(57)【要約】回転永久磁石電動機は、コギングトルクの影響を補償するため、半径方向に厚さが均一でない突起したステータ磁極を有する。磁極ベースは、半径方向空隙において磁極片で終端する。磁極片は、厚いベース部分から円周方向に延びる。磁極片の厚さの変化により、ステータ磁極と永久磁石磁極片の間のカップリング点での有効磁束の集中が変化する。磁極片のアクティブなインターフェース面積に変化はないので、均一な空隙が維持される。ステータ磁極の厚さを円周の範囲で変化させることにより、各ステータ磁極／ロータ永久磁石のインターフェースのトルクシグナチャーを選択的に変化させ、電動機の動作を滑らかにできる。磁極片は、磁極のベースに対してテーパのついた先端縁又は後端縁を有し、回転の特定の位置における空隙内の有効な磁束密度を変化させることができる。さらに、磁極片を磁極ベースに対して中心からシフトさせてもよい。
2005528878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電動機であって、
回転軸の周りの円周上に分布した複数の永久磁石を有するロータと、
ほぼ均一寸法の半径方向空隙だけ前記ロータから間隔をおき、前記空隙の周りに分布した複数の磁極を有するステータと、を備え、
各ステータの磁極は、前記空隙に面する磁極片を備え、前記磁極片は半径方向に変化する厚さを有し、前記磁極片の表面と前記永久磁石の表面の間の空隙の寸法をほぼ均一に維持することを特徴とする回転電動機。
【請求項２】
前記磁極片は、前記磁極のベース部分から円周方向に所定の距離だけ延び、前記磁極片は前記所定の距離に沿って厚さにテーパがついている請求項１に記載の回転電動機。
【請求項３】
前記厚さのテーパは、前記ベース部分の近くで最大寸法であり、前記ベース部分から遠い前記磁極片の一端部で最小寸法である請求項２に記載の回転電動機。
【請求項４】
前記磁極片の厚さは、前記電動機の回転方向と反対方向で減少する請求項３に記載の回転電動機。
【請求項５】
前記磁極片の厚さは、前記電動機の回転方向と反対方向で増加する請求項３に記載の回転電動機。
【請求項６】
前記磁極片は、前記磁極のベース部分から第２の周方向に第２の端部まで延びる請求項３に記載の回転電動機。
【請求項７】
前記磁極片は、前記磁極のベース部分と前記第２の端部の間でテーパがついている請求項４に記載の回転電動機。
【請求項８】
前記磁極片の厚さは、前記ベース部分から前記第２の端部へ向かって増加する請求項７に記載の回転電動機。
【請求項９】
前記ベース部分と前記一端部の間の前記磁極片の円周方向の第１の長さは、前記ベース部分と前記第２の端部の間の前記磁極片の円周方向の第２の長さとは異なる請求項６に記載の回転電動機。
【請求項１０】
前記第１の長さは、前期第２の長さより長い請求項９に記載の回転電動機。
【請求項１１】
前記ロータの前記永久磁石は相互に間隔をおき、各永久磁石は、前記空隙に面する表面で１つの磁気極性を有し、前記空隙から離れて反対磁気極性を有する２極性であり、
各磁石の円周方向の長さは、各ステータ磁極片の円周方向の長さとほぼ同じである請求項１に記載の回転電動機。
【請求項１２】
前記永久磁石と、対向するステータ磁極と、空隙とを備える磁気回路の磁気抵抗は、ほぼ均一である請求項１１に記載の回転電動機。
【請求項１３】
前記ステータは、複数の分離し強磁性的に切り離された電磁石コアセグメントを備え、各コアセグメントは前記磁極の少なくとも１つを備える請求項１に記載の回転電動機。
【請求項１４】
前記各コアセグメントは、前記回転軸の方向に延びる１つ又はそれ以上の連結部分により一体に結合された複数の磁極を備え、
前記ロータの永久磁石は、前記空隙に面した表面であって、前記空隙に沿って円周方向に配置された分離した磁石が軸方向に間隔をおいたリングを形成する表面を有し、前記リングの数はステータコアセグメントのステータ磁極の数に等しい請求項１３に記載の回転電動機。
【請求項１５】
回転電動機であって、
回転軸の周りの円周上に分布した複数の永久磁石を有するロータと、
ほぼ均一寸法の半径方向空隙だけ前記ロータから間隔をおき、前記空隙の周りに分布した複数の磁極を有するステータと、を備え、
各ステータの磁極は、前記空隙に面する磁極片を備え、前記磁極片は、前記磁極のベース部分から第１の端部まで円周方向に第１の所定の距離だけ延び、前記磁極のベース部分から第２の端部まで円周方向に第２の所定の距離だけ延び、前記第１の所定の距離は前記第２の所定の距離より大きいことを特徴とする回転電動機。
【請求項１６】
前記磁極片の前記第１、第２の所定の距離に沿った半径方向の厚さはほぼ均一である請求項１５に記載の回転電動機。
【請求項１７】
前記第１の端部から前記第２の端部への円周方向は、前記ロータの回転方向と同じである請求項１５に記載の回転電動機。
【請求項１８】
前記ステータは、複数の分離し強磁性的に切り離された電磁石コアセグメントを備え、各コアセグメントは前記磁極の少なくとも１つを備える請求項１５に記載の回転電動機。
【請求項１９】
前記各コアセグメントは、前記回転軸の方向に延びる１つ又はそれ以上の連結部分により一体に結合された複数の磁極を備え、
前記ロータの永久磁石は、前記空隙に面した表面であって、前記空隙に沿って円周方向に配置された分離した磁石が軸方向に間隔をおいたリングを形成する表面を有し、前記リングの数はステータコアセグメントのステータ磁極の数に等しい請求項１８に記載の回転電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電動機に関し、より特定的には、半径方向に厚さが変化する磁極片を有する永久磁石電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
Maslovらの関連する米国特許出願第09/826,423号は、製造を簡易化し易くし、且つ効率的で柔軟な動作特性を可能にする改良された電動機の必要性に向けられている。車両駆動環境においては、例えば、広い速度範囲にわたって滑らかな動作が得られ、しかも最小の電力消費で高トルク出力能力を維持することが望ましい。このような車両電動機ドライブは、殆ど不便を感じることなく部品を交換できるようにするために、種々の構造的部品へ有利にアクセスできるようにすべきである。前記出願は、電磁石コアセグメントを環状リングに構成された分離した透磁性構造として記述する。このような配置により、磁束を集中させることができ、従来技術の実施形態と比較して有利な効果を得ることができる。
【０００３】
上述したMaslovらの出願に記述されているように、電磁石コアセグメントの分離により、個々の磁束を集中させることができ、磁束の損失、即ち他の電磁石部材との相互作用による有害な変圧器干渉効果を最小限にすることができる。１つの電極対を分離した電磁石グループとして構成することにより、動作上の利点が得られる。個々の磁極対の磁気経路を他の磁極グループから分離することで、磁極対の巻線の付勢が切換えられるとき、隣接するグループへの磁束変圧器効果をなくすことができる。グループ内に別の磁極がないことにより、グループ内の任意のこのような影響を防止することができる。他の利点は、電動機の構造的構成のような構造の３次元態様の利用から記述され、軸方向に整列したステータ磁極と軸方向に整列したロータ磁石が、機械のアクティブな空隙内の高度に集中した磁束分布密度を与える。このような構成は、同じ直径の空隙を有する従来の電動機より、同じ個々のアクティブな空隙表面積を有するより多くの磁極の数を提供し、及び／又はより広いアクティブな空隙表面積を提供する。
【０００４】
上述した構成で得られる磁束集中の効果に加えて、最近売出されたネオジウム−鉄−ボロン（NdFeB）磁石材料は、ブラシレス機械に以前使用された他の永久磁石材料より大きい磁束密度を生じることができ、従って、トルク出力キャパシティが増加する。多数の磁極を備える電動機で、高密度を生じる永久磁石を使用することは、コギングトルク（トルク変動）により生じる不所望の影響を改良することに関係する。コギングトルクは、ロータに取り付けられた永久磁石と、選択的に付勢されていないステータ磁極の間の磁気引力により生じる。この引力は、ロータ磁石をステータ磁極と反対の釣合い位置へ移動させ、それらの間の磁気抵抗を最小限にしようとする。ステータの付勢によりロータが駆動されて回転すると、付勢されていない電磁石セグメントとの磁気相互作用により生じるコギングトルクの大きさと方向は、周期的に交互に反対方向に変わり、付勢されたステータセグメントにより生じるトルクに加えられる。これを補償しなければ、コギングトルクは、ロータの回転と共に突然に方向を変える場合がある。もしコギングトルクが非常に大きければ、回転の障害になり、また機械的振動の源となり、これは正確な速度制御と滑らかな運転という目的には有害である。
【０００５】
コギングトルクの発生の例示として、同時係属中の特許出願第09/826,422号を考える。この出願の開示内容を参照する。図１は、ロータとステータ要素を示す例示の図である。ロータ部材20は、環状リング構造であり、相互に間隔をおき円筒形のバックプレート25に沿ってほぼ均一に分布した永久磁石21を有する。永久磁石は、環状リングの内面に沿って磁気極性が交替するロータ磁極である。ロータがステータ部材30を取り囲み、ロータとステータ部材は、環状の半径方向空隙により離間される。ステータ30は、空隙に沿って一様に分布した均一な構造の複数の電磁石コアセグメントを備える。各コアセグメントは、空隙に面する表面32を有する２つの磁極を形成する全体としてＵ形の磁気構造36を備える。磁極片の脚には巻線38が巻かれているが、コアセグメントは、磁極対を結合する部分上に形成された１つの巻線に適合するような構造でも良い。各ステータ電磁石コア構造は、隣接するステータコア要素から分離し、磁気的に切り離されている。ステータ要素36は、非透磁性の支持構造の固定され、それにより環状構成を形成している。この構成は、隣接するステータ磁極グループからの浮遊変圧器磁束放射の影響を減らす。適切なステータ支持構造（能動的な電動機の要素がより明確に分るようここには例示しない）は、前述した特許出願に記述されている。
【０００６】
図２は、電動機の作動中の２つの隣接するステータコア要素36の一部の平面配置図であり、磁極面32はA-Dで示し、電動機作動中に0〜5で示すロータ磁石との位置関係を示す。ロータが左から右へ移動する期間の時刻（t1〜t3）のとき、ロータ磁石の位置を(A)〜(C)で示す。時刻t1で、A-Bステータ磁極対の巻線は、一方向に流れる電流で付勢され、Aに強いS極、Bに強いN極を形成する。C-Dステータ磁極対の巻線は付勢されない。ロータの位置を(A)に示す。N磁石1とS磁石2がステータ磁極Aと重なる。S磁石2とN磁石3がステータ磁極Bと重なる。このとき、磁石3は、磁極Cと重なる位置へ近づいている。S磁石4が磁極Cとほぼ整列し、N磁石5が磁極Dとほぼ整列している。このとき、S極AとN極磁石1の間の吸引力と、N極BとS極磁石2の間の吸引力と、N極BとN極磁石3の間の反発力とにより、電動機を動かすトルクが生じる。磁極CとDは、磁石4と5の吸引力により、それぞれ弱くNとSに磁化される。この吸引力については、最小の磁気抵抗にしようとするものであるが、電動機駆動トルクとは反対である。
【０００７】
時刻t2で、ロータは(B)で示す位置まで移動する。磁極対A-Bの巻線の付勢は、オフにされる。C-D磁極対は、付勢されていない。磁石1と2は、それぞれほぼ磁極AとBと整列する。N磁石3とS磁石4は磁極Cと重なる。S磁石4とN磁石5は磁極Dと重なる。磁極AとBは、それぞれ弱いSとNの磁気を有する。ステータ磁極CとDは、NとSの両方のステータ磁石により影響される。磁極Cは、N極磁石3とS極磁石4の間の磁束経路にある。磁極Dは、S極磁石4とN極磁石5の間の磁束経路にある。コギングトルクが生じ、このコギングトルクは電動機の駆動トルクと反対であり、ロータ磁石が付勢されていないステータ磁極と直接整列する位置から一部整列する位置へ移動すると、コギングトルクの大きさが変化する。
【０００８】
時刻t3で、ロータは(C)で示す位置まで移動する。磁極対A-Bの巻線の付勢は逆にされ、磁極Aに強いN極が、磁極Bに強いS極が生じる。C-D磁極対の巻線は付勢されていない。N磁石1とS磁石2は、ステータ磁極Bと重なる。S磁石0とN磁石1はステータ磁極Aと重なる。このとき、S磁石2は、磁極Cと重なる位置へ近づいている。N磁石3は、磁極Cとほぼ整列し、S磁石4は、磁極Dとほぼ整列する。
【０００９】
上述したように、反対方向のコギングトルクが、回転が進行すると回転角度位置によって変化し、電動機を回転させるトルクに影響する。コギングトルクは、ロータ磁石が空隙を隔ててステータ磁極に対向しようとする移行ポイントで最も大きい。永久磁石の全体として矩形の先端部が矩形のステータ磁極の平行な縁部に近づくとき、コギングトルクの突然の変化が起こる。ネオジウム−鉄−ボロン（NdFeB）磁石材料等の高エネルギー密度磁石材料の使用は、ロータ永久磁石の近傍の空隙で大きい磁束密度を与え、この効果を高め、不所望の振動が目立つようになる場合がある。ステータ磁極とロータ磁石の軸方向に整列した列のような多数のステータ磁極とロータ磁極を有する電動機は、さらに大きなコギングトルクの影響を生じる場合がある。同様に、コギングトルクは、単一のステータコアを有する電動機では、異なる程度で生じる。
【００１０】
コギングトルクの影響を最小限にするため色々の技術が利用されている。このような技術は、ロータの位置に対する磁気抵抗の変化速度を減らそうとし、機械内部の磁束を減らそうとし、又は個々の磁極で生じるコギングトルクが相互に打ち消しあうように単一のステータコア内の磁極を移動ようと試みている。電子的方法を使用して、永久磁石と電磁石表面の間に起こる電磁的相互作用の強さを制御することができる。このような方法は、電動機制御アルゴリズムと同時に実行される複雑な制御アルゴリズムを含み、電動機の全体の性能を低下させる傾向があるので不利である。磁束密度を減らすと、新しい磁石材料により得られる利点と、上述した同時係属中の出願の磁束集中技術により得られる利点がなくなってしまう。従来の単一のステータコア構造で磁極の位置を移動させると、磁極の大きさ、位置、数が制限され、最適の動作をするよう配置にすることができない。
【００１１】
他のアプローチは、ステータ磁極の形状を変えることにより、機械の構造を改変しようとする。従来積層して作られる従来技術のステータ磁極は、容易に改変することができない。利用できる積層体の機械加工プロセスは、従来のパターン、特に３次元のパターンを作り直す能力が限定されている。このような積層構造を改変するには、複雑でコストがかかり、実行するのは困難である。
【００１２】
従って、特に高い磁束密度の大きさと集中を有し、電動機の効率的な動作と制御能力を損なわず、コストと用途が実用的で、電動機のコギングトルクの有効な補償方法の必要性がある。
【００１３】
同時係属中の出願第10/160,257号は、ステータ磁極表面の幾何学的構成とロータ磁石表面の幾何学的構成が相互に斜めになるように、ステータ磁極表面又はロータ磁石表面を形作ることにより、この必要性を扱う。斜めの構成の効果は、永久磁石が回転経路を横切るとき、ロータ磁石と付勢されないステータの電磁石の磁極の間の相互作用により生じるコギングトルクの変化速度を低下させることである。色々な特定の形状に形成できる柔らかい透磁性の媒質等のコア材料を使用することにより、ステータ磁極を選択的に形作ることができる。これらの材料はまた、意図した用途には異方性の磁気特性を有するように形成することができる。例えば、コア材料はFe、SiFe、SiFeCo、SiFeP粉末材料の柔らかい磁石の等級から製造することができ、これらの各々は、独自の電力損失、透磁性、飽和レベルを有する。これらの材料は、当初から任意の所望の３次元構成に形成することができるので、形成された硬い積層材料を機械加工する必要がない。
【００１４】
同時係属中の出願第10/160,254号は、軸方向に間隔をおいた複数のロータとステータ要素の対に生じるコギングトルクの影響を相殺することにより、上述の必要性を扱う。分離した軸方向に配置された各ステータコアの磁極は、軸方向に相互にずらされ、即ちオフセットされ、円周方向のステータ磁極の間の位置関係の制限を受けずに、コギングトルクの影響をキャンセルする。又は、円周方向と軸方向に配列されたロータの永久磁石は、軸方向に相互にオフセットされ、永久磁石の合計数又は円周方向の位置の制限を受けずに、コギングトルクの影響をキャンセルする。
【００１５】
同時係属中の出願第10/160,254号は、磁極の厚さが変化するステータ磁極を与えることにより、上述の必要性を扱う。磁極片のバルク厚さを選択的に変化させると、ステータ磁極と永久磁石の磁極片の間のカップリング点における、有効な磁束の集中が変化する。磁極片とロータ磁石のアクティブなインターフェース領域を変えることなく、均一な空隙が保持される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
トルク出力能力に悪影響なく、トルクのリプルとコギングトルクの影響を最小限にすることは、依然として重要な目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、磁極の厚さが変化するステータ磁極を提供することにより、上述の必要性を少なくとも部分的に満たす。磁極はベース部分を有し、空隙において、磁極片で終端する。磁極片は、分厚いベース部分から円周方向に延びる。本発明によれば、磁極片のバルク厚さを選択的に変化させると、ステータ磁極と永久磁石の磁極片の間のカップリング点における有効磁束の集中が変化する。本発明の利点は、アクティブなインターフェース面積に変化がなく、均一な空隙が維持されることである。従って、空隙又はアクティブな表面積により起こる局所的な磁気回路インターフェースの磁気抵抗に変化はない。
【００１８】
本発明の別の利点は、ステータ磁極の厚さを円周に沿って変化させることにより、各ステータ磁極／ロータ永久磁石のインターフェースのトルクシグナチャー(signature)を選択的に変化させ、電動機の動作を滑らかにできることである。磁極片は、磁極のベースに対してテーパのついた先端縁又は後端縁を有し、回転の特定の位置における有効な磁束密度を変化させる。本発明の他の態様によれば、磁極片を磁極ベースに対して中心からシフトさせることにより、上述した目的が達成される。例えば、磁極片の延長部の厚さを比較的一定とし、磁極材料のバルクを磁石の回転方向に対して後端縁に向かって配置すると、有利な効果を得ることができる。この効果はさらに、磁極片延長部の厚さを変えることによりさらに改良される。
【００１９】
本発明の構造的特徴は、回転軸の周りの円周上に分布した複数の永久磁石を有するロータと、ほぼ均一の寸法の半径方向の空隙だけロータから間隔をおいたステータとを備える電動機により実現される。ステータは、空隙の周りに分布した複数の磁極を有する。各ステータの磁極は、ベース部分と、空隙に面する磁極片を形成されている。磁極片は、ベース部分から円周方向の両方向に延びても良い。磁極片の延長部は、半径方向に厚さが変化し、空隙の寸法はほぼ均一に維持される。磁極片の厚さの変化と、磁極片の何れかの端部とベース部分の間の相対的間隔を選択して、意図する用途の機械のトルクと力のシグナチャーを調整する。
【００２０】
磁極片は、延長部の何れか又は両方に沿って厚さにテーパが付き、先端及び／又は後端に向かって狭くなっていても良い。又は、磁極片は、両方の延長部で同じ円周方向に厚くなるようにテーパがつき、一方の端部が他方の端部より実質的に厚くなるようにしてても良い。さらに、磁極片はベース部分の中心に対してオフセットし、磁極の有効厚さがさらに変化するようにしてもよい。もしオフセットがそれ自体で意図したようにトルクリップルを滑らかにするのに十分であれば、磁極片延長部は、比較的均一な厚さで形作っても良い。好ましくは、ロータの永久磁石は２極性であり、その各々が空隙に面する表面で１つの磁気極性を有し、相互に間隔をおいている。円周方向の各磁石の長さは、円周方向の各ステータ磁極片の長さとほぼ同じであっても良い。
【００２１】
上述した磁極構造は、複数の分離し強磁性的に切り離された電磁石コアセグメントを有するステータ配置により与えることができる。図１に示すように、各セグメントは磁極対を形成されていても良い。ステータは、軸方向に１つの磁極と、円周方向に複数の磁極対を包含する単一の環状リングである。他の配置では、スタータ磁極の複数のリングは、軸方向に間隔をおき、複数の分離し強磁性的に切り離された電磁石コアセグメントにより形成される。各コアセグメントは、ほぼ回転軸の方向に延びる１つ又はそれ以上の連結部分により一体に結合した複数の磁極を備える。従って、ステータは、軸方向に複数の磁極を形成し、各セグメントの１つの磁極が、各リングの円周方向に分布している。後者の配置では、ロータは、空隙に沿って円周方向に配置された分離した磁石の軸方向に間隔をおいたリングで形成されていて、ロータのリングの数はステータコアセグメントのステータ磁極の数に等しい。
【００２２】
本発明の別の利点は、当業者には次の発明の詳細な説明から容易に明らかになるであろう。本発明の好適な実施の形態が記述されているが、発明を実施するための最良の形態を例示するものである。本発明は、他の又は異なる実施の形態でも可能であり、幾つかの詳細な点は、発明から離れることなく、色々な明らかな態様で改変することができる。従って、図面と説明は、例示のためのものであり、発明を制限するものではない。
図面は本発明を例示するものであり、発明を制限するものではない。同じ参照番号は、同様の要素を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の概念は、図１の電動機のように、半径方向空隙の近くに同心に配置され、円周上に配置された１対のロータとステータ要素を有する電動機に適用でき、また軸方向に間隔をおいた２つ又はそれ以上の複数対のロータとステータ要素を有する電動機に適用できる。図３は、図１に示す電動機の部分的平面配置図であり、本発明により、ロータ永久磁石表面に対して、ステータ磁極が改変されている。この配置図は、ロータとステータが相互に空隙により分離され、同心の関係に配置された回転電動機の代表例である。
【００２４】
連続的に磁極が交替するロータ磁石21が示される（配置が明らかになるように、支持構造は示さない）。ステータコア要素36aと36bは、それぞれベース部分31と磁極片部分32を有する１対の磁極を備える。磁極は、連結部分33により相互に一体に連結される。各磁極対を付勢する巻線（図示せず）は、よく知られているように磁極ベース上又は連結部分上に形成することができる。各磁極片は、磁極片延長部37と39により、磁極ベース部分から、円周方向の両方向に外側に延びる。磁極片延長部37は、ベース部分から半径方向厚さにテーパがついていて、磁極片の端部で最も寸法が狭くなっている。磁極片延長部39は、比較的小さい均一厚さの部分を有する。明確に例示するため、図には２つのステータセグメントのみを示すが、任意の数のステータを用いることができる。
【００２５】
この例示では、動作中ロータ磁石は左から右方向へ回転する。従って、磁石21の先端部は、最初にステータのテーパがついた磁極片延長部37に近づく。記述を明確にするため、磁極片延長部37は先端延長部とし、磁極片延長部39は後端延長部とする。さらに、左側のステータセグメント36aの巻線は、磁石21がステータの磁極片に近づき整列する期間中は付勢されない。永久磁石21により空隙を横切って生じる磁束が、磁石とステータ磁極の間の吸引力を生じる。重なりの移行点において、磁石21の先端部が、磁極片延長部37に近づく。テーパのついた磁極片の厚さはこの点で最小であり、磁極片を通る強磁性磁束経路は最小なので、結果としてのコギングトルクは突然に大きくなることはない。テーパのおかげで、磁極延長部を通る磁束経路は次第に増加し、それにより、コギングトルク効果を滑らかにする。図に示すように、これらの要素が、ステータセグメント36bに対して重なる位置にあるとき、ステータ磁極片と永久磁石の間の磁束鎖交数は、最大になる。後端部磁極片39は、比較的厚さが薄いので、重なるロータ磁石の後端部において、有効な磁束鎖交数が少なくなる。従って、大きいコギングトルクの変動が避けられるので、磁極片構造は、改善されたトルクシグナチャーを与える。
【００２６】
図４は、図３に示す構造の変形例を示す。この構造が図３と異なる点は、後端磁極片延長部39が磁極ベースと端部の間で磁極片延長部37と同じようにテーパがついていることである。従って、後端部の磁束鎖交数は、後端磁極片延長部39に向かって漸進的に減少し、通過するロータ磁石の吸引の効果はさらにコギング効果を滑らかにする。図４の磁極構造は、電動機の回転の各方向についてほぼ同じ効果を与えるという別の利点もある。磁極片延長部テーパの角度は、空隙の磁束鎖交数の変化速度に影響するので、最適のトルクシグナチャーを与えるようにテーパ角度を選択することができる。
【００２７】
複数のステータ磁極対があるので、特定の電動機の用途と構造の配列に所望の動作特性を得るため、色々の巻線付勢パターンのオプションが可能である。巻線の付勢シークエンスとタイミングにより、複数の磁極対が、重なり合う間隔で消勢することを必要とするかもしれない。色々の磁極対のそれぞれのコギングトルクの影響は、追加的及び／又は減算的であるかもしれないので、磁極の構成を選択するにあたっては、全体のトルクシグナチャーを考慮に入れるべきである。図５は、図３の構造の他の変形例を示す。後端部磁極片延長部39は、半径方向の厚さが磁極ベースと端部の間で増加している。両方の延長部は、同じ方向にほぼ同じ角度でテーパがついている。厚さが増加しているので、ロータ磁石と他のステータ磁極の間の相互作用により発生するコギングトルクを打ち消す効果を与える場合がある。
【００２８】
図６と７は、図３〜５に示す前述した実施形態の追加的な変形例である。図６と７の配置では、磁極片は、ベースからオフセットされ、前述の実施形態より長い先端部延長部37を形成し、事実上後端部延長部がない。磁極片延長部37は、半径方向厚さが比較的薄く、図６では比較的均一であり、図７ではテーパがついている。磁極片延長部37は磁束鎖交数を少ししか与えず、厚いベース部分よりコギングトルクにずっと小さい影響しか与えない。磁石21の先端部が厚いベース部分と重なる位置に来る点は遅れがあるので、コギングトルクの波形の大きさはシフトする。
【００２９】
上述したステータ磁極構造の変形例は、他のステータ／ロータ構造に適用することができる。例えば、一体的な連続ステータコアを有するステータは、図３〜７について記述したような突起した磁極を形成し、コギングトルクを補償しても良い。このような磁極の構成とし、磁石とステータ磁極の単一の軸方向に整列した列を有する電動機のコギングトルクの出現を減少させることができる。
【００３０】
図８は、同時係属中の出願10/067,305号に開示されたような電動機の３次元分解斜視図である。電動機15は、環状永久磁石ロータ20と、半径方向の空隙により離間されている環状ステータ構造30とを備える。複数の強磁性的に切り離されている透磁性材料性のステータコアセグメント要素36が、支持構造50により支持され、これがセグメントの強磁性的な切り離しを維持する。セグメント36は、透磁性材料性で形成され、空隙に面する磁極表面32と一体構造である。各コアセグメントの磁極表面は、図示するように表面積が異なってもよく、又は同一の表面積の構成としても良い。各ステータコアセグメント要素36は電磁石であり、コア材料上に形成された巻線38を含んでいる。付勢電流の方向を公知のように反転させると、各電極の磁気極性が反転する。ロータは、軸方向に間隔をおき、空隙について円周方向に分布した３つのロータ磁石22−24のリングを有する永久磁石セクション21を備える。ロータはまた、バック鉄リング25を備え、その上に永久磁石が取り付けられる。ステータ支持構造50は、静止したシャフトに固定されてもよく、ロータは、ハウジング内に取り付けられ、適当なブッシングとベアリングによりシャフトに連結される。
【００３１】
図８に示すステータ磁極は、図３〜７の変形例の何れかに示したもので構成することができる。多数の磁石とステータ磁極が、円周方向と軸方向の両方向に設けられるので、起こり得る大きなコギングトルクによる妨害を補償することができる。
【００３２】
この開示では、本発明の好適な実施形態のみを記述するが、本発明は色々の他の組合わせと環境で使用することができ、ここに記述した発明の概念の中で改変し、修正することができる。例えば、図面に示した各配置図は、セグメントでない単一のステータコアに使用しても有利な結果を得ることができる。また、例示した例ではステータのピッチは、説明の明確のため、ロータ磁極のピッチとほぼ等しいが、１対のステータ磁極の間の円周方向距離は、ロータ磁石対の間の距離より大きくても小さくても良い。
【００３３】
ステータコア要素の特定の幾何学的構成を記述してきたが、粉末冶金技術を使用して事実上任意の形状を形成することができるので、ここに記述した発明の概念は、これらの構成の多くの変形を包含している。従って、特定のコア構成は、所望の磁束分布により調整することができる。例えば、磁極対の異なるセットが、それぞれ異なる構成の磁極片を有するようにすることも、本発明の概念に入る。
【００３４】
本発明の記述は、ロータにより囲まれたステータを記述するが、本発明の概念は、ロータがステータにより囲まれる電動機にも同様に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】同時係属中の出願09/826,422号に開示された電動機のロータとステータ要素を示す図である。
【図２】電動機の動作中の３つの時刻でのステータ磁極表面とロータ表面の相対的位置を示す部分平面配置図である。
【図３】本発明によるロータ永久磁石表面に対するステータ磁極の部分平面配置図である。
【図４】図３の実施の形態の変形例として、ロータ永久磁石表面に対するステータ磁極の部分平面配置図である。
【図５】図３の実施の形態の他の変形例として、ロータ永久磁石表面に対するステータ磁極の部分平面配置図である。
【図６】図３の実施の形態の他の変形例として、ロータ永久磁石表面に対するステータ磁極の部分平面配置図である。
【図７】図６の実施の形態の他の変形例として、ロータ永久磁石表面に対するステータ磁極の部分平面配置図である。
【図８】同時係属中の出願10/067,305号に開示される電動機に、図３〜６のステータ構造を組み込んだ軸方向に整列したステータとロータ要素を有する電動機の３次元分解斜視図である。
【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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【国際調査報告】
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