(57)【要約】回転式電気モーターは、回転軸周りに同軸に配置されている、別々で強磁性的に分離されている複数の電磁石コア部分を備えた固定子（２２）を有している。軟磁気透過性媒体のようなコア材料は、様々な特殊な形状を容易に形成できる。コア部分は、非強磁性構造によって支持されている。回転子（１０）は、固定子と空隙分離れて面している表面を有する複数の永久磁石を備えており、前記表面は共通の幾何学形状を有している。固定子極表面の幾何学形状と回転子磁石表面の幾何学形状は、互いに斜めになっている。この斜めの配置の効果は、永久磁石がその回転経路を横断するときに、回転子磁石と電流が流れていない固定子電磁石の極との間の相互作用によって作り出されるコギングトルクの強さの変化率を緩和することである。
2005527176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転式電気モーターにおいて、
回転軸の回りに同軸に配置され環状の円筒形固定子リングを形成している、複数の別々の強磁性的に分離された電磁石コア部分を備えている固定子であって、前記コア部分は、それぞれ複数の極を備えているように構成されている固定子と、
前記固定子と同心で、前記固定子から或る円筒形の空隙だけ間隔を空けて配置されている円筒形の環状回転子であって、前記空隙に面している表面を有する複数の永久磁石を備えている回転子と、を備えており、
前記固定子コア部分の極は、前記空隙において共通の表面幾何学形状を有しており、
前記永久磁石の表面は共通の幾何学形状を有しており、
前記固定子極の表面形状と前記回転子磁石の表面形状は、互いに斜めになっていることを特徴とする回転式電気モーター。
【請求項２】
前記固定子極の形状は、前記回転軸に対して斜めになっていることを特徴とする、請求項１に記載の回転式電気モーター。
【請求項３】
前記回転子磁石の形状は、前記回転軸に対して斜めになっていることを特徴とする、請求項１に記載の回転式電気モーター。
【請求項４】
前記固定子コア部分は、非強磁性支持構造に取り付けられており、互いに強磁性的に接触すること無く前記固定子リング内に分散配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転式電気モーター。
【請求項５】
前記各固定子コア部分の隣接する極は、連結部分で互いに一体に連結されており、前記リンク部分の上には巻線が形成され、電流が流れると、隣接する固定子極には逆の極性の磁極が生じることを特徴とする、請求項１に記載の回転式電気モーター。
【請求項６】
前記各固定子部分の複数の極は、前記回転軸に平行な方向に整列していることを特徴とする、請求項１に記載の回転式電気モーター。
【請求項７】
全ての固定子極は、前記回転軸に垂直な方向に整列しており、前記固定子リングの、前記軸方向における寸法が１つの固定子極であることを特徴とする、請求項１に記載の回転式電気モーター。
【請求項８】
前記各コア部分は少なくとも３つの極を備えていることを特徴とする、請求項６に記載の回転式電気モーター。
【請求項９】
前記複数の回転子永久磁石は、前記空隙に沿って円周状に配置されている別々の磁石の軸方向に間隔を空けて配置されているリングを形成しており、前記リングの数は、前記固定子コア部分の中の固定子極の数と等しく、
前記リング内の対応している磁石は、列になって軸方向に整列していることを特徴とする、請求項６に記載の回転式電気モーター。
【請求項１０】
前記各回転子の永久磁石は、それぞれのリング及び軸方向の列の中で隣接している永久磁石の磁気的極性と反対の磁気的極性を有していることを特徴とする、請求項９に記載の回転式電気モーター。
【請求項１１】
前記電磁石のコア部分は、粉末金属材料で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転式電気モーター。
【請求項１２】
前記各永久磁石は、前記空隙に面する表面に１つの磁気的極性を有し、前記空隙から離れて面する表面に逆の磁気的極性を有する磁気双極性であり、それによって磁気極の向きを前記空隙に垂直な方向に形成していることを特徴とする、請求項１に記載の回転式電気モーター。
【請求項１３】
回転式電気モーター用の固定子において、
回転軸の周りに同軸に配置され、内径と外径を有する環状の円筒形固定子リングを形成している、複数の別々の電磁石コア部分を備えており、
前記各コア部分は、連結部分によって互いに一体に連結されている複数の極を備えており、
前記極は、それぞれ、下に配置されているベース部分と、前記回転軸に対して斜めになっている極シュー部分とを備えており、
前記固定子コア部分は、非強磁性支持構造に取り付けられており、互いに強磁性的に接触すること無く、前記固定子リング内に分散配置されていることを特徴とする回転式電気モーター用の固定子。
【請求項１４】
回転式電気モーターにおいて、
回転軸の回りに同軸に配置され環状の円筒形固定子リングを形成している、複数の別々の強磁性的に分離された電磁石コア部分を備えている固定子であって、前記コア部分は、それぞれ複数の極を備えているように構成されている固定子と、
前記固定子と同心で、前記固定子から或る円筒形の空隙だけ間隔を空けて配置されている円筒形の環状回転子であって、前記空隙に面している表面を有する複数の永久磁石を備えている回転子と、を備えており、
全ての前記固定子コア部分の極は、前記空隙で共通の表面幾何学形状を有しており、
全ての前記永久磁石の表面は、前記固定子極の表面幾何学形状と異なる共通の幾何学形状を有していることを特徴とする回転式電気モーター。
【請求項１５】
前記各固定子部分の前記複数の極は、前記回転軸に平行な方向に整列していることを特徴とする、請求項１４に記載の回転式電気モーター。
【請求項１６】
全ての前記固定子極は、前記回転軸に垂直な方向に整列しており、前記固定子リングの前記軸方向における寸法が１つの固定子極であることを特徴とする、請求項１４に記載の回転式電気モーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転式電気モーターに関しており、厳密には、幾何学的に互いに斜めになった面を有する複数の回転子及び固定子極を備えている永久磁石モーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２０００年５月１６日出願のＰｙｎｔｉｋｏｖらの同時係属中の米国特許出願第０９／５７１，１７４号、２００１年４月５日出願のＭａｓｌｏｖらの同時係属中の米国特許出願第０９／８２６，４２３号、２００１年４月５日出願のＭａｓｌｏｖらの同時係属中の米国特許出願第０９／８２６，４２２号、２００１年１０月１日出願のＭａｓｌｏｖらの米国特許出願第０９／９６６，１０１号、及び２００２年２月７日出願のＭａｓｌｏｖらの同時係属中の米国出願第１０／０６７，３０５号に関係する主題を含んでおり、これらは全て本出願と共に一般譲渡される。これらの出願の開示を、参考文献としてここに援用する。
【０００３】
上に述べたＭａｓｌｏｖらの同時係属中の関連米国特許出願第０９／８２６，４２３号は、製造を単純化し、効率的で柔軟性のある作動特性を有する改良型モーターに対する需要を見極め、これに取り組んでいる。例えば車両の駆動環境では、最小の電力消費で高いトルク出力能力と低い脈動を維持しながら、広範囲な速度に亘って円滑な作動を達成することが強く望まれている。そのような車両のモーター駆動系では、殆ど不便さの無い状態で部品を交換するため様々な構造構成要素に容易にアクセスできるように、巧く構成できなければならない。上記同時継続中の関連米国特許出願は、電磁石コア部分を、環状リングの形になった分離された磁気透過性構造体として形成することについて述べている。そのような装置では、磁束を集中させ、先行技術による実施形態に勝る効果を提供することができる。
【０００４】
上記Ｍａｓｌｏｖらによる出願に記載されているように、電磁石コア部分を分離することにより、他の電磁石部材による磁束損失又は有害な変圧器干渉効果を最小にしながら、電磁石コア内で磁束が個別に集中できるようになっている。一つの極対を分離された電磁石グループとして構成することによって、作動上の利点を得ることができる。個々の極対と他の極グループの磁気経路を分離することによって、極対の巻線に流れる電流が逆向きに切り替わるときの、隣接するグループへの磁束変圧器効果が取り除かれる。グループ内に他に極が無ければ、グループ内のそのような影響は回避できる。軸方向に整列した固定子極と軸方向に整列した回転子磁石が、機械の有効空隙内に、高度に集中した磁束密度分布を作り出す構造的構成のような三次元態様のモーター構造の利用から生じる更なる利点について説明している。そのような構成は、同じ空隙直径を有する従来型のモーターよりも、同じ個別有効空隙表面積でより多数の極を、及び／又は、より広い総有効空隙表面積を提供する。
【０００５】
上記構成で得ることのできる磁束集中の利点に加えて、最近導入されているネオジム鉄ホウ素（ＮｄＦｅＢ）磁性材料は、以前にブラシレス機械で用いられていた他の永久磁性材料よりも高い磁束密度を作ることができる。多数の極を備えたモーター内に高密度を作り出す永久磁石を使用するときには、コギングトルクにより生じるかもしれない望ましくない影響を改善することが関心対象になる。コギングトルクは、回転子に取り付けられている永久磁石と、選択的に磁化される状態にないその固定子極との間の磁気引力によって作り出される。この引力は、回転子の磁石を、固定子極と整列する平衡位置へ動かして、両者の間の磁気抵抗を最小にしようとする。固定子に流れる電流によって回転子が回転駆動されるにつれ、電流の流れない電磁石部分との磁石の相互作用によって生まれるコギングトルクの大きさと方向は、電流が流れる固定子部分によって作り出されるトルクと反対方向に周期的に変化する。補償が無ければ、コギングトルクは、回転子の回転により急に方向を変化えることになる。コギングトルクは、相当に大きければ、回転の妨げになり、正確な速度制御と円滑な作動という目的に有害な機械的振動の源になる。
【０００６】
先行技術には、様々なコギングトルクの最小化技法が存在する。そのような技法は、回転子の位置に対する磁気抵抗の変化率を下げるか、機械内の磁束を減らすか、個々の極によって生じるコギングトルクが互いに相殺するように極をシフトしようとするものである。電子的方法を用いて、永久磁石と電磁石表面の間に起こる電磁相互作用の強さを制御することもできる。そのような方法は、モーター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伴い、モーターの全体性能を低下させる傾向がある点で不都合である。代替案は、磁気回路内の磁束密度を下げることであろう。磁束を減らすのは、最近の永久磁石材料と、上記同時係属中の出願の磁束集中技法から得られる利点が犠牲になる。
【０００７】
別の方法は、固定子極の形状を変更することによって、機械の構造を修正することである。先行技術による固定子極は、通常は層を積み重ねて作られ容易には変更できない。そのような層状構造体の制約のある修正の範囲に影響を及ぼすのに必要な機械加工工程は、複雑で経費が掛かる。
【０００８】
従って、高い磁束密度と磁束集中を有するモーターにおいて、実行可能な経費と適用性を維持しながら、モーターの効率的作動と制御能力を損なわない、効果的なコギング補償が必要とされている。
【０００９】
【特許文献１】米国出願第０９／５７１，１７４号
【特許文献２】米国出願第０９／８２６，４２３号
【特許文献３】米国出願第０９／８２６，４２２号
【特許文献４】米国出願第０９／９６６，１０１号
【特許文献５】米国出願第１０／０６７，３０５号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の利点は、少なくとも部分的には、様々な特殊な形状を形成し易い柔らかな磁気透過性媒体のようなコア材料を使用することによって達成される。例えば、コア材料を、それぞれが固有のパワーロスと、透過性と、飽和レベルとを有する軟磁石等級のＦｅ、ＳｉＦｅ、ＳｉＦｅＣｏ、ＳｉＦｅＰ粉末材料で製造する。固定子要素のコアの幾何学形状とコア寸法は、関連語許容差で、層を形成すること無く形成することができるので、回転子の永久磁石の連結されている極と固定子の電磁石との間に作り出される磁位勾配を最適化するように作ることができる。軟鉄材料によって提供される柔軟性を利用して様々な形状を作ることによって、コギングトルクの変化が急でないように、磁位勾配を精緻に変化させることができる。従って、モーター制御トルクの生成能力を損なうことなく、より円滑な作動を得ることができる。
【００１１】
本発明の利点は、固定子極と回転子極の関係を調整して、永久磁石要素を電流が流れていない電磁石極と連結する磁束分布を、両者の間の相対位置の関数として制御できることである。本発明のそのような構成の構造的特徴は、回転子と固定子を備えていて、且つそのそれぞれが角度を張るリング構成に配置され、互いに環状の半径方向空隙だけ離して配置されているモーターで具現化される。固定子は、回転軸の回りに同軸に配置されている複数の別々の一体型電磁石のコア部分を備えている。各コア部分は、一体に連結されている２つ又はそれ以上の極を備えている。巻線は連結部分上に形成され、電流が流れると、隣接する固定子極に逆の極性の磁極を作り出す。
【００１２】
固定子のコア部分は、非強磁性支持構造に取り付けられ、互いに強磁性的接触をすること無く固定子リング内に分散配置されている。従って、電流が流れていない巻線を有するコア部分は、他の強磁性的に分離されているコア部分の巻線に電流を流すことによってそこに作り出される磁束を有していない。しかしながら、電流が流れていない電磁石のコア部分は、固定子極に面する空隙部分に近づき、通過するときに、回転子の永久磁石の運動によって作り出される磁束による影響を受ける。
【００１３】
本発明の或る態様によれば、固定子極は、全て、空隙に共通の表面幾何学形状を有している。回転子は、空隙に面して共通の表面幾何学形状を有する複数の永久磁石を備えている。固定子極の表面幾何学形状と回転子磁石の表面幾何学形状は、互いに対して斜めになっている。固定子極形状と回転子磁石形状のどちらか一方、又は両方が、回転軸に対して斜めになっている。この斜め配置の効果は、永久磁石がその回転通路を横断するときに、回転子磁石と電流の流れていない固定子電磁石の極の間の相互作用によって作り出されるコギングトルクの変化率を下げることである。
【００１４】
本発明は、これらの利点を、先に挙げた出願に開示されている様々な構造的実施形態に適用することができる。高い磁束生成材料から成る永久磁石は、双極性極性磁化が空隙に面するように回転子の表面上に配置される。回転子磁石表面と固定子極表面の間の斜めの関係を実施すると、軸方向に整列している一列の磁石と固定子極を有するモーターにコギングトルクの現われるのが緩和される。固定子極の各部分が回転軸に平行であるモーターのような、非常に多くの磁石と固定子極を有するモーターでは、斜めの関係は、潜在的に強力なコギングトルクの外乱を効果的に補償する。後者のモーターの全体的構造は、先に述べた同時係属中の出願に例示されている。別々の回転子永久磁石の２つ又はそれ以上の軸方向に間隔を空けて配置されているリングが、空隙に沿って円周状に配置されており、リングの数は、軸方向に整列している固定子のコア部分の回転子極の数と等しい。永久磁石の列は、互いに軸方向に間隔を空けて配置されており、各回転子の永久磁石は、各リングと軸方向の列の中で隣接している永久磁石の磁気的極性とは反対の磁気的極性である。
【００１５】
本発明の別の利点は、固定子極と回転子極の間の関係を調整して、固定子極表面の幾何学的パターンを、永久磁石表面の形状と異なるように構成することによって、コギングトルクを作り出す磁束分布を制御できることである。例えば、回転子磁石を長方形表面パターンで形成し、一方で固定子極表面をどの様な規則的又は不規則な幾何学形状パターンで形成してもよく、具体的なパターンの選択は、所与のモーター用例に必要な磁束分布に合わせて専用に作ることができる。
【００１６】
本発明の更なる利点は、当業者には、本発明を実施するに当って考えられる最良の方式を単に例示するために本発明の好適な実施形態だけを図示し説明している以下の詳細な説明から、容易に明らかになるであろう。理解頂けるように、本発明は、別の異なる実施形態でも具現化することができ、幾つかの細部は、本発明から離れることなく様々な明白な点で修正することができる。従って、図面及び説明は、例示に過ぎず、何ら限定を加えるものではないと理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の例を添付図面に示しているが、これは限定するものではなく、また図中の同様の数字は同様の要素を示している。
【００１８】
図１は、同時係属中の出願第０９／８２６，４２２号に開示されているようなモーターの回転子及び固定子要素を示す代表的な図であり、同開示をここに援用する。分かり易くするために、本発明の説明に有用な要素だけを示している。本発明を適用することのできる様々な例証的モーターの実施形態の幾つかについて更に詳しく説明するために、上記同時係属中の出願に言及する。
【００１９】
回転子部材１０は、円筒状裏板１４に沿って実質的に均等に配置された永久磁石１２を有する環状リング構造である。永久磁石は、環状リングの内側円周に沿って磁気の極性が交互に変わる回転子極である。裏板は、隣接する永久磁石極１２の間の磁気戻り経路として作用する磁気透過性材料を構成している。回転子は、固定子部材２０を取り囲んでおり、回転子部材と固定子部材は、環状の半径方向空隙で分離されている。固定子２０は、空隙に沿って均等に配置されている均一な構造を持つ複数の電磁石のコア部分を備えている。各コア部分は、空隙に相対する表面２６を有する２つの極を形成する略Ｕ字型の磁気構造体２４を備えている。極対の脚部には、巻線２８が巻き付けられている。替わりに、コア部分は、極対を連結する部分に形成された単一の巻線を収容するように作ってもよい。
【００２０】
各固定子電磁石のコア構造は、隣接する固定子コア要素から分離され、磁気的に絶縁されている。固定子要素２４は、非磁気透過性支持構造に固定され、環状リング構造を形成している。この構造は、隣接する固定子極グループからの漂遊変圧器磁束効果の放射を無くしている。
【００２１】
図２は、２つの隣接する固定子コア要素２２の極Ａ−Ｄと、回転子磁石の極０−５とのモーター作動中の関係を示す、部分平面配置図である。回転子磁石の位置を、回転子が左から右へ移動する期間中の３つの瞬間（ｔ1−ｔ3）に関し（Ａ）−（Ｃ）で示している。時間ｔ1では、Ａ−Ｂ固定子極対の巻線には、Ａに強力なＳ極を形成し、Ｂに強力なＮ極を形成する方向に流れる電流が流れている。Ｃ−Ｄ固定子極対の巻線には、電流は流れていない。回転子の位置を（Ａ）に示している。Ｎ磁石１とＳ磁石２は固定子極Ａに重なっている。Ｓ磁石２とＮ磁石３は固定子極Ｂに重なっている。このとき、磁石３は、極Ｃと重なる位置に近付いている。Ｓ磁石４は極Ｃと実質的に整列しており、Ｎ磁石５は極Ｄと実質的に整列している。このとき、Ｓ極ＡとＮ極磁石１の間の引力と、Ｎ極ＢとＳ極磁石２の間の引力と、Ｎ極ＢとＮ極磁石３の間の反発力とによって電動トルクが生まれる。極Ｃ及びＤでは、それぞれ、磁石４と５の引力によって弱いＮ及びＳの磁化が起こる。最小の磁気抵抗を維持しようとする引力は、モーターの駆動トルクには抵抗になる。
【００２２】
時間ｔ2では、回転子は、（Ｂ）で示す位置まで動いている。極対Ａ−Ｂの巻線に流れる電流は整流されている。Ｃ−Ｄの極対の巻線には、電流は流れていない。磁石１と２は、それぞれ極ＡとＢと実質的に整列している。Ｎ磁石３とＳ磁石４は、極Ｃに重なっている。Ｓ磁石４とＮ磁石５は極Ｄに重なっている。極Ａ及びＢでは、それぞれ、弱いＳ及びＮの磁化が起こる。固定子極Ｃ及びＤは、Ｎ及びＳ回転子磁石両方の影響を受ける。極Ｃは、Ｎ極磁石３とＳ極磁石４の間の磁束経路内にある。極Ｄは、Ｓ極磁石４とＮ極磁石５の間の磁束経路内にある。従って、モーターの駆動トルクに逆らい、且つ回転子磁石が電流の流れていない固定子極との直接整列から部分整列へ動くにつれて強さの変わるコギングトルクが生じる。
【００２３】
時間ｔ3では、回転子は、（Ｃ）の位置へ動いている。Ａ−Ｂ極対の巻線に流れる電流は逆向きになり、極Ａに強力なＮ極が生まれ、Ｂに強力なＳ極が生まれる。Ｃ−Ｄ極対の巻線には、電流は流れていない。Ｎ磁石１とＳ磁石２は固定子極Ｂに重なっている。Ｓ磁石０とＮ磁石１は固定子極Ａに重なっている。このとき、Ｓ磁石２は、極Ｃと重なる位置に近付いている。Ｎ磁石３は極Ｃと実質的に整列しており、Ｓ磁石４は極Ｄと実質的に整列している。
【００２４】
先に説明したように、逆向きのコギングトルクは、電動トルクに、回転の進行につれて相対角度位置と共に変動するという影響を与える。コギングトルクは、回転子磁石が空隙越しに固定子極に向き合おうとする遷移点で最も顕著である。コギングトルクの突然の変化は、永久磁石の略長方形の表面のリーディングエッジが、長方形の固定子極の平行なエッジに近づくときに起こる。回転子永久磁石付近の空隙に高い磁束密度を生じるネオジム鉄ホウ素（ＮｄＦｅＢ）磁性材料のような強力な磁石材料を使用すると、この望ましくない影響が実質的影響のある程度にまで高まる。
【００２５】
図３は、本発明による固定子極の表面と回転子の表面の相対位置の部分平面配置図である。図３の実施形態は、固定子極の表面の形状において、図２のモーターとは構造的に異なっている。回転子磁石の表面は、同じ長方形である。固定子極の表面は、回転子磁石の表面の長方形の向きに対して斜めになっている、同じ幾何学形状を有している。つまり、固定子極の長方形表面が、長方形でない平行四辺形に変わっているので、そのエッジは、回転軸又は回転子磁石の長方形表面のエッジとは、もはや平行ではない。磁石のリーディングエッジと、そこから、例えばＮ極３から生じる磁束とは、（図示のように）極Ｄの下側エッジと交差し、次いで極Ｄの上側エッジと交差する間に、或る決まった距離を移動しなければならない。従って、回転子磁石が空隙越しに固定子極と重なる関係に近づくときの遷移点におけるコギングトルクの変化は、図２の実施形態の場合のトルク変化よりも緩やかである。この具体的な図は例であり、斜めの程度及び方向を変えて、必要に応じて影響を変更できるものと理解頂きたい。
【００２６】
図４は、本発明の別の実施形態による固定子の表面と回転子の表面の相対位置の部分平面配置図である。図４の実施形態は、回転子磁石の表面の形状において、図２のモーターとは構造的に異なっている。固定子極の表面は、同じ長方形である。回転子磁石の表面は、固定子極の表面の長方形の向きに対して斜めになっている、同じ幾何学形状を有している。回転子磁石の表面は、長方形でない平行四辺形であり、そのエッジは、回転軸又は固定子極の長方形表面のエッジとは、もはや平行ではない。磁石のリーディングエッジと、そこから、例えばＮ極３から生じる磁束とは、（図示のように）極Ｄの下側エッジと交差し、次いで極Ｄの上側エッジと交差する間に、或る決まった距離を移動しなければならない。従って、回転子磁石が空隙越しに固定子極と重なる関係に近づくときの遷移点におけるコギングトルクの変化は、図２の実施形態の場合のトルク変化よりも緩やかである。斜めの程度及び方向を変えて、必要に応じて影響を変えることもできる。
【００２７】
図５は、様々な構造的構成の、位相当たりトルク対角度のグラフである。コギングトルクの電動トルクに与える影響は、これらの具体的な例の中では、１８度から２８度の範囲で最も顕著である。この範囲内の大きなトルク振動は、斜めの程度を調整することによって、受け入れ可能なレベルまで滑らかにすることができる。図３及び図４の実施形態では、固定子極の表面形状と回転子磁石の表面形状は、互いに対して斜めになっている。各図において、回転子磁石の表面形状（図３）か、固定子極の表面形状（図４）の何れかが、回転軸に対して斜めになっていない。しかしながら、回転子磁石の表面形状と固定子極の表面形状は、互いに対して斜めになっている限り、両方とも回転軸に対して斜めになっているのも本発明の概念の中に含まれる。
【００２８】
図６は、本発明の別の実施形態による固定子極の表面と回転子の表面の相対位置の部分平面配置図である。固定子２２は、軸方向に整列している複数の極を有する複数の別々の一体型電磁石コア部分を備えている。回転子１０は、空隙の回りに円周方向に配置され、固定子を取り囲んでいる双極性磁石の複数の軸方向の列を備えている。分かり易いように、３組の固定子部分の極と磁石の列を示しているが、固定子部分の極と回転子磁石の列の数がこれと違っていても、本発明の概念の範囲内にあると理解頂きたい。
【００２９】
固定子極の表面は、共通の長方形形状を有している。図４の実施形態と同様に、回転子磁石の表面は、固定子極の表面の長方形の向きに対して斜めになった共通の幾何学的形状を有している。回転子磁石の表面は、長方形ではない平行四辺形であり、外周のエッジは、回転軸又は固定子極の長方形表面のエッジと平行ではない。磁石のリーディングエッジとそこから生じる磁束は、（図示のように）磁石が軸方向に整列している固定子極の下側エッジと交差し、次いでその上側エッジと交差する間に、或る決まった距離を移動しなければならない。図４の実施形態でのように、回転子磁石が空隙越しに固定子極と重なる関係に近付くときの遷移点におけるコギングトルクの変化は、固定子と回転子の両方が長方形表面の場合に起こるトルク変化よりも緩やかである。コギングトルクの摂動が滑らかになると、複数の極と磁石によって起こる多数の遷移がある場合は特に有用である。
【００３０】
図７は、図６の各要素の三次元分解構造図である。回転子の双極性磁石の、軸方向に間隔を空けて配置されている複数の列１０は、円筒形の空隙の回りに円周方向に配置され、固定子コア部分２２を取り囲んでいる。回転子磁石は、空隙に沿って円周方向に磁気の極性が交互になっている。軸方向に整列している回転子磁石の各列では、中央の磁石は、空隙の表面において、両側の磁石の磁気極性とは逆の磁気極性を示す。固定子は、間隔を空けて配置されている複数の一体型電磁石コア部分を備えており、前記コア部分は軸方向に整列している多数の極を有している。巻線は、極の上又は極を連結するコア部分の上に形成してもよい。固定子コア要素用の非強磁性支持構造を含め、これらの回転子及び固定子要素に適用可能な支持構造に関する詳細な議論に関しては、同時係属中の出願第１０／０６７，３０５号を参照されたい。
【００３１】
図８は、本発明の別の実施形態による固定子極の表面と回転子の表面の相対位置の部分平面配置図である。図６の配置と同様の配置で、固定子２２は、軸方向に整列している複数の極を有する複数の別々の一体型電磁石コア部分を備えている。回転子１０は、空隙の回りに円周方向に配置され、固定子を取り囲んでいる双極性磁石の複数の軸方向の列を備えている。分かり易いように、３組の固定子部分の極と磁石の列を示しているが、固定子部分の極と回転子磁石の列の数がこれと違っていても、本発明の概念の範囲内にあると理解頂きたい。
【００３２】
回転子磁石の表面は、共通の長方形形状を有している。図３の実施形態と同様に、固定子極の表面は、回転子磁石の表面の長方形の向きに対して斜めになった共通の幾何学的形状を有している。固定子極の表面は、長方形ではない平行四辺形であり、外周のエッジは、回転軸又は回転子磁石の長方形表面のエッジと平行ではない。磁石のリーディングエッジとそこから生じる磁束は、（図示のように）磁石が軸方向に整列している固定子極の上側エッジと交差し、次いでその下側エッジと交差する間に、或る決まった距離を移動しなければならない。回転子磁石が空隙越しに固定子極と重なる関係に近付くときの遷移点におけるコギングトルクの変化は、固定子と回転子の両方が長方形表面の場合に起こるトルク変化よりも緩やかである。
【００３３】
図９は、図８の実施形態の回転子と固定子構造体の部分３次元図である。図から分かるように、回転子磁石の列１０と固定子コア部分２２は、回転軸に平行に整列している。しかしながら、固定子極の面は、軸に対して斜めになっている。
【００３４】
図１０（Ａ）−１０（Ｆ）は、図３及び図８の斜めの固定子極構成の代わりに、異なる幾何学的表面パターン形状を有する様々な別の固定子コア要素の極対を示している。各極対は、他の図面にあるような強磁性絶縁コアの一部であり、図６−９でのように回転軸に平行な方向か、又は図１−４でのように回転軸に垂直な方向に整列している。回転子磁石は、長方形の表面形状であるのが望ましい。回転子が左から右へ移動すると、磁石のリーディングエッジとそこから生じる磁束は、固定子極と可変的に重なり、コギングトルクの影響を緩やかにする。図示の幾何学的パターンは、用途に依って、所望の効果を提供作り出せるように専用化することもできる。
【００３５】
本開示では、本発明の好適な実施形態と、その幾つかの汎用性の例についてのみ説明している。本発明は、様々な別の組み合わせ及び環境の下で使用することができ、ここに記載している本発明の概念の範囲内で変更又は修正できることを理解頂きたい。例えば、図１０（Ａ）−１０（Ｆ）に示している形状は、固定子極の面が長方形か又は別の表面幾何学形状の場合の、回転子磁石として用いることもできる。
【００３６】
以上、固定子コア要素の具体的な幾何学的形状を示してきたが、ここに述べる本発明の概念は、粉末金属技術を使って事実上どの様な形状でも形成することのできるので、これら形状の数多くの変更を包含するものと理解頂きたい。従って、所望の磁束分布に合わせて特定のコア形状を専用に作ることができる。
【００３７】
本発明の説明は、固定子が回転子に取り囲まれているとしているが、本発明の概念は、回転子が固定子に取り囲まれているモーターにも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】同時係属中の出願第０９／８２６，４２２号に開示されているようなモーターの回転子及び固定子要素を示す代表的な図である。
【図２】モーター作動中の３つの瞬間の、固定子極表面と回転子表面の相対位置を示している、図１の要素の部分平面配置図である。
【図３】本発明による固定子極表面と回転子表面の相対位置の部分平面配置図である。
【図４】本発明の別の実施形態による固定子極表面と回転子表面の相対位置の部分平面配置図である。
【図５】様々な構造的構成の、位相当たりトルク対角度のグラフである。
【図６】本発明の別の実施形態による固定子極表面と回転子表面の相対位置の部分平面配置図である。
【図７】図６の要素の３次元分解構造図である。
【図８】本発明の別の実施形態による固定子極表面と回転子表面の相対位置の部分平面配置図である。
【図９】図８の実施形態の回転子及び固定子構造の部分３次元図である。
【図１０Ａ】図３及び図８の斜め固定子極構成の代わりに異なる幾何学的表面パターン構成を有する、別の固定子コア要素極の対を示している。
【図１０Ｂ】図３及び図８の斜め固定子極構成の代わりに異なる幾何学的表面パターン構成を有する、又別の固定子コア要素極の対を示している。
【図１０Ｃ】図３及び図８の斜め固定子極構成の代わりに異なる幾何学的表面パターン構成を有する、又別の固定子コア要素極の対を示している。
【図１０Ｄ】図３及び図８の斜め固定子極構成の代わりに異なる幾何学的表面パターン構成を有する、又別の固定子コア要素極の対を示している。
【図１０Ｅ】図３及び図８の斜め固定子極構成の代わりに異なる幾何学的表面パターン構成を有する、又別の固定子コア要素極の対を示している。
【図１０Ｆ】図３及び図８の斜め固定子極構成の代わりに異なる幾何学的表面パターン構成を有する、又別の固定子コア要素極の対を示している。
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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