アキシャルギャップ型電動機
【課題】さらなるトルクの増大を実現するアキシャルギャップ型電動機を提供する。
【解決手段】極固定側磁極片は、出力軸に同軸の円周方向に配列されて、出力軸に同軸の円周方向に交互にＮ極およびＳ極を形成する極固定側対向面を配置する。極遷移側磁極片は、円周方向に配列されて、極遷移側対向面４２で極固定側磁極片に向き合いつつすれ違う。極遷移側対向面４２で磁極は変遷する。第１仮想平面に平行な第３仮想平面に投影される極固定側対向面の投影像の電気角と、第３仮想平面に投影される極遷移側対向面４２の投影像の電気角とは、出力軸に同軸の円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定される。
【解決手段】極固定側磁極片は、出力軸に同軸の円周方向に配列されて、出力軸に同軸の円周方向に交互にＮ極およびＳ極を形成する極固定側対向面を配置する。極遷移側磁極片は、円周方向に配列されて、極遷移側対向面４２で極固定側磁極片に向き合いつつすれ違う。極遷移側対向面４２で磁極は変遷する。第１仮想平面に平行な第３仮想平面に投影される極固定側対向面の投影像の電気角と、第３仮想平面に投影される極遷移側対向面４２の投影像の電気角とは、出力軸に同軸の円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定される。
【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電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献２に示されるように、アキシャルギャップ型電動機は広く知られる。アキシャルギャップ型電動機では出力軸に直交する平面内で出力軸に同心の（以下「同軸の」という）円の円周方向に複数個の磁石が配列される。個々の磁石には、出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って平面すなわち極固定側対向面が規定される。極固定側対向面にはＮ極またはＳ極が形成される。Ｎ極およびＳ極は円周方向に交互にロータ上に配置される。ロータは出力軸に連結される。
【０００３】
アキシャルギャップ型電動機では複数個のステータコアが出力軸に同軸の円周方向に配列される。個々のステータコアには、第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って平面すなわち極遷移側対向面が規定される。極遷移側対向面は極固定側第１仮想平面に向き合わせられる。極遷移側対向面では、ステータコアに巻かれる巻き線の働きで磁極はＮ極とＳ極との間で変遷する。この磁極の変遷に応じて出力軸の軸心回りでロータは回転する。その結果、出力軸は回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８２９８９号公報
【特許文献２】特開２００８−１３１６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に電動機では磁石やステータコアは出力軸に同軸の円周方向にできる限り隙間なく配置される。こうしてスペースが有効活用されれば、磁石やステータコアで生成される磁束の増大が期待される。その結果、電動機のトルクの増大が見込まれる。
【０００６】
例えば特許文献２に記載されるように、ステータコアの巻き線が並列接続で結線されると、アキシャルギャップ型電動機のトルクの向上が見込まれる。このアキシャルギャップ型電動機では円周方向に配列される磁石の個数に比べてステータコアの個数は少ない。こうしたアキシャルギャップ型電動機でさらなるトルクの増大が模索される。
【０００７】
本発明のいくつかの態様によれば、さらなるトルクの増大を実現するアキシャルギャップ型電動機が提供されることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
アキシャルギャップ型電動機の一形態は、出力軸と、前記出力軸に同軸の円周方向に配列されて、前記出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って規定される極固定側対向面にＮ極またはＳ極を形成し、前記出力軸に同軸の円周方向に交互に前記Ｎ極および前記Ｓ極を配置する複数の極固定側磁極片と、前記円周方向に配列されて、前記第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って規定される極遷移側対向面で前記第１仮想平面に向き合わせられ前記極遷移側対向面で磁極を変遷させる複数の極遷移側磁極片とを備え、前記第１仮想平面に平行な第３仮想平面に投影される前記極固定側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の円周線で横切られる前記投影像の電気角と、前記第３仮想平面に投影される前記極遷移側対向面の投影像に関して前記円周線で横切られる前記投影像の電気角とは、前記円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定される。
【０００９】
こうしたアキシャルギャップ型電動機では、極固定側対向面と極遷移側対向面とが互いに向き合いつつすれ違う際に、出力軸に同軸の円周線上で有効磁束の最大値が確立される。有効磁束の増大はトルクを増大させる。アキシャルギャップ型電動機のトルクは増大する。
【００１０】
また、アキシャルギャップ型電動機の一形態は、出力軸と、前記出力軸に同軸の円周方向に配列されて、前記出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って規定される極固定側対向面にＮ極またはＳ極を形成し、前記出力軸に同軸の円周方向に交互に前記Ｎ極および前記Ｓ極を配置する複数の極固定側磁極片と、前記円周方向に配列されて、前記第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って規定される極遷移側対向面で前記第１仮想平面に向き合わせられ前記極遷移側対向面で磁極を変遷させる複数の極遷移側磁極片とを備え、前記第１仮想平面に平行な第３仮想平面内で、当該第３仮想平面に投影される前記極遷移側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の第１円周線で横切られる前記投影像の電気角は、前記第３仮想平面に投影される前記極固定側対向面の投影像に関して同第１円周線で横切られる前記投影像の電気角との間に有効磁束の最大値を確立する角度値よりも小さく設定され、前記第３仮想平面内で、当該第３仮想平面に投影される前記極遷移側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸で前記第１円周線よりも大きい第２円周線で横切られる前記投影像の電気角は、前記第３仮想平面に投影される前記極固定側対向面の投影像に関して同第２円周線で横切られる前記投影像の電気角との間に有効磁束の最大値を確立する角度値よりも大きく設定される。
【００１１】
第１円周線および第２円周線の間では、第１円周線よりも大きく第２円周線よりも小さいいずれかの円周線上で、極固定側対向面の電気角と極遷移側対向面の電気角との間に有効磁束の最大値を確立する数値関係が設定されることができる。その結果、極固定側対向面と極遷移側対向面とが互いに向き合いつつすれ違う際に、出力軸に同軸の円周線上で有効磁束の最大値が確立される。有効磁束の増大はトルクを増大させる。アキシャルギャップ型電動機のトルクは増大する。
【００１２】
アキシャルギャップ型電動機では、隣接する前記極固定側磁極片同士は内径側から外径側にかけて等幅の隙間で仕切られればよい。こうした構成によれば、極固定側磁極片は円周方向にできる限り隙間なく配置されることができる。例えば、極固定側磁極片の輪郭が出力軸の軸心を中心に半径線で仕切られると、半径方向に出力軸から遠ざかるにつれて極固定側磁極片同士の間で空間は増大してしまう。
【００１３】
さらにまた、アキシャルギャップ型電動機では、前記極固定側対向面の半径方向輪郭線は前記出力軸に同軸の半径線から傾斜してもよい。こういった傾斜によれば、極遷移側対向面に対して極固定側対向面がすれ違うと、極固定側対向面の半径方向輪郭線は傾斜なしに比べて長い時間にわたって極遷移側対向面の半径方向輪郭線に交差し続ける。したがって、隣接する極固定側対向面同士の間で極遷移側対向面に作用する磁束の変化は和らげられる。特に、極遷移側対向面の電気角が縮小されても、スムーズな回転が実現されることができる。
【００１４】
さらにまた、アキシャルギャップ型電動機の一形態は、出力軸と、前記出力軸に同軸の円周方向に配列されて、前記出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って規定される第１極固定側対向面にＮ極またはＳ極を形成し、前記出力軸に同軸の円周方向に交互に前記Ｎ極および前記Ｓ極を配置する複数の第１極固定側磁極片と、前記第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って規定される第２極固定側対向面で空間を挟んで前記第１磁極片に個々に向き合わせられ、向き合う前記第１極固定側対向面と反対の磁極を形成し、前記円周方向に交互にＮ極およびＳ極を配置する複数の第２極固定側磁極片と、前記空間内で前記円周方向に配列されて、前記第１仮想平面に平行な第３仮想平面に沿って規定される第１極遷移側対向面で前記第１仮想平面に向き合わせられ前記第１極遷移側対向面で磁極を変遷させ、前記第２仮想平面に平行な第４仮想平面に沿って規定される第２極遷移側対向面で前記第２仮想平面に向き合わせられ前記第２極遷移側対向面で前記第１極遷移側対向面の磁極の変遷に応じて磁極を変遷させる複数の極遷移側磁極片とを備え、前記第１仮想平面に平行な第５仮想平面に投影される前記第１極固定側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の第１円周線で横切られる前記投影像の電気角と、前記第５仮想平面に投影される前記第１極遷移側対向面の投影像に関して前記第１円周線で横切られる前記投影像の電気角とは、前記円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定され、前記第５仮想平面に投影される前記第２極固定側対向面の投影像に関して前記出力軸の同軸の第２円周線で横切られる前記投影像の電気角と、前記第５仮想平面に投影される前記第２極遷移側対向面の投影像に関して前記第２円周線で横切られる前記投影像の電気角とは、前記第２円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定される。
【００１５】
こうしたアキシャルギャップ型電動機では、第１極固定側対向面と第１極遷移側対向面とが互いに向き合いつつすれ違う際に、出力軸に同軸の円周線線上で有効磁束の最大値が確立される。同様に、第２極固定側対向面と第２極遷移側対向面とが互いに向き合いつつすれ違う際に、出力軸に同軸の円周線上で有効磁束の最大値が確立される。こうして有効磁束の増大はトルクを増大させる。アキシャルギャップ型電動機のトルクは増大する。
【００１６】
以上のようなアキシャルギャップ型電動機はいずれも空気調和機で利用されることができる。アキシャルギャップ型電動機は例えば送風ファンの回転駆動に利用されればよい。その他、アキシャルギャップ型電動機はいずれも乗り物で利用されることができる。アキシャルギャップ型電動機は例えば乗り物の動力源に利用されればよい。乗り物には、例えば電動アシスト自転車のほか、電気二輪車、電気自動車、ハイブリッド自動車が含まれることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、さらなるトルクの増大を実現するアキシャルギャップ型電動機は提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機の外観を概略的に示す斜視図である。
【図２】出力軸の軸心を含む平面に沿ったアキシャルギャップ型電動機の断面図である。
【図３】第１および第２磁石並びにステータコアの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図４】円周方向に第１および第２磁石並びにステータコアの相対位置を示す展開図である。
【図５】出力軸の軸心に直交する仮想平面内で第１極固定側対向面の投影像を概略的に示す平面図である。
【図６】出力軸の軸心に直交する仮想平面内で第１極遷移側対向面の投影像を概略的に示す平面図である。
【図７】第１極固定側対向面の半径方向輪郭線と第１極遷移側対向面の半径方向輪郭線との関係を概略的に示す拡大平面図である。
【図８】図４に対応し、磁石磁束の短絡の概念を示す概念図である。
【図９】磁石の電気角およびステータコアの電気角の関係に有効磁束の大きさを関連づけたグラフである。
【図１０】無負荷誘起電圧と電気角との関係を示すグラフである。
【図１１】次数ごとに電圧振幅を示すグラフである。
【図１２】図１０に対応し、比較例で無負荷誘起電圧と電気角との関係を示すグラフである。
【図１３】図１１に対応し、比較例で次数ごとに電圧振幅を示すグラフである。
【図１４】アキシャルギャップ型電動機の一用途例すなわち空気調和機を概略的に示す斜視図である。
【図１５】空気調和機の室内機でクロスフローファンを示す透視図である。
【図１６】アキシャルギャップ型電動機の他の用途例すなわち電動アシスト自転車を概略的に示す側面図である。
【図１７】電動アシストユニットの構造を概略的に示す側面図である。
【図１８】第１極固定側対向面の半径方向輪郭線と第１極遷移側対向面の半径方向輪郭線との関係を概略的に示す拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機（以下「電動機」という）１１の外観を概略的に示す。電動機１１は筐体１２を備える。筐体１２は、鍋形の筐体本体１３と、筐体本体１３の開口を塞ぐ円板状の蓋体１４とを備える。蓋体１４の中央から蓋体１４の表面に直交する方向に出力軸１５が突き出る。出力軸１５から駆動力が取り出される。
【００２１】
図２に示されるように、筐体本体１３内にはステータ１６が組み込まれる。ステータ１６は筐体本体１３に固定される。ステータ１６は樹脂製の本体部材１７を備える。本体部材１７は筐体本体１３を兼ねる。本体部材１７には複数個の磁極片すなわちステータコア１８が支持される。ステータコア１８は本体部材１７内に組み込まれる。こうした組み込みにあたって例えば成型金型内で一体成型が実施されればよい。個々のステータコア１８には出力軸１５の軸心に平行な軸回りで巻き線１９が巻かれる。巻き線１９はコイルを構成する。
【００２２】
ステータ１８の本体部材１７には第１軸受け２１が組み込まれる。第１軸受け２１には出力軸１５が結合される。出力軸１５は軸心回りで回転自在に第１軸受け２１に支持される。同様に、蓋体１４には第２軸受け２２が支持されてもよい。出力軸１５は軸心回りで回転自在に第２軸受け２２に支持される。
【００２３】
出力軸１５には第１ロータ２３および第２ロータ２４が連結される。第１ロータ２３および第２ロータ２４は出力軸１５の軸方向に間隔を空けて出力軸１５に固定される。第１ロータ２３および第２ロータ２４はそれぞれ円板状の支持部材２５、２６を備える。個々の支持部材２５、２６は出力軸１５の軸心に直交する仮想平面に沿って広がる。第１ロータ２３の支持部材２５には複数個の磁極片すなわち第１磁石２７が支持される。同様に、第２ロータ２４の支持部材２６には複数個の磁極片すなわち第２磁石２８が支持される。第１および第２磁石２７、２８はそれぞれ対応の支持部材２５、２６に固定されればよい。
【００２４】
第１磁石２７には第１極固定側対向面２７ａが区画される。個々の第１極固定側対向面２７ａは出力軸１５の軸心に直交する第１仮想平面２９内で広がる。すなわち、第１極固定側対向面２７ａは平面に形成される。同様に、第２磁石２８には第２極固定側対向面２８ａが区画される。個々の第２極固定側対向面２８ａは第１仮想平面２９に平行な第２仮想平面３１内で広がる。すなわち、第２極固定側対向面２８ａは平面に形成される。第２極固定側対向面２８ａは空間を挟んで対応の第１極固定側対向面２７ａに向き合わせられる。第１仮想平面２９および第２仮想平面３１の間にステータコア１８が配置される。
【００２５】
ステータコア１８には第１極遷移側対向面１８ａおよび第２極遷移側対向面１８ｂが区画される。個々の第１極遷移側対向面１８ａは第１仮想平面２９に平行な第３仮想平面３２内で広がる。すなわち、第１極遷移側対向面１８ａは平面に形成される。第１極遷移側対向面１８ａは第１仮想平面２９に所定の距離で向き合わせられる。言い換えれば、出力軸１５の静止中および回転中に第１極固定側対向面２７ａと第１極遷移側対向面１８ａとの間には常時一定の距離が維持される。
【００２６】
個々の第２極遷移側対向面１８ｂは第１仮想平面２９に平行な第４仮想平面３３内で広がる。すなわち、第２極遷移側対向面１８ｂは平面に形成される。第２極遷移側対向面１８ｂは第２仮想平面３１に所定の距離で向き合わせられる。言い換えれば、出力軸１５の静止中および回転中に第２極固定側対向面２８ａと第２極遷移側対向面１８ｂとの間には常時一定の距離が維持される。
【００２７】
図３に示されるように、第１磁石２７は第１ロータ２３上で出力軸１５に同軸の円周方向に配列される。ここでは、１２個の第１磁石２７が等間隔の角位置ごとに配置される。個々の第１磁石２７と出力軸１５の軸心との相対的な位置関係は同一に設定される。個々の第１極固定側対向面２７ａではＮ極およびＳ極のいずれかが形成される。Ｎ極およびＳ極は円周方向に交互に配置される。
【００２８】
同様に、第２磁石２８は第２ロータ２４上で出力軸１５に同軸の円周方向に配列される。ここでは、１２個の第２磁石２８が等間隔の角位置ごとに配置される。すなわち、第１磁石２７と同数の第２磁石２８が配置される。個々の第２磁石２７と出力軸１５の軸心との相対的な位置関係は同一に設定される。個々の第２極固定側対向面２８ａではＮ極およびＳ極のいずれかが形成される。Ｎ極およびＳ極は円周方向に交互に配置される。
【００２９】
ステータコア１８はステータ１６上で出力軸１５に同軸の円周方向に配列される。ステータコア１８は薄板の板金材の積層体として構成される。ここでは、９個のステータコア１８が等間隔の角位置ごとに配置される。すなわち、第１磁石２７の個数や第２磁石２８の個数に比べてステータコア１８の個数は少ない。個々の第１極遷移側対向面１８ａと出力軸１５の軸心との相対的な位置関係は同一に設定される。同時に、個々の第２極遷移側対向面１８ｂと出力軸１５の軸心との相対的な位置関係は同一に設定される。
【００３０】
図４に示されるように、アキシャルギャップ型電動機１１ではＮ極の第１極固定側対向面２７ａに対してＳ極の第２極固定側対向面２８ａが向き合わせられる。同様に、Ｓ極の第１極固定側対向面２７ａに対してＮ極の第２極固定側対向面２８ａが向き合わせられる。巻き線１９に駆動電流が流通すると、磁束がステータコア１８内を流通する。駆動電流の向きおよび大きさに応じて第１極遷移側対向面１８ａの磁極は変遷する。同様に、第１極遷移側対向面１８ａの磁極の変遷に呼応して第２極遷移側対向面１８ｂで磁極は変遷する。第１および第２極遷移側対向面１８ａ、１８ｂでは例えば正弦波曲線に従ってＮ極およびＳ極が交互に出現する。こうして第１極固定側対向面２７ａと第１極遷移側対向面１８ａとの間で引力および斥力が順番に生成され、第２極固定側対向面２８ａと第２極遷移側対向面１８ｂとの間で引力および斥力が順番に生成される。ステータ１６に対して第１ロータ２３および第２ロータ２４は相対回転する。出力軸１５は回転する。
【００３１】
次に、第１極固定側対向面２７ａの形状および第１極遷移側対向面１８ａの形状を詳述する。図５および図６には、第１仮想平面２９に平行な任意の仮想平面（以下「投影像仮想平面」という）に投影される第１極固定側対向面２７ａの投影像４１と、投影像仮想平面に投影される第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２とが描かれる。投影像４１、４２の投影にあたって第１極固定側対向面２７ａおよび第１極遷移側対向面１８ａは出力軸１５の軸心に平行に平行移動すればよい。ここでは、第１極固定側対向面２７ａの輪郭および第１極遷移側対向面１８ａの輪郭の設定にあたって、投影像仮想平面内に、出力軸１５に同軸の第１円周線４５と、出力軸１５に同軸で第１円周線４５よりも大きい第２円周線４６とが規定される。図５に示されるように、第１極固定側対向面２７ａの投影像４１では第１円周線４５上で電気角α１が特定される。同様に、第１極固定側対向面２７ａの投影像４１では第２円周線４６上で電気角α２が特定される。第１円周線４５および第２円周線４６が少なくとも投影像仮想平面内で途切れなく第１極固定側対向面２７ａの投影像４１を横切る限り、第１円周線４５および第２円周線４６は任意の大きさに設定されればよい。その他、第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２の位置や形状に応じて第１円周線４５および第２円周線４６の大きさは適宜に調整されればよい。
【００３２】
図６に示されるように、第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２では第１円周線４５上で電気角β１が特定される。同様に、第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２では第２円周線４６上で電気角β２が特定される。ここで、第１極遷移側対向面１８ａの形状の設定にあたって、電気角β１は、電気角α１との間に有効磁束の最大値を確立する角度値よりも小さく設定される。同時に、第１極遷移側対向面１８ａの形状の設定にあたって、電気角β２は、電気角α２との間に有効磁束の最大値を確立する角度値よりも大きく設定される。こうすることで、第１円周線４５および第２円周線４６の間では、第１円周線４５よりも大きく第２円周線４６よりも小さいいずれかの円周線上で、第１極固定側対向面２７ａの投影像４１の電気角αｎと第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２の電気角βｎとの間に有効磁束の最大値を確立する数値関係が設定されることができる。その結果、第１極固定側対向面２７ａと第１極遷移側対向面１８ａとの間で有効磁束の最大値は確立される。有効磁束の増大はトルクを増大させる。アキシャルギャップ型電動機１１のトルクは増大する。第２極固定側対向面２８ａおよび第２極遷移側対向面１８ｂの形状は第１極固定側対向面２７ａおよび第１極遷移側対向面１８ａと同様に設定されればよい。電気角β１は、電気角α１との間に有効磁束の最大値を確立する角度値に等しく設定され、電気角β２は、電気角α２との間に有効磁束の最大値を確立する角度値に等しく設定されてもよい。こうすることで、少なくとも第１円周線４５や第２円周線４６では、第１極固定側対向面２７ａの投影像４１の電気角αｎと第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２の電気角βｎとの間に有効磁束の最大値を確立する数値関係が設定されることができる。
【００３３】
このアキシャルギャップ型電動機１１では第１磁石２７は出力軸１５に同軸の円周方向にできる限り隙間なく配置される。こういった配置にあたって隣接する第１磁石２７同士の間では一定幅で隙間が半径方向に延びる。その結果、第１磁石２７の投影像４１では、第１円周線４５上の電気角α１に比べて第２円周線４６上の電気角α２は増大する。第２磁石２８は第１磁石２７と同様に円周方向にできる限り隙間なく配置される。したがって、同様に第２磁石２８の輪郭では半径方向外側に向かうにつれて電気角は増大する。
【００３４】
加えて、このアキシャルギャップ型電動機１１では、図７に示されるように、第１極固定側対向面２７ａの第１半径方向輪郭線４７に対して第１極遷移側対向面１８ａの第２半径方向輪郭線４８が大きく傾斜する。したがって、第１ロータ２３の回転時にステータコア１８の第１極遷移側対向面１８ａに対して第１磁石２７の第１極固定側対向面２７ａがすれ違うと、第１極遷移側対向面１８ａの第２半径方向輪郭線４８は比較的に長い時間にわたって第１極固定側対向面２７ａの第１半径方向輪郭線４７に交差し続ける。すなわち、第１極遷移側対向面１８ａの磁束の作用は徐々に第１極遷移側対向面１８ａの磁界から抜け出し隣接の第１極遷移側対向面１８ａの磁界に進入する。その結果、隣接する第１磁石２７同士の間で第１極遷移側対向面１８ａに作用する磁束の変化は和らげられる。スムーズな回転が実現される。同様に、第２極固定側対向面２８ａの半径方向輪郭線に対して第２極遷移側対向面１８ｂの半径方向輪郭線は大きく傾斜する。
【００３５】
ここで、有効磁束の最大値を確立する角度値および数値関係を詳述する。ここで、有効磁束とは、第１磁石２７または第２磁石２８の表面から放出される磁束のうち、ステータコア１８の内部を通過する磁束をいう。図８は、第１磁石２７の個数に比べてステータコア１８の個数が少ない際に一般的な第１磁石２７およびステータコア１８を示す。一般に、電動機では、磁石やステータコアは出力軸に同軸の円周方向にできる限り隙間なく配置される。こうしてスペースが有効活用されれば、磁石やステータコアで生成される磁束の増大が期待される。その結果、電動機のトルクの増大が見込まれる。しかしながら、本発明者は、図８に示されるように、磁石磁束の短絡に気づいた。そして、本発明者は、有効磁束の最大値を確立する角度値および数値関係をコンピュータシミュレーションで検証した。その結果、図９に示されるように、磁石の電気角すなわち円周方向の大きさと、ステータコアの電気角すなわち円周方向の大きさとの間に特定の数値関係が成立すると、有効磁束が最大値を示すことを見出した。例えば第１磁石２７や第２磁石２８の電気角αが１５６度〜１８０度の範囲（限界値を含む）で設定される場合には、ステータコア１８の電気角βが１５０度〜１５６度の範囲（限界値を含む）で設定されれば、ステータコア１８で有効磁束の最大値は確立されることができる。
【００３６】
本発明者は、さらに、有効磁束の最大値を確立する数値関係に基づき前述のアキシャルギャップ型電動機１１の性能を検証した。検証にあたってコンピュータシミュレーションが用いられた。１２個の第１磁石２７と９個のステータコア１８とがそれぞれ円周方向に等間隔で配列された。第１極固定側対向面２７ａでは第１円周線４５上で１５７．６８度の電気角が設定され第２円周線４６上で１６６．２５度の電気角が設定された。その一方で、第１極遷移側対向面１８ａでは第１円周線４５上で１３６．８９度の電気角が設定され第２円周線４６上で１７０．６０度の電気角が設定された。実効値で５．５ボルトの無負荷誘起電圧が得られた。７．７ボルトの基本波振幅が得られた。３４９ワットの出力にあたって８３．９％の効率が得られた。損失は６７．１ワットであった。図１０に示されるように、無負荷誘起電圧で滑らかな正弦波波形が得られた。この結果をフーリエ変換したところ、図１１に示されるように、振動の原因となる５次の高調波のレベルが著しく小さくなることが確認された。
【００３７】
本発明者は検証にあたって比較例を用意した。この比較例では、具体例と同様に、１２個の第１磁石２７と９個のステータコア１８とがそれぞれ円周方向に等間隔で配列された。第１極固定側対向面２７ａで第１円周線４５上の電気角は１５７．６８度に設定され第２円周線４６上の電気角は１６６．２５度に設定された。その一方で、第１極遷移側対向面１８ａでは第１円周線４５上で２１５．７２度の電気角が設定され第２円周線４６上で２２０．３２度の電気角が設定された。実効値で５．３ボルトの無負荷誘起電圧が得られた。７．４ボルトの基本波振幅が得られた。３４９ワットの出力にあたって８１．９％の効率が得られた。損失は７６．８ワットであった。図１２に示されるように、無負荷誘起電圧で正弦波波形に歪みが発生した。この結果をフーリエ変換したところ、図１３に示されるように、振動の原因となる５次の高調波のレベルの増加が確認された。
【００３８】
図１４はアキシャルギャップ型電動機１１の一用途例すなわち空気調和機５１を概略的に示す。空気調和機５１は室外機５２と室内機５３とを備える。室外機５２は例えば屋外に設置される。室内機５３は例えば家屋の室内に設置される。室外機５２には圧縮機、膨張弁および第１熱交換器が組み込まれる。室内機５３には第２熱交換器が組み込まれる。圧縮機は高温高圧の冷媒を送り出す。冷房運転時、高温高圧の冷媒は膨張弁の手前で第１熱交換器に送り込まれる。第１熱交換器で冷媒は凝縮される。凝縮後の冷媒は膨張弁で減圧されて第２熱交換器に送り込まれる。第２熱交換器で冷媒は気化する。周囲の空気から熱エネルギが冷媒に受け渡される。冷気が生成される。気化した冷媒は圧縮機に戻される。その一方で、暖房運転時、高温高圧の冷媒は膨張弁の手前で第２熱交換器に送り込まれる。第２熱交換器で冷媒は凝縮化する。冷媒から周囲の空気に熱エネルギが受け渡される。暖気が生成される。凝縮後の冷媒は膨張弁で減圧されて第１熱交換器に送り込まれる。第１熱交換器で冷媒は気化する。気化した冷媒は圧縮機に送り込まれる。
【００３９】
図１５に示されるように、室内機５３にはクロスフローファン５４が組み込まれる。クロスフローファン５４は水平方向に延びる回転軸回りで回転する。回転の生成にあたってクロスフローファン５４にはアキシャルギャップ型電動機１１が連結される。例えばクロスフローファン５４の回転軸に同軸にアキシャルギャップ型電動機１１の出力軸１５が配置される。出力軸１５はクロスフローファン５４に結合される。クロスフローファン５４はアキシャルギャップ型電動機１１の駆動力に応じて回転する。回転時、クロスフローファン５４は気流を生成する。気流は第２熱交換器を伝う。こうして第２熱交換器では気流と冷媒との間で熱エネルギが交換される。
【００４０】
図１６はアキシャルギャップ型電動機１１の他の用途例すなわち電動アシスト自転車６１を概略的に示す。電動アシスト自転車６１は車体フレーム６２を備える。車体フレーム６２には後輪６３が水平軸回りで回転自在に取り付けられる。車体フレーム６２には揺動軸回りで揺動自在に操舵フレーム６４が取り付けられる。揺動軸は、後輪６３の回転軸に直交する仮想平面内に配置される。揺動軸は、地面から離れるにつれて後に傾斜する傾斜姿勢に保持される。操舵フレーム６４には前輪６５が回転自在に取り付けられる。操舵フレーム６４の基準位置で前輪６５の回転軸は後輪６３の回転軸に平行に延びる。操舵フレーム６４にはハンドル６６が固定される。
【００４１】
前輪６５および後輪６３の間で車体フレーム６２にはサドル６７が固定される。サドル６７の下方で車体フレーム６２には駆動軸６８が回転自在に支持される。駆動軸６８は後輪６３の回転軸に平行に延びる。駆動軸６８には左右１対のペダルアーム６９が固定される。ペダルアーム６９の先端には駆動軸６８に平行な回転軸回りで回転自在にペダル７１が取り付けられる。運転者は、サドル６７に腰掛けると、左右のペダル７１にそれぞれ足を置くことができる。
【００４２】
駆動軸６８には大径スプロケット７３が連結される。大径スプロケット７３の回転中心は駆動軸６８の軸心に一致する。大径スプロケット７３は駆動軸６８に固定される。後輪６３には小径スプロケット７４が連結される。小径スプロケット７４の回転中心は後輪６３の回転軸に一致する。小径スプロケット７４は後輪６３に固定される。大径スプロケット７３および小径スプロケット７４にはチェーン７５が巻き付けられる。こうして所定の減速比で大径スプロケット７３の回転は小径スプロケット７４に伝達される。ペダル７１の踏力は後輪６３の回転に変換される。
【００４３】
大径スプロケット７３には電動アシストユニット７７が連結される。図１７に示されるように、電動アシストユニット７７にはアキシャルギャップ型電動機１１が組み込まれる。アキシャルギャップ型電動機１１の出力軸１５の軸心は駆動軸６８の軸心に平行に延びる。出力軸１５の回転は減速歯車機構７８を介して駆動軸６８に伝達される。こうしてアキシャルギャップ型電動機１１は駆動軸６８すなわち大径スプロケット７３の回転力を補う。その結果、運転者が小さな踏力しかペダル７１に作用しなくても、後輪６３には十分な駆動力が伝達される。電動アシスト自転車６１は快適に走行する。
【００４４】
アキシャルギャップ型電動機１１では、図１８に示されるように、第１極遷移側対向面１８ａの第２半径方向輪郭線４８の傾斜に代えて、あるいは、そういった傾斜とともに、第１極固定側対向面２７ａや第２極固定側対向面２８ａで半径方向輪郭線４７は出力軸１５に同軸の半径線Ａから大きく傾斜してもよい。好ましくは、第１遷移側対向面１８ａや第２遷移側対向面２８ｂの半径方向輪郭線４８とは半径線Ａに対して反対向きに傾くことが望まれる。第１ロータ２３の回転時にステータコア１８の第１極遷移側対向面１８ａに対して第１磁石２７の第１極固定側対向面２７ａがすれ違うと、第１極固定側対向面２７ａの半径方向輪郭線４７は比較的に長い時間にわたって第１極遷移側対向面１８ａの半径方向輪郭線４８に交差し続ける。すなわち、第１極固定側対向面２７ａの磁束の作用は徐々に第１極遷移側対向面１８ａの磁界から抜け出し隣接の第１極遷移側対向面１８ａの磁界に進入する。その結果、隣接する第１磁石２７同士の間で第１極遷移側対向面１８ａに作用する磁束の変化は和らげられる。特に、第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２上で電気角β２が縮小されても、スムーズな回転が実現される。
【００４５】
なお、極固定側対向面２７ａ、２８ａや極遷移側対向面１８ａ、１８ｂの形状は本実施形態のものに限られない。電気角α１、α２、β１、β２の設定にあたってアキシャルギャップ型電動機１１では第１ロータ２３および第２ロータ２４のいずれか一方のみが配置されてもよい。第１極遷移側対向面１８ａおよび第２極遷移側対向面１８ｂでは出力軸１５の半径方向に全範囲にわたって円周線上で電気角βｎは電気角αｎとの間に有効磁束の最大値を確立する角度値に設定されてもよい。また、アキシャルギャップ型電動機１１は、電動アシスト自転車のほか、電気二輪車、電気自動車、ハイブリッド自動車、その他の乗り物一般に動力源として利用されることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１１ アキシャルギャップ型電動機、１５ 出力軸、１８ 極変遷側磁極片（ステータコア）、１８ａ 第１極遷移側対向面、１８ｂ 第２極遷移側対向面、２７ 極固定側磁極片（第１磁石）、２７ａ 第１極固定側対向面、２８ 極固定側磁極片（第２磁石）、２８ａ 第２極固定側対向面、２９ 仮想平面、３１ 仮想平面、３２ 仮想平面、３３ 仮想平面、４１ 投影像、４２ 投影像、４５ 第１円周線、４６ 第２円周線、５１ 空気調和機、６１ 乗り物（電動アシスト自転車）、α１ 電気角、α２ 電気角、β１ 電気角、β２ 電気角。
【技術分野】
【０００１】
本発明はアキシャルギャップ型電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献２に示されるように、アキシャルギャップ型電動機は広く知られる。アキシャルギャップ型電動機では出力軸に直交する平面内で出力軸に同心の（以下「同軸の」という）円の円周方向に複数個の磁石が配列される。個々の磁石には、出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って平面すなわち極固定側対向面が規定される。極固定側対向面にはＮ極またはＳ極が形成される。Ｎ極およびＳ極は円周方向に交互にロータ上に配置される。ロータは出力軸に連結される。
【０００３】
アキシャルギャップ型電動機では複数個のステータコアが出力軸に同軸の円周方向に配列される。個々のステータコアには、第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って平面すなわち極遷移側対向面が規定される。極遷移側対向面は極固定側第１仮想平面に向き合わせられる。極遷移側対向面では、ステータコアに巻かれる巻き線の働きで磁極はＮ極とＳ極との間で変遷する。この磁極の変遷に応じて出力軸の軸心回りでロータは回転する。その結果、出力軸は回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８２９８９号公報
【特許文献２】特開２００８−１３１６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に電動機では磁石やステータコアは出力軸に同軸の円周方向にできる限り隙間なく配置される。こうしてスペースが有効活用されれば、磁石やステータコアで生成される磁束の増大が期待される。その結果、電動機のトルクの増大が見込まれる。
【０００６】
例えば特許文献２に記載されるように、ステータコアの巻き線が並列接続で結線されると、アキシャルギャップ型電動機のトルクの向上が見込まれる。このアキシャルギャップ型電動機では円周方向に配列される磁石の個数に比べてステータコアの個数は少ない。こうしたアキシャルギャップ型電動機でさらなるトルクの増大が模索される。
【０００７】
本発明のいくつかの態様によれば、さらなるトルクの増大を実現するアキシャルギャップ型電動機が提供されることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
アキシャルギャップ型電動機の一形態は、出力軸と、前記出力軸に同軸の円周方向に配列されて、前記出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って規定される極固定側対向面にＮ極またはＳ極を形成し、前記出力軸に同軸の円周方向に交互に前記Ｎ極および前記Ｓ極を配置する複数の極固定側磁極片と、前記円周方向に配列されて、前記第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って規定される極遷移側対向面で前記第１仮想平面に向き合わせられ前記極遷移側対向面で磁極を変遷させる複数の極遷移側磁極片とを備え、前記第１仮想平面に平行な第３仮想平面に投影される前記極固定側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の円周線で横切られる前記投影像の電気角と、前記第３仮想平面に投影される前記極遷移側対向面の投影像に関して前記円周線で横切られる前記投影像の電気角とは、前記円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定される。
【０００９】
こうしたアキシャルギャップ型電動機では、極固定側対向面と極遷移側対向面とが互いに向き合いつつすれ違う際に、出力軸に同軸の円周線上で有効磁束の最大値が確立される。有効磁束の増大はトルクを増大させる。アキシャルギャップ型電動機のトルクは増大する。
【００１０】
また、アキシャルギャップ型電動機の一形態は、出力軸と、前記出力軸に同軸の円周方向に配列されて、前記出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って規定される極固定側対向面にＮ極またはＳ極を形成し、前記出力軸に同軸の円周方向に交互に前記Ｎ極および前記Ｓ極を配置する複数の極固定側磁極片と、前記円周方向に配列されて、前記第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って規定される極遷移側対向面で前記第１仮想平面に向き合わせられ前記極遷移側対向面で磁極を変遷させる複数の極遷移側磁極片とを備え、前記第１仮想平面に平行な第３仮想平面内で、当該第３仮想平面に投影される前記極遷移側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の第１円周線で横切られる前記投影像の電気角は、前記第３仮想平面に投影される前記極固定側対向面の投影像に関して同第１円周線で横切られる前記投影像の電気角との間に有効磁束の最大値を確立する角度値よりも小さく設定され、前記第３仮想平面内で、当該第３仮想平面に投影される前記極遷移側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸で前記第１円周線よりも大きい第２円周線で横切られる前記投影像の電気角は、前記第３仮想平面に投影される前記極固定側対向面の投影像に関して同第２円周線で横切られる前記投影像の電気角との間に有効磁束の最大値を確立する角度値よりも大きく設定される。
【００１１】
第１円周線および第２円周線の間では、第１円周線よりも大きく第２円周線よりも小さいいずれかの円周線上で、極固定側対向面の電気角と極遷移側対向面の電気角との間に有効磁束の最大値を確立する数値関係が設定されることができる。その結果、極固定側対向面と極遷移側対向面とが互いに向き合いつつすれ違う際に、出力軸に同軸の円周線上で有効磁束の最大値が確立される。有効磁束の増大はトルクを増大させる。アキシャルギャップ型電動機のトルクは増大する。
【００１２】
アキシャルギャップ型電動機では、隣接する前記極固定側磁極片同士は内径側から外径側にかけて等幅の隙間で仕切られればよい。こうした構成によれば、極固定側磁極片は円周方向にできる限り隙間なく配置されることができる。例えば、極固定側磁極片の輪郭が出力軸の軸心を中心に半径線で仕切られると、半径方向に出力軸から遠ざかるにつれて極固定側磁極片同士の間で空間は増大してしまう。
【００１３】
さらにまた、アキシャルギャップ型電動機では、前記極固定側対向面の半径方向輪郭線は前記出力軸に同軸の半径線から傾斜してもよい。こういった傾斜によれば、極遷移側対向面に対して極固定側対向面がすれ違うと、極固定側対向面の半径方向輪郭線は傾斜なしに比べて長い時間にわたって極遷移側対向面の半径方向輪郭線に交差し続ける。したがって、隣接する極固定側対向面同士の間で極遷移側対向面に作用する磁束の変化は和らげられる。特に、極遷移側対向面の電気角が縮小されても、スムーズな回転が実現されることができる。
【００１４】
さらにまた、アキシャルギャップ型電動機の一形態は、出力軸と、前記出力軸に同軸の円周方向に配列されて、前記出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って規定される第１極固定側対向面にＮ極またはＳ極を形成し、前記出力軸に同軸の円周方向に交互に前記Ｎ極および前記Ｓ極を配置する複数の第１極固定側磁極片と、前記第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って規定される第２極固定側対向面で空間を挟んで前記第１磁極片に個々に向き合わせられ、向き合う前記第１極固定側対向面と反対の磁極を形成し、前記円周方向に交互にＮ極およびＳ極を配置する複数の第２極固定側磁極片と、前記空間内で前記円周方向に配列されて、前記第１仮想平面に平行な第３仮想平面に沿って規定される第１極遷移側対向面で前記第１仮想平面に向き合わせられ前記第１極遷移側対向面で磁極を変遷させ、前記第２仮想平面に平行な第４仮想平面に沿って規定される第２極遷移側対向面で前記第２仮想平面に向き合わせられ前記第２極遷移側対向面で前記第１極遷移側対向面の磁極の変遷に応じて磁極を変遷させる複数の極遷移側磁極片とを備え、前記第１仮想平面に平行な第５仮想平面に投影される前記第１極固定側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の第１円周線で横切られる前記投影像の電気角と、前記第５仮想平面に投影される前記第１極遷移側対向面の投影像に関して前記第１円周線で横切られる前記投影像の電気角とは、前記円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定され、前記第５仮想平面に投影される前記第２極固定側対向面の投影像に関して前記出力軸の同軸の第２円周線で横切られる前記投影像の電気角と、前記第５仮想平面に投影される前記第２極遷移側対向面の投影像に関して前記第２円周線で横切られる前記投影像の電気角とは、前記第２円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定される。
【００１５】
こうしたアキシャルギャップ型電動機では、第１極固定側対向面と第１極遷移側対向面とが互いに向き合いつつすれ違う際に、出力軸に同軸の円周線線上で有効磁束の最大値が確立される。同様に、第２極固定側対向面と第２極遷移側対向面とが互いに向き合いつつすれ違う際に、出力軸に同軸の円周線上で有効磁束の最大値が確立される。こうして有効磁束の増大はトルクを増大させる。アキシャルギャップ型電動機のトルクは増大する。
【００１６】
以上のようなアキシャルギャップ型電動機はいずれも空気調和機で利用されることができる。アキシャルギャップ型電動機は例えば送風ファンの回転駆動に利用されればよい。その他、アキシャルギャップ型電動機はいずれも乗り物で利用されることができる。アキシャルギャップ型電動機は例えば乗り物の動力源に利用されればよい。乗り物には、例えば電動アシスト自転車のほか、電気二輪車、電気自動車、ハイブリッド自動車が含まれることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、さらなるトルクの増大を実現するアキシャルギャップ型電動機は提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機の外観を概略的に示す斜視図である。
【図２】出力軸の軸心を含む平面に沿ったアキシャルギャップ型電動機の断面図である。
【図３】第１および第２磁石並びにステータコアの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図４】円周方向に第１および第２磁石並びにステータコアの相対位置を示す展開図である。
【図５】出力軸の軸心に直交する仮想平面内で第１極固定側対向面の投影像を概略的に示す平面図である。
【図６】出力軸の軸心に直交する仮想平面内で第１極遷移側対向面の投影像を概略的に示す平面図である。
【図７】第１極固定側対向面の半径方向輪郭線と第１極遷移側対向面の半径方向輪郭線との関係を概略的に示す拡大平面図である。
【図８】図４に対応し、磁石磁束の短絡の概念を示す概念図である。
【図９】磁石の電気角およびステータコアの電気角の関係に有効磁束の大きさを関連づけたグラフである。
【図１０】無負荷誘起電圧と電気角との関係を示すグラフである。
【図１１】次数ごとに電圧振幅を示すグラフである。
【図１２】図１０に対応し、比較例で無負荷誘起電圧と電気角との関係を示すグラフである。
【図１３】図１１に対応し、比較例で次数ごとに電圧振幅を示すグラフである。
【図１４】アキシャルギャップ型電動機の一用途例すなわち空気調和機を概略的に示す斜視図である。
【図１５】空気調和機の室内機でクロスフローファンを示す透視図である。
【図１６】アキシャルギャップ型電動機の他の用途例すなわち電動アシスト自転車を概略的に示す側面図である。
【図１７】電動アシストユニットの構造を概略的に示す側面図である。
【図１８】第１極固定側対向面の半径方向輪郭線と第１極遷移側対向面の半径方向輪郭線との関係を概略的に示す拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機（以下「電動機」という）１１の外観を概略的に示す。電動機１１は筐体１２を備える。筐体１２は、鍋形の筐体本体１３と、筐体本体１３の開口を塞ぐ円板状の蓋体１４とを備える。蓋体１４の中央から蓋体１４の表面に直交する方向に出力軸１５が突き出る。出力軸１５から駆動力が取り出される。
【００２１】
図２に示されるように、筐体本体１３内にはステータ１６が組み込まれる。ステータ１６は筐体本体１３に固定される。ステータ１６は樹脂製の本体部材１７を備える。本体部材１７は筐体本体１３を兼ねる。本体部材１７には複数個の磁極片すなわちステータコア１８が支持される。ステータコア１８は本体部材１７内に組み込まれる。こうした組み込みにあたって例えば成型金型内で一体成型が実施されればよい。個々のステータコア１８には出力軸１５の軸心に平行な軸回りで巻き線１９が巻かれる。巻き線１９はコイルを構成する。
【００２２】
ステータ１８の本体部材１７には第１軸受け２１が組み込まれる。第１軸受け２１には出力軸１５が結合される。出力軸１５は軸心回りで回転自在に第１軸受け２１に支持される。同様に、蓋体１４には第２軸受け２２が支持されてもよい。出力軸１５は軸心回りで回転自在に第２軸受け２２に支持される。
【００２３】
出力軸１５には第１ロータ２３および第２ロータ２４が連結される。第１ロータ２３および第２ロータ２４は出力軸１５の軸方向に間隔を空けて出力軸１５に固定される。第１ロータ２３および第２ロータ２４はそれぞれ円板状の支持部材２５、２６を備える。個々の支持部材２５、２６は出力軸１５の軸心に直交する仮想平面に沿って広がる。第１ロータ２３の支持部材２５には複数個の磁極片すなわち第１磁石２７が支持される。同様に、第２ロータ２４の支持部材２６には複数個の磁極片すなわち第２磁石２８が支持される。第１および第２磁石２７、２８はそれぞれ対応の支持部材２５、２６に固定されればよい。
【００２４】
第１磁石２７には第１極固定側対向面２７ａが区画される。個々の第１極固定側対向面２７ａは出力軸１５の軸心に直交する第１仮想平面２９内で広がる。すなわち、第１極固定側対向面２７ａは平面に形成される。同様に、第２磁石２８には第２極固定側対向面２８ａが区画される。個々の第２極固定側対向面２８ａは第１仮想平面２９に平行な第２仮想平面３１内で広がる。すなわち、第２極固定側対向面２８ａは平面に形成される。第２極固定側対向面２８ａは空間を挟んで対応の第１極固定側対向面２７ａに向き合わせられる。第１仮想平面２９および第２仮想平面３１の間にステータコア１８が配置される。
【００２５】
ステータコア１８には第１極遷移側対向面１８ａおよび第２極遷移側対向面１８ｂが区画される。個々の第１極遷移側対向面１８ａは第１仮想平面２９に平行な第３仮想平面３２内で広がる。すなわち、第１極遷移側対向面１８ａは平面に形成される。第１極遷移側対向面１８ａは第１仮想平面２９に所定の距離で向き合わせられる。言い換えれば、出力軸１５の静止中および回転中に第１極固定側対向面２７ａと第１極遷移側対向面１８ａとの間には常時一定の距離が維持される。
【００２６】
個々の第２極遷移側対向面１８ｂは第１仮想平面２９に平行な第４仮想平面３３内で広がる。すなわち、第２極遷移側対向面１８ｂは平面に形成される。第２極遷移側対向面１８ｂは第２仮想平面３１に所定の距離で向き合わせられる。言い換えれば、出力軸１５の静止中および回転中に第２極固定側対向面２８ａと第２極遷移側対向面１８ｂとの間には常時一定の距離が維持される。
【００２７】
図３に示されるように、第１磁石２７は第１ロータ２３上で出力軸１５に同軸の円周方向に配列される。ここでは、１２個の第１磁石２７が等間隔の角位置ごとに配置される。個々の第１磁石２７と出力軸１５の軸心との相対的な位置関係は同一に設定される。個々の第１極固定側対向面２７ａではＮ極およびＳ極のいずれかが形成される。Ｎ極およびＳ極は円周方向に交互に配置される。
【００２８】
同様に、第２磁石２８は第２ロータ２４上で出力軸１５に同軸の円周方向に配列される。ここでは、１２個の第２磁石２８が等間隔の角位置ごとに配置される。すなわち、第１磁石２７と同数の第２磁石２８が配置される。個々の第２磁石２７と出力軸１５の軸心との相対的な位置関係は同一に設定される。個々の第２極固定側対向面２８ａではＮ極およびＳ極のいずれかが形成される。Ｎ極およびＳ極は円周方向に交互に配置される。
【００２９】
ステータコア１８はステータ１６上で出力軸１５に同軸の円周方向に配列される。ステータコア１８は薄板の板金材の積層体として構成される。ここでは、９個のステータコア１８が等間隔の角位置ごとに配置される。すなわち、第１磁石２７の個数や第２磁石２８の個数に比べてステータコア１８の個数は少ない。個々の第１極遷移側対向面１８ａと出力軸１５の軸心との相対的な位置関係は同一に設定される。同時に、個々の第２極遷移側対向面１８ｂと出力軸１５の軸心との相対的な位置関係は同一に設定される。
【００３０】
図４に示されるように、アキシャルギャップ型電動機１１ではＮ極の第１極固定側対向面２７ａに対してＳ極の第２極固定側対向面２８ａが向き合わせられる。同様に、Ｓ極の第１極固定側対向面２７ａに対してＮ極の第２極固定側対向面２８ａが向き合わせられる。巻き線１９に駆動電流が流通すると、磁束がステータコア１８内を流通する。駆動電流の向きおよび大きさに応じて第１極遷移側対向面１８ａの磁極は変遷する。同様に、第１極遷移側対向面１８ａの磁極の変遷に呼応して第２極遷移側対向面１８ｂで磁極は変遷する。第１および第２極遷移側対向面１８ａ、１８ｂでは例えば正弦波曲線に従ってＮ極およびＳ極が交互に出現する。こうして第１極固定側対向面２７ａと第１極遷移側対向面１８ａとの間で引力および斥力が順番に生成され、第２極固定側対向面２８ａと第２極遷移側対向面１８ｂとの間で引力および斥力が順番に生成される。ステータ１６に対して第１ロータ２３および第２ロータ２４は相対回転する。出力軸１５は回転する。
【００３１】
次に、第１極固定側対向面２７ａの形状および第１極遷移側対向面１８ａの形状を詳述する。図５および図６には、第１仮想平面２９に平行な任意の仮想平面（以下「投影像仮想平面」という）に投影される第１極固定側対向面２７ａの投影像４１と、投影像仮想平面に投影される第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２とが描かれる。投影像４１、４２の投影にあたって第１極固定側対向面２７ａおよび第１極遷移側対向面１８ａは出力軸１５の軸心に平行に平行移動すればよい。ここでは、第１極固定側対向面２７ａの輪郭および第１極遷移側対向面１８ａの輪郭の設定にあたって、投影像仮想平面内に、出力軸１５に同軸の第１円周線４５と、出力軸１５に同軸で第１円周線４５よりも大きい第２円周線４６とが規定される。図５に示されるように、第１極固定側対向面２７ａの投影像４１では第１円周線４５上で電気角α１が特定される。同様に、第１極固定側対向面２７ａの投影像４１では第２円周線４６上で電気角α２が特定される。第１円周線４５および第２円周線４６が少なくとも投影像仮想平面内で途切れなく第１極固定側対向面２７ａの投影像４１を横切る限り、第１円周線４５および第２円周線４６は任意の大きさに設定されればよい。その他、第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２の位置や形状に応じて第１円周線４５および第２円周線４６の大きさは適宜に調整されればよい。
【００３２】
図６に示されるように、第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２では第１円周線４５上で電気角β１が特定される。同様に、第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２では第２円周線４６上で電気角β２が特定される。ここで、第１極遷移側対向面１８ａの形状の設定にあたって、電気角β１は、電気角α１との間に有効磁束の最大値を確立する角度値よりも小さく設定される。同時に、第１極遷移側対向面１８ａの形状の設定にあたって、電気角β２は、電気角α２との間に有効磁束の最大値を確立する角度値よりも大きく設定される。こうすることで、第１円周線４５および第２円周線４６の間では、第１円周線４５よりも大きく第２円周線４６よりも小さいいずれかの円周線上で、第１極固定側対向面２７ａの投影像４１の電気角αｎと第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２の電気角βｎとの間に有効磁束の最大値を確立する数値関係が設定されることができる。その結果、第１極固定側対向面２７ａと第１極遷移側対向面１８ａとの間で有効磁束の最大値は確立される。有効磁束の増大はトルクを増大させる。アキシャルギャップ型電動機１１のトルクは増大する。第２極固定側対向面２８ａおよび第２極遷移側対向面１８ｂの形状は第１極固定側対向面２７ａおよび第１極遷移側対向面１８ａと同様に設定されればよい。電気角β１は、電気角α１との間に有効磁束の最大値を確立する角度値に等しく設定され、電気角β２は、電気角α２との間に有効磁束の最大値を確立する角度値に等しく設定されてもよい。こうすることで、少なくとも第１円周線４５や第２円周線４６では、第１極固定側対向面２７ａの投影像４１の電気角αｎと第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２の電気角βｎとの間に有効磁束の最大値を確立する数値関係が設定されることができる。
【００３３】
このアキシャルギャップ型電動機１１では第１磁石２７は出力軸１５に同軸の円周方向にできる限り隙間なく配置される。こういった配置にあたって隣接する第１磁石２７同士の間では一定幅で隙間が半径方向に延びる。その結果、第１磁石２７の投影像４１では、第１円周線４５上の電気角α１に比べて第２円周線４６上の電気角α２は増大する。第２磁石２８は第１磁石２７と同様に円周方向にできる限り隙間なく配置される。したがって、同様に第２磁石２８の輪郭では半径方向外側に向かうにつれて電気角は増大する。
【００３４】
加えて、このアキシャルギャップ型電動機１１では、図７に示されるように、第１極固定側対向面２７ａの第１半径方向輪郭線４７に対して第１極遷移側対向面１８ａの第２半径方向輪郭線４８が大きく傾斜する。したがって、第１ロータ２３の回転時にステータコア１８の第１極遷移側対向面１８ａに対して第１磁石２７の第１極固定側対向面２７ａがすれ違うと、第１極遷移側対向面１８ａの第２半径方向輪郭線４８は比較的に長い時間にわたって第１極固定側対向面２７ａの第１半径方向輪郭線４７に交差し続ける。すなわち、第１極遷移側対向面１８ａの磁束の作用は徐々に第１極遷移側対向面１８ａの磁界から抜け出し隣接の第１極遷移側対向面１８ａの磁界に進入する。その結果、隣接する第１磁石２７同士の間で第１極遷移側対向面１８ａに作用する磁束の変化は和らげられる。スムーズな回転が実現される。同様に、第２極固定側対向面２８ａの半径方向輪郭線に対して第２極遷移側対向面１８ｂの半径方向輪郭線は大きく傾斜する。
【００３５】
ここで、有効磁束の最大値を確立する角度値および数値関係を詳述する。ここで、有効磁束とは、第１磁石２７または第２磁石２８の表面から放出される磁束のうち、ステータコア１８の内部を通過する磁束をいう。図８は、第１磁石２７の個数に比べてステータコア１８の個数が少ない際に一般的な第１磁石２７およびステータコア１８を示す。一般に、電動機では、磁石やステータコアは出力軸に同軸の円周方向にできる限り隙間なく配置される。こうしてスペースが有効活用されれば、磁石やステータコアで生成される磁束の増大が期待される。その結果、電動機のトルクの増大が見込まれる。しかしながら、本発明者は、図８に示されるように、磁石磁束の短絡に気づいた。そして、本発明者は、有効磁束の最大値を確立する角度値および数値関係をコンピュータシミュレーションで検証した。その結果、図９に示されるように、磁石の電気角すなわち円周方向の大きさと、ステータコアの電気角すなわち円周方向の大きさとの間に特定の数値関係が成立すると、有効磁束が最大値を示すことを見出した。例えば第１磁石２７や第２磁石２８の電気角αが１５６度〜１８０度の範囲（限界値を含む）で設定される場合には、ステータコア１８の電気角βが１５０度〜１５６度の範囲（限界値を含む）で設定されれば、ステータコア１８で有効磁束の最大値は確立されることができる。
【００３６】
本発明者は、さらに、有効磁束の最大値を確立する数値関係に基づき前述のアキシャルギャップ型電動機１１の性能を検証した。検証にあたってコンピュータシミュレーションが用いられた。１２個の第１磁石２７と９個のステータコア１８とがそれぞれ円周方向に等間隔で配列された。第１極固定側対向面２７ａでは第１円周線４５上で１５７．６８度の電気角が設定され第２円周線４６上で１６６．２５度の電気角が設定された。その一方で、第１極遷移側対向面１８ａでは第１円周線４５上で１３６．８９度の電気角が設定され第２円周線４６上で１７０．６０度の電気角が設定された。実効値で５．５ボルトの無負荷誘起電圧が得られた。７．７ボルトの基本波振幅が得られた。３４９ワットの出力にあたって８３．９％の効率が得られた。損失は６７．１ワットであった。図１０に示されるように、無負荷誘起電圧で滑らかな正弦波波形が得られた。この結果をフーリエ変換したところ、図１１に示されるように、振動の原因となる５次の高調波のレベルが著しく小さくなることが確認された。
【００３７】
本発明者は検証にあたって比較例を用意した。この比較例では、具体例と同様に、１２個の第１磁石２７と９個のステータコア１８とがそれぞれ円周方向に等間隔で配列された。第１極固定側対向面２７ａで第１円周線４５上の電気角は１５７．６８度に設定され第２円周線４６上の電気角は１６６．２５度に設定された。その一方で、第１極遷移側対向面１８ａでは第１円周線４５上で２１５．７２度の電気角が設定され第２円周線４６上で２２０．３２度の電気角が設定された。実効値で５．３ボルトの無負荷誘起電圧が得られた。７．４ボルトの基本波振幅が得られた。３４９ワットの出力にあたって８１．９％の効率が得られた。損失は７６．８ワットであった。図１２に示されるように、無負荷誘起電圧で正弦波波形に歪みが発生した。この結果をフーリエ変換したところ、図１３に示されるように、振動の原因となる５次の高調波のレベルの増加が確認された。
【００３８】
図１４はアキシャルギャップ型電動機１１の一用途例すなわち空気調和機５１を概略的に示す。空気調和機５１は室外機５２と室内機５３とを備える。室外機５２は例えば屋外に設置される。室内機５３は例えば家屋の室内に設置される。室外機５２には圧縮機、膨張弁および第１熱交換器が組み込まれる。室内機５３には第２熱交換器が組み込まれる。圧縮機は高温高圧の冷媒を送り出す。冷房運転時、高温高圧の冷媒は膨張弁の手前で第１熱交換器に送り込まれる。第１熱交換器で冷媒は凝縮される。凝縮後の冷媒は膨張弁で減圧されて第２熱交換器に送り込まれる。第２熱交換器で冷媒は気化する。周囲の空気から熱エネルギが冷媒に受け渡される。冷気が生成される。気化した冷媒は圧縮機に戻される。その一方で、暖房運転時、高温高圧の冷媒は膨張弁の手前で第２熱交換器に送り込まれる。第２熱交換器で冷媒は凝縮化する。冷媒から周囲の空気に熱エネルギが受け渡される。暖気が生成される。凝縮後の冷媒は膨張弁で減圧されて第１熱交換器に送り込まれる。第１熱交換器で冷媒は気化する。気化した冷媒は圧縮機に送り込まれる。
【００３９】
図１５に示されるように、室内機５３にはクロスフローファン５４が組み込まれる。クロスフローファン５４は水平方向に延びる回転軸回りで回転する。回転の生成にあたってクロスフローファン５４にはアキシャルギャップ型電動機１１が連結される。例えばクロスフローファン５４の回転軸に同軸にアキシャルギャップ型電動機１１の出力軸１５が配置される。出力軸１５はクロスフローファン５４に結合される。クロスフローファン５４はアキシャルギャップ型電動機１１の駆動力に応じて回転する。回転時、クロスフローファン５４は気流を生成する。気流は第２熱交換器を伝う。こうして第２熱交換器では気流と冷媒との間で熱エネルギが交換される。
【００４０】
図１６はアキシャルギャップ型電動機１１の他の用途例すなわち電動アシスト自転車６１を概略的に示す。電動アシスト自転車６１は車体フレーム６２を備える。車体フレーム６２には後輪６３が水平軸回りで回転自在に取り付けられる。車体フレーム６２には揺動軸回りで揺動自在に操舵フレーム６４が取り付けられる。揺動軸は、後輪６３の回転軸に直交する仮想平面内に配置される。揺動軸は、地面から離れるにつれて後に傾斜する傾斜姿勢に保持される。操舵フレーム６４には前輪６５が回転自在に取り付けられる。操舵フレーム６４の基準位置で前輪６５の回転軸は後輪６３の回転軸に平行に延びる。操舵フレーム６４にはハンドル６６が固定される。
【００４１】
前輪６５および後輪６３の間で車体フレーム６２にはサドル６７が固定される。サドル６７の下方で車体フレーム６２には駆動軸６８が回転自在に支持される。駆動軸６８は後輪６３の回転軸に平行に延びる。駆動軸６８には左右１対のペダルアーム６９が固定される。ペダルアーム６９の先端には駆動軸６８に平行な回転軸回りで回転自在にペダル７１が取り付けられる。運転者は、サドル６７に腰掛けると、左右のペダル７１にそれぞれ足を置くことができる。
【００４２】
駆動軸６８には大径スプロケット７３が連結される。大径スプロケット７３の回転中心は駆動軸６８の軸心に一致する。大径スプロケット７３は駆動軸６８に固定される。後輪６３には小径スプロケット７４が連結される。小径スプロケット７４の回転中心は後輪６３の回転軸に一致する。小径スプロケット７４は後輪６３に固定される。大径スプロケット７３および小径スプロケット７４にはチェーン７５が巻き付けられる。こうして所定の減速比で大径スプロケット７３の回転は小径スプロケット７４に伝達される。ペダル７１の踏力は後輪６３の回転に変換される。
【００４３】
大径スプロケット７３には電動アシストユニット７７が連結される。図１７に示されるように、電動アシストユニット７７にはアキシャルギャップ型電動機１１が組み込まれる。アキシャルギャップ型電動機１１の出力軸１５の軸心は駆動軸６８の軸心に平行に延びる。出力軸１５の回転は減速歯車機構７８を介して駆動軸６８に伝達される。こうしてアキシャルギャップ型電動機１１は駆動軸６８すなわち大径スプロケット７３の回転力を補う。その結果、運転者が小さな踏力しかペダル７１に作用しなくても、後輪６３には十分な駆動力が伝達される。電動アシスト自転車６１は快適に走行する。
【００４４】
アキシャルギャップ型電動機１１では、図１８に示されるように、第１極遷移側対向面１８ａの第２半径方向輪郭線４８の傾斜に代えて、あるいは、そういった傾斜とともに、第１極固定側対向面２７ａや第２極固定側対向面２８ａで半径方向輪郭線４７は出力軸１５に同軸の半径線Ａから大きく傾斜してもよい。好ましくは、第１遷移側対向面１８ａや第２遷移側対向面２８ｂの半径方向輪郭線４８とは半径線Ａに対して反対向きに傾くことが望まれる。第１ロータ２３の回転時にステータコア１８の第１極遷移側対向面１８ａに対して第１磁石２７の第１極固定側対向面２７ａがすれ違うと、第１極固定側対向面２７ａの半径方向輪郭線４７は比較的に長い時間にわたって第１極遷移側対向面１８ａの半径方向輪郭線４８に交差し続ける。すなわち、第１極固定側対向面２７ａの磁束の作用は徐々に第１極遷移側対向面１８ａの磁界から抜け出し隣接の第１極遷移側対向面１８ａの磁界に進入する。その結果、隣接する第１磁石２７同士の間で第１極遷移側対向面１８ａに作用する磁束の変化は和らげられる。特に、第１極遷移側対向面１８ａの投影像４２上で電気角β２が縮小されても、スムーズな回転が実現される。
【００４５】
なお、極固定側対向面２７ａ、２８ａや極遷移側対向面１８ａ、１８ｂの形状は本実施形態のものに限られない。電気角α１、α２、β１、β２の設定にあたってアキシャルギャップ型電動機１１では第１ロータ２３および第２ロータ２４のいずれか一方のみが配置されてもよい。第１極遷移側対向面１８ａおよび第２極遷移側対向面１８ｂでは出力軸１５の半径方向に全範囲にわたって円周線上で電気角βｎは電気角αｎとの間に有効磁束の最大値を確立する角度値に設定されてもよい。また、アキシャルギャップ型電動機１１は、電動アシスト自転車のほか、電気二輪車、電気自動車、ハイブリッド自動車、その他の乗り物一般に動力源として利用されることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１１ アキシャルギャップ型電動機、１５ 出力軸、１８ 極変遷側磁極片（ステータコア）、１８ａ 第１極遷移側対向面、１８ｂ 第２極遷移側対向面、２７ 極固定側磁極片（第１磁石）、２７ａ 第１極固定側対向面、２８ 極固定側磁極片（第２磁石）、２８ａ 第２極固定側対向面、２９ 仮想平面、３１ 仮想平面、３２ 仮想平面、３３ 仮想平面、４１ 投影像、４２ 投影像、４５ 第１円周線、４６ 第２円周線、５１ 空気調和機、６１ 乗り物（電動アシスト自転車）、α１ 電気角、α２ 電気角、β１ 電気角、β２ 電気角。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸と、
前記出力軸に同軸の円周方向に配列されて、前記出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って規定される極固定側対向面にＮ極またはＳ極を形成し、前記出力軸に同軸の円周方向に交互に前記Ｎ極および前記Ｓ極を配置する複数の極固定側磁極片と、
前記円周方向に配列されて、前記第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って規定される極遷移側対向面で前記第１仮想平面に向き合わせられ前記第２対向面で磁極を変遷させる複数の極遷移側磁極片とを備え、
前記第１仮想平面に平行な第３仮想平面に投影される前記極固定側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の円周線で横切られる前記投影像の電気角と、前記第３仮想平面に投影される前記極遷移側対向面の投影像に関して前記円周線で横切られる前記投影像の電気角とは、前記円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定される
ことを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【請求項２】
出力軸と、
前記出力軸に同軸の円周方向に配列されて、前記出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って規定される極固定側対向面にＮ極またはＳ極を形成し、前記出力軸に同軸の円周方向に交互に前記Ｎ極および前記Ｓ極を配置する複数の極固定側磁極片と、
前記円周方向に配列されて、前記第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って規定される極遷移側対向面で前記第１仮想平面に向き合わせられ前記第２対向面で磁極を変遷させる複数の極遷移側磁極片とを備え、
前記第１仮想平面に平行な第３仮想平面内で、当該第３仮想平面に投影される前記極遷移側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の第１円周線で横切られる前記投影像の電気角は、前記第３仮想平面に投影される前記極固定側対向面の投影像に関して同第１円周線で横切られる前記投影像の電気角との間に有効磁束の最大値を確立する角度値よりも小さく設定され、
前記第３仮想平面内で、当該第３仮想平面に投影される前記極遷移側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸で前記第１円周線よりも大きい第２円周線で横切られる前記投影像の電気角は、前記第３仮想平面に投影される前記極固定側対向面の投影像に関して同第２円周線で横切られる前記投影像の電気角との間に有効磁束の最大値を確立する角度値よりも大きく設定される
ことを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【請求項３】
請求項２に記載のアキシャルギャップ型電動機において、隣接する前記極固定側磁極片同士は内径側から外径側にかけて等幅の隙間で仕切られることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【請求項４】
請求項３に記載のアキシャルギャップ型電動機において、前記極固定側対向面の半径方向輪郭線は前記出力軸に同軸の半径線から傾斜することを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【請求項５】
出力軸と、
前記出力軸に同軸の円周方向に配列されて、前記出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って規定される第１極固定側対向面にＮ極またはＳ極を形成し、前記出力軸に同軸の円周方向に交互に前記Ｎ極および前記Ｓ極を配置する複数の第１極固定側磁極片と、
前記第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って規定される第２極固定側対向面で空間を挟んで前記第１磁極片に個々に向き合わせられ、向き合う前記第１極固定側対向面と反対の磁極を形成し、前記円周方向に交互にＮ極およびＳ極を配置する複数の第２極固定側磁極片と、
前記空間内で前記円周方向に配列されて、前記第１仮想平面に平行な第３仮想平面に沿って規定される第１極遷移側対向面で前記第１仮想平面に向き合わせられ前記第１極遷移側対向面で磁極を変遷させ、前記第２仮想平面に平行な第４仮想平面に沿って規定される第２極遷移側対向面で前記第２仮想平面に向き合わせられ前記第２極遷移側対向面で前記第１極遷移側対向面の磁極の変遷に応じて磁極を変遷させる複数の極遷移側磁極片とを備え、
前記第１仮想平面に平行な第５仮想平面に投影される前記第１極固定側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の第１円周線で横切られる前記投影像の電気角と、前記第５仮想平面に投影される前記第１極遷移側対向面の投影像に関して前記第１円周線で横切られる前記投影像の電気角とは、前記第１円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定され、
前記第５仮想平面に投影される前記第２極固定側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の第２円周線で横切られる前記投影像の電気角と、前記第５仮想平面に投影される前記第２極遷移側対向面の投影像に関して前記第２円周線で横切られる前記投影像の電気角とは、前記第２円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定される
ことを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機を備えることを特徴とする空気調和機。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機を備えることを特徴とする乗り物。
【請求項１】
出力軸と、
前記出力軸に同軸の円周方向に配列されて、前記出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って規定される極固定側対向面にＮ極またはＳ極を形成し、前記出力軸に同軸の円周方向に交互に前記Ｎ極および前記Ｓ極を配置する複数の極固定側磁極片と、
前記円周方向に配列されて、前記第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って規定される極遷移側対向面で前記第１仮想平面に向き合わせられ前記第２対向面で磁極を変遷させる複数の極遷移側磁極片とを備え、
前記第１仮想平面に平行な第３仮想平面に投影される前記極固定側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の円周線で横切られる前記投影像の電気角と、前記第３仮想平面に投影される前記極遷移側対向面の投影像に関して前記円周線で横切られる前記投影像の電気角とは、前記円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定される
ことを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【請求項２】
出力軸と、
前記出力軸に同軸の円周方向に配列されて、前記出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って規定される極固定側対向面にＮ極またはＳ極を形成し、前記出力軸に同軸の円周方向に交互に前記Ｎ極および前記Ｓ極を配置する複数の極固定側磁極片と、
前記円周方向に配列されて、前記第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って規定される極遷移側対向面で前記第１仮想平面に向き合わせられ前記第２対向面で磁極を変遷させる複数の極遷移側磁極片とを備え、
前記第１仮想平面に平行な第３仮想平面内で、当該第３仮想平面に投影される前記極遷移側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の第１円周線で横切られる前記投影像の電気角は、前記第３仮想平面に投影される前記極固定側対向面の投影像に関して同第１円周線で横切られる前記投影像の電気角との間に有効磁束の最大値を確立する角度値よりも小さく設定され、
前記第３仮想平面内で、当該第３仮想平面に投影される前記極遷移側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸で前記第１円周線よりも大きい第２円周線で横切られる前記投影像の電気角は、前記第３仮想平面に投影される前記極固定側対向面の投影像に関して同第２円周線で横切られる前記投影像の電気角との間に有効磁束の最大値を確立する角度値よりも大きく設定される
ことを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【請求項３】
請求項２に記載のアキシャルギャップ型電動機において、隣接する前記極固定側磁極片同士は内径側から外径側にかけて等幅の隙間で仕切られることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【請求項４】
請求項３に記載のアキシャルギャップ型電動機において、前記極固定側対向面の半径方向輪郭線は前記出力軸に同軸の半径線から傾斜することを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【請求項５】
出力軸と、
前記出力軸に同軸の円周方向に配列されて、前記出力軸の軸心に直交する第１仮想平面に沿って規定される第１極固定側対向面にＮ極またはＳ極を形成し、前記出力軸に同軸の円周方向に交互に前記Ｎ極および前記Ｓ極を配置する複数の第１極固定側磁極片と、
前記第１仮想平面に平行な第２仮想平面に沿って規定される第２極固定側対向面で空間を挟んで前記第１磁極片に個々に向き合わせられ、向き合う前記第１極固定側対向面と反対の磁極を形成し、前記円周方向に交互にＮ極およびＳ極を配置する複数の第２極固定側磁極片と、
前記空間内で前記円周方向に配列されて、前記第１仮想平面に平行な第３仮想平面に沿って規定される第１極遷移側対向面で前記第１仮想平面に向き合わせられ前記第１極遷移側対向面で磁極を変遷させ、前記第２仮想平面に平行な第４仮想平面に沿って規定される第２極遷移側対向面で前記第２仮想平面に向き合わせられ前記第２極遷移側対向面で前記第１極遷移側対向面の磁極の変遷に応じて磁極を変遷させる複数の極遷移側磁極片とを備え、
前記第１仮想平面に平行な第５仮想平面に投影される前記第１極固定側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の第１円周線で横切られる前記投影像の電気角と、前記第５仮想平面に投影される前記第１極遷移側対向面の投影像に関して前記第１円周線で横切られる前記投影像の電気角とは、前記第１円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定され、
前記第５仮想平面に投影される前記第２極固定側対向面の投影像に関して前記出力軸に同軸の第２円周線で横切られる前記投影像の電気角と、前記第５仮想平面に投影される前記第２極遷移側対向面の投影像に関して前記第２円周線で横切られる前記投影像の電気角とは、前記第２円周線上で有効磁束の最大値を確立する数値関係に設定される
ことを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機を備えることを特徴とする空気調和機。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機を備えることを特徴とする乗り物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１００１７（Ｐ２０１２−２１００１７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７２５４９（Ｐ２０１１−７２５４９）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００６６１１）株式会社富士通ゼネラル (1,266)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００６６１１）株式会社富士通ゼネラル (1,266)
【Ｆターム（参考）】
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