイルは、帯状（テープ状、リボン状）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ので、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、磁束に直交する面における前記線材の断面積を小さくすることができ、渦電流損を小さくすることができる。
【０００９】
そして、好ましくは、前記コイルは、磁気的に等方性を有する磁性体のヨークを備えるものである。この構成によれば、磁束がコイルの電流方向と直交することで、高効率でトルクが発生し、またコイルにおける渦電流も低減できるので、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、モータの効率を向上することができる。
【００１０】
また、好ましくは、周方向に対して、コイル間の間隔は、永久磁石間の間隔と相互に異なり、かつ倍数でない周期に形成されるものである。この構成によれば、例えばコイル電流が、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相で、巻線が３極の場合には永久磁石が４極、巻線が６極の場合には永久磁石が８極、巻線が９極の場合には永久磁石が１２極と言うように、巻線の極数と、永久磁石の極数とが互いに異なる素数に基づく関係（上述の例では、巻線の極数ｎに対して、永久磁石の極数は、２・２（ｎ／３）の関係）とすることで、コイル間の間隔と、永久磁石間の間隔とを相互に一致することがないようにすることができる。これによって、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、トルクリップルを抑えることができる。
【００１１】
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、前記コイルとそれを搭載する固定子側のヨークとの隙間に充填される熱伝導性の部材をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、前記コイルとそれを搭載する固定子側のヨークとの隙間に熱伝導性の部材、例えばシリコングリスやアルミナ等が充填される。したがって、帯状の線材を用い、例えばいわゆるシングルパンケーキ巻き構造を採用することで、巻線の内部で発生した熱は、例えば銅等の線材の良好な熱伝導性によって該コイルの端部まで伝導した後に、さらに前記熱伝導性の部材を介して、ヨークにまで良好な熱伝導性で伝導することができる。このため、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、コイルの放熱性を向上することができ、これによって、コイル電流を大きくして大きなトルクを得ることができ、或いは同じトルクでは小型化することができる。
【００１３】
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、前記永久磁石の少なくとも外周側に、周方向に沿って周期的に配置される複数の磁性体をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、帯状の線材が渦巻き状に巻回されてコイルが形成される場合、そのコイルの径方向に延びる部分の発生する磁界は、永久磁石の軸方向に延びる磁束と作用して、ローレンツ力によって周方向への回転トルクを発生するものの、前記コイルの周方向に延びる部分（特に、軸方向から見てコイルが三角形に巻回されている場合の外周側の部分で顕著なように）の発生する磁界は、永久磁石の磁束と作用しない。しかしながら、回転子において、その部分に周期的に磁性体を配置しておくことで、該磁性体が回転磁界に吸引されて、いわゆるスイッチトリラクタンスモータの原理で、該回転磁界に同期したトルクが発生する。したがって、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、コイルと永久磁石とのローレンツ力モータでは無駄になっていたコイルの周方向に延びる部分が発生する磁界も有効に利用することができ、トルクを向上することができる。
【００１５】
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、前記永久磁石は、周方向に複数配列され、前記回転子は、周方向に配列される前記永久磁石間に径方向に延びる導体を備えるとともに、前記回転子の内周側および外周側に、前記各導体の端部間を短絡する短絡リングを備えることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、前記導体および短絡リングは、ラジアルギャップ型のかご型誘導電動機のかごの部分と同様に機能する。したがって、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、特に起動時の同期速度に引き入れるまでの大きなスリップの状態で、誘導電動機としてのトルクが加わり、また同期速度に達しても、コイル電流に含まれる高調波電流との間のスリップで同様にトルクを発生し、トルクをアップすることができる。
【００１７】
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、前記導体および短絡リングは、回転軸に固着され、前記永久磁石が嵌め込まれる枠体から成ることを特徴とする。
【００１８】
このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、前記かご型誘導電動機のかごの部分と同様に機能する前記導体および短絡リングを、例えばアルミニウム等の非磁性であって導電性の部材によって形成することによって、前記回転子を構成し、回転軸に固着され、前記永久磁石が嵌め込まれる枠体と兼用することができる。
【００１９】
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、前記各コイルには、９つの位相でコイル電流が与えられることを特徴とする。
【００２０】
このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、９相のコイル電流を使用する場合、３次高調波の回転磁界によって、前記かご型誘導電動機としてのトルクをアップすることができる。
【００２１】
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、前記固定子は、前記回転子を挟んで一対で設けられることを特徴とする。
【００２２】
このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、共通の回転子を挟んで、一対の固定子で該回転子を駆動するので、略２倍のトルクを、２倍より大幅に薄い厚さで実現することができる。
【００２３】
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、前記コイルが、ラジアル方向に複数配列されていることを特徴とする。
【００２４】
このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、トルクを増大することができる。
【００２５】
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、前記固定子のヨークは、磁気的に等方性を有するものであって、軟磁性粉末を成型して成ることを特徴とする。
【００２６】
このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、所望の磁気特性が比較的容易に得られると共に、比較的容易に所望の形状に成形され得る。
【００２７】
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、前記軟磁性粉末は、電気絶縁層で覆われていることを特徴とする。
【００２８】
このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、ヨーク内の電流を低減できるので、該ヨークの渦電流損を低減することができる。
【００２９】
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、前記固定子のヨークは、帯状の軟磁性部材を、該軟磁性部材の幅方向が前記回転子の回転軸方向に沿うように、巻回することによって構成されて成ることを特徴とする。
【００３０】
上記構成によれば、大きな固定子のヨークを比較的容易に形成することができるので、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、大型化によって高トルク化することができる。
【００３１】
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、前記巻き回された軟磁性部材間には、絶縁層をさらに備えることを特徴とする。
【００３２】
上記構成によれば、径方向の電気抵抗が高くなるので、このような構成のアキシャルギャップ型ブラシレスモータは、渦電流損を低減することができる。
【００３３】
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、前記帯状の線材は、前記軸方向と直交する一方側面に配置された第２軟磁性部材をさらに備えていることを特徴とする。
【００３４】
上記構成によれば、軸方向と直交する帯状の線材の一方側面に第２軟磁性部材が配置されているので、コイル部分の透磁率がより高くなり、第２軟磁性部材を備えない場合に分散および散逸していた磁束を当該第２軟磁性部材が捕捉して効果的に回転子の永久磁石に導くことができるので、その回転トルクをより大きくすることができる。
【００３５】
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、前記コイルは、周方向に沿った直線部分を含み、前記第２軟磁性部材は、前記直線部分に配置されていることを特徴とする。
【００３６】
いわゆるレーストラック型のコイルでは、コイルの曲部分は、回転子の永久磁石との相互作用が相対的に弱い一方、その直線部分は、前記相互作用が相対的に強い。このため、上記構成によれば、相互作用の強い直線部分に磁束を導くので、より効果的に回転トルクを増大することができる。
【００３７】
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、前記軸方向と直交する方向における前記第２軟磁性部材の厚さは、当該コイルに給電される交流電力の周波数における表皮厚み以下であることを特徴とする。
【００３８】
上記構成によれば、渦電流損の発生を低減することができる。
【００３９】
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、前記帯状の線材は、前記第２軟磁性部材が被覆形成されていることを特徴とする。
【００４０】
上記構成によれば、第２軟磁性部材が被覆している帯状の線材を巻き回すことによって、軸方向と直交する帯状の線材の一方側面に第２軟磁性部材が配置されているコイルを形成するので、コイルの容積対占積率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００４１】
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、磁束に直交する面における前記線材の断面積が小さくなり、渦電流損やヒステリシス損等の損失を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施形態にかか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斜視図である。
【図２】図１に示す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斜視図である。
【図３】図２に示す固定子におけるヨークの構造を示す斜視図である。
【図４】図２に示す固定子におけるコイルを拡大して示す斜視図である。
【図５】図４の切断面線Ｖ−Ｖから見た断面図である。
【図６】図１に示すアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおける回転子の構造を示す分解斜視図である。
【図７】図１に示すアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおける磁気回路を模式的に示す図である。
【図８】第２実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの第１構造例を模式的に示す図である。
【図９】第２実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの第２構造例を模式的に示す図である。
【図１０】第２実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの第３構造例を模式的に示す図である。
【図１１】第３実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１１に示す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模式的な正面図である。
【図１３】第４実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を模式的に示す斜視図である。
【図１４】第４実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの他の構造を模式的に示す斜視図である。
【図１５】第４実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの他の構造を模式的に示す図である。
【図１６】第５実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を模式的に示す斜視図である。
【図１７】第６実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を模式的に示す斜視図である。
【図１８】磁歪効果を説明するための図である。
【図１９】第７実施形態にかかるアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構造を模式的に示す斜視図である。
【図２０】変形形態におけるコイル部分の構成を説明するための図である。
【図２１】変形形態におけるコイル部分の他の構成を説明するための図である。
【図２２】アウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構成を示す図である。
【図２３】図２２に示すアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおける磁気回路を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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。
【００４４】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかか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斜視図である。なお、この図１では、ケーシングの内部について示しているため、ケーシングは、図示しておらず、また出力軸２１も、本来、軸方向に延びているが、この図１では短縮して示されている。
【００４５】
このブラシレスモータ１Ａは、回転子２が、その軸方向に間隔を開けて配置される上下一対の固定子３Ａ，４Ａで挟み込まれて構成されるアキシャルギャップ型のブラシレスモータである。回転子２には、前記出力軸２１が固着されている。例えば、このブラシレスモータ１Ａの径は、３０ｃｍ程度であり、厚さは、１０ｃｍ程度であり、前記回転子２と固定子３Ａ，４Ａとの間のギャップは、１ｍｍ程度である。
【００４６】
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における、一方の固定子４Ａの構造を示す斜視図である。他方の固定子３Ａは、固定子４Ａと同様に構成されるので、その説明を省略する。固定子４Ａは、複数のコイル４１と、ヨーク４２とを備えて構成される。複数のコイル４１は、それぞれ、ヒステリシス損による損失を小さくすることができるように、空芯のコイルであり、ヨーク４２に嵌め込まれている。図３は、図２に示す固定子におけるヨーク４２の斜視図である。このヨーク４２は、中心に前記出力軸２１を遊挿するための挿通孔４２１ａを有する円板状の支持板４２１を備え、この支持板４２１における回転子２側の表面には、前記複数のコイル４１をそれぞれ位置決めするための複数の三角形（略扇状）の薄板状の歯４２２が、その三角形の頂点を前記挿通孔４２１ａ側に向けて周方向に等間隔に隆起して形成されている。前記挿通孔４２１ａの部分は、前記出力軸２１を回転自在に支持する軸受けとなっていてもよい。
【００４７】
ヨーク４２は、所望の磁気特性（比較的高い透磁率）の実現容易性および所望の形状の成形容易性の観点から、磁気的に等方性を有するものであって、例えば軟磁性粉末を、圧力成型、或いは加熱や接着剤等を用いて成型して形成される。この軟磁性粉末は、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、さらには、表面にリン酸系化成皮膜等の電気絶縁皮膜が形成された鉄粉等が挙げられる。これら軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法等によって製造することができる。また、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材料であることが好ましい。そして、公知の常套手段を用いることによって、このような軟磁性粉末を圧粉成形した所定の密度の部材で、ヨーク４２が形成される。
【００４８】
また、ヨーク４２は、磁気的に等方性を有するフェライトであってもよい。このような構成では、上述の軟磁性粉末の場合と同様に、所望の磁気特性が比較的容易に得られると共に、比較的容易に所望の形状に成形され得る。前記軟磁性粉末は、電気絶縁層で覆われていることが好ましく、より具体的には、上述したようにリン酸系化成被膜等の電気絶縁被膜で表面処理されていることが好ましい。なお、前記軟磁性粉末に、絶縁性樹脂コーティング等を施すこともできる。
【００４９】
図４は、前記コイル４１を拡大して示す斜視図であり、図５は、図４の切断面線Ｖ−Ｖから見た断面図である。ここで、本実施の形態のコイル４１は、帯状の線材であって、前記帯状の線材の幅方向が回転子２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、いわゆるシングルパンケーキ巻きで形成されることである。より具体的には、コイル４１は、前記帯状の線材が、その幅方向が軸方向と平行となるように、渦巻き状に巻回されて成る。さらに、本実施の形態では、例えば、帯状の線材が、図示しない巻き枠に巻回され、加熱および冷却や接着等で該コイル４１の形に形成され、前記巻き枠から取外された後、前記複数の各ヨーク４２に嵌め込まれ、その支持板４２１との隙間に、シリコングリスやアルミナ等の熱伝導性の部材４３が充填される。すなわち、本実施の形態におけるブラシレスモータ１Ａは、コイル４１とそれを搭載する固定子３Ａ，４Ａ側のヨーク４２との隙間に充填される熱伝導性の部材４３をさらに備えている。熱伝導性の部材４３は、例えばアルミナ等の粉体である場合には所定の媒体に練り込まれて少なくとも初期では流動性を有するものとされる。
【００５０】
このような帯状の線材を用いる場合では、導体層と絶縁層とをその厚み方向に積層して、コイル４１が形成される。前記線材の導体部材（導体層の部材）は、例えば、銅、アルミ、またはその合金等からなる。前記導体部材は、絶縁性の樹脂等により被覆され、テープ面同士が電気的に接触しないように絶縁が確保される。なお、絶縁シートを挟むことで絶縁性が確保されてもよい。
【００５１】
このコイル４１を形成する線材の幅は、一例では、３０ｍｍ程度、厚みは、１ｍｍ程度で、アスペクト比は３０：１程度である。また、このコイル４１の巻き厚は、一例では、１０ｍｍ以下、すなわちターン数は、１０程度である（図４等では、図面の簡略化のために、ターン数を少なく描いている。）。また、前記渦巻き状に巻回されたコイル４１の外周側の端部４１１は、そのまま外部に引出され、後述のように同相の巻線同士並列に接続され、内周側の端部４１２には、引出し用の線材４４が半田付けされ、その引出し用の線材４４は、前記歯４２２の外周から支持板４２１に形成された溝４２ａを引回されて外部に引出され、同様に同相の巻線同士並列に接続される。
【００５２】
一般に、コイルに流れる交流電流は、導体部材の表皮厚みδまでの範囲しか流れず、断面全体に一様に電流が流れていない。この表皮厚みδは、一般に、コイルに流れる交流電流の周波数（角周波数）をωとし、導体部材の透磁率をμとし、その電気伝導率をσとする場合に、δ=（２／ωμσ）１／２で表わされる。ここで、前記導体部材の厚みを前記表皮厚みδより厚くすると、導体部材において電流が流れない無効な部分が存在し、その導体部材の体積が無駄に増加することになって、コイルの巻線効率が低下してしまう。さらに、磁場がテープ状の導体平面に平行にかかる場合でも、導体部材に流れる渦電流の損失が増加することになる。これに対して、導体部材の厚みを前記表皮厚みδ以下にすると、電流の流れない無駄な導体部材の部分が無くなり、導体部材全体に電流が流れてコイル巻線の効率が向上し、コンパクトにコイルを構成することが可能となる。さらに、磁場がテープ状の導体平面に平行にかかるようにすれば、導体部材に流れる渦電流の損失を大幅に低減できる。したがって、前記コイル４１の線材には、前記表皮厚みδ以下の厚みの導体部材が用いられることが好ましい。
【００５３】
また、帯状の導体部材の厚みをｔとし、幅をＷとする場合に、幅Ｗは、該導体部材に流す電流の大きさによって決まるが、ｔ／Ｗ≦１／１０の条件を満足することが好ましい。上記一例では、その限界のｔ／Ｗ＝１／３０である。ｔ／Ｗ≦１／１０とすると、実効的な導体部材の占積率を向上させることができ、かつ、渦電流損を大幅に低減することが可能である。
【００５４】
図６は、回転子２の構造を示す斜視図である。回転子２は、中心に前記出力軸２１が固着される枠体２２に、複数の永久磁石２３および磁性体２４，２５が取付けられて構成される。これら磁性体２４，２５は、前記軟磁性粉末を圧粉成形して形成される。一方、前記枠体２２は、オーステナイト系ステンレス等の非磁性体から成り、前記出力軸２１が固着されるハブ２２１と、同心の外側リング２２２と、径方向に延び、それらの間を連結するスポーク２２３とを備えて構成される。前記スポーク２２３によって、該枠体２２には、軸方向から見て略三角形状（略扇状）で大小の開口２２４，２２５が周方向に交互に形成されている。そして、大きい開口２２４内には、略三角形状の前記永久磁石２３が嵌め込まれて、その表裏（上下）に略三角形状の磁性体２４が積層されて、それらがボルト締め等で該枠体２２に取付けられる。一方、小さい開口２２５には、略三角形状で表裏（上下）一対の磁性体２５が嵌め込まれて、それらがボルト締め等で該枠体２２に取付けられる。
【００５５】
また、固定子３Ａと回転子２との間隔の均一度および固定子４Ａと回転子２との間隔の均一度は、コイル４１の内部を通る磁束の方向に重大な影響を及ぼす。最外周における固定子３Ａ，４Ａと回転子２との間隔Ｌ１と、最内周における固定子３Ａ，４Ａと回転子２との間隔Ｌ２との差（Ｌ１−Ｌ２）を、その平均値Ｌ３で除して得られる値（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ３の絶対値を１／５０以下に設定することが好ましい。このように設定することによってコイル４１の内部を通る磁束が軸方向に平行でないために生じる渦電流の増大を抑制することができる。
【００５６】
次に、本実施形態に係るブラシレスモータ１Ａの動作について説明する。本実施形態では、コイル４１が１２極、永久磁石２３が８極設けられ、それぞれの厚み方向に分極する。そして、その１２極のコイル４１を３つのグループに分割してそれぞれ並列に接続し、３相交流のＵ，Ｖ，Ｗ相の電流によるローレンツ力で回転子２に回転トルクが発生し、該回転子２が回転する。
【００５７】
この本実施形態のブラシレスモータ１Ａでは、等価磁気回路の考察から、パーミアンス（動作点）Ｂ／Ｈは、次の式１−１のようになり、ここで、Ｂ＝ｆ（Ｈ）をＢｒ（１−Ｈ／Ｈｅ）と直線近似すると、式１−２のようになる。
【００５８】
【数１】
【００５９】
ここで、μは、比透磁率であり、μ０は、真空の透磁率であり、Ｈｅは、磁束線経路の平均の磁界の強さであり、Ｂｒは、磁束線経路の平均磁束密度である。また、図７に示すように、ＴＰＭは、ロータ２の厚さであり、ＴＣは、コイル３１、４１の厚さであり、ｇは、回転子２と固定子３Ａとのアキシャル方向の間隔であり、回転子２と固定子４Ａとのアキシャル方向の間隔であり、ｓは、ロータ２の永久磁石２３間のスペースであり、ＴＹは、固定子３Ａ，４Ａの厚さ（ヨークの厚さ）であり、ＷＰＭは、永久磁石２３の幅である。
【００６０】
したがって、この式１−２から、トルクを改善するためには、１）Ｈｅがより大きく、かつ、μ０×Ｈｅ≦Ｂｒが、より大きい方が好ましくは、２）ｇは、可能な限り０に近い方が好ましく、３）ＴＣ≦ＴＰＭ≦２ＴＣである方が好ましく、４）（ＷＰＭ）２／（４ＴＹ（ＴＣ＋ｇ））＜＜μ／μ０である方が好ましく、５）ｓ≦ＴＰＭ＜＜ＷＰＭである方が好ましい。
【００６１】
そして、上述のように構成されるブラシレスモータ１Ａは、コイル４１の線材が円柱状の線材では表皮効果で電流の流れが少なくなる部分があるのに対して、上述のように、帯状（テープ状）の線材を用いることで、線材の断面（電流の流路断面）において、内部側（高周波の電流が流れない領域）の面積を減少させて電流密度を向上し、さらに渦電流も少なくすることができ、より大きなトルクを得ることができるとともに、ＡＴ（アンペアターン）が小さく、組立て（リサイクル時の分解も）が容易であり、かつ巻線自体の構造が強固になり、断線や磁歪による疲労にも強くすることができる。
【００６２】
また、同じ厚みに巻いても、円柱状の線材では、線間に空気が入り込み、熱伝導が悪くなるのに対して、上述のように構成されるブラシレスモータ１Ａは、帯状（テープ状）の線材を用い、さらに前記シングルパンケーキ巻き構造を採用することで、図５で示すように、コイル４１の内部で発生した熱を、銅等の該線材の良好な熱伝導性によって、参照符号４１ａで示すように、コイル４１の端部まで伝導させた後、さらに前記熱伝導性の部材４３を介して、ヨーク４２にまで良好な熱伝導性で伝導することができ、コイル４１の放熱性を向上することができる。これによって、上述のように構成されるブラシレスモータ１は、コイル電流を大きくして大きなトルクを得ることができ、或いは同じトルクでは小型化することができる。なお、一般に、熱絶縁体の伝導度が１Ｗ／ｍＫ程度以下であるのに対して、前記熱伝導性の部材４３は、１００Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導度を有するものであればよい。
【００６３】
さらにまた、上述のように構成されるブラシレスモータ１Ａは、共通の回転子２を挟んで、一対の固定子３Ａ，４Ａで該回転子２を駆動するので、略２倍のトルクを、２倍より大幅に薄い厚さで実現することができる。また、上述のような構造で、コイル４１が発生する電流と永久磁石２３の磁界とで回転トルクを得る、いわゆるローレンツ力モータの構造であるので、上述のように構成されるブラシレスモータ１Ａは、ヨーク４２の材料に比較的透磁率の低い軟磁性粉末を用いることができ、それを圧粉成形して該ヨーク４２を作成することで、電磁鋼板を用いる場合に比べて、コストを大幅に下げることができるとともに、任意の形状に形成することができる。
【００６４】
また、回転子２において、枠体２２および磁性体２４，２５も、前記軟磁性粉末を成型して形成されることで、該回転子２を組立てた後に、強磁場で永久磁石２３および磁性体２４を着磁することで、回転子２は、組立てし易くなる。
【００６５】
また、上述のように構成されるブラシレスモータ１Ａでは、永久磁石２３間に、回転子２の表面から裏面へと貫通している磁性体２５が設けられ、そして、それらの間にギャップが形成される。これによって、上述のように構成されるブラシレスモータ１Ａは、コイル４１と永久磁石２３との間に生じる磁気的な吸引力および反発力を増大させるリラクタンストルクを得ることができる。ここで、磁性体２４間のギャップ間隔および永久磁石２３と磁性体２５との間のギャップ長は、回転子２と固定子３Ａ，４Ａとの間のギャップ長（前記１ｍｍ）よりも大きいことが好ましい。これによって、永久磁石２３から流出した磁束の内、隣接する永久磁石２３あるいは磁性体２５等へと流れる磁束が減少し、永久磁石２３の法線方向（出力軸２１方向）の磁束が増加し、トルクが増加する。
【００６６】
次に、別の実施形態について説明する。
【００６７】
（第２実施形態）
図８〜図１０は、第２実施形態に係るブラシレスモータの構造を示し、コイルとして円筒型コイルを適用した図であり、それぞれ（ａ）は、固定子４ａ，４ｂ，４ｃの模式的な正面図であり、（ｂ）は、回転子２ａ，２ｂ，２ｃの模式的な正面図である。これらのブラシレスモータでは、周方向に対して、前記の円筒型のコイルＣＵ１，ＣＶ１，ＣＷ１；ＣＵ２１，ＣＶ２１，ＣＷ２１，ＣＵ２２，ＣＶ２２，ＣＷ２２；ＣＵ３１，ＣＶ３１，ＣＷ３１，ＣＵ３２，ＣＶ３２，ＣＷ３２，ＣＵ３３，ＣＶ３３，ＣＷ３３（総称するときは、以下参照符号Ｃで示す）間の間隔は、永久磁石Ｍ１１〜Ｍ１４；Ｍ２１〜Ｍ２８；Ｍ３１〜Ｍ４２（総称するときは、以下参照符号Ｍで示す）間の間隔と相互に異なり、かつ倍数でない周期に形成される。
【００６８】
より具体的には、コイル電流が、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相であり、例えば、図８で示すように巻線がＣＵ１，ＣＶ１，ＣＷ１の３極の場合には永久磁石がＭ１１〜Ｍ１４の４極であり、また例えば、図９で示すように巻線がＣＵ２１，ＣＶ２１，ＣＷ２１，ＣＵ２２，ＣＶ２２，ＣＷ２２の６極の場合には永久磁石がＭ２１〜Ｍ２８の８極であり、また例えば、図１０で示すように巻線がＣＵ３１，ＣＶ３１，ＣＷ３１，ＣＵ３２，ＣＶ３２，ＣＷ３２，ＣＵ３３，ＣＶ３３，ＣＷ３３の９極の場合には永久磁石がＭ３１〜Ｍ４２の１２極である、と言うように、巻線の極数と、永久磁石の極数とが互いに異なる素数の関係（上述の例では、巻線の極数ｎに対して、永久磁石の極数は、２・２（ｎ／３）の関係）とすることによって、コイルＣ間の間隔と、永久磁石Ｍ間の間隔とは、相互に一致することがないようにすることができる。
【００６９】
次に、別の実施形態について説明する。
【００７０】
（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態に係るブラシレスモータ１Ｂの構造を模式的に示す断面図であり、図１２は、その固定子１４の模式的な正面図である。このブラシレスモータ１Ｂも、前述のブラシレスモータ１と同様に、回転子１２の上下両側を固定子１３，１４で挟み込み、それらの間にギャップを有するアキシャルギャップ型のブラシレスモータである。ここで、本実施形態のブラシレスモータ１Ｂでは、コイルが、参照符号１３１，１３２；１４１，１４２で示すように、ラジアル方向に複数（図１１および図１２の例では２）配列されている。これに対応して、永久磁石も、参照符号１２３１，１２３２で示すように、ラジアル方向に複数（図１１および図１２の例では２）配列されている。このように構成することによっても、トルクが増大する。また、このように構成することによって、漏れ磁束が低減される。このような構成は、特に、極数が少なく周方向の永久磁石間隔が大きい場合に効果的である。
【００７１】
次に、別の実施形態について説明する。
【００７２】
（第４実施形態）
図１３は、第４実施形態に係るブラシレスモータ１Ｃの構造を模式的に示す斜視図である。このブラシレスモータ１Ｃは、前述の図１〜図６で示すブラシレスモータ１Ａに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。図１３（ａ）は、前述の図４と同様に、固定子４Ａ側の構造、特にコイル４１の構造を示し、図１３（ｂ）は、そのコイル４１と本実施形態に係る回転子２ｅとの関係を示す図である。
【００７３】
前述のように、帯状の線材が渦巻き状に巻回されてコイル４１が形成される場合、図１３（ａ）で示すように、そのコイル４１の径方向に延びる部分４１３に流れる電流Ｉ１によって発生される磁界Ｂ１は、永久磁石２３の軸方向に延びる磁束と作用して、前記のローレンツ力によって周方向への回転トルクＦを発生するものの、前記コイル４１の周方向に延びる部分４１４（特に軸方向から見てコイルが三角形に巻回されている場合の外周側の部分で顕著である）に流れる電流Ｉ２によって発生される磁界Ｂ２は、永久磁石２３の磁束と作用しない。
【００７４】
そこで、本実施形態では、図１３（ｂ）で示すように、回転子２ｅにおいて、その部分に、例えば永久磁石２３の少なくとも外周側に、周方向に沿って周期的に磁性体２６が配置される。これによって、このような構成のブラシレスモータ１Ｃでは、該磁性体２６がコイル４１の発生する回転磁界に吸引されて、いわゆるスイッチトリラクタンスモータの原理で、該回転磁界に同期したトルクが発生する。
【００７５】
したがって、このような構成のブラシレスモータ１Ｃでは、コイル４１と永久磁石２３とのローレンツ力モータでは無駄になっていたコイル４１の周方向に延びる部分４１４によって発生される磁界Ｂ２も有効に利用され、このような構成のブラシレスモータ１Ｃは、トルクを向上、例えば２割程度アップすることができる。
【００７６】
図１４は、第４実施形態に係るブラシレスモータ１Ｃの他の構造を模式的に示す斜視図である。図１４は、前述の図４と同様に、固定子４Ａ側の構造、特にコイル４１の他の構造を示している。そして、このような構成のブラシレスモータ１Ｃにおいて、さらに高トルク化するために、図１４に示すように、固定子４Ａには、磁性体２６と相互作用する、比較的大きな透磁率を持つ磁性体から成るポールピース４６およびポールピース４７のうちの両方またはいずれか一方がさらに設けられてもよい。ポールピース４６は、各コイル４１の芯部内であって磁性体２６と相互作用する位置にそれぞれ配置される磁性体から成る柱状体である。図１４に示す例では、ポールピース４６は、コイル４１の芯部内で外よりに配置され、コイル４１と同じ高さの円柱体である。ポールピース４７は、各コイル４１間であって磁性体２６と相互作用する位置にそれぞれ配置される磁性体から成る柱状体である。図１４に示す例では、ポールピース４７は、互いに隣接する２つのコイル４１間におけるコイル４１の頂部外側に配置され、コイル４１と同じ高さの、断面扇形あるいは三角形の柱状体である。このようなポールピース４６、４７を配置することによって磁束Ｂがポールピース４６、４７に集中し、リラクタンストルクを向上することができる。このポールピース４６、４７は、交流磁束が生じるため、例えばフェライト等の高抵抗であって高透磁率な磁性体材料で形成されることが好ましい。また、このポールピース４６、４７は、絶縁被覆した純鉄系線材を複数、コイル４１の軸方向に沿って束ねて形成されてもよい。
【００７７】
図１５は、第４実施形態に係るブラシレスモータ１Ｃのさらに他の構造を模式的に示し、（ａ）は、固定子４ｄの模式的な正面図であり、（ｂ）は、回転子２ｄの模式的な正面図である。これらのブラシレスモータでは、周方向に対して、コイルＣＵ４１，ＣＶ４１，ＣＷ４１，ＣＵ４２，ＣＶ４２，ＣＷ４２，ＣＵ４３，ＣＶ４３，ＣＷ４３，ＣＵ４４，ＣＶ４４，ＣＷ４４（総称するときは、以下参照符号Ｃで示す）間の間隔は、永久磁石Ｍ５１〜Ｍ６６（総称するときは、以下参照符号Ｍで示す）間の間隔と相互に異なり、かつ倍数でない周期に形成される。
【００７８】
より具体的には、コイル電流が、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相であり、例えば、図１５で示すように巻線がＣＵ４１，ＣＶ４１，ＣＷ４１，ＣＵ４２，ＣＶ４２，ＣＷ４２，ＣＵ４３，ＣＶ４３，ＣＷ４３，ＣＵ４４，ＣＶ４４，ＣＷ４４の１２極の場合には永久磁石がＭ５１〜Ｍ６６の１６極である、と言うように、巻線の極数と、永久磁石の極数とが互いに異なる素数の関係（上述の例では、巻線の極数ｎに対して、永久磁石の極数は、２・２（ｎ／３）の関係）とすることによって、コイルＣ間の間隔と、永久磁石Ｍ間の間隔とは、相互に一致することがないようにすることができる。
【００７９】
次に、別の実施形態について説明する。
【００８０】
（第５実施形態）
図１６は、第５実施形態に係るブラシレスモータ１Ｄの構造を模式的に示す図である。このブラシレスモータ１Ｄも、前述の図１〜図６で示すブラシレスモータ１Ａに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。図１６（ａ）は、ブラシレスモータ１Ｄを周方向に転回して示す断面図であり、図１６（ｂ）は、平面図である。本実施形態では、固定子４Ａ側の構造は、前述のブラシレスモータ１と同様である。
【００８１】
ここで、本実施形態では、回転子２ｆは、周方向に配列される前記永久磁石２３間に、径方向に延びる導体２７を備えるとともに、該回転子２ｆの内周側および外周側に、前記各導体２７の端部間を短絡する短絡リング２８，２９を備えている。このように構成することによって、図１６（ｂ）で示すように、回転子２ｆに前記導体２７および短絡リング２８，２９による電流ループを形成すると、コイル４１による回転磁界Ｂ３によって、前記電流ループに渦電流Ｉ３が発生し、本来、その渦電流Ｉ３は、損失となるが、回転子２ｆが前記回転磁界Ｂ３の同期速度より低い、すなわち滑りを生じている場合には、前記導体２７を流れる渦電流Ｉ３と前記回転磁界Ｂ３とによって回転トルクＦ３が発生し、その回転トルクＦ３を起動時、或いは同期速度の維持に利用することができる。すなわち、本実施形態のブラシレスモータ１Ｄは、前述のようにアキシャルギャップ型のブラシレスモータであるものの、回転子２ｆに、前記のような導体２７および短絡リング２８，２９を設けることによって、これら導体２７および短絡リング２８，２９がラジアルギャップ型のかご型誘導電動機のかごの部分と同様に機能することを利用することができる。
【００８２】
したがって、特に、起動時の同期速度に引き入れるまでの大きなスリップの状態では、誘導電動機としてのトルクＦ３が加わり、また同期速度に達しても、コイル電流に含まれる高調波電流との間のスリップで同様にトルクが発生し、このような構成のブラシレスモータ１Ｄは、トルクをアップすることができる。
【００８３】
ここで、前述の図６を参照して、前記永久磁石２３および磁性体２４，２５が取付けられる枠体２２は、上述したように、内周側のリング状のハブ２２１と、同心の外側リング２２２と、それらの間を連結し、前記永久磁石２３間を径方向に延びるスポーク２２３とを備えて構成される。したがって、この枠体２２を非磁性で導電性を有するアルミ等で構成することによって、このような構成のブラシレスモータ１Ｄは、該枠体２２を前記導体２７および短絡リング２８，２９として兼用することができる。
【００８４】
また、例えば前述の図１０で示す固定子４ｃを用い、９極の巻線ＣＵ３１，ＣＶ３１，ＣＷ３１，ＣＵ３２，ＣＶ３２，ＣＷ３２，ＣＵ３３，ＣＶ３３，ＣＷ３３のそれぞれには、相互に異なる位相の（４０°ずれた）コイル電流を与えることで、標準的な３相の場合に比べて、３次高調波の回転磁界による大きなスリップで、前記かご型誘導電動機としてのトルクをアップすることができる。以下にその理由を詳述する。
【００８５】
先ず、コイルによって作られる磁界が正弦波でない場合、高調波成分が存在する。一方、印加電圧を正弦波としても、コイル形状やロータとの位置関係によって磁界は、正弦波とはならない。特に、スイッチングによって各相をＯＮ／ＯＦＦ制御した場合、矩形波となり、この場合奇数次の高調波が発生する。このとき、回転磁界を３相交流で作成し、その基本波Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３を、
Ｖ１１＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）
Ｖ１２＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−１／３・２π）
Ｖ１３＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−２／３・２π）
とするとき、３次高調波Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ３３は、
Ｖ３１＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ）
Ｖ３２＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−３・１／３・２π）＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−２π）
Ｖ３３＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−３・２／３・２π）＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−４π）
となる。すなわち、Ｖ３１＝Ｖ３２＝Ｖ３３となり、回転磁界は、発生しない。
【００８６】
したがって、３相交流の場合、高調波が存在すると、それによる損失が大きくなることが理解される。そこで、前述のように回転磁界を９相とすると、隣接相間の位相差は２π／９となり、基本波Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３を、
Ｖ１１＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）
Ｖ１２＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−１／９・２π）＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−２π／９）
Ｖ１３＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−２／９・２π）＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−４π／９）
とすると、３次高調波Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ３３は、
Ｖ３１＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ）
Ｖ３２
＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−３・１／９・２π）＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−（１／３）・２π）
Ｖ３３
＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−３・２／９・２π）＝Ａ・ｓｉｎ（３ωｔ−（２／３）・２π）
となり、基本波と同方向で、３倍の速度の回転磁界となることが理解される。したがって、同期回転中であっても、３倍の速度差による大きなすべりが発生し、誘導電流によるトルクが加算されることになる。なお、より高次での高調波で逆回転のトルクが生じる可能性もあるが、主要な高調波成分は、３次程度であるので、問題は、ない。
【００８７】
以上のようにして、９相の回転磁界を用いることで、高調波成分もトルクの発生に寄与させることができる。この９相のコイル電流の発生には、制御系が複雑になることも考えられるが、基本の３相の成分を、２種類の移相回路にそれぞれ入力させて、４０°ずつ遅延させるようにすればよい。
【００８８】
次に、別の実施形態について説明する。
【００８９】
（第６実施形態）
図１７は、第６実施形態に係るブラシレスモータ１Ｅの構造を模式的に示す図である。第１ないし第５実施形態におけるブラシレスモータ１Ａ〜１Ｄでは、回転子３Ａ、４Ａのヨーク３２、４２は、例えば軟磁性粉末を、圧力成型、或いは加熱や接着剤等を用いて成型して形成されたが、第６実施形態におけるブラシレスモータ１Ｅは、ヨーク３２、４２に代え、図１７に示すように、いわゆるパンケーキ巻き構造のヨーク５２、６２を用いるものである。
【００９０】
より具体的には、このブラシレスモータ１Ｅは、回転子２が、その出力軸２１の軸方向に間隔を開けて配置される上下一対の固定子３Ｂ，４Ｂで挟み込まれて構成されるアキシャルギャップ型のブラシレスモータである。固定子３Ｂは、複数のコイル３１と、ヨーク５２とを備えて構成され、同様に、固定子４Ｂは、複数のコイル４１と、ヨーク６２とを備えて構成される。これら回転子２およびコイル３１、４１等は、上述した第１ないし第５実施形態におけるブラシレスモータ１Ａ〜１Ｄの回転子２およびコイル３１、４１等と同様であるので、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。
【００９１】
本実施形態のヨーク５２，６２は、それぞれ、図１７に示すように、帯状の軟磁性部材を、該軟磁性部材の幅方向が回転子２の出力軸２１方向に沿うように、巻回することによって構成されて成る。より具体的には、本実施形態のヨーク５２，６２は、それぞれ、片面を絶縁被覆５２２した帯状（テープ状、リボン状）の軟磁性部材５２１を渦巻き状に巻き回していわゆるシングルパンケーキ巻きで形成される。あるいは、本実施形態のヨーク５２，６２は、それぞれ、帯状の軟磁性部材５２１に比較的薄い絶縁シート５２２を挟み込んで渦巻き状に巻き回していわゆるシングルパンケーキ巻きで形成される。この帯状の軟磁性部材５２１は、例えば、純鉄系または低シリコン添加の柔軟な磁性体を、帯状に圧延し、その後に、軟磁性とするために、これを焼鈍処理することによって得られる。絶縁被覆５２１や絶縁シート５２１には、例えば、ポリイミド樹脂等の樹脂が用いられる。そして、ヨーク５２の芯部は、出力軸２１のための挿通孔となり、ヨーク５２の一方面上には、第１ないし第５実施形態におけるブラシレスモータ１Ａ〜１Ｄと同様に、複数のコイル３１が例えば接着等によって固定される。同様に、ヨーク６２の芯部は、出力軸２１のための挿通孔となり、ヨーク６２の一方面上には、第１ないし第５実施形態におけるブラシレスモータ１Ａ〜１Ｄと同様に、複数のコイル４１が例えば接着等によって固定される。
【００９２】
例えば軟磁性粉末を、圧力成型、或いは加熱や接着剤等を用いて成型して形成されたヨークは、一括プレスで製作することができ、低コスト化にメリットがある一方で、プレス設備が大型化してしまうため、大きなヨークには、適していない。一方、本実施形態のヨーク５２、６２は、帯状の軟磁性部材を巻き回して形成されるため、小径なものは言うに及ばず、大径化した場合でも容易に製作することができ、低コスト化も可能である。このため、本実施形態のブラシレスモータ１Ｅは、大型化によって高トルク化することができる。
【００９３】
そして、本実施形態のブラシレスモータ１Ｅにおけるヨーク５２、６２中の渦電流は、図１７に一点差線で示す周回方向の円環面内で流れる磁束線Ｂによって前記面に垂直な方向に生じるが、本実施形態では、絶縁被覆５２２または絶縁シート５２２による絶縁層５２２で、巻き回された磁性体部材５２１間が絶縁されているので、前記渦電流を効果的に抑制することができる。さらに、渦電流損を低減するために、軟磁性部材の厚みを上述した表皮厚みδ以下とされてもよい。また、圧延と熱処理とを繰り返すことによって帯状の軟磁性部材を製造すると、粒界組織が自ずと圧延方向に伸びて配向し、その配向方向に透磁率が例えばいわゆる電磁鋼板に近似するほど高くなり、このように製造された帯状の軟磁性部材によるヨーク５２、６２は、このヨーク５２、６２内の前記磁束線Ｂとの関係で、より好ましい。
【００９４】
そして、本実施形態のブラシレスモータ１Ｅは、ヨーク５２、６２に生じる磁歪効果も抑制することができる。図１８は、磁歪効果を説明するための図である。図１８（Ａ）は、磁場の無い無磁場下の場合を示し、図１８（Ｂ）は、磁場の有る有磁場下の場合を示す。すなわち、磁場の無い無磁場下における磁性材料では、図１８（Ａ）に示すように、電子のスピンによる微小磁石におけるＮＳ極の方向が不揃いな状態（様々な方向を向いたランダムな状態）であるが、磁場が印加された有磁場下における磁性材料では、図１８（Ｂ）に示すように、前記微小磁石におけるＮＳ極の方向が揃うため、磁性材料全体において、所定の一方向に膨張するとともに所定の他方向で収縮する歪み（磁歪）が生じる。本実施形態のブラシレスモータ１Ｅでは、磁歪効果によって帯状の軟磁性部材における長手方向に伸縮が生じるが、帯状の軟磁性部材が巻き回されているので、前記伸縮が周方向の巻き弛緩および緊縛として吸収され、前記伸縮が生じても径方向の伸縮は、１／π（πは円周率）〜１／３に縮小されるため、磁歪効果が抑制される。
【００９５】
次に、別の実施形態について説明する。
【００９６】
（第７実施形態）
図１９は、第７実施形態に係るブラシレスモータ１Ｆの構造を模式的に示す図である。第１ないし第６実施形態におけるブラシレスモータ１Ａ〜１Ｅは、１個の回転子２を備えて構成されたが、第７実施形態におけるブラシレスモータ１Ｆは、複数の回転子２を備えて構成され、各回転子２は、回転磁界をそれぞれ生じさせる一対の固定子で挟み込まれる。図１９には、第６実施形態にかかるブラシレスモータ１Ｅの構成で３段に構成したブラシレスモータ１Ｆが示されている。この図１９に示す例では、第７実施形態におけるブラシレスモータ１Ｆは、３個の回転子２−１〜２−３と、４個の固定子３Ｂ、７−１、７−２、４Ｂとを備えて構成されている。これら回転子２−１〜２−３および固定子３Ｂ、４Ｂは、上述した第６実施形態におけるブラシレスモータ１Ｅの回転子２−１〜２−３および固定子３Ｂ、４Ｂと同様であるので、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。
【００９７】
固定子７（７−１、７−２）は、上下の回転子２に挟まれ、上段の回転子２のために回転磁界を生じさせるとともに、下段の回転子２のために回転磁界を生じさせるものである。このため、固定子７（７−１、７−２）は、ヨーク５２、６２と同様のヨーク７２を備え、その一方面上には、複数のコイル４１が第６実施形態と同様に配置され、その他方面には、複数のコイル３１が第６実施形態と同様に配置されている。
【００９８】
第７実施形態におけるブラシレスモータ１Ｆは、出力軸２１方向に、ヨーク４Ｂ、回転子２−３、ヨーク７−２、回転子２−２、ヨーク７−１、回転子２−１およびヨーク３Ｂを所定のギャップを空けて順次に積層されることによって構成される。
【００９９】
なお、第１ないし第５実施形態におけるブラシレスモータ１Ａ〜１Ｄの構成で多段に構成した場合も上述と同様に構成可能である。
【０１００】
ブラシレスモータのトルクは、段数に略比例して増大し、このような構成の第７実施形態におけるブラシレスモータ１Ｆは、高トルク化が可能となる。また、このような構成では、格段の回転磁界の位相を少しずつずらすことによって、いわゆるコギングトルクが低減される。
【０１０１】
また、これら第１ないし第７実施形態の複数のコイル３１，４１、コイルとしての円筒型コイルＣおよびコイル１３１、１３２、１４１、１４２において、帯状の線材は、コイル３１、４１、円筒型コイルＣおよびコイル１３１、１３２、１４１、１４２の軸方向と直交する一方側面に配置された第２軟磁性部材をさらに備えてもよい。このように構成することによって、軸方向と直交する帯状の線材の一方側面に前記第２軟磁性部材層が配置されるので、複数のコイル３１、４１、円筒型コイルＣ、コイル１３１、１３２、１４１、１４２部分における透磁率がより高くなる。このため、前記第２軟磁性部材層を備えない場合では、磁気的にはコイル部分が固定子と回転子の永久磁石との間の実質的なギャップ（磁気間隙）となってそのため磁束が分散および散逸していたが、このように構成することによって、前記分散および散逸していた磁束を当該第２軟磁性部材層が捕捉し、前記固定子と回転子の永久磁石との間のギャップからコイルと回転子の永久磁石との間にギャップへ短縮し、磁気抵抗を低減し、効果的に回転子の永久磁石に導くことができる。したがって、このような構成の複数のコイル３１、４１、円筒型コイルＣ、コイル１３１、１３２、１４１、１４２を用いることによって、アキシャルギャップ型ブラシレスモータは、その回転トルクをより大きくすることができる。
【０１０２】
図２０は、変形形態におけるコイル部分の構成を説明するための図である。図２０には、このような構成の円筒型のコイルＣｏの例が示されているが、他のコイル３１、４１、１３１、１３２、１４１、１４２も同様に図示することが可能である。
【０１０３】
より具体的には、このような帯状の線材は、例えば、図２０に示すように、導体層Ｃｎ、第２軟磁性部材層Ｍａおよび絶縁層Ｉｎをその厚み方向に積層されて構成される。導体部材Ｃｎの幅（軸方向の長さ）と第２軟磁性体部材Ｍａの幅（軸方向の長さ）とは、同一であってもよく（一致してもよく）、また異なってもよい。好ましくは、第２軟磁性部材Ｍａの一方端部を固定子３２、４２に当接させるべく、第２軟磁性部材Ｍａの幅は、導体部材Ｃｎの幅よりも長い。これら導体層Ｃｎ、第２軟磁性部材層Ｍａおよび絶縁層Ｉｎは、例えば、図２０に示すように、それぞれ、個別の帯状（テープ状）の部材であってもよく、また例えば、図示しないが、一方の層に他方の層が被着されたものであってもよい。
【０１０４】
個別の帯状の部材である場合では、コイルＣｏは、例えば、帯状の長尺な所定材料の導体部材Ｃｎと、軸方向と直交する導体部材Ｃｎの一方側面に配置される、所定材料の第２軟磁性部材Ｍａと、軸方向と直交する導体部材Ｃｎの一方側面に第２軟磁性部材Ｍａを介して配置される、所定材料の絶縁材Ｉｎとを備え、これら導体部材Ｃｎ、第２軟磁性部材Ｍａおよび絶縁材Ｉｎは、順次に積層されるように、共に巻き回されている。すなわち、これら導体部材Ｃｎ、第２軟磁性部材Ｍａおよび絶縁材Ｉｎは、順次に重ね合わせて束ねられて渦巻き状に共巻きされている。例えば、第２実施形態では、このような導体部材Ｃｎ、第２軟磁性部材Ｍａおよび絶縁材Ｉｎを順次に積層した部材を、さらに順次に積層して巻き回すことによって、第２実施形態の複数のコイルＣにおける変形形態のコイルＣｏが構成される。他の実施形態におけるコイル３１、４１、円筒型コイルＣおよびコイル１３１、１３２、１４１、１４２も同様である。より具体的には、例えば、帯状の長尺な銅のテープに、同様な帯状の長尺な鉄のテープおよび同様な帯状の長尺な絶縁材のテープを重ねることによって、第２軟磁性部材Ｍａは、導体部材Ｃｎの一方側面に配置されてよい。
【０１０５】
また、第２軟磁性部材Ｍａを被着する場合では、例えば、第２軟磁性体部材Ｍａは、導体部材Ｃｎに例えば圧着（熱圧着等）、メッキ（電解メッキ等）および蒸着等によって被覆形成されることによって、導体部材Ｃｎの一方側面に配置されてもよい。例えば、銅のテープと鉄のテーブとを重ね合わせ、加熱しながら荷重を加えることによって、銅と鉄とを圧着したテープが形成される。また例えば、銅のテープに鉄がメッキされる。これら例において、前記銅は、導体部材Ｃｎの一例であり、前記鉄は、第２軟磁性部材Ｍａの一例である。これら一方側面に鉄の層（薄膜）を形成した銅テープでは、銅の導電率が鉄の導電率よりも約一桁程度大きいので、電流は、主に銅部分に流れる。このような構成では、第２軟磁性部材Ｍａが被覆している帯状の線材を巻き回すことによってコイルＣｏを形成するので、コイルＣｏの容積対占積率を向上することができる。
【０１０６】
なお、上述では、第２軟磁性部材Ｍａは、導体部材Ｃｎの一方側面に直接的に配置されたが、絶縁材を介して導体部材Ｃｎの一方側面に間接的に配置されてもよい。
【０１０７】
第２軟磁性部材Ｍａの厚さ（前記軸方向と直交する方向における第２軟磁性部材Ｍａの厚さ）は、コイルＣｏに給電される交流電力の周波数における表皮厚みδ以下であることが好ましい。このように構成することによって、渦電流損の発生を低減することができる。
【０１０８】
このような第２軟磁性部材Ｍａを導体部材Ｃｎの一方側面に配置されたコイルＣｏでは、等価磁気回路の考察から、パーミアンス（動作点）Ｂ／Ｈは、前記式１−１に代え、次の式２−１のようになり、前記式１−２に代え、式２−２のようになる。
【０１０９】
【数２】
【０１１０】
ここで、μは、比透磁率であり、μ０は、真空の透磁率であり、Ｂｒは、磁束線経路の平均磁束密度である。また、ＴＰＭは、回転子（ロータ）の厚さであり、ｇは、回転子とコイルとのアキシャル方向の間隔であり、μＣは、コイルの透磁率であり、ＴＣは、コイルの厚さであり、μＹは、固定子（ヨーク）の透磁率であり、ＴＹは、固定子の厚さであり、ｓは、回転子の永久磁石間のスペースであり、ＷＰＭは、永久磁石２３の幅である。
【０１１１】
第１ないし第７実施形態において、その回転トルクをより大きくしようとすると、複数のコイル３１、４１、円筒型コイルＣ、コイル１３１、１３２、１４１、１４２の巻き数（ターン数）を大きくする必要があり、より多くの帯状の線材が必要となるとともに装置が大型化してしまう。しかしながら、この変形形態の前記構成を採用することによって、帯状の線材の増大および装置の大型化を抑制することができる。例えば、銅テープでコイルを形成する場合には、比較的安価な純鉄系材を用いるだけで、その回転トルクを大きくすることができる。そして、複数のコイル３１、４１、円筒型コイルＣ、コイル１３１、１３２、１４１、１４２の部分に、この変形形態では、第２軟磁性部材Ｍａを設けるので、磁束密度の点では、磁束線は、複数のコイル３１、４１、円筒型コイルＣ、コイル１３１、１３２、１４１、１４２の部分にも分散する。このため、磁束密度がより平均化するので、いわゆるコギングトルクを低減することができる。
【０１１２】
なお、この変形形態において、磁気結合部材をその芯部に備える有芯コイルとする場合には、前記磁気結合部材は、第２軟磁性部材Ｍａを備えるコイル部分の平均透磁率と等価な透磁率であることが好ましい。このような透磁率を持つ磁気結合部材は、例えば、上述の軟磁性粉末で圧粉形成される。このような前記磁気結合部材をその芯部に備えることによって、有芯コイルとする場合でも、磁束線の複数のコイル３１、４１、円筒型コイルＣ、コイル１３１、１３２、１４１、１４２の部分への分散を維持することができる。
【０１１３】
図２１は、変形形態におけるコイル部分の他の構成を説明するための図である。図２１（Ａ）は、全体斜視図であり、図２１（Ｂ）は、直線部分および曲部分での縦断面を示す。
【０１１４】
また、上述の変形態様において、前記第２軟磁性部材Ｍａは、図２１に示すように、いわゆるレーストラック型のコイル３１、４１の直線部分のみに配置されてもよい。なお、本形態では、コイル３１、４１は、長円形ではなく、対向する曲部分の曲げの程度が互いに異なる変形レーストラック型となっている。通常、コイルの曲部分は、回転子の永久磁石との相互作用が相対的に弱い一方、その直線部分は、前記相互作用が相対的に強い。このため、このような構成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では、相互作用の強い直線部分に磁束を導くので、より効果的に回転トルクを増大することができる。そして、このような構成では、コイルの曲部分における曲げ性もよくすることができる。
【０１１５】
なお、上述では、アキシャルギャップ型ブラシレスモータは、インナーロータ型であるが、アウターロータ型であってもよい。このようなアウターロータ型は、例えば、インホイールモータに好適に適用することができる。
【０１１６】
図２２は、アウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータの構成を示す図である。図２２（Ａ）は、縦断面を示し、図２２（Ｂ）は、回転子の構造を示すための横断面を示す。なお、図２２（Ｂ）は、回転子の半分を示している。図２３は、図２２に示すアキシャルギャップ型ブラシレスモータにおける磁気回路を模式的に示す図である。
【０１１７】
より具体的には、例えば、図２２および図２３に示すように、アウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ１Ｇは、コイル９１を備える固定子９と、永久磁石８２、８４を備え、前記固定子９から軸方向に間隔を空けて互いに対向するように配置される一対のヨーク８１、８３を持つ回転子８とを備え、前記コイル９１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８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。
【０１１８】
固定子９は、中心に固定軸９２が固着される枠体に、複数のコイル９１が取付けられて構成される。前記枠体は、例えば、前記固定軸９１が固着されるハブと、径方向に延び、周方向に沿って配置される複数のティースとを備えて構成される。なお、固定子９は、同心の外側リングをさらに備えてもよい。前記複数のコイル９１は、各ティース間にそれぞれ嵌め込まれて固定される。そして、固定軸９２は、中空の円筒形状であり、複数のコイル９１のそれぞれに電力を供給するための複数の配線が円筒内に配置される。回転子８は、周方向に沿って配置される複数の永久磁石８２を備える円板形状のヨーク８１と、周方向に沿って配置される複数の永久磁石８４を備える円板形状のヨーク８３とを備えている。これらヨーク８１とヨーク８３とは、ヨーク８１の永久磁石８２とヨーク８３の永久磁石８４との間に、固定子９のコイル９１を挟み込むように、配置される。このような配置位置関係を維持するために、回転子８は、ヨーク８１およびヨーク８３を所定の間隔を空けて配置するべく、ヨーク８１とヨーク８３との間に、ヨーク８１およびヨーク８３の外周縁に沿って支持部材８５をさらに備えている。そして、回転子８のヨーク８１およびヨーク８３には、その中央（中心点）に、固定子９の固定軸９２を挿通するための挿通孔がそれぞれ開口形成されており、固定子８のヨーク８１およびヨーク８３は、例えば、ボールベアリング等を介して固定子９の固定軸９２に回転自在に支持されている。
【０１１９】
このような構成のアウターロータ型のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ１Ｇは、上述したインナーロータ型のブラシレスモータと同様に、構成可能であるが、アウターロータ型であるため、以下の構成も採用することができる。
【０１２０】
すなわち、第１に、ヨーク８１およびヨーク８３は、バルクの純鉄であってもよい。第２に、支持部材８５は、肉厚の筒状のヨークである必要は必ずしもなく、いわゆる突っ張り棒のような棒状部材（円柱部材）であってもよい。第３に、固定子９は、外縁にティースを極数持ったアルミ合金製歯車構造体を採用してもよい。この場合、ティース間には、有芯のコイル９１または鉄共巻きのコイル９１が挟み込まれ、固着される。有芯のコイル９１におけるコアには、例えば、純鉄系または合金系の圧粉形成体が用いられる。鉄共巻きのコイル９１には、例えば、純鉄系棒鋼をテープ状に圧延して絶縁皮膜を付けた帯状の線材が用いられる。そして、コイル９１は、例えば、ダブルパンケーキ構造で形成され、リード線は、軸方向に取り出され、固定軸９２近傍でパターン結線され、３相３本に束ねられて固定軸９２の軸中心の空洞へ導かれる。
【０１２１】
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。
【符号の説明】
【０１２２】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ ブラシレスモータ
２，１２，９ 回転子
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｅ，２ｆ 回転子
２１ 出力軸
２２ 枠体
２２１ ハブ
２２２ 外側リング
２２３ スポーク
２３，８２，８４ 永久磁石
２４，２５，２６ 磁性体
２７ 導体
２８，２９ 短絡リング
３Ａ，４Ａ；１３，１４，３Ｂ，４Ｂ，７，８ 固定子
４１ コイル
４２，５２，６２，７２，８１，８３ ヨーク
４２１ 支持板
４２２ 歯
４３ 熱伝導性の部材
４ａ，４ｂ，４ｃ 固定子
１２３１，１２３２ 永久磁石
１３１，１３２；１４１，１４２ コイル
ＣＵ１，ＣＶ１，ＣＷ１ コイル
ＣＵ２１，ＣＶ２１，ＣＷ２１，ＣＵ２２，ＣＶ２２，ＣＷ２２ コイル
ＣＵ３１，ＣＶ３１，ＣＷ３１，ＣＵ３２，ＣＶ３２，ＣＷ３２，ＣＵ３３，ＣＶ３３，ＣＷ３３ コイル
Ｍ１１〜Ｍ１４；Ｍ２１〜Ｍ２８；Ｍ３１〜Ｍ４２ 永久磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
前記コイルとそれを搭載する固定子側のヨークとの隙間に充填される熱伝導性の部材をさらに備えること
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。
【請求項３】
前記回転子は、前記永久磁石の少なくとも外周側に、周方向に沿って周期的に配置される複数の磁性体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。
【請求項４】
前記永久磁石は、周方向に複数配列され、
前記回転子は、周方向に配列される前記永久磁石間に径方向に延びる導体を備えるとともに、前記回転子の内周側および外周側に、前記各導体の端部間を短絡する短絡リングを備えること
を特徴とする請求項１ないし請求項３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。
【請求項５】
前記導体および短絡リングは、回転軸に固着され、前記永久磁石が嵌め込まれる枠体から成ること
を特徴とする請求項４に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
【請求項６】
前記各コイルには、９つの位相でコイル電流が与えられること
を特徴とする請求項４または請求項５に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
【請求項７】
前記固定子は、前記回転子を挟んで一対で設けられること
を特徴とする請求項１ないし請求項６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。
【請求項８】
前記コイルが、ラジアル方向に複数配列されていること
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。
【請求項９】
前記固定子のヨークは、磁気的に等方性を有するものであって、軟磁性粉末を成型して成ること
を特徴とする請求項１ないし請求項８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。
【請求項１０】
前記軟磁性粉末は、電気絶縁層で覆われていること
を特徴とする請求項９に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
【請求項１１】
前記固定子のヨークは、帯状の軟磁性部材を、該軟磁性部材の幅方向が前記回転子の回転軸方向に沿うように、巻回することによって構成されて成ること
を特徴とする請求項１ないし請求項４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。
【請求項１２】
前記巻き回された軟磁性部材間には、絶縁層をさらに備えること
を特徴とする請求項１１に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
【請求項１３】
前記帯状の線材は、前記軸方向と直交する一方側面に配置された第２軟磁性部材をさらに備えていること
を特徴とする請求項１ないし請求項１１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。
【請求項１４】
前記コイルは、周方向に沿った直線部分を含み、
前記第２軟磁性部材は、前記直線部分に配置されていること
を特徴とする請求項１３に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
【請求項１５】
前記軸方向と直交する方向における前記第２軟磁性部材の厚さは、当該コイルに給電される交流電力の周波数における表皮厚み以下であること
を特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
【請求項１６】
前記帯状の線材は、前記第２軟磁性部材が被覆形成されていること
を特徴とする請求項１３ないし請求項１５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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
前記コイルとそれを搭載する固定子側のヨークとの隙間に充填される熱伝導性の部材をさらに備えること
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。
【請求項３】
前記回転子は、前記永久磁石の少なくとも外周側に、周方向に沿って周期的に配置される複数の磁性体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。
【請求項４】
前記永久磁石は、周方向に複数配列され、
前記回転子は、周方向に配列される前記永久磁石間に径方向に延びる導体を備えるとともに、前記回転子の内周側および外周側に、前記各導体の端部間を短絡する短絡リングを備えること
を特徴とする請求項１ないし請求項３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。
【請求項５】
前記導体および短絡リングは、回転軸に固着され、前記永久磁石が嵌め込まれる枠体から成ること
を特徴とする請求項４に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
【請求項６】
前記各コイルには、９つの位相でコイル電流が与えられること
を特徴とする請求項４または請求項５に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
【請求項７】
前記固定子は、前記回転子を挟んで一対で設けられること
を特徴とする請求項１ないし請求項６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。
【請求項８】
前記コイルが、ラジアル方向に複数配列されていること
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。
【請求項９】
前記固定子のヨークは、磁気的に等方性を有するものであって、軟磁性粉末を成型して成ること
を特徴とする請求項１ないし請求項８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。
【請求項１０】
前記軟磁性粉末は、電気絶縁層で覆われていること
を特徴とする請求項９に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
【請求項１１】
前記固定子のヨークは、帯状の軟磁性部材を、該軟磁性部材の幅方向が前記回転子の回転軸方向に沿うように、巻回することによって構成されて成ること
を特徴とする請求項１ないし請求項４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。
【請求項１２】
前記巻き回された軟磁性部材間には、絶縁層をさらに備えること
を特徴とする請求項１１に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
【請求項１３】
前記帯状の線材は、前記軸方向と直交する一方側面に配置された第２軟磁性部材をさらに備えていること
を特徴とする請求項１ないし請求項１１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。
【請求項１４】
前記コイルは、周方向に沿った直線部分を含み、
前記第２軟磁性部材は、前記直線部分に配置されていること
を特徴とする請求項１３に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
【請求項１５】
前記軸方向と直交する方向における前記第２軟磁性部材の厚さは、当該コイルに給電される交流電力の周波数における表皮厚み以下であること
を特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のアキシャルギャップ型ブラシレスモータ。
【請求項１６】
前記帯状の線材は、前記第２軟磁性部材が被覆形成されていること
を特徴とする請求項１３ないし請求項１５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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−５０３１２（Ｐ２０１２−５０３１２Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４６５６０（Ｐ２０１０−２４６５６０）
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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