軸方向磁束モータ

アキシャルフラックス モーター(アキシャル ギャップ モーター、またはパンケーキ モーター) は、ローターとステーターの間のギャップ、つまり両者の間の磁束の方向が、より一般的なラジアル フラックス モーターの同心円筒形の形状のように放射状ではなく、回転軸と平行に揃った電気モーター構造の形状です。[ 1 ^{] [2]}アキシャル フラックス形状では、トルクはローター直径の 3 乗で増加しますが、ラジアル フラックスでは増加は 2 乗のみです。アキシャル フラックス モーターは、一定の体積に対して、ラジアル フラックス モーターよりも大きな磁気表面と全体の表面積 (冷却用) を備えています。^[3]

• コイルとベアリングを追加することで、PCB などの任意の平面構造上にモーターを構築できます。
• コイルを巻く工程やコイルとコアを接合する工程がより簡単になる場合があります。
• コイルが平らなので、長方形の銅ストリップをより簡単に使用でき、高電流の巻線が簡素化されます。
• 多くの場合、ローターを大幅に軽量化することが可能になります。
• 潜在的に磁気経路の長さが短くなります。
• ほとんどの構造部品は平らなので、特殊な鋳造や工具なしで製造できます。
• 巻線を通る磁路は直線であるため、方向性電磁鋼板を簡単に使用でき、透磁率が高く、コア損失が低くなります。^[4]
• ローターは通常、はるかに幅が広いため、回転慣性が増加し、遠心力が高くなると最大回転速度が低下する可能性があります。
• くさび形セグメントによる不均一な磁束分布。
• セグメントは中心に向かって狭くなり、巻線や接続を配置する余地が少なくなります。

AFM は、シングルまたはデュアル ローター、あるいはシングルまたはデュアル ステーターを使用できます。デュアル ステーター/シングル ローター設計は、高出力アプリケーションでより一般的ですが、鉄損を伴うヨーク (ハウジング) が必要です。シングル ステーター/デュアル ローター設計ではヨークを省略できるため、重量が軽減され、効率が向上します。後者では、ローターと磁束を閉じる鉄板は、磁場と同じ方向/速度で動きます。^[5]

一例として、方向性鋼（30Q120）を使用して誘導モーターの固定子歯を製造しました。2つの回転子の間に18個の歯を使用しました。各固定子歯には、各相ごとに6個ずつ直列に接続されたコイルが巻かれていました。磁気ポテンシャルは、エアギャップの磁気ポテンシャル、固定子歯の磁気ポテンシャル、回転子ヨークと歯の磁気ポテンシャルを加算します。^{[6] [3]}

一部のAFMは簡単に積み重ねることができ、モジュール方式でより高い出力を得ることができます。^[3] YASAの37kgの積み重ね可能な750Rモーターは、軸長98mm（3.9インチ）で5kw/kg以上の出力を発揮します。^[7]

この形状は最初の電磁モーターが開発されて以来使用されてきたが、強力な永久磁石が広く利用されるようになり、この形状の利点をより有効に活用できるブラシレス DC モーターが開発されるまでは、使用されることはほとんどありませんでした。

軸方向ジオメトリは、ラジアル モーターで使用できるほぼすべての動作原理 (ブラシ付き DC、誘導、ステッパー、リラクタンスなど) に適用できます。同じ電気的動作原理であっても、アプリケーションや設計上の考慮事項によって、あるジオメトリが他のジオメトリよりも適している場合があります。軸方向ジオメトリでは、ラジアル ジオメトリでは実用的ではない一部の磁気トポロジが可能になります。軸方向モーターは通常、同等のラジアル モーターよりも短く、幅が広くなります。

アキシャルモーターは、モーターをプリント基板（PCB）上に直接構築でき、PCBトレースをステーター巻線として使用できることから、特に高密度に統合された電子機器では、低電力アプリケーションで一般的に使用されています。高出力のブラシレスアキシャルモーターは比較的新しいものですが、一部の電気自動車で使用され始めています。^[8]最も長く生産されているアキシャルモーターの1つは、ブラシ付きDC リンチモーターで、ローターはほぼ完全に小さな鉄心が挿入された平らな銅ストリップで構成されており、高電力密度の動作を可能にしています。

メルセデス・ベンツの子会社であるYASA（ヨークレス・セグメント・アーマチュア）は、様々なコンセプトカー（ジャガーC-X75）、プロトタイプ、レーシングカーに搭載されているAFMを製造している。また、ケーニグセグ・レゲーラ、フェラーリSF90ストラダーレおよびS96GTB、ランボルギーニ・レブエルト ハイブリッド、ローラ・ドレイソンにも使用されている。^[9]同社は、AFMの低質量が車両のバネ下質量を過度に増加させないことから、ホイール内にモーターを配置する可能性を調査している。^{[10] YASAは、7kgのパッケージで220kW、つまり31kW/kgのモーターを目標としている。対照的に、}ルシッド・モーターズの最先端のEVモーターは、500kW、31.4kgのモーター、つまり16kW/kgを提供している。^[11]

ロールスロイス社のACCELは、現在の電気航空機の世界速度記録保持者であり、3つの軸流モータを使用している。^[12]

YASAは3モーターのロールスロイス・スピリット・オブ・イノベーション用のAFMを製造している。彼らの目標は、電気飛行を可能にするために必要な大幅な軽量化を可能にするために、50kW/kgの電力を供給する航空機用モーターである。^[11]

エムラックス社は、エムラックス228（出力密度4.58kw/kg）、エムラックス268（5.02kw/kg）、エムラックス348（4.87kw/kg）といった軸流モータを製造している。^[13]

シーメンスは5kw/kgのモーターを提供している。^[14]

• Huang, Pinglin; Li, Hang; Yang , Chen (2021年2月)。「方向性シリコン鋼をベースにした電気自動車用ヨークレス軸方向磁束誘導モーター」。Journal of Physics : Conference Series。1815 ( 1): 012042。Bibcode :2021JPhCS1815a2042H。doi : 10.1088/1742-6596/1815/1/ 012042。ISSN 1742-6596  。
• Taran, Narges; Heins, Greg; Rallabandi, Vandana; Patterson, Dean; Ionel, Dan M. (2019 年 9 月)。「2 つの軸流 PM マシン トポロジの体系的な比較: ヨークレスおよびセグメント アーマチュアと片面アーマチュア」。2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)。IEEE。pp. 4477–4482。doi : 10.1109/ ECCE.2019.8913104。ISBN 978-1-7281-0395-2。 {{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ)