(57)【要約】永久磁石モータは、相互作用する対をなすロータ永久磁石とステータ磁極との間の、該対の周方向長さに沿った半径方向距離の選択的変化を有するように構成される。全体的なトルク特性に対するコギングトルクの影響は、適切なエアギャップ変化プロフィールを設定することによって制御可能である。ステータ磁極及びロータ磁石表面は、互いに傾斜させられ、それらの間の角度は、所望のコギングトルク補償を得るように選択される。他のエアギャップ変化プロフィールは、凹形表面を設けることを含み、その凹形度は選択可能である。
2005529575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線周りに同軸に配置され、半径方向エアギャップによって離間されたステータ及びロータを備えた回転電動モータであって、
該ロータが、前記回転軸線周りに周方向に分布され、かつ該周方向において実質的に同じ長さである複数の永久磁石を備え、
ステータが前記エアギャップ周りに分布された複数の磁極を備え、前記磁極は、前記周方向に前記磁石の長さと実質的に同じ長さであり、
相互作用する対をなすロータ永久磁石とステータ磁極との間のエアギャップの半径方向距離が、前記対の周方向長さに沿って変化することを特徴とする回転電動モータ。
【請求項２】
前記相互作用する対の間の前記エアギャップの半径方向距離が、前記周方向に前記対の第１端から前記対の第２端までにわたって実質的に一様に減少することを特徴とする請求項１に記載の回転電動モータ。
【請求項３】
前記相互作用する対の永久磁石は、比較的一定の半径方向厚さであることを特徴とする請求項２に記載の回転電動モータ。
【請求項４】
前記相互作用する対の永久磁石の半径方向厚さが、前記第１端から前記第２端までにわたって減少することを特徴とする請求項２に記載の回転電動モータ。
【請求項５】
前記ステータ磁極は、半径方向厚さが変化する磁極片を備え、前記磁極片は、前記エアギャップに面する凹形表面を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電動モータ。
【請求項６】
前記ロータが前記ステータを囲むことを特徴とする請求項５に記載の回転電動モータ。
【請求項７】
前記永久磁石が、変化する半径方向の厚さと、前記エアギャップに面する凹形表面とを有することを特徴とする請求項１に記載の回転電動モータ。
【請求項８】
前記ステータが、分離され、強磁性的に隔離された複数の電磁石コアセグメントを備え、前記コアセグメントの各々が、前記磁極の少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１に記載の回転電動モータ。
【請求項９】
前記コアセグメントの各々が、ほぼ回転軸線方向に延びる１つ又はそれ以上の連結部分によって一体的に連結された複数の磁極を備え、
前記ロータの永久磁石が、前記エアギャップに面する表面を有し、前記エアギャップに沿って周状に配置された個別の磁石の軸方向に離間されたリングを形成し、前記リングの数は、ステータコアセグメントにおけるステータ磁極の数に等しいことを特徴とする請求項８に記載の回転電動モータ。
【請求項１０】
前記相互作用する対の間の前記エアギャップの半径方向距離が、前記周方向に前記対の第１端から前記対の第２端までにわたって実質的に一様に増加することを特徴とする請求項８に記載の回転電動モータ。
【請求項１１】
前記ステータ磁極は、半径方向厚さが変化する磁極片を備え、前記磁極片は、前記エアギャップに面する凹形表面を有することを特徴とする請求項８に記載の回転電動モータ。
【請求項１２】
前記永久磁石が、変化する半径方向の厚さと、前記エアギャップに面する凹形表面とを有することを特徴とする請求項８に記載の回転電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電動モータ、より具体的には、相互作用するロータ永久磁石及びステータ磁極間の半径方向エアギャップの寸法が変化する永久磁石モータに関する。
【０００２】
（関連出願）
本出願は、全てが、本発明と同じ譲受人に譲渡された出願継続中の２０００年５月１６日付けのＰｙｎｔｉｋｏｖ他の米国特許出願第０９／５７１，１７４号、出願継続中の２００１年４月５日付けのＭａｓｌｏｖ他の米国特許出願第０９／８２６，４２３号、出願継続中の２００１年４月５日付けのＭａｓｌｏｖ他の米国特許出願第０９／８２６，４２２号、２００１年１０月１日付のＭａｓｌｏｖ他の米国特許出願第０９／９６６，１０１号、出願継続中の２００２年２月７日付けのＭａｓｌｏｖ他の米国特許出願第１０／０６７，３０５号、出願継続中の２００２年６月４日付けのＭａｓｌｏｖ他の米国特許出願第１０／１６０，２５７号、及び出願継続中の２００２年６月４日付けのＭａｓｌｏｖ他の米国特許出願第１０／１６０，２５４号に関連する主題を含む。これらの特許出願の開示内容は、引用によりここに組み入れる。
【背景技術】
【０００３】
上記で特定された出願継続中の関連出願であるＭａｓｌｏｖ他の米国特許出願第０９／８２６，４２３号は、簡略化された製造に適用可能であり、有効かつ融通性のある作動特徴を可能にする、改良されたモータの必要性を確認し、かつそれに対処するものである。車両駆動環境においては、例えば、最小限の電力消費量で高いトルク出力性能を維持しながら、幅広い速度範囲にわたって滑らかな作動を達成することが非常に望ましい。こうした車両モータ駆動装置は、部品の取り替えのために、種々の構造コンポーネントに最小限の面倒さで容易にアクセスできるという利点を備えるべきである。上記で特定された出願継続中の関連出願である米国特許出願は、隔離された透磁性構造体が環状リング状に形成され電磁石コアセグメントを構成することを説明している。こうした配置においては、従来技術の実施形態に比べて有利な作用を与えるように、磁束を集中させることができる。
【０００４】
上記で特定されたＭａｓｌｏｖ他の特許出願に記載されるように、電磁石コアセグメントを隔離させることは、磁束損失その他の電磁石部材との相互作用による有害な変圧器干渉作用を最小にしながら、磁気コアにおける個々の磁束の集束を可能にする。単一の磁極対を隔離された電磁石の群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。個々の磁極対が他の磁極群から磁路隔離されることによって、磁極対の巻線の励磁が切り換えられたときの、隣接する群に対する磁束変圧器効果が除去される。磁極群内に付加的な磁極がないことにより、一つの磁極群内におけるこうしたあらゆる影響が防止される。モータ構造体三次元特徴を利用すること、例えば、軸方向に整列された複数のステータ磁極及び軸方向に整列された複数のロータ磁石が、機械の実効エアギャップに高度に集束化された磁束密度分布をもたらす構造形状にすることにより、更なる利点がもたらされる。こうした構成は、同じエアギャップ直径をもつ通常のモータに比べて、個々の実効エアギャップ表面積が同じ、及び／又は、実効エアギャップ全表面積が大きい多数の磁極を備えるものである。
【０００５】
前述の形状において得ることができる磁束集束化の利点に加えて、最近導入されているネオジム−鉄−ホウ素（ＮｄＦｅＢ）磁石材料は、ブラシレス機械に既に用いられている他の永久磁石材料より大きい磁束密度をもたらし、それによりトルク出力性能を増大させることができる。非常に多くの磁極を備えるモータに高密度生成永久磁石を使用することは、コギングトルクによってもたらされることがある望ましくない作用を改善することに対する懸念を与える。コギングトルクは、永久磁石が取り付けられたロータと、選択的励磁状態にないステータ磁極との間の磁気引力によってもたらされる。この引力は、ロータ磁石をステータ磁極とは反対の平衡位置に動かして、それらの間の磁気抵抗を最小にする傾向がある。ステータの励磁によってロータが回転駆動される際に、非励磁電磁石セグメントとの磁気的相互作用によってもたらされるコギングトルクの大きさ及び方向は、周期的に反対に変化し、励磁されたステータセグメントによってもたらされるトルクに交互に加えられる。補償のないときには、コギングトルクの方向がロータの回転に伴って突然に変化することがある。コギングトルクが非常に大きい場合には、それは、回転障害、並びに精密な速度制御及び滑らかな作動の目的に対して有害である機械的振動源となる。
【０００６】
コギングトルクの発生の例として、２００１年４月５日付けの出願継続中の米国特許出願第０９／８２６，４２２号に開示されるようなモータが考えられる。この特許出願の開示内容を引用によりここに組み入れる。図１は、ロータ及びステータ要素を示す例示的な図である。ロータ部材２０は、互いに離間され、かつ円筒形バックプレート２５に沿って実質的に均等に分布された永久磁石２１を有する環状リング構造体である。永久磁石は、環状リングの内周に沿って磁気極性が交番するロータ磁石である。ロータは、ステータ部材３０を囲み、ロータ及びステータ部材は、半径方向環状エアギャップによって分離されている。ステータ３０は、エアギャップに沿って均等に分布された一様な構成の複数の電磁石コアセグメントを備える。コアセグメントの各々は、エアギャップに面する表面３２を有する２つの磁極を形成するほぼＵ字形の磁気構造体３６を備える。磁極対の脚部には巻線３８が巻かれるが、コアセグメントは、磁極対を連結する部分に形成された単一の巻線に対応するように構成することができる。ステータ電磁石コア構造体の各々は、隣接するステータコア要素から分離され、磁気的に隔離される。ステータ要素３６は、磁気的に透過性でない支持構造体に取り付けられ、それにより環状リング形状を形成する。この形状は、隣接するステータ磁極群からの浮遊磁束変圧器硬化の発散をなくす。ここでは図示されていないが、動的モータ要素がよりはっきりと見えるようにするために適切なステータ支持構造体は、前述の特許出願において見ることができる。
【０００７】
図２は、図１に示されるモータの部分的な平面配置図であり、ステータ磁極がロータ永久磁石２１と関連して示されている。ステータコア要素３６の各々は、ベース部分３１と磁極片部分３２とを有する一対の磁極を備える。磁極は、連結部分３３によって互いに一体に連結される。各磁極対の図示されてない励磁巻線は、磁極ベース部分に又は連結部分に周知の方法で形成することができる。
図３は、Ａ−Ｄと付された磁極面３２を有する２つの隣接するステータコア要素３６を、０−５が付されたロータ磁石と関連して示す、モータ作動中における部分的な平面配置である。ロータ磁石の位置は、ロータが左から右に移動する間の３つの時点（ｔ1−ｔ3）について（Ａ）−（Ｃ）で示されている。時刻ｔ1において、Ａ−Ｂステータ磁極対の巻線は、Ａに強いＳ極を生じ、かつＢに強いＮ極を生じる方向に流れる電流によって励磁される。Ｃ−Ｄステータ磁極対の巻線は励磁されない。ロータの位置は（Ａ）に示される。Ｎ磁石１及びＳ磁石２がステータ磁極Ａに重なる。Ｓ磁石２及びＮ磁石３がステータ磁極Ｂに重なる。この時、磁石３が磁極Ｃと重なる位置に接近している。Ｓ磁石４が磁極Ｃと実質的に重なり、Ｎ磁石５が磁極Ｄと実質的に重なっている。この時、Ｓ極ＡとＮ極磁石１との間の引力、Ｎ極ＢとＳ極磁石２との間の引力、Ｎ極ＢとＮ極磁石３との間の反発力によって、駆動トルクが生じる。磁極Ｃ及びＤは、それぞれ磁石４及び５の引力によって生じる弱いＮ及びＳ磁化を有する。この最小磁気抵抗を維持しようとする引力は、モータ駆動トルクとは反対方向である。
【０００８】
時刻ｔ2においては、ロータが（Ｂ）に示される位置に移動されている。磁極対Ａ−Ｂの巻線の励磁がオフにされている。Ｃ−Ｄ磁極対の巻線は励磁されていない。磁石１及び２は、それぞれ磁極Ａ及びＢと実質的に重なっている。Ｎ磁石３とＳ磁石４が磁極Ｃに重なる。Ｓ磁石４とＮ磁石５が磁極Ｄに重なる。磁極Ａ及びＢは、それぞれ弱いＳ及びＮ磁化を有する。ステータ磁極Ｃ及びＤは、Ｎ及びＳロータ磁石の両方によって影響される。磁極Ｃは、Ｎ極磁石３とＳ極磁石４との間の磁路にある。磁極Ｄは、Ｓ極磁石４とＮ極磁石５との間の磁路にある。したがって、モータ駆動トルクとは反対向きのコギングトルクが発生し、ロータ磁石が非励磁ステータ磁極との直接的重なり状態から部分的重なり状態まで移動する間に、その大きさが変化する。
時刻ｔ3においては、ロータが（Ｃ）で示される位置に移動している。Ａ−Ｂ磁極対巻線の励磁が反転され、磁極Ａにおいて強いＮ極が、Ｂにおいて強いＳ極が生じることになる。Ｃ−Ｄ磁極対の巻線は励磁されない。Ｎ磁石１及びＳ磁石２がステータ磁極Ｂに重なる。Ｓ磁石０及びＮ磁石１がステータ磁極Ａに重なる。この時、磁石２が磁極Ｃと重なる位置に接近している。Ｎ磁石３が磁極Ｃと実質的に重なり、Ｓ磁石４が磁極Ｄと実質的に重なる。
【０００９】
前述のように、相対するコギングトルク効果は、回転が進むにつれて回転角位置に応じて変化する形でトルクを生成する。コギングトルクは、ロータ磁石がエアギャップを横切り、ステータ磁極に向い合おうとする遷移点において最も顕著である。コギングトルクの突然の変化は、永久磁石のほぼ長方形の面の前縁が、それと平行な長方形のステータ磁極の縁に到達する際に起こる。ロータ永久磁石の近傍のエアギャップにおいて高い磁束密度を与えるネオジム−鉄−ホウ素（ＮｄＦｅＢ）磁気材料のような高エネルギー密度の永久磁石材料を使用すると、望ましくない振動が目立つようになるほど、この作用が高まる。軸方向に整列された複数のステータ磁極及び複数のロータ磁石のような多くのステータ磁極及びロータ磁石を有するモータは、さらに大きいコギングトルク効果を生じることがある。同じ形で、コギングトルクは、単一のステータコアを有するモータにおいて様々な程度で生じる。
【００１０】
コギングトルクの影響を最小にするために、様々な技術が用いられている。こうした技術は、ロータ位置に関する磁気抵抗変化率を減少させ、機械の磁束を減少させ、又は単一のステータコアの磁極をシフトさせて、個々の磁極によって生じたコギングトルクが互いに打ち消しあうようにすることを試みるものである。永久磁石と電磁石表面との間で生じる電磁気相互作用の強さを制御するために、電子的な方法を用いることができる。こうした方法は、モータ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、モータの全体的な性能を低下させる傾向があるという欠点を有する。磁束の減少は、新しい永久磁石材料及び上記で特定された出願継続中の特許出願の磁束集束技術から得られる利点を低減させる。通常の単一のステータコア構造体における磁極の位置をシフトさせると、寸法、位置、及び磁極の数に制限が課され、それは最適な作動を与える配置を妨げることになる。
【００１１】
他の手法は、ステータ磁極の形状を変化させることによって機械の構成を修正することを含む。従来のステータ磁極は、通常は、積層ラミネートからなり、修正を直ちに適用できるものではない。利用可能なラミネート機械加工工程は、通常のパターン、特に三次元形状を再形成する能力が制限される。こうしたラミネート構造体の実質的な修正範囲は、実現可能にするには複雑すぎて、コストがかさむ。
したがって、モータ、特に高い磁束密度の大きさ及び集中度をもつモータの、コスト及び適用の実現可能性を与えながらモータの有効な作動及び制御能力を落とさない、モータの有効なコギングトルク補償の必要性が存在している。
出願継続中の米国特許出願第１０／１６０，２５７号は、ステータ磁極面又はロータ磁石面を、該ステータ磁極表面の幾何学的形状又は該ロータ磁石表面の幾何学的形状が互いに対して斜めになる形状にすることによって、この必要性に対処するものである。斜め配置の作用は、永久磁石が回転経路を横断する際の、ロータ磁石と非励磁ステータ電磁石の磁極との間の相互作用によって生じるコギングトルクの変化率を抑えることである。ステータ磁極が選択的に形状付けられることは、様々な特殊化された形状の形成に適合する磁気透過性軟質媒体のようなコア材料の使用を通じて実現可能にされる。例えば、コア材料は、軟質磁性グレードのＦｅ、ＳｉＦｅ、ＳｉＦｅＣｏ、ＳｉＦｅＰ粉末材料から製造することができ、その各々は、固有のパワー損失、透過性及び飽和レベルを有する。これらの材料は、最初にどんな所望の三次元形状に形成することもでき、それにより既に成形された硬質ラミネート材料を機械加工する可能性をなくす。
【００１２】
２００２年６月４日付けの出願継続中の米国特許出願第１０／１６０，２５４号は、複数の軸方向に離間されたロータ及びステータ要素の組において生じるコギングトルクの作用をオフセットさせることによって、前述の必要性に対処するものである。各々の個別の軸方向に配置されたステータコアの磁極は、互いに軸方向にシフトされ又はオフセットされて、周方向のステータ磁極間の位置関係を制限することなく、コギングトルクの作用を打ち消す。或いは、周方向に及び軸方向に整列されたロータ永久磁石は、互いに対して軸方向にオフセットされて、永久磁石の総数又はそれらの周方向の位置を制限することなく、コギングトルクの作用を打ち消す。
トルク出力性能に悪影響を及ぼすことなく、トルクリップル及びコギングトルク作用を最小にすることは、引き続き重要な目的となる。
【発明の開示】
【００１３】
本発明は、相互作用する対をなすロータ永久磁石とステータ磁極との間の、該対の周方向長さに沿った半径方向距離の選択的な変化によって、この必要性を少なくとも部分的に満たすものである。モータロータは、回転軸線周りに周方向に分布された、周方向に実質的に同じ長さの複数の永久磁石を有する。複数のステータ磁極は、エアギャップ周りに分布され、磁極の全ては、周方向において磁石の長さと実質的に同じ長さである。トルク全体の特性に対するコギングトルクの影響は、相互作用するステータ磁極及びロータ磁石の適切なエアギャップ変化形状を設定することによって制御可能であり、この変化形状を、ここでは説明の簡単のためにエアギャッププロフィールという。エアギャッププロフィールは、対の一端から他端までにわたる、ステータ磁極片とそれに対面するロータ磁石との間のエアギャップにおける半径方向距離の変化である。
【００１４】
適切なエアギャッププロフィールは、所望のモータ作動状態と、ステータ磁極及びロータ磁石の数、巻線の励磁順序その他の期待される状態のようなモータパラメータに依存する。ロータ磁石表面か又はステータ磁極片表面のいずれかの回転軸線からの半径方向距離を変化させることによって、プロフィールを得ることができる。ロータ磁石表面か又はステータ磁極表面のいずれかが、軸線から一定の半径方向距離とされ、他方の表面が様々な形状をとるようにしてもよい。或いは、ロータ磁石距離と磁極片距離との両方を変化させることができる。好ましい実施形態においては、エアギャッププロフィールは、全ての相互作用するロータ磁石とステータ磁極との組み合わせにおいて同じである。すなわち、全てのステータ磁極は同じ形状のものであり、全てのロータ磁石は同じ形状のものである。
本発明において考慮されているこうしたエアギャッププロフィールの１つは、相互作用するロータ及びステータ対間の、対の第１端から第２端にかけての半径方向距離の実質的に一様な減少を与える。ロータ永久磁石が比較的一定の厚さである場合には、ステータ磁極表面は、ロータ磁石の表面に対して傾斜される。或いは、永久磁石の半径方向の厚さは端から端にわたって減少してもよい。
別のエアギャッププロフィールにおいては、ロータ磁石表面の各々が、軸線から一定の半径方向距離とされ、ステータ磁極片が、半径方向厚さの変化と、エアギャップに面する凹形表面とを有するようにしてもよい。凹形度は、ロータがステータを囲むか、又はステータがロータを囲むかに従って設定することができる。変形例として、永久磁石は、選択された凹形度のエアギャップに面する凹形表面をもつ種々の半径方向厚さのものとすることができる。
【００１５】
前述の磁極構造体は、離間され、強磁性により分離された複数の電磁石セグメントを有するステータ配置の形で構成して、有利な結果を提供することができる。セグメントの各々は、図１に示されるような磁極対から形成することができる。ステータは、軸方向の単一磁極及び周方向の複数の磁極対を取り囲む単一環状リングである。他の構成においては、ステータ磁極の多数のリングが、軸方向に離間され、強磁性的に隔離された複数の電磁石コアセグメントによって形成される。コアセグメントの各々は、ほぼ回転軸方向に延びる１つ又はそれ以上の連結部分によって一体的に連結された複数の磁極を備える。このようにして、ステータは、軸方向に複数の磁極を形成し、各セグメントの単一磁極は、各リングにおいて周方向に分布される。後者の配置においては、ロータは、エアギャップに沿って周方向に配置された個別の磁石の軸方向に離間されたリングを形成し、ロータリングの数は、ステータコアセグメントにおけるステータ磁極の数に等しい。
【００１６】
本発明の付加的な利点は、本発明を実施することが考慮されている最良モードの単なる例示として、本発明の好ましい実施形態のみが示され説明されている以下の詳細な説明から、当業者には直ちに明らかとなるであろう。理解されるように、本発明は、他の及び異なる実施形態が可能であり、その幾つかの細部は、全てが本発明から逸脱しない形で種々の自明な点について修正することができる。したがって、図面及び詳細な説明は、限定なものとしてではなく例示的な性質のものとして考えられるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、単なる例として、限定する意味ではなしに、同じ参照番号が同じ要素を指す添付の図面に図示される。
本発明の概念は、前述の図１のモータのような、周方向に配置され、かつ半径方向エアギャップ周りに同心円状に構成された一組のロータ及びステータ要素を有するモータ、並びに、軸方向に離間された２つ又はそれ以上の組になったロータ及びステータ要素を有するモータに適用可能である。図４は、図１に示されるようなモータの部分的平面配置図であり、本発明に従って修正されたステータ磁極が、ロータ永久磁石面と関連付けて示されている。この配置は、ロータ及びステータが互いに同軸関係にあり、半径方向エアギャップによって分離されている回転モータの代表例であることを理解するべきである。磁気極性が継続的に交番するロータ磁石２１が、配置の明瞭化のために支持構造体なしで示されている。ステータコア要素３６の各々は、ベース部３１と磁極片部３２とを有する一対の磁極を備える。磁極は、連結部３３によって互いに一体に連結される。各磁極対の図示されていない励磁巻線は、磁極ベース部上に又は連結部上に周知の方法で形成することができる。磁極片の各々は、磁極ベース部から両方とも周方向外向きに磁極片延長部分だけ延びる。
【００１８】
図の右側に示されたステータコア要素３６の磁極片は、ロータ磁石２１と重なった状態にある。作用し合う磁極片と磁石は、エアギャップに沿って実質的に同じ長さである。永久磁石は、それぞれ同じ半径方向厚さであり、したがってエアギャップに沿ったそれらの表面は、回転軸線から一定の距離にある。この平面図においては、ステータ磁極面の表面は、エアギャップが永久磁石表面に対して傾斜され、それにより、それらの間のエアギャップ半径方向距離は、紙面の左端から右端までにわたり実質的に一様に増大する。通常のモータ作動中にロータがステータに対して右から左の方向に移動すると、ロータ磁石の前縁がステータ磁極面に重なり、エアギャップ分離が減少する。相対するステータ及びロータ要素におけるコギングトルク作用の過渡的影響が、一定のエアギャップ寸法をもつモータ形状に比べて滑らかになる。通常のモータ作動中にロータがステータに対して左から右の方向に移動すると、ロータ磁石の前縁がステータ磁極面に重なり、エアギャップ分離が増加する。ロータ磁石がステータ磁極を通って移動するのに伴って、それらの間のコギング引力が、一定のエアギャップ形状と比べて徐々に小さくなる。したがって、いずれの回転方向においても、所望の全体的なトルク特性が得られるように、図４の可変エアギャップ形状の傾斜度を決定することができる。
図５は、図４の構造の変形例を示す。この平面図に示されるように、ステータ磁極面は水平面内にあり、それによりエアギャップ周辺に沿って回転軸線から一定の距離を呈する。ロータ永久磁石２１の表面は、図４に関連して説明されるのと同じ可変エアギャップ作用を与えるように傾斜される。
【００１９】
図６の形状においては、永久磁石表面は、それぞれ同一の半径方向厚さである。この平面図に示されるように、エアギャップにおける永久磁石表面は、水平面内にあり、エアギャップに沿って回転軸線から一様な距離を呈する。ステータ磁極表面は、ロータ磁石表面に対して凹形であり、凹形度は、ステータがロータを囲んでいるモータの回転軸線からの一様な距離を維持するのに要求される以上に高い。したがって、各々の相互作用する対をなすステータ磁極及びロータ磁石は、例えば、図面右側部分において、それらの間に可変エアギャップ距離を定める。ロータ磁石がステータ磁極に接近し、それを通過して移動するに伴って、集光光学レンズによる光の集光と類似した形で磁束分布が集束することにより、コギングトルクに対するこの可変エアギャップの影響は、一様なエアギャップ形状のときとは異なるものとなる。凹形度は、必要に応じて全トルクサインを改善するように調節することができる。
図７は、図６の構造の変形例を示す。この平面図に示されるように、ステータ磁極面は、水平面内にあり、それによりエアギャップ周辺に沿った回転軸線から一定の距離を呈する。ロータ永久磁石２１の表面は、磁石表面に対して凹形であり、図６に関連して説明されたのと同じ可変エアギャップ作用を与える。
【００２０】
前述のステータ磁極構造の変形例の利点は、他のステータ／ロータ形状に適用可能である。例えば、一体の連続的なステータコアを有するステータは、コギングトルク補償を与えるために、図３−図７のいずれかに関して説明されたようにして形成された顕著な構成の極をもつことができる。こうした磁極構成は、単一の軸方向に整列された磁石及びステータ磁極列を有するモータにおけるコギングトルクの発生を軽減するように実施することができる。
図８は、出願継続中の米国特許出願第１０／０６７，３０５号に開示されるモータの三次元分解図である。モータ１５は、半径方向エアギャップによって離間された環状永久磁石ロータ２０と環状ステータ構造体３０とを備える。磁気透過性材料からなる複数の強磁性的に隔離されたステータコアセグメント要素３６は、セグメントの強磁性的隔離を維持する支持構造体５０によって支持される。セグメント３６は、エアギャップに面する磁極表面３２を備える磁気透過性材料から形成された一体構造体である。ステータコア要素３６の各々は、コア材料上に形成された巻線３８を含む電磁石である。公知の手法による励磁電流の方向の反転は、磁極の各々の磁気極性の反転に影響する。ロータは、永久磁石部分２１を備え、３つの軸方向に離間されたロータ磁石リング２２−２４がエアギャップ周りに周方向に分布され、鉄バックリング２５の上に永久磁石が取り付けられる。ステータ支持構造体５０は、固定シャフトに取り付けられ、ロータは、適切なブッシング及びベアリングを通じてシャフトに軸支されるハウジング内に取り付けられる。
【００２１】
図８に示されるステータ磁極及びロータ磁石は、図３−図７の変形例のいずれかに示されるように構成することができる。非常に多くの磁石及びステータ磁極が、周方向及び軸方向の両方に設けられるので、潜在的に大きいコギングトルク外乱に対する補償が与えられる。
この開示においては、本発明の好ましい実施形態のみが図示され説明されているが、それはその使途の広さのうちほんの幾つかの例に過ぎない。本発明は、種々の他の組み合わせ及び環境で用いることができ、ここで説明されるような本発明の概念の範囲内での変更又は修正が可能であることを理解されたい。例えば、図面に示された配置の各々は、セグメント化されたステータコアではなく、互いに軸方向に離間された一体のステータコアとして、有用な結果をもつように実施することができる。また、図示された例は、説明を簡単にするためにステータ磁極ピッチがロータ磁石ピッチと実質的に等しくなるように示されているが、一対のステータ磁極間の周方向距離は、ロータ磁石対間の距離より大きくするか又は小さくすることができる。
【００２２】
ステータコア要素の特定の幾何学的形状が図示されているが、ここでの発明概念は、ほとんどどんな形状をも粉末金属技術を用いて形成することができるので、こうした形状の多くの変更を包含することを認識されたい。したがって、特定のコア形状を、所望の磁束分布に合わせることができる。例えば、凸形又は他の幾何学的形状の表面を与えることも本発明の概念の範囲内であり、しかも、磁極対の異なる組は、それぞれ異なる形状をもつ磁極片を有することができる。凸形の形状は、磁束分布パターンを発散させることになる。
本発明の詳細な説明は、ロータによって囲まれたステータを示すが、本発明の概念は、ロータがステータによって囲まれるモータにも等しく適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】出願継続中の特許出願第０９／８２６，４２２号に開示されるモータのロータ及びステータ要素を示す例示的な図である。
【図２】図１に示されるモータの部分的な平面配置図であり、ステータ磁極がロータ永久磁石表面と関連付けて示されている。
【図３】モータ作動中の３つの時点におけるステータ磁極表面とロータ表面の相対的位置を示す、図１の要素の部分的な平面配置図である。
【図４】本発明に係るロータ永久磁石表面と関連付けられたステータ磁極の部分的な平面配置図である。
【図５】図４の構造の変形例に対応するロータ永久磁石表面と関連付けられたステータ磁極の部分的な平面配置図である。
【図６】本発明の別の変形例に対応するロータ永久磁石表面と関連付けられたステータ磁極の部分的な平面配置図である。
【図７】図６の構造体の変形例に対応するロータ永久磁石表面と関連付けられたステータ磁極の部分的な平面配置図である。
【図８】図３−図６のステータ磁極構造体を組み入れる出願継続中の米国特許出願第１０／０６７，３０５号に開示されるような、軸方向に重ねて配置されたステータ及びロータ要素を有する三次元分解図である。
【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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