(57)【要約】【課題】  第４次パーミアンスベクトルを３重にバランスさせてキャンセルする顕著な効果を有する安価で高トルク、低振動な回転電機を得る。【解決手段】  本発明は、それぞれＮｓ個の誘導子歯を有する４ｍ個の固定子主極を有する固定子と、Ｎｒ個の磁歯を有する１対の回転子磁極で永久磁石を挟持した単位回転子を２組組み合わせてなる回転子とを備えたハイブリッド型回転電機であって、固定子を複数の磁性体板を９０度回転積層して形成した固定子コアを用いて構成すると共に、誘導子歯ピッチを回転子磁歯ピッチと９０°／（Ｎｓ・Ｎｒ）異ならせ、２つの単位回転子を互いに逆方向に反発磁化して構成する【選択図】      図１
2010246323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外形が多角形を含む形状に形成された略環状のコアバック部とこのコアバック部より放射状に突出形成されそれぞれの先端に複数（Ｎｓ）個の誘導子歯を形成してなる４ｍ（ｍは２以上の整数）個の主極とからなりプレス打ち抜きされた多数枚の磁性体板を積層してなる固定子コアを含む固定子と、この固定子にエアギャップを介して回転自在に設けられ磁性を有する１対の回転子磁極と該両回転子磁極で挟み込まれ軸方向に着磁された永久磁石とからなる単位回転子を２組軸方向に隣接させて構成された回転子とを備え、各回転子磁極の外周面には複数（Ｎｒ）個の磁歯が等ピッチで形成され、各単位回転子の１対の回転子磁極はそれぞれの磁歯が１／２ピッチ分ずらせて配置されると共に、両単位回転子はそれぞれの永久磁石の着磁方向が互いに逆になる向きで隣接する回転子磁極の歯位置が一致するように配置されてなる永久磁石式回転電機であって、
前記固定子コアは、プレス打ち抜きされた複数の磁性体板を順次９０°ずつ回転させて積層することにより構成され、磁性体板の板厚及び磁気方向性で生ずるパーミアンスの第４次成分のＮｓ個のパーミアンスベクトルのバラツキを該９０度回転積層によりできる４種類のパーミアンスベクトル間の重畳作用で各磁路内２次バランスさせ、
前記固定子の主極におけるＮｓ個の誘導子歯のピッチが、前記回転子磁極の磁歯のピッチより略９０°／（Ｎｓ・Ｎｒ）だけ異なる等ピッチに設定されており、
２つの単位回転子の隣接回転子磁極を同極にすることによって軸方向に２分割された磁路による短縮磁路長効果と２磁路間境界部磁界非干渉効果を活かして、前記磁性体板の９０度回転積層による４種類のパーミアンスベクトル重畳作用による２次バランスさせた第４次成分のＮｓ個のパーミアンスベクトルを前記２つの磁路間で更に重畳し、バランス効果を高める３次バランスをさせることで、第４次高調波パーミアンス成分の３重バランス機能を有したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
固定子の主極の各先端に設けたＮｓ個の誘導子歯ピッチは、回転子磁極の磁歯ピッチとは略６０°／（Ｎｓ・Ｎｒ）異なるピッチ値として、第６次平面でのＮｓ個のパーミアンスベクトルを前記２つの磁路の磁気回路内でそれぞれの主極内で各磁路内１次バランスさせ、更にプレス抜き固定子の磁性板の板厚及び磁気方向性で生ずるＮｓ個のパーミアンスベクトルのバラツキを該９０度回転積層によりできる４種類のパーミアンスベクトル間の重畳作用で各磁路内２次バランスさせ、更に軸方向に２分割した２つの磁路による短縮磁路長効果と２磁路間境界部磁界非干渉効果を活かして、該９０度回転積層による４種類のパーミアンスベクトル重畳作用による２次バランスさせたＮｓ個のパーミアンスベクトルを両磁路間で更に重畳しバランス効果を高める３次バランスをさせることで、第６次高調波パーミアンス成分の３重バランス機能を有したことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項３】
固定子の主極の各先端に設けたＮｓ個の誘導子歯ピッチは必ずしも均一でなくその平均値で回転子磁極の磁歯ピッチとは略６０°／（Ｎｓ・Ｎｒ）異なるピッチ値とすることで、Ｎｓ個のパーミアンスベクトルを２つの磁路の磁気回路内でそれぞれの主極内で各磁路内１次バランスさせ、更にプレス抜き固定子の磁性板の板厚及び磁気方向性で生ずるＮｓ個のパーミアンスベクトルのバラツキを該９０度回転積層によりできる４種類のパーミアンスベクトル間の重畳作用で各磁路内２次バランスさせ、更に軸方向に２分割した２つの磁路による短縮磁路長効果と２磁路間境界部磁界非干渉効果を活かして、該９０度回転積層による４種類のパーミアンスベクトル重畳作用による２次バランスさせたＮｓ個のパーミアンスベクトルを両磁路間で更に重畳しバランス効果を高める３次バランスをさせることで、パーミアンス成分の３重バランス機能を有したことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項４】
回転子に用いる永久磁石は、その残留磁束密度が略０．５Ｔ以下のフェライト系永久磁石であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の永久磁石式回転電機。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の回転電機において、回転子の両単位回転子の永久磁石は未着磁状態で組み立てられ、組立後に、軸方向に時間差を設けて正方向着磁とその逆方向着磁を行うことにより両永久磁石が順次着磁されることを特徴とする永久磁石式回転電機の製造方法。
【請求項６】
外形が多角形を含む形状に形成された略環状のコアバック部とこのコアバック部より放射状に突出形成されそれぞれの先端に複数（Ｎｓ）個の誘導子歯を形成してなる４ｍ（ｍは２以上の整数）個の主極とからなりプレス打ち抜きされた多数枚の磁性体板を積層してなる固定子コアを含む固定子と、この固定子にエアギャップを介して回転自在に設けられ磁性を有する１対の回転子磁極と該両回転子磁極で挟み込まれ軸方向に着磁された永久磁石とからなる単位回転子を２組軸方向に隣接させて構成された回転子とを備え、各回転子磁極の外周面には複数（Ｎｒ）個の磁歯が等ピッチで形成され、各単位回転子の１対の回転子磁極はそれぞれの磁歯が１／２ピッチ分ずらせて配置されると共に、両単位回転子はそれぞれの永久磁石の着磁方向が互いに逆になる向きで隣接する回転子磁極の歯位置が一致するように配置され、さらに固定子の主極におけるＮｓ個の誘導子歯のピッチが、回転子磁極の磁歯のピッチより略９０°／（Ｎｓ・Ｎｒ）だけ異なる等ピッチに設定されてなる永久磁石式回転電機の製造方法であって、
前記固定子コアは、プレス打ち抜きされた複数の磁性体板を順次９０°ずつ回転させて積層することにより構成され、磁性体板の板厚及び磁気方向性で生ずるパーミアンスの第４次成分のＮｓ個のパーミアンスベクトルのバラツキを該９０度回転積層によりできる４種類のパーミアンスベクトル間の重畳作用で各磁路内２次バランスさせることを特徴とする永久磁石式回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻き線極である主極の数が４ｍ個の固定子と、２個のハイブリッド永久磁石式回転子とを同軸に近接して設けたステッピングモータ等の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で安価、高速高トルク、低振動回転がＯＡ機器等に使用されるステッピングモータ等の回転電機に要求されている。この問題を解決する手段の一つとして以下の先行技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３４７８８号公報
【特許文献２】米国特許第６３２９７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ハイブリッド（以下ＨＢと略す）構造のステッピングモータで大きなトルクを得ようとすると、固定子を構成するラミネーションの軸方向の積厚を増加させてトルクを増加させるが、このときモータ径が予め決められており永久磁石の磁束を出す面積も決まっていることから、単に磁石の厚みを増加させても磁束は増加せず、従って磁石を複数個使用することが必要となり、ＨＢ型回転子を複数個軸方向に設ける構造が採られる。即ち、外周に均等ピッチで複数の磁歯を有した２個の磁性体回転子によりその歯ピッチを互いに１／２ずらした状態で永久磁石を挟持してＨＢ型回転子を形成し、この回転子を２個以上軸方向に配置しそれぞれの間に非磁性円板等のスペーサを介して多段回転子を構成している。しかし以下に記載する回転子に関する問題点と固定子に関する問題点で十分大きなトルクを低振動で得ることができなかった。
【０００５】
即ち、回転子に関する問題点は、上述した多段回転子間に磁気絶縁のための所定厚さの非磁性円板（後述する図３の４８）を介在させ、軸方向に多段回転子を同一方向に磁化するが、その非磁性円板部分はトルクを発生せず、またその付近（2つの磁気回路の隣接境界部）では回転子からの鎖交磁束方向が互いに逆となって弱めあう方向、即ち２磁路間境界部磁界干渉現象を誘発し、高トルク化の阻害要因となっている。また非磁性板の厚みが十分でないと漏洩磁束が発生してトルクが期待したほど出ない問題があった。加えて、アルミ等の非磁性円板の使用は回転機の価格を高くするものであった。
【０００６】
さらに、回転子を２段以上の多段として固定子積み厚を増加すると、永久磁石の磁束によるコギングトルクも増加してこのコギングトルクがモータ回転時の振動トルクを発生させたり位置決め精度を悪化させる問題が発生する。先行技術である特許文献１は主に低速時高トルクは実現するがコギングトルクがモータ積み厚の増加で増大し振動も大きくなる問題があった。また特許文献２は高速で高トルクのモータ構成の開示はあるが、更なる高トルク対応や低振動化で問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明を実現するには以下の手段による。
【０００８】
「手段１」
外形が多角形を含む形状に形成された略環状のコアバック部とこのコアバック部より放射状に突出形成されそれぞれの先端に複数（Ｎｓ）個の誘導子歯を形成してなる４ｍ（ｍは２以上の整数）個の主極とからなりプレス打ち抜きされた多数枚の磁性体板を積層してなる固定子コアを含む固定子と、この固定子にエアギャップを介して回転自在に設けられ磁性を有する１対の回転子磁極と該両回転子磁極で挟み込まれ軸方向に着磁された永久磁石とからなる単位回転子を２組軸方向に隣接させて構成された回転子とを備え、各回転子磁極の外周面には複数（Ｎｒ）個の磁歯が等ピッチで形成され、各単位回転子の１対の回転子磁極はそれぞれの磁歯が１／２ピッチ分ずらせて配置されると共に、両単位回転子はそれぞれの永久磁石の着磁方向が互いに逆になる向きで隣接する回転子磁極の歯位置が一致するように配置されてなる永久磁石式回転電機であって、
前記固定子コアは、プレス打ち抜きされた複数の磁性体板を順次９０°ずつ回転させて積層することにより構成され、磁性体板の板厚及び磁気方向性で生ずるパーミアンスの第４次成分のＮｓ個のパーミアンスベクトルのバラツキを該９０度回転積層によりできる４種類のパーミアンスベクトル間の重畳作用で各磁路内２次バランスさせ、
前記固定子の主極におけるＮｓ個の誘導子歯のピッチが、前記回転子磁極の磁歯のピッチより略９０°／（Ｎｓ・Ｎｒ）だけ異なる等ピッチに設定されており、
２つの単位回転子の隣接回転子磁極を同極にすることによって軸方向に２分割された磁路による短縮磁路長効果と２磁路間境界部磁界非干渉効果を活かして、前記磁性体板の９０度回転積層による４種類のパーミアンスベクトル重畳作用による２次バランスさせた第４次成分のＮｓ個のパーミアンスベクトルを前記２つの磁路間で更に重畳し、バランス効果を高める３次バランスをさせることで、第４次高調波パーミアンス成分の３重バランス機能を有したことを特徴とする。ここで、回転子を構成する２つの単位回転子は、隣り合う回転子磁極が接した状態で隣接してもいいし、隣り合う回転子磁極間にギャップを介在させたり介在物を挿入させた状態で隣接してもよい。
【０００９】
「手段２」
手段１において、固定子の主極の各先端に設けたＮｓ個の誘導子歯ピッチは、回転子磁極の磁歯ピッチとは略６０°／（Ｎｓ・Ｎｒ）異なるピッチ値として、第６次平面でのＮｓ個のパーミアンスベクトルを前記２つの磁路の磁気回路内でそれぞれの主極内で各磁路内１次バランスさせ、更にプレス抜き固定子の磁性板の板厚及び磁気方向性で生ずるＮｓ個のパーミアンスベクトルのバラツキを該９０度回転積層によりできる４種類のパーミアンスベクトル間の重畳作用で各磁路内２次バランスさせ、更に軸方向に２分割した２つの磁路による短縮磁路長効果と２磁路間境界部磁界非干渉効果を活かして、該９０度回転積層による４種類のパーミアンスベクトル重畳作用による２次バランスさせたＮｓ個のパーミアンスベクトルを両磁路間で更に重畳しバランス効果を高める３次バランスをさせることで、第６次高調波パーミアンス成分の３重バランス機能を有したことを特徴とする。
【００１０】
「手段３」
手段１において、先端に設けたＮｓ個の誘導子歯ピッチは必ずしも均一でなくその平均値で回転子磁極の磁歯ピッチとは略６０°／（Ｎｓ・Ｎｒ）異なるピッチ値とすることで、Ｎｓ個のパーミアンスベクトルを２つの磁路の磁気回路内でそれぞれの主極内で各磁路内１次バランスさせ、更にプレス抜き固定子の磁性板の板厚及び磁気方向性で生ずるＮｓ個のパーミアンスベクトルのバラツキを該９０度回転積層によりできる４種類のパーミアンスベクトル間の重畳作用で各磁路内２次バランスさせ、更に軸方向に２分割した２つの磁路による短縮磁路長効果と２磁路間境界部磁界非干渉効果を活かして、該９０度回転積層による４種類のパーミアンスベクトル重畳作用による２次バランスさせたＮｓ個のパーミアンスベクトルを両磁路間で更に重畳しバランス効果を高める３次バランスをさせることで、パーミアンス成分の３重バランス機能を有したことを特徴とする。
【００１１】
「手段４」
手段１〜３において、回転子に用いる永久磁石は、その残留磁束密度が略０．５Ｔ以下のフェライト系永久磁石であることを特徴とする。
【００１２】
「手段５」
手段１〜４において、回転子の両単位回転子の永久磁石は未着磁状態で組み立てられ、組立後に、軸方向に時間差を設けて正方向着磁とその逆方向着磁を行うことにより両永久磁石が順次着磁されることを特徴とする。
【００１３】
「手段６」
外形が多角形を含む形状に形成された略環状のコアバック部とこのコアバック部より放射状に突出形成されそれぞれの先端に複数（Ｎｓ）個の誘導子歯を形成してなる４ｍ（ｍは２以上の整数）個の主極とからなりプレス打ち抜きされた多数枚の磁性体板を積層してなる固定子コアを含む固定子と、この固定子にエアギャップを介して回転自在に設けられ磁性を有する１対の回転子磁極と該両回転子磁極で挟み込まれ軸方向に着磁された永久磁石とからなる単位回転子を２組軸方向に隣接させて構成された回転子とを備え、各回転子磁極の外周面には複数（Ｎｒ）個の磁歯が等ピッチで形成され、各単位回転子の１対の回転子磁極はそれぞれの磁歯が１／２ピッチ分ずらせて配置されると共に、両単位回転子はそれぞれの永久磁石の着磁方向が互いに逆になる向きで隣接する回転子磁極の歯位置が一致するように配置され、さらに固定子の主極におけるＮｓ個の誘導子歯のピッチが、回転子磁極の磁歯のピッチより略９０°／（Ｎｓ・Ｎｒ）だけ異なる等ピッチに設定されてなる永久磁石式回転電機の製造方法であって、
前記固定子コアは、プレス打ち抜きされた複数の磁性体板を順次９０°ずつ回転させて積層することにより構成され、磁性体板の板厚及び磁気方向性で生ずるパーミアンスの第４次成分のＮｓ個のパーミアンスベクトルのバラツキを該９０度回転積層によりできる４種類のパーミアンスベクトル間の重畳作用で各磁路内２次バランスさせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
（１）固定子主極数４ｍでｍ＝２または３として実用的な８個または１２個となり、特許文献1等の従来技術に対し、巻き線インダクタンスを小さくでき、高速回転時のトルクの減少を防ぎフラットなトルクカーブの低速から高速まで使いやすいステッピングモータとなる。固定子主極数が８の場合は２相機に限定されるが、主極数が１２の場合は２相機にも３相機にも適応できる。
（２）本発明では誘導子の数をバーニア方式の効果により、第４次成分を第４次高調波平面で、あるいは第６次成分を第６次高調波平面でパーミアンスベクトルを1次バランスさせることで第４次成分あるいは第６次高調波成分の大部分を消去できる。
（３）固定子を珪素鋼板等の磁性板からプレス打ち抜きして９０度回転積層することで無方向性珪素鋼板であっても存在する圧延方向とその直角方向での磁気抵抗の差や板圧偏差を解消して８または１２主極間でのパーミアンスを均一にし２次バランスをさせることができる。更に２つの磁路間のパーミアンスベクトルの重畳平均効果の３次バランス機能を有する。このように多重バランスの効果でパーミアンスベクトルの高調波成分をより完璧に消去できる。
（４）従来モータと同一サイズ同一トルクで価格を安くしたい場合には、本発明において軸方向で２つの磁気回路に分割構成することにより短磁気回路としてフェライト磁石等の低グレード磁石が採用でき安価にできる。またフェライト磁石のＢ―Ｈカーブのフラットな傾きによる動作点の安定化により均一な磁束密度効果となるためバラツキの小さい低振動なモータとなる。これは、Ｂ―Ｈカーブがフラットな傾きの場合はエアギャップ等のバラツキで多少動作点が移動しても磁束の値の変化を小さく抑えることができることによる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の回転電機の第１の実施形態を示し、（Ａ）及び（Ｃ）は切断側面図、（Ｂ）は切断正面図である。
【図２】図２は、図１の固定子と回転子とを示した切断正面図である。
【図３】図３は、従来技術の固定子と回転子とを示した切断正面図である。
【図４】図４は、固定子主極の誘導子歯と回転子磁極の磁歯の相対関係を示す一部の側面図である。
【図５】図５は、ベクトルバランスの説明図である。
【図６】図６は、本発明に使用する固定子コアの他の例を示す側面図である。
【図７】図７は、本発明に使用する固定子コアの更に他の例を示す側面図である。
【図８】図８は、本発明の回転電機のパーミアンスベクトルのバランス原理説明図であり、同図のＡ，Ｃ，Ｅ，Ｇはそれぞれ図７の主極Ａ，Ｃ，Ｅ，Ｇに対応したものである。
【図９】図９は、本発明の回転電機のパーミアンスベクトルの別のバランス原理説明図である。
【図１０】図１０は、従来の回転電機を示し、（Ａ）及び（Ｃ）は切断側面図、（Ｂ）は切断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態につき、図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明の１実施形態による回転電機、すなわち主極数４ｍをｍ＝２とした場合の２相８主極機の固定子と特殊２段ＨＢ型回転子との組み合わせによる回転電機を示し、（Ａ），（Ｃ）はそれぞれ軸方向から回転子のＮ極部分，Ｓ極部分を見た切断側面図であり、（Ｂ）は軸を含む切断正面図である。
回転電機のモータケース１が円筒状のケーシング１１とこのケーシング１１の両端に設けられたエンドプレート１２，１３とにより構成され、ケーシング１１の内側に環状の固定子２が固定されると共に、この固定子２の中心部側に回転子３が配置されている。回転子３の回転軸３１はその両側部が両エンドプレート１２，１３の中心部に保持されたベアリング１２ａ，１３ａにより回転自在に支持されている。
【００１８】
固定子２は、円環状の磁性体部２１ａとこの磁性体部２１ａより放射状に内方に突出して設けられた８個の主極２１ｂとからなる固定子コア２１と、各主極２１ｂに巻回されたコイル２２とからなり、巻き線極である各主極２１ｂの先端には６個（Ｎｓ個）の誘導子歯２１ｃが設けられている。固定子コア２１は複数枚の珪素鋼板を積層して構成されている。
【００１９】
図２は固定子２と回転子３とを抜き出して示したものである。回転軸３１に軸方向に並んで固定された４個の回転子磁極３２，３３，３４，３５はそれぞれ珪素鋼鈑等を積層して構成され、それぞれの外周には等ピッチで複数個（Ｎｒ個）の磁歯が設けられている。この磁歯が５０個の場合は１．８°ステップ角のステッピングモータとなる。対の回転子磁極３２，３３は互いに歯ピッチが１／２ずれて配置され、両者の間に軸方向に着磁された円盤状の永久磁石３６が挟持されている。同様に、対の回転子磁極３４，３５は互いに歯ピッチが１／２ずれて配置され、両者の間に軸方向に着磁された円盤状の永久磁石３７が挟持されている。両永久磁石３６，３７は着磁方向が互いに逆になるように設定されており、永久磁石３６により磁化された回転子磁極３２，３３と永久磁石３７により磁化された回転子磁極３４，３５とのうち、向かい合う隣接磁極３３，３４が同極性になるように設定されている。図２では回転子磁極３２，３５がＳ極性に、回転子磁極３３，３４がＮ極性にそれぞれ磁化されている。このとき隣接する回転子磁極３３と３４との歯位置は原則として同じ位置である。回転子磁極３２，３３及び永久磁石３６で単位回転子３ａを、回転子磁極３４，３５及び永久磁石３７で単位回転子３ｂが構成される。なお、図２では単位回転子３ａ，３ｂが隙間なく隣接している状態を示しているが、両単位回転子３ａ，３ｂが軸方向に僅かに離れた状態で隣接していてもよい。
【００２０】
単位回転子３ａ，３ｂの各回転子磁極３２〜３５のそれぞれの磁歯は固定子２の各主極２１ｂの誘導子歯２１ｃにエアギャップを介して径方向に対向する。図２において固定子２の位置に示した点線矢印Φ１は単位回転子３ａによる磁束とその磁路、点線矢印Φ２は単位回転子３ｂによる磁束とその磁路であり、固定子２の軸方向での中央部では磁束と磁路Φ１、Φ２が同一方向なので干渉効果による２つの磁束の弱め合いは発生しないことが分かる。これを２磁路間境界部磁界非干渉効果と呼ぶことにする。ここで、上記と同一寸法の回転子を単位回転子1個で構成する場合に比べると、軸方向の磁路が半減するため短縮磁路長効果が発揮でき、磁気抵抗が半減するため、磁気損失が少なくバラツキが小さい回転電機が得られることになる。同極性に磁化される回転子同士３３，３４は隙間なく隣接配置してもよくギャップを介して近接配置しても良い。永久磁石を挟んで対向した対の回転子磁極３２，３３間及び３４，３５間では永久磁石３６，３７の外周部分での漏洩磁束はあるが、同極性に磁化された回転子磁極３３，３４同士間では漏洩磁束はなく、ほとんどの磁束が固定子２に向かうので、磁束の無駄が極めて少なく高トルクが得られることになる。
【００２１】
図１に示すように、回転子３のＮ極の回転子磁極３３，３４と対向している固定子２の８個の主極２１ｂをＮ１〜Ｎ８とし、回転子３のＳ極の回転子磁極３２，３５と対向している８個の主極２１ｂをＳ１〜Ｓ８とする。１相巻き線はＮ１とＳ１、Ｎ３とＳ３，Ｎ５とＳ５、及びＮ７とＳ７に同一コイル２２が巻かれて１相を形成し、残りが同様に巻かれて２相を形成する。図１（Ａ）に示すＮ極側の固定子２における実線矢印はＮ極回転子からの磁束の流れを示し、図１（Ｃ）に示すＳ極側の固定子２における実線矢印はＮ極回転子からの磁束がＳ極回転子へ向かう磁束の流れを示す。
【００２２】
図３は、図２の場合と同様の固定子２と、図２の場合とは異なる回転子４を用いた２段回転子を有する従来技術の回転電機を示している。回転子４の軸方向寸法を長くして高トルクを得ようとした場合、同図に示すような２段の単位回転子４ａ，４ｂからなる回転子４が用いられる。回転軸４１に軸方向に並んで固定された４個の回転子磁極４２，４３，４４、４５はそれぞれ珪素鋼鈑等を積層して構成され、それぞれの外周には等ピッチで複数個の磁歯が設けられている。対の回転子磁極４２，４３は互いに歯ピッチが１／２ずれて配置され、両者の間に軸方向に着磁された円盤状の永久磁石４６が挟持されて単位回転子４ａが構成されている。
【００２３】
同様に、対の回転子磁極４４，４５は互いに歯ピッチが１／２ずれて配置され、両者の間に軸方向に着磁された円盤状の永久磁石４７が挟持されて単位回転子４ｂが構成されている。２個の永久磁石４６，４７は軸方向で同一方向に着磁されており、２個の永久磁石４６、４７の軸方向一方側の回転子磁極４２，４４がＳ極に磁化され、軸方向他方側の回転子磁極４３，４５がＮ極に磁化されている。磁化の点では図２の本発明のものよりは簡単であるが、このため単位回転子４ａ，４ｂ間に非磁性の磁気絶縁体４８が必要になる。磁気絶縁体４８を軸方向に薄くすれば回転子磁極４３，４４間で漏洩磁束が増加し、反対に厚くすれば回転子４の固定子２との対向面積が減少するので、図２の場合と比較してトルクが減少する。また２つの単位回転子４ａ，４ｂによる磁束Φ１，Φ２は、固定子２の軸方向中央部で方向がお互いに逆方向となるため、磁束が干渉し弱めあい、歪み、磁束の減少等の問題を起こす。このため磁束密度が不均一になり低振動化には適さない構成となる。
【００２４】
図１０は、従来より使用されている２相ＨＢ型回転電機を示したものであり、同図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ図１の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に対応しており、図１０において、図１で説明した符号と同一のものは同一もしくは相当するものとし、詳細な説明は省略する。この従来の回転電機では、１個の単位回転子で回転子５が構成されている。すなわち、回転子５の回転軸に珪素鋼鈑等を積層して構成された一対の回転子磁極５２，５３が固定され、この回転子磁極５２，５３にて挟持される形態で軸方向に着磁した永久磁石５４が設けられている。回転子磁極５２，５３はそれぞれ永久磁石５４の端面だけでなく外周面の一部をも覆う形状になっており、回転子磁極５２，５３の外周にはそれぞれ等ピッチで複数個の磁歯が設けられ、互いに歯ピッチが１／２ずれるように配置されている。
【００２５】
このような構成の回転電機にあっては、軸方向にモータ長を長くしても永久磁石５４の外径は変わらないため、得られる永久磁石５４からの磁束は磁石厚みを増加してもそれほど増えず、トルクの増加は大きくは期待できない。
【００２６】
図４は、本実施形態において、固定子２の任意の主極２１ｂにおける６個の誘導子歯と回転子３の任意の回転子磁極における磁歯との関係を示したものであり、主極２１ｂの中央軸と回転子磁極の磁歯間の溝幅の中央とを一致させた場合の、各誘導子歯とこれに対向する回転子磁極の磁歯とのそれぞれの角度ずれの様子を表している。ここで、主極２１ｂの各誘導子歯の中央軸を０°とした場合の各誘導子歯と回転子磁極の磁歯とのずれ角をθ１〜θ６で表示している。また、固定子２の誘導子歯ピッチは均一で回転子磁極の磁歯ピッチよりθｓだけ小さい値とする。θｓは略３６０°／ｎ・Ｎｓ・Ｎｒで決まる値となる。これはパーミアンスの第ｎ次高調波成分をＮｓ個の固定子小歯（誘導子歯）数のベクトルバランスで極小化するものであり、回転子歯数Ｎrの場合、回転子磁歯ピッチは機械角表示で３６０°／Ｎｒであるが、その第４次高調波ベクトル平面表示はｎ＝４として１／４の１周角が９０°／Ｎｒでその平面をＮs等分した放射状ベクトルにバランスすることから誘導したものである。この場合、Ｎr＝５０、Ｎｓ＝６、ｎ＝４とすれば、θｓは０．３°となる。回転子磁極の磁歯ピッチ（機械角）は７．２°なので、固定子主極の誘導子歯ピッチ（機械角）は６．９°となる。
【００２７】
この場合、回転子磁極の磁歯ピッチ（機械角）７．２°を電気角の３６０°とすると、θ１〜θ６をそれぞれ電気角表示すると以下のようになる。
θ３＝θ４＝（０．３°／２）（３６０°／７．２°）＝７．５°
θ２＝θ５＝（０．３°＋０．３°／２）（３６０°／７．２°）＝２２．５°
θ１＝θ６＝（０．３°＋０．３＋０．３°／２）（３６０°／７．２°）＝３７．５°
【００２８】
図４を参照して、コギングトルクを構成するパーミアンスの第４次空間高調波成分Ｐ４は次式で計算でき、その値は零となる。
Ｐ４＝ｃｏｓ４θ３＋ｃｏｓ４θ２＋ｃｏｓ４θ１＋ｃｏｓ４θ４＋ｃｏｓ４θ５＋ｃｏｓ４θ６
＝２｛ｃｏｓ３０＋ｃｏｓ９０＋ｃｏｓ１５０｝＝０                  （１）
【００２９】
これらの６個の誘導子歯の第４次パーミアンス成分を第４次平面で極座標スペクトル表示すれば図５の単一ピッチ第４平面の図となり、各誘導子歯のベクトルＶ１〜Ｖ６の総和は零となる。ここで、図４の場合は主極２１ｂの中央軸に対し回転子磁極の磁歯が線対称に位置している時のベクトルが図５のようにバランスする図となっているが、たとえば８主極の任意の主極においては、図４に対し固定子と回転子の相対位置がλ度ずれていたとしても、その第４次平面でのベクトルは図５に対しλ／４度だけ６個のベクトルを回転させただけのものとなるのでそれらのベクトルの総和は常に零となり、各主極８個ともそれぞれバランスしていることになる。従って主極が８個とも完全対称形であれば１つの主極内を吟味すればよい。理論的にはこのようにすればコギングトルクはキャンセルされ、振動も小さくなることになる。
【００３０】
この場合の鎖交磁束となりモータトルクとなる基本波成分は次式とる。
Ｐ１＝ｃｏｓθ３＋ｃｏｓθ２＋ｃｏｓθ１＋ｃｏｓθ４＋ｃｏｓθ５＋ｃｏｓθ６
＝２｛ｃｏｓ７．５＋ｃｏｓ２２．５＋ｃｏｓ３７．５｝／６＝０．９０２      （２）
即ち９０％がトルク成分として残ることになる。
【００３１】
これは固定子主極２１ｂの６個の誘導子歯のパーミアンスが全く等しいという仮定での話である。図４で固定子２の８個の主極２１ｂの各先端に設けた６個の誘導子歯は中央に位置する互いに隣接する一対２個の内側位置歯と、これらの歯の各々に隣接して配置される中間位置の歯と、この中間位置の歯と隣接する外側位置の歯とでは主極中央位置から見て距離が異なり特に外側に位置する歯はその外側は空間であるため磁束の漏洩状態も異なる。このため計算値のように第４次成分は実際には完全には零にならない。そのため第４次成分の別のキャンセルの手段を併用して重複消去することが必要となる。
【００３２】
次に、パーミアンスの第４次成分が主に２相機ではコギングトルク成分となることを説明する。パーミアンスは前述したように余弦表示できる。またコギングトルクＴｃはパーミアンスの角度変化率となることからパーミアンスを角度で微分して正弦成分構成で一般的にフーリエ級数で次式となる。
Ｔｃ＝ｋ1ｓｉｎθ＋ｋ2ｓｉｎ２θ＋ｋ３ｓｉｎ３θ＋ｋ４ｓｉｎ４θ＋ｋ５ｓｉｎ５θ＋ｋ６ｓｉｎ６θ＋ｋ７ｓｉｎ７θ＋・・・            （３）
【００３３】
なお、θは固定子２の主極２１ｂにおける誘導子歯とこれに対向する回転子磁極の磁歯とのずれ角、ｋ1、ｋ2、ｋ3、・・・は各高調波成分の係数である。
【００３４】
２相機では、固定子２の各主極２１ｂは回転子３に対し基準位置から順次回転方向にπ／２ずれていることから、基準位置からｐ番目の主極でのコギングトルクＴｃは、（３）式におけるずれ角θを（θ−ｐ・π／２）に置き換えて表現することができる。従って、全主極分のコギングトルクＴｃは、ｐを０から７まで置き換えた８主極分のコギングトルクＴｃとして得ることができ、これら全主極分のコギングトルクＴｃの各調波成分ごとの加算値は、（３）式の第４項の成分以外は零となる。即ち（３）式の第１項〜第７項をそれぞれの調波次数の平面でベクトル表示すれば、奇数次調波成分のベクトルは電気角でπ／２隔てた４種類の２個ずつのベクトルで４箇所でバランスし、偶数次調波成分のベクトルは第４項以外はπ隔てた２種類で４個づつのベクトルで２箇所でバランスする。しかし偶数次調波成分の第４項のみは８個のベクトルが１箇所に重なりバランスしない。数式で示せば第４項のみの各主極のトルクは加算されて（４）式のようになる。
Ｔｃ／ｋ４＝ｓｉｎ４θ＋ｓｉｎ４（θ−π／２）＋ｓｉｎ４（θ−π）＋ｓｉｎ４（θ−３π／２）＋ｓｉｎ４（θ−π）＋ｓｉｎ４（θ−π／２−π）＋ｓｉｎ４（θ−２π）＋ｓｉｎ４（θ−π／２）＝８ｓｉｎ４θ              （４）
【００３５】
以上の理由により２相機のコギングトルク成分は第４次高調波となるので、前述の（１）式を零ならしめたのはこの第４次高調波を無くすためである。パーミアンスの第４次成分が存在しなければコギングトルクは零に近くなる。コギングトルクが小さくなればモータ回転時の振動も小さくなる。
【００３６】
同様に、３相機では各主極２π／３ずれることから同様な計算で、パーミアンスの第６次成分がコギングトルク成分になる。本願のモータ固定子主極数４ｍ個でｍ＝３の１２主極は２相機にも３相機にもなることが引例２で知られている。その場合、６次成分でバランスをとれば、θｓは３６０°／６Ｎｓ・Ｎｒとなり次式を得る。
θｓ＝６０°／Ｎｓ・Ｎｒ                            （５）
【００３７】
また主極の各先端に設けたＮs個の誘導子歯ピッチは必ずしも均一でないマルチピッチの場合には、その平均値で回転子歯ピッチとはθｓ異ならせても同様なコギングトルク低減効果が得られる。またコギングトルクは上述したように奇数次成分は各調波平面で４個所でバランスするが、偶数次成分は２箇所でバランスするため、奇数次成分よりバランスしにくく、モータ部品精度不足等でバランスを欠き易い。そして一般にコギングトルク成分は偶数次調波となる。
【００３８】
このことからマルチピッチの場合は２相機でも必ずしも４次成分でなく、４次の次に高い偶数次成分としてパーミアンスの第６次成分をバランスさせた方が良い場合がある。その場合は基本波であるモータトルク成分も大きくなる効果がある。この場合もＮrが５０、Ｎsを６とすれば、（５）式よりθｓは０．２°となり、固定子の誘導子歯ピッチの平均値が回転子磁極の磁歯ピッチ７．２°とθｓだけ異なるようにすれば、その場合の主極の誘導子歯の平均ピッチは７°となる。
【００３９】
このようなマルチピッチ誘導子の例を図４を用いて以下に説明する。固定子主極の６個の誘導子歯の中央の溝の中心線と回転子磁極の任意の磁歯の溝中心線が一致しているとき、６個の誘導子歯と回転子磁歯のずれ角度を電気角（括弧内は機械角）で表示すれば、図４のθ１＝θ６＝２５°（０．５°）、θ２＝１７．５°（０．３５°）、θ３＝θ４＝５°（０．１°）、θ５＝１２．５°（０．２５°）となる。これを第６次平面にベクトル表示すれば、図５のマルチピッチ第６次平面となり、６個のベクトルはバランスする。計算式を示せば次式となる。
Ｐ６＝ｃｏｓ６θ３＋ｃｏｓ６θ２＋ｃｏｓ６θ１＋ｃｏｓ６θ４＋ｃｏｓ６θ５＋ｃｏｓ６θ６＝ｃｏｓ６×５°＋ｃｏｓ６×１７．５°＋ｃｏｓ６×２５°＋ｃｏｓ６×３５°＋ｃｏｓ６×４２．５°＋ｃｏｓ６×５５°＝０                  （６）
【００４０】
またこのときの誘導子歯ピッチは、図４で右側から順に、７．０５°、６．９５°、７．０°、７．０５°、６．９５°となり、その平均ピッチは７．０°となる。この場合においても９０°回転積層には問題は無い。また上記の例は好ましい例として第６次高調波バランスの例を示したが、マルチピッチの場合は複数のピッチが混在しているため、必ずしも第６次高調波平面バランスに限定されるものではない。
【００４１】
特許文献１では、４主極や６主極は一般に低速回転時に大きなトルクが得られるが巻線インダクタンスが大きくなるので高速回転時のトルクは低下する。一般に主極数と巻線インダクタンスは反比例する。従って２相機では４主極より８主極や１２主極の方が高速時のトルクは有利となる。３相機でも６主極より１２主極の方が高速時のトルクは有利となる。本発明はこの高速回転に適したモータの提供にも対応したものである。
【００４２】
このように固定子主極の誘導子歯のピッチを回転子と所定の角度θｓ異ならせることで、各単位ＨＢ型回転子に磁路毎にパーミアンスのコギングトルクを構成する成分をベクトルバランスさせてキャンセルでき、高速回転でも低振動で高トルクとなる。これらは特許文献１には考慮されていない技術である。これが本発明のパーミアンスベクトルの１次バランス効果といえる。尚固定子主極の誘導子歯のピッチを回転子と所定の角度θｓ異ならせる場合、固定子主極の誘導子歯のピッチを回転子のピッチより角度θｓ小さく選べば主極間の隙間が大きくでき、巻線作業が容易になる。またＮrを５０、Ｎsを６とした８主極構成では固定子の誘導子総数は４８個となるので、回転子磁歯数に近くなるため角度θｓだけ単一ピッチあるいは平均ピッチで小さく選ぶ狭めピッチとする必要がある。
【００４３】
図６は本発明に使用する２相８主極の固定子２に適用する他の固定子コア２１Ａを示したものであり、珪素鋼板のフープ材からプレスワークで打ち抜き時、打ち抜かれたラミネーションを９０度づつ回転方向にずらせて積層したものである。珪素鋼板のフープ材とは主に渦電流鉄損を減少させるために珪素を数パーセント含有させた厚さ０．５ｍｍ程度の磁性体鉄板でありロール状に巻かれたものである。それから連続的に順送プレス打ち抜きで目的のコアを抜き、これを所望の厚みまで積層して固着させて目的の品物を得るものである。珪素鋼板のフープ材は縦方向であるＺ方向が圧延方向であり、フープ材のロール巻き方向となる。珪素鋼板フープ材の横幅は順送りプレス打ち抜きでは捨てる抜きかすを少なくするために通常固定子コア径よりやや大きめのものを使用する。説明の便宜上図示した固定子コア２１Ａはフープ材の縦方向のＺ軸とその直角のＬ−Ｒ軸の直交座標を設けて説明する。
【００４４】
この固定子コア２１Ａは、外形が円形である環状のバックコア部２１Ａａとこれより内径方向に放射状に突出した８個の主極２１Ａｂとを有しており、各主極２１Ａｂのそれぞれの先端に６個の誘導子歯が等ピッチで形成されている。巻線極であるＡ〜Ｈの主極２１Ａｂを有する８主極の２相ＨＢ型ステッピングモータの固定子コア２１Ａは、積層してその厚みを所望の大きさにして自動的にカシメ等で固着させて目的の固定子コアを得る。このとき本発明では打ち抜きした固定子コア２１Ａを９０度ずつ順次回転して積層させて固定子とすることで、珪素鋼板を４枚単位での積層でパーミアンスが均一となり、結果として第４次パーミアンス成分が均一になり、バランスさせることでキャンセルできるため、第４次パーミアンス成分の存在で引き起こされるコギングトルクや振動の低減に極めて顕著な効果を発揮することを説明する。
９０度ずつ回転積層させて固定子とする第一の理由は、一般に珪素鋼板フープ材の圧延方向とその直角方向で生じる磁束の通りやすさの差をキャンセルさせることである。
【００４５】
第二の理由は、フープ材は圧延法で薄く引き延ばして作られるが圧延ローラの隙間の偏りが出やすくＬサイドとＲサイドでの厚み差が生ずる。この場合珪素鋼板を回転することなく積層すれば積層枚数が多いほどトータル厚みはＬ側とＲ側で積算差が発生する。そのような固定子に軸受けを有するブラケットを装着すれば軸心が傾き固定子内径と回転子外径間のエアギャプが場所により不均一となり、ステッピングモータの性能を悪化させる。９０度回転積層はこの積算厚み偏差のキャンセルにある。
【００４６】
更に第三の理由は、第４次高調波パーミアンスベクトルが珪素鋼板のＺ方向とＲ−Ｌ方向での差やＲ−Ｌ方向での厚み差によるバラツキの影響からキャンセルできることである。これらを次に説明する。
【００４７】
モータ用珪素鋼板は、一般に無方向性磁性板を使用するが実際は無方向性磁性板といえども圧延方向とその直角方向でパーミアンスに差が生じる。珪素鋼板フープ材から図６の位置で固定子コア２１Ａが打ち抜きされ、Ｚ方向に磁束が通りやすくパーミアンスが大きく、Ｌ−Ｒ方向がパーミアンスが小さいとする。この場合Ｚ方向に主極の軸方向が近いＡ，Ｄ，Ｅ，Ｈの主極２１Ａｂのパーミアンスが大きくなることになる。そしてＬ−Ｒ方向に主極の軸方向が近い残りのＢ，Ｃ，Ｆ，Ｇの主極２１Ａｂのパーミアンスが相対的に小さくなる。この場合、主極Ａ部を考えると、８個の主極２１Ａｂは対称で４５度間隔配置なので主極Ａ部の９０度積層による構成は、左回転で積層するとすれば、４回９０度積層で（Ａ＋Ｃ＋Ｅ＋Ｇ）となりこの繰り返しの構成となる。
【００４８】
同様に主極Ｈ部を考えると、主極Ｈ部の９０度積層による構成は、４回９０度積層で（Ｈ+Ｂ+Ｄ+Ｆ）となりこの繰り返しの構成となる。すると主極Ａ部はＡ，Ｄ，Ｅ，Ｈのパーミアンスが大きい部分の内、ＡとＥの２個を、また主極Ｈ部もＤ，Ｈのパーミアンスが大きいものを２個を有し、残りの２個は両方とも、Ｂ，Ｃ，Ｆ，Ｇのパーミアンスが小さい２個を有することになり、４回の回転積層での平均パーミアンスは同じ値となる。この４回転積層を単位積層として繰り返すので両者の値は同じとなる。必ずしもこの単位積層の整数倍でなくとも繰り返し増すことで各主極のパーミアンス平均値は同値に収束する。これはその他の主極でも同じ理由で平均パーミアンスは同じとなる。第４次高調波パーミアンスの主極の誘導子による誘導子歯Ｔ１〜Ｔ６の６個のパーミアンスベクトルで第４次平面内でのバランスを考えるとき、８個の各主極とも、単位積層内はパーミアンス大と小の２枚ずつの固定子コアで構成されるので各主極のパーミアンスは単位積層内では常に同一となる。もし９０度回転積層しない場合は主極Ａ，Ｄ，Ｅ，Ｈ部はパーミアンスが大きく、残りのＢ，Ｃ，Ｆ，Ｇは小さく、各主極内の６個の誘導子歯のパーミアンスベクトルはバランスしても、８主極間では差が発生してモータ全体ではコギングトルク等が大きく、あるいは騒音大になる。
【００４９】
次に図６のような位置で固定子コアを珪素鋼板から打ち抜く場合で厚みムラがある場合を考える。この場合、Ｒ側が厚くＬ側にテーパ状に厚みが薄くなるフープ材を想定しているが、説明を簡略にするために、Ｚ軸を境として固定子の８主極のうち、Ｒ側のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの板厚がＥ，Ｆ，Ｇ，Ｈより厚く、その分厚い方がパーミアンスがより大きいとする。この場合も９０度回転積層による４枚ごとの珪素鋼板積層部の単位積層内では主極Ａ部の構成は（Ａ＋Ｃ＋Ｅ＋Ｇ）、Ｈ部は（Ｈ＋Ｂ＋Ｄ＋Ｆ）となるため、そのパーミアンス平均値は同じとなり、同様にして第４次高調波パーミアンスの主極の誘導子歯による誘導子歯Ｔ１〜Ｔ６の６個と同じ数のベクトルで第４次平面でのバランスを考えるとき、８個の各主極とも、単位積層内はパーミアンス大と小の２枚づつの固定子コアで構成されるので、６個のパーミアンスベクトルの平均値は同一となる。従って主極内での第４次平面でのパーミアンスベクトルはバランスし易くなり、モータ全体でも第４次平面でのパーミアンスベクトルはバランスし易くなることになる。
【００５０】
図７は、２相８主極で各主極の誘導子歯が６個である外周が略正方形の固定子コア２１Ｂを示したものであり、外形が略正方形の環状のコアバック部２１Ｂａとこれより径方向内方へ突出した放射状の複数個の主極２１Ｂｂとから構成されている。材料の無駄を少なくするために正方形の一辺長に近いフープ材から打ち抜くことを考えるとＺ方向がフープ材の巻き方向となる。この場合、珪素鋼板の巻き方向がＺ方向でＬ側が厚くＲ側に向かって厚みが薄くなつているとする。なお、８個の各主極２１Ｂｂの６個の誘導子歯は図示簡略化でＴ１とＴ６のみ符号を記したが時計回りに左端からＴ１〜Ｔ６とする。６個の誘導子歯Ｔ１〜Ｔ６の第４次パーミアンスベクトルはそれぞれＶ１からＶ６とする。
【００５１】
この場合主極ＡではＴ１からＴ６に向けて薄くなることになり、厳密には第４次パーミアンスベクトルの大きさもＴ１からＴ６に段々に小さくなるが、説明を簡略化するために、Ｚ軸を境にして、第４次パーミアンスベクトルの大きさはＺ軸のＬ側で大きく、Ｒ側で小さいとする。従って主極Ｆ，Ｇ，Ｈの各６個の誘導子歯の第４次パーミアンスベクトルは同じ大きさで主極Ｂ、Ｃ，Ｄのそれより大きく、Ｚ軸のＲ側の主極Ｂ，Ｃ，Ｄのそれはお互いに大きさは同じとする。その場合、主極ＡではＴ１，Ｔ２，Ｔ３が同じ大きさで大きく、Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６が同じ大きさで小さいことになる。主極ＥではＴ４，Ｔ５，Ｔ６が同じ大きさで大きく、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が同じ大きさで小さいことになる。このような条件で回転積層すれば、主極Ａ部ではＡ＋Ｃ＋Ｅ＋Ｇが単位積層となる。主極ＥはＴ１，Ｔ２，Ｔ３が小ベクトル、Ｔ４、Ｔ５，Ｔ６が大ベクトルなので、Ａ＋Ｅは平均化される。Ｃ＋Ｇも平均化されるので、主極Ａ部ではＡ＋Ｃ＋Ｅ＋Ｇは重畳平均化されることになる。他の主極も同様に重畳平均化される。その結果第４次平面での６個の重畳されたベクトルは点対称となりバランスする。次に上述した説明を図８を用いて第4次平面パーミアンスベクトルで説明する。
【００５２】
図８のＡ，Ｃ，Ｅ，Ｇはそれぞれ、図７の各主極２１Ｂｂに順に付した符号Ａ〜ＨのうちＡ，Ｃ，Ｅ，Ｇの各主極の誘導子歯Ｔ１〜Ｔ６の第４次平面パーミアンスベクトルをＶ１〜Ｖ６として表したものである。上述したようにＺ軸を境にしてＬ側のパーミアンスが大、Ｒ側が小と仮定したので固定子コア１枚の主極Ａ，Ｃ，Ｅ，Ｇのパーミアンスベクトルは図８のようになる。
【００５３】
仮に、固定子コアを非回転積層とした場合は、主極Ａでは図８のＡのようにＶ１〜Ｖ３がＶ４〜Ｖ６より大きくなりバランスしない。主極Ｃ部は図８のＣのように６個のベクトルが均一に小さい。主極Ｅでは図８のＥのようにＶ１〜Ｖ３がＶ４〜Ｖ６より小さくなりバランスしない。主極Ｇ部は図８のＧのように６個のベクトルが均一に大きい。そして図８のＡ，Ｃ，Ｅ，Ｇの図を重畳すれば、その合成された６個のベクトルは平均化されて均一化されることが分かる。
【００５４】
説明の簡略化のためにＺ軸の左右でベクトルの大きさを２種類としたが、Ｖ１からＶ６が段々と大きさを異ならせるとしても９０度積層した例えば主極Ａの単位積層部ではＡ＋Ｅでの６個のベクトルは同じ値に平均化されるのでＡ＋Ｃ＋Ｅ＋Ｇも平均化される。これは９０度回転積層による効果であり、他の主極部も同じである。これは珪素鋼板のパーミアンスの方向性の差を９０度回転積層による単位積層効果により第４次平面内でのパーミアンスベクトルのバランスを著しく改善する効果があるもので第４次平面内でのパーミアンスベクトルの２次バランス効果となる。これらは特許文献１，２には考慮されていないものである。そしてこの効果はモータ特性の低コギングトルク化、低振動化となる。
【００５５】
図９は、ＨＢ型回転子を２つの単位回転子で構成し近接配置して永久磁石はお互いに軸方向逆に磁化させ、軸方向に２つの独立磁気回路を構成させたＨＢ型回転電機による６個の誘導子歯の第４次成分パーミアンスベクトルの３次バランス効果を説明するためのものであり、ａ磁路とｂ磁路別に第４次平面パーミアンスベクトルを表示した図である。高トルク化を目指して軸方向に固定子の積層厚みを増す場合、本願の手段を行えば、軸方向に２分割したａ及びｂ磁路による短縮磁路長効果と２磁路間境界部磁界非干渉効果を活かして、高効率でバラツキの少ない回転電機となることを説明する。
【００５６】
一般にＨＢ型ステッピングモータでは固定子と回転子間のエアギャップは０．０５ｍｍ程度である。この小さいエアギャップを確保するためには固定子積層後に固定子内径をホーニング加工という円筒砥石による内径研磨仕上げをする。しかし一般に固定子の積層厚みを増して固定子内径以上に長くした場合には回転砥石の振れ等で例えば内径の加工始め入り口部が小さく加工終わりの奥部が大きい所謂テーパ加工が起きやすい。エアギャップが０．０５ｍｍと小さいので僅かなギャップ差が生じてもパーミアンス差として現れる。前述したような９０°回転積層した固定子であっても、内径加工がテーパ化して、図９のａ磁路では内径小によるパーミアンス大、ｂ磁路では内径大によるパーミアンス小とすれば、ａ及びｂ磁路で、第４次パーミアンスベクトルは図のようになる。
【００５７】
このような加工の不具合が発生しても単位回転子３ａと３ｂは同じ軸で固着されているので、モータ全体で見た場合は、ａ磁路とｂ磁路のパーミアンスベクトルは重畳平均化されるので、モータ間でのコギングトルク等のバラツキが少ないものとなる。プレス抜き固定子の磁性板の板厚及び磁気方向性で生ずるパーミアンスの第４次成分の６個のパーミアンスベクトルのバラツキを該９０度回転積層によりできる４種類のパーミアンスベクトルも２つの磁路間でバランスさせる追加バランス効果の自由度の増加も期待できる。以上は８主極で誘導子歯数が６個の等ピッチの第４次ベクトルのバランスで説明したが、１２主極固定子でも９０°回転積層すれば同様な効果となる。また６次成分ベクトルでも同様な説明ができる。これらは２磁路効果によるパーミアンスベクトルの３次バランス効果と呼ぶことができる。すなわち本発明は第４次高調波パーミアンス成分の３重バランス機能を有した回転電機となる。これらは特許文献１，２には考慮されていない技術であり、モータの量産時には有益な技術である。
【００５８】
図１０の従来技術では回転子永久磁石に高価な希土類磁石を使用しているが、本発明ではモータを同一サイズで安価なフェライト磁石で低振動回転にて同一トルクが得られる。すなわち、軸方向で２つの磁気回路に分割構成することで短磁気回路としてフェライト磁石等の残留磁束密度Ｂｒが０．５Ｔ以下の低グレード磁石が採用できる。例えば従来技術で用いる希土類のネオジム磁石１個より同一サイズのフェライト磁石２個の方が安価のためモータコストも安価となる。またフェライト磁石のＢ―Ｈカーブのフラットな傾きによる動作点の安定化により均一な磁束密度効果のため低振動なモータとなる。Ｂ―Ｈカーブがフラットな傾きの場合はエアギャップ等のバラツキで多少動作点が移動しても磁束の値の変化が少なくできることによる。
【００５９】
本発明の回転電機は回転子の永久磁石は未着磁でモータとして組み立て後に着磁することが品質の向上が図れかつ安価になるので望ましい。その着磁方法としては時間差を設けて軸方向の正方向着磁とその逆方向着磁をするものである。同時に相互の逆方向着磁では反発磁束により永久磁石へ磁化力が十分に届かないことによる。図２で説明すれば最初の磁化は永久磁石３６を主に磁化することを目的としてモータ外部から必要な強さの磁界をかける。次に永久磁石３７を磁化するのに必要なだけの磁界を部分的にかける。このときの磁化力は最初の磁化とは逆向きでその強さも最初のものとは適宜調整して強さが異なるものが望ましい。この時間差を設けて軸方向でお互いに逆方向に着磁することで、またその磁化力を正と逆で調整することで、２個の磁石をお互いに逆方向に十分に磁化することができる。このようにすれば本発明の回転電機の性能をフルに発揮した永久磁石式回転電機の提供を安価で高品質で実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明による回転電機は高速高トルクと低振動が両立して安定して得られ、生産性も良く、安価にもなるので、ステッピングモータや交流同期電動機あるいはブラシレスＤＣモータとして、ＯＡ機器である複写機やプリンターの用途に対し安価で高速高トルク低振動の回転電機の提供が可能であり、工業的に大きな寄与が期待される。その他、医療機器、ＦＡ機器、ロボット、遊戯機械、住宅設備機器への応用も大いに期待される。
【符号の説明】
【００６１】
１  ：回転電機
２  ：固定子
２１，２１Ａ，２１Ｂ  ：固定子コア
２１ｂ、２１Ａｂ，２１Ｂｂ  ：主極
３  ：回転子
３ａ，３ｂ  ：単位回転子
３２，３３，３４，３５  ：回転子磁極
３６，３７  ：永久磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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