(57)【要約】【課題】ブラシレスモータの構造を複雑化させることなく、回転トルクを安定させることの出来る、ブラシレスモータの提供。【解決手段】永久磁石４０は、回転の軸心方向に対して垂直な断面形状が台形形状である、磁極面４４を有するので、簡単な構造でありながら、磁極面４４の斜面部４３で、永久磁石４０がコア１４に接近又は遠ざかる際に磁極面４４に流れ込む磁束を分散させ、磁気吸引力の急峻な変化を防止して、回転トルクを緩やかに上昇又は下降させることが出来る。これにより、ブラシレスモータの構造を複雑化することなく、トルクリップルやコギングトルクなどのトルクのムラを抑制し、回転トルクを安定させることが出来る。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面極性が異なる２種類の永久磁石を、回転方向に沿って交互に配列する界磁極を有し、電圧が印加自在なコイルが巻回された複数のコアを、前記永久磁石に対向し得るように、前記回転方向に沿って配列する電機子を有し、前記コイルに所定の電圧を印加して前記コアを励磁させることにより、前記永久磁石と前記コアとの間で磁気吸引・反発力を生じさせて、前記界磁極を前記電機子に対して相対的に回転させる、ブラシレスモータにおいて、
前記永久磁石は、前記回転の軸心方向に対して垂直な断面形状が台形形状である、磁極面を有することを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
前記界磁極に回転方向に沿って交互に配列される永久磁石は、それぞれ複数に分割され、
該分割された各永久磁石は、前記回転方向に沿って一定のピッチづつにずらして、前記界磁極に配列されることを特徴とする、請求項１記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
中空部を有し、該中空部に請求項１記載のブラシレスモータを格納する、ブラシレスモータ格納手段を設け、
吸放熱自在なペルチェ素子を有し、前記ブラシレスモータ格納手段の中空部内を、該ペルチェ素子の吸放熱により冷却する、ペルチェ素子冷却手段を設けたことを特徴とする、請求項１記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
前記ブラシレスモータの出力軸は、減速機構を介さず被駆動物体に直結されていることを特徴とする、請求項１記載のブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械などに用いられるブラシレスモータに係り、詳しくは、出力軸に減速機構を介さず直結することの出来る、いわゆるダイレクトドライブモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のブラシレスモータとして、減速機構を介さず出力軸を負荷に直結することの出来る、いわゆるダイレクトドライブモータが提案されている。ダイレクトドライブモータは、その位置決め精度が減速機構の性能に左右されないため、バックラッシュ、軸ブレ、ガタなどが少なく、高い位置決め精度が要求される工作機械の送り駆動系などに用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したダイレクトドライブモータは、その挙動がそのままワークに転写されるため、コギングトルクやトルクリップルなどのトルクのムラにより、その工作機械の加工精度を低下させる不都合がある。特に、減速機構を介さないことから比較的低速で回転させる場合が多く、このためトルクのムラが顕在化されて、工作機械の加工精度を更に低下させる原因となっている。
【０００４】
これに対して、ブラシレスモータの極数を増加させて磁束分布を緩和し、トルクのムラを解消する方策があるが、単に極数を増加させる方策では、ブラシレスモータの構造を複雑化させ、製造コストの増大を招く不都合がある。
【０００５】
そこで本発明は、ブラシレスモータの構造を複雑化させることなく、回転トルクを安定させることの出来る、ブラシレスモータを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、表面極性が異なる２種類の永久磁石（４０）を、回転方向に沿って交互に配列する界磁極（３０）を有し、電圧が印加自在なコイル（１２）が巻回された複数のコア（１４）を、前記永久磁石（４０）に対向し得るように、前記回転方向に沿って配列する電機子（１０）を有し、前記コイル（１２）に所定の電圧を印加して前記コア（１４）を励磁させることにより、前記永久磁石（４０）と前記コア（１４）との間で磁気吸引・反発力を生じさせて、前記界磁極（３０）を前記電機子（１０）に対して相対的に回転させる、ブラシレスモータ（２）において、
前記永久磁石（４０）は、前記回転の軸心方向（図４に示す矢印Ｃ、Ｄ方向）に対して垂直な断面形状が台形形状である、磁極面（４４）を有することを特徴として構成される。
【０００７】
請求項２は、前記界磁極（３０）に回転方向に沿って交互に配列される永久磁石（４０）は、それぞれ複数（例えば４０Ｌ１、４０Ｌ２、４０Ｌ３）に分割され、
該分割された各永久磁石（例えば４０Ｌ１、４０Ｌ２、４０Ｌ３）は、前記回転方向（図４に示す矢印Ｅ方向）に沿って一定のピッチ（例えばＰ１）づつにずらして、前記界磁極（３０）に配列されることを特徴として構成される。
【０００８】
請求項３は、中空部（３ａ）を有し、該中空部（３ａ）に請求項１記載のブラシレスモータ（２）を格納する、ブラシレスモータ格納手段（３）を設け、
吸放熱自在なペルチェ素子を有し、前記ブラシレスモータ格納手段の中空部（３ａ）内を、該ペルチェ素子の吸放熱により冷却する、ペルチェ素子冷却手段（５ｂ、５ｃ）を設けたことを特徴として構成される。
【０００９】
請求項４は、前記ブラシレスモータの出力軸（３１）は、減速機構を介さず被駆動物体（例えば刃物台の回転軸）に直結されていることを特徴として構成される。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、永久磁石（４０）は、回転の軸心方向（図４に示す矢印Ｃ、Ｄ方向）に対して垂直な断面形状が台形形状である、磁極面（４４）を有するので、簡単な構造でありながら、磁極面（４４）の台形の斜辺（図５に示す斜面部４３）で、永久磁石（４０）がコア（１４）に接近又は遠ざかる際に磁極面（４４）に流れ込む磁束を分散させ、磁気吸引力の急峻な変化を防止して、回転トルクを緩やかに上昇又は下降させることが出来る。これにより、ブラシレスモータ（２）の構造を複雑化することなく、トルクリップルやコギングトルクなどのトルクのムラを抑制し、回転トルクを安定させることが出来る。しかも、コア（１４）と永久磁石（４０）の間隙（図３に示すＧＡＰ）が、磁極面（４４）の台形の上短辺（図５に示すコア対向面４２）で、比較的狭くなるように維持されるので、トルクのムラを抑制しながらも、回転トルクの低下を極力防止することが出来る。
【００１１】
請求項２の発明によれば、永久磁石（４０）は、それぞれ複数（例えば４０Ｌ１、４０Ｌ２、４０Ｌ３）に分割され、該分割された各永久磁石（例えば４０Ｌ１、４０Ｌ２、４０Ｌ３）は、回転方向（図４に示す矢印Ｅ方向）に沿って一定のピッチ（例えばＰ１）づつにずらして、界磁極（１０）に配列されるので、永久磁石（４０）がコア（１４）に接近又は遠ざかる際に、磁束が更に分散されて、トルクのムラを更に抑制することが出来る。
【００１２】
請求項３の発明によれば、ブラシレスモータ（２）は、ブラシレスモータ格納手段（３）の中空部（３ａ）に格納され、該中空部（３ａ）内は、ペルチェ素子冷却手段（５ｂ、５ｃ）が有するペルチェ素子の吸放熱により冷却されるので、中空部（３ａ）内に格納されるブラシレスモータ（２）において、特に発熱するステータ鉄心（図３に示す１１）を直接冷却して、ブラシレスモータ（２）による発熱を効率良く抑制することが出来る。
【００１３】
請求項４の発明によれば、ブラシレスモータの出力軸（３１）は、減速機構を介さず被駆動物体（例えば刃物台の回転軸）に直結されているので、ブラシレスモータ（２）を比較的低速で回転させる場合であっても、磁極面（４４）によりトルクのムラが抑制されていることから、高い位置決め精度で被駆動物体を駆動することが出来る。これにより、ブラシレスモータ（２）を、高い位置決め精度のダイレクトドライブモータとして機能させることが出来、しかも、減速機構を介さないことから、例えば、上記被駆動物体により構成される駆動装置の小型化を図ることが出来る。
【００１４】
なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用される、工作機械の駆動装置の一例を示す概略上面（一部断面）図、図２は、図１のブラシレスモータの断面図、図３は、図２のブラシレスモータの電機子と界磁極を示した（一部省略）拡大断面図、図４は、界磁極のうちロータ鉄心周辺の分解斜視図、図５は、本発明による永久磁石の断面図、図６は、永久磁石周辺における磁束分布の説明図で、（ａ）は永久磁石がコア部に接近する場合、（ｂ）は永久磁石とコア部が対向する場合、（ｃ）は永久磁石がコア部から遠ざかる場合である。
【００１６】
図１は、本発明の一実施例である工作機械の駆動装置１を示している。工作機械（図示せず）としては、旋盤、レーザ加工機、多機能切削加工ＮＣ工作機械（マシニングセンタ）などである。駆動装置１は、これらの工作機械の駆動系を構成するように設けられている。
【００１７】
駆動装置１は、図１に示すように、ブラシレスモータ２を有している。ブラシレスモータ２には、該ブラシレスモータ２を格納する中空部３ａを有する筐体３が設けられている。該ブラシレスモータ２には、その回転中心ＣＬに出力軸３１が設けられており、該出力軸３１は、減速機構を介さず上記工作機械の刃物台の回転軸（図示せず）などの、被駆動物体に直結されている。従ってブラシレスモータ２は、ダイレクトドライブモータとして機能している。
【００１８】
筐体３には、中空部３ａと連通し、２つに分岐する通風路３ｂ、３ｃが設けられており、該通風路３ｂ、３ｃを介して、それぞれ吸気側通風孔４ｂと排気側通風孔４ｃが設けられている。吸気側通風孔４ｂと排気側通風孔４ｃには、それぞれ吸気冷却装置５ｂと排気冷却装置５ｃが設けられている。吸気冷却装置５ｂには、ファン７を有する送風機６と、吸気冷却部８ｂが設けられており、同様に、排気冷却装置５ｃには、ファン７を有する送風機６と、排気冷却部８ｃが設けられている。また、吸気冷却部８ｂ及び排気冷却部８ｃの内部には、それぞれペルチェ素子（図示せず）が設けられている。
【００１９】
ペルチェ素子は、シリコンなどからなるｐ形半導体とｎ形半導体を複数接続した回路で構成されており、電力と熱を交換自在に所定の制御回路に接続されている。またペルチェ素子には、ｐ形半導体の正極及びｎ形半導体の負極を熱的に接続する吸熱部（図示せず）と、ｐ形半導体の負極及びｎ形半導体の正極を熱的に接続する放熱部（図示せず）が設けられている。そして吸気冷却部８ｂ及び排気冷却部８ｃ内において、上記吸熱部は筐体３の内側に、また上記放熱部は筐体３の外側に向くように配置されている。
【００２０】
図２は、ブラシレスモータ２の内部構造を示している。ブラシレスモータ２は、集中巻により構成された、略円筒形状からなる電機子１０と、その内部に回転中心ＣＬに関して同軸状に設けられた、略円柱形状からなる界磁極３０を備えている。
【００２１】
電機子１０には、界磁極３０の出力軸３１を支持する軸受（図示せず）が設けられている。即ち、界磁極３０は、出力軸３１を介して電機子１０に対して回転自在に支持されている。従って、電機子１０はステータ、界磁極３０はロータとして機能している。なお、本実施例では、回転界磁形のブラシレスモータ２について説明するが、ブラシレスモータであればこれに限らず、例えば、電機子１０をロータかつ界磁極３０をステータとして構成する、回転電機子形のブラシレスモータであってもよい。
【００２２】
また、電機子１０には、図２に示すように、略円筒形状からなるステータ鉄心１１と、複数のコイル１２ａ、１２ｂ、…、１２ｒが設けられている。ステータ鉄心１１は、薄板状に形成された複数の珪素鋼板を、紙面鉛直方向に積み重ねた成層鉄心として構成されている。また該ステータ鉄心１１は、略円状のヨーク部１３と、該ヨーク部１３の内周に櫛歯状に形成された複数のコア部１４ａ、１４ｂ、…、１４ｒを有している。各コア部１４ａ、１４ｂ、…、１４ｒは、略矩形状からなり、コア部１４が励磁された際に、Ｎ極またはＳ極のいずれかに磁化されるコア磁極面１８を有している。ここでは、例えば１８個のコア部１４ａ、１４ｂ、…、１４ｒが、ヨーク部１３の内周を放射状に、かつ２０°（＝３６０°／１８個）のピッチ角度を介して等間隔に配列されている。従って、隣り合うコア部１４ａ、１４ｂ、…、１４ｒ間には、同数のスロット数（１８スロット）からなる、スロット溝１５ａ、１５ｂ、…、１５ｒが形成されている。
【００２３】
なお、スロット数は上記１８スロットに限られないが、ブラシレスモータ２の相数に応じた所定スロット数に構成される。例えば、後述するように、本実施例におけるブラシレスモータ２が３相を構成する場合は、スロット数は３の倍数のいずれかとなる。また、コイル１２ａ、１２ｂ、…、１２ｒ、コア部１４ａ、１４ｂ、…、１４ｒ、及びスロット溝１５ａ、１５ｂ、…、１５ｒを区別する必要がないときは、それぞれ単にコイル１２、コア部１４、スロット溝１５と表現する。
【００２４】
図３は、電機子１０と界磁極３０の詳細を示している。スロット溝１５には、コイル端子（図示せず）などが設けられた位置決め部材１６が挿入されている。上記コイル１２は、所定の高分子材などからなるボビン１７と、該ボビン１７に巻回された巻線１９を有している。各ボビン１７は、円筒部１７ａの両端にツバ部１７ｂ、１７ｂが形成されており、円筒部１７ａが各コア部１４に挿入されると共に、一端のツバ部１７ｂが上記位置決め部１６に当接されている。従って電機子１０には、上述したコア部１４と同数（１８個）のコイル１２が設けられている。
【００２５】
また、各コイル１２は、周方向に隣り合う３つがｕ相、ｖ相、ｗ相となるように順に配列されている。例えば、図２に示すコイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃがｕ相、ｖ相、ｗ相として配列され、次いでコイル１２ｄ、１２ｅ、１２ｆが、ｕ相、ｖ相、ｗ相として配列され、以下同様に配列されている。即ち、コイル１２ａ、１２ｄ、１２ｇ、１２ｊ、１２ｍ、１２ｐがｕ相を構成しており、同様に、コイル１２ｂ、１２ｅ、１２ｈ、１２ｋ、１２ｎ、１２ｑがｖ相を、コイル１２ｃ、１２ｆ、１２ｉ、１２ｌ、１２ｏ、１２ｒがｗ相を構成している。各相は、これに対応するスイッチング素子のオン・オフタイミングを例えばＰＷＭ（パルス幅変調）などにより制御する、インバータ制御回路（図示せず）に接続されている。
【００２６】
次いで、界磁極３０は、上述したように、略円柱形状からなり、回転中心ＣＬに出力軸３１が設けられている。また出力軸３１には、図３に示すように、装着部材３２を介して略円筒形状からなるロータ鉄心３３が同軸状に固定されている。ロータ鉄心３３は、例えば機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）などからなり、上述したステータ鉄心１１と同様に、複数の薄板を紙面鉛直方向に積み重ねた成層鉄心として構成されている。またロータ鉄心３３には、櫛歯状の複数の突起部３５が設けられている。各突起部３５は、矩形状からなり、例えば２４個の突起部３５が、ロータ鉄心３３の周方向を放射状に、かつ１５°（＝３６０°／２４個）のピッチ角度を介して等間隔に配列されている。また、各突起部３５の外周面には、後述する永久磁石４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、…  を装着する装着面３５ａが形成されている。なお、永久磁石４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、…  を区別する必要がないときは、単に永久磁石４０と表現する。
【００２７】
図４は、界磁極３０のうちロータ鉄心３３周辺の分解斜視図を示している。ロータ鉄心３３は、上述したように、略円筒形状に形成されており、その周方向に突起部３５が形成されている。また隣り合う２つの突起部３５間には、スリット状の溝部３７が形成されている。
【００２８】
また、ロータ鉄心３３は、該ロータ鉄心３３の軸心方向である矢印Ｃ、Ｄ方向に沿って例えば略３等分されて、３つの層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に構成されている。更に、各層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の突起部３５と溝部３７は、層Ｌ１、層Ｌ２、層Ｌ３の順に矢印Ｅ方向にピッチＰ１づつずれた形で、ロータ鉄心３３に形成されている。即ち、層Ｌ２は、層Ｌ１に対して矢印Ｅ方向にピッチＰ１ずれており、層Ｌ３は、層Ｌ２に対して同様に矢印Ｅ方向にピッチＰ１ずれている。なお、このようなロータ鉄心３３は、上述した機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）などからなる薄板を、各層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ごとにピッチＰ１づつずらすことで、容易に構成することが出来る。
【００２９】
各永久磁石４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、…  は、図４に示すように、上記各層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に対応するように、略同じ長さからなる棒状の永久磁石ブロック４０Ｌ１、４０Ｌ２、４０Ｌ３に分割され、これら永久磁石ブロック４０Ｌ１、４０Ｌ２、４０Ｌ３は、それぞれ各層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の突起部３５に形成された装着面３５ａに装着されている。従って、永久磁石４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、…  は、突起部３５と溝部３７と同様に、各層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の順に矢印Ｅ方向にピッチＰ１づつずれた形で、配列されている。
【００３０】
なお、永久磁石ブロック４０Ｌ１、４０Ｌ２、４０Ｌ３の配列方法として、３つの層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３で、ピッチＰ１づつずらした例を示したが、ピッチ数や層数は各種の組合せに変更することが可能である。小さいピッチで層数を増やすことにより（例えばピッチＰ１以下、層数３以上）、磁束分布が緩和されてトルクのムラを抑制することが出来るが、ブラシレスモータ２の構造を複雑化させない程度の組合せが好ましい。
【００３１】
そして、各層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の溝部３７には、界磁極３０の回転による遠心力に抗して、上記装着面３５ａ上に永久磁石ブロック４０Ｌ１、４０Ｌ２、４０Ｌ３を保持するように、アルミニウムなどの非磁性体からなる磁石保持部材３８Ｌ１、３８Ｌ２、３８Ｌ３が、嵌入されている。なお、磁石保持部材３８Ｌ１、３８Ｌ２、３８Ｌ３を区別する必要がないときは、単に磁石保持部材３８と表現する。
【００３２】
従って、永久磁石４０は、突起部３５と同様に、ロータ鉄心３３の周方向を放射状に、かつ１５°のピッチ角度を介して等間隔に配列されている。即ち、永久磁石４０は、コア部１４のピッチ角度（２０°）と異なるように配列されている。
【００３３】
図５は、図４に示した永久磁石４０の長手方向、即ち、ロータ鉄心３３の軸心方向（図４に示す矢印Ｃ、Ｄ方向）に対して垂直な断面形状を示している。永久磁石４０は、例えばネオジウム磁石（例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系）などの希土類磁石からなる。なお、永久磁石４０の材料は、ブラシレスモータ２を駆動することが出来る所定の磁気特性を有する材料であればこれに限らず、例えば希土類磁石としてはこの他、サマリウム磁石やアルニコ磁石などでもよく、またフェライト磁石などであってもよい。
【００３４】
また、永久磁石４０は、図５に示すように、略台形形状の断面形状を有しており、その台形ＰＺの上短辺ＵＰＬの両側の各コーナ（破線部）ＣＮを面取りした形で、その両端の肉厚ｔが薄くなるように形成されている。即ち、永久磁石４０の装着面４１と略平行なコア対向面４２の両端に、上記肉厚ｔが薄くなる斜面部４３、４３が形成されている。
【００３５】
更に、永久磁石４０は、図中上方向又は図中下方向に着磁されており、例えば、コア対向面４２及び斜面部４３、４３がＮ極である場合は、装着面４１はＳ極であり、逆に、コア対向面４２及び斜面部４３、４３がＳ極である場合は、装着面４１はＮ極である。従って、コア対向面４２及び斜面部４３、４３は、台形形状の磁極面として、磁石磁極面４４（太線）を構成している。
【００３６】
これらの永久磁石４０は、上述したロータ鉄心３３の周方向に沿って交互に極性を反転した形で装着されている。従って、永久磁石４０はその表面極性がＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、…  の順に配列されており、つまり、突起部３５と同数（２４個）の２４極の界磁極３０が構成されている。なお、極数は上記２４極に限られないが、極性を交互に反転する関係上極数は偶数である必要がある。
【００３７】
そして、上記永久磁石４０のコア対向面４２は、図３に示すように、上述したコア部１４のコア磁極面１８に対して、互いに対向するように配置されている。例えば図３に示すように、永久磁石４０ｂのコア対向面４２は、コア部１４ｂのコア磁極面１８と、所定距離（例えば０．５ｍｍ）の空隙ＧＡＰを介して対向している。また該空隙ＧＡＰは、磁石保持部材３８を除いて考えると、斜面部４３、４３存在により、永久磁石４０ｂの中心線（一点鎖線）ＣＴから断面両側にゆくに従って大きくなるように設定されている。
【００３８】
駆動装置１は以上のような構成を有するので、オペレータは所定のワークを工作機械（図示せず）の載置し、該工作機械を起動すると、所定の加工プログラムなどにより送り駆動系の制御が開始される。即ち、図１に示す吸気冷却装置５ａと排気冷却装置５ｂが起動されると共に、ブラシレスモータ２の駆動制御が開始される。
【００３９】
まず、インバータ制御回路（図示せず）により、各相に対応するスイッチング素子が所定のオン・オフのタイミングで開閉され、ＰＷＭなどにより制御された所定電圧が、各ｕ相、ｖ相、ｗ相のコイル１２に供給される。所定電圧が供給されると、各コイル１２の巻線１９に所定電圧に応じた電流が流れ出し、当該コイル１２に対応するコア部１４が励磁される。すると、該コア部１４のコア磁極面１８は、その巻線１９の巻き方向又は印加電圧の極性に応じた極性に磁化される。磁化されたコア磁極面１８と、対向する磁石磁極面４４の間に磁束ＦＬが流れ、異極間同士には磁気吸引力が、また同極間同士には（磁気）反発力が発生する。該吸引力及び反発力は、界磁極３０に対して回転トルクを生じさせ、これにより界磁極３０が回転中心ＣＬで回転し始め、出力軸３１から工作機械の送り軸（図示せず）に動力が伝達される。
【００４０】
ここで、界磁極３０が回転する際の磁束の流れについて、図６に沿って説明する。図６は、永久磁石４０周辺における磁束分布の説明図で、（ａ）は永久磁石４０がコア部１４に接近する場合、（ｂ）は永久磁石４０とコア部１４が対向する場合、（ｃ）は永久磁石４０がコア部１４から遠ざかる場合である。なお、簡便な説明とするために、同図には説明に必要なコア部１４と永久磁石４０のみを示し、当該コア部１４及び永久磁石４０の磁気吸引力に基づく出力軸３１の回転トルクについて説明する。
【００４１】
界磁極３０は、コア部１４のコア磁極面１８がＮ極に励磁された状態で、電機子１０に対して反時計回りに（図６に示す矢印方向Ｆに）回転し、図６（ａ）に示すように、Ｓ極に着磁された磁石磁極面４４（太線）がコア磁極面１８に接近しているとする。コア部１４内部に流れる磁束ＦＬ（一点鎖線）は、コア磁極面１８から流れ出ると、空隙ＧＡＰを介して永久磁石４０に流れ込む。
【００４２】
この際、上述したように、磁石磁極面４４の一方（図中上方）の斜面部４３により、空隙ＧＡＰが広くなっているので、磁束ＦＬは永久磁石４０の局部、つまり破線で示すコーナＣＮで磁束ＦＬが集中することなく、当該斜面部４３で分散された形で永久磁石４０に流れ込む。従って永久磁石４０は、磁石磁極面４４とコア磁極面１８の間で生じる磁気吸引力の立ち上がりが緩和された状態で、コア部１４に接近することとなる。即ち、本発明に係るブラシレスモータ２は、台形形状の断面形状である磁石磁極面４４を有する、永久磁石４０を設けることにより、永久磁石４０がコア部１４に接近する際に生じる磁気吸引力の急峻な変化を防止し、回転トルクを安定させるものである。従って、永久磁石４０は、出力軸３１の回転トルクを緩やかに上昇させながら、コア部１４に接近していく。
【００４３】
次いで、永久磁石４０が、図６（ｂ）に示すようにコア対向面４２とコア磁極面１８が対向する位置に達すると、空隙ＧＡＰは、コア対向面４２とコア磁極面１８の間の０．５ｍｍの距離を介して最も狭い状態なる。従って、次第に上昇していた出力軸３１の回転トルクはここで最大値に達することとなる。永久磁石４０の磁石磁極面４４には、０．５ｍｍの距離を維持するコア対向面４２が確保されているので、磁石磁極面４４とコア磁極面１８の間の磁気抵抗を極力増大させることなく、回転トルクの低下が防止されている。
【００４４】
更に、永久磁石４０が、図６（ｃ）に示すようにコア部１４から遠ざかると、磁束ＦＬが、コア部１４に接近する場合と同様に、他方（図中下方）の斜面部４３で分散された形で永久磁石４０に流れ込む。従って、永久磁石４０は、磁気吸引力の立ち下がりが緩和された状態で、コア部１４から遠ざかることとなり、最大値に達した回転トルクは緩やかに下降していく。このような緩やかな回転トルクの変化（トルクリップル）は、界磁極３０の回転中、各永久磁石４０とコア部１４の間で繰り返され、これらの回転トルクが合成された界磁極３０全体の回転トルクも、同様に変化することとなる。
【００４５】
その結果、台形形状の断面形状である磁石磁極面４４を有する、永久磁石４０を設けることにより、ブラシレスモータ２の構造を複雑化させることなく、トルクリップルによるトルクのムラが抑制され、回転トルクを安定させることが出来、同様に、コギングトルク（無励磁状態で外力により回転させた場合に生じるトルクの脈動）も安定させることが出来る。しかも、永久磁石４０の磁石磁極面４４には、最も狭い空隙ＧＡＰを形成するコア対向面４２が確保されているので、回転トルクの低下を極力防止することが出来る。これにより、比較的低速で回転させる場合であっても、ブラシレスモータ２を、高い位置決め精度のダイレクトドライブモータとしてを機能させることが出来、工作機械の加工精度を向上することが出来る。また、該ブラシレスモータ２は減速機構を介さないので、駆動装置１の小型化を図ることが出来る。
【００４６】
また、本実施例にあっては、図４に示す分割された永久磁石ブロック４０Ｌ１、４０Ｌ２、４０Ｌ３を一定ピッチＰ１づつずらして配列しているので、コア部１４と永久磁石４０間の磁束分布が更に緩和されて、トルクのムラを抑制し、回転トルクを安定させることが出来る。またブラシレスモータ２は、電機子１０と、界磁極３０のピッチ角度を異なるように構成されているので、同様に、上記磁束分布を更に緩和することが出来る。なお、コア部１４のピッチ角度を２０°及び永久磁石４０のピッチ角度を１５°の組み合わせを一例として示したが、ピッチ角度を異なるように構成する組合せであればこれに限られないが、回転トルクを極力低下させない組合せが好ましい。
【００４７】
こうして界磁極３０が回転すると、磁束ＦＬのヒステリシスや渦電流による鉄損によりステータ鉄心１１、ロータ鉄心３３などが発熱し、また、ジュール熱の銅損によるコイル１２の発熱によって、ステータ鉄心１１が更に発熱する。これにより、ブラシレスモータ２全体の温度が上昇すると共に、筐体３の中空部３ａにおける温度も次第に上昇していく。
【００４８】
ところで、図１に示す吸気冷却装置５ａと排気冷却装置５ｂは、上述したブラシレスモータ２の駆動制御の開始に伴って起動されている。従って、吸気冷却装置５ａと排気冷却装置５ｂに設けられた送風機６のファン７が回転され、外気は、図１に示す矢印方向Ａに沿って、吸気冷却部８ｂ、送風機６、吸気側通風孔４ｂ、及び通風路３ｂを介して中空部３ａに吸気される。また、筐体３の内気は、図１に示す矢印方向Ｂに沿って、通風路３ｃ、排気側通風孔４ｃ、送風機６、及び排気冷却部８ｃを介して排気される。
【００４９】
この際、吸気冷却部８ｂ内のペルチェ素子（図示せず）により、その吸熱部（図示せず）により冷却された外気が中空部３ａに吸気され、ステータ鉄心１１が冷却されることより、ブラシレスモータ２の内部が冷却されていく。また筐体３の内気は、排気冷却部８ｃ内のペルチェ素子の吸熱部（図示せず）により吸熱されて、その熱が筐体３の外部に排気されていく。
【００５０】
その結果、特に発熱するステータ鉄心１１を直接冷却することにより、減速機構を介さないことから比較的低速で回転させる場合が多いために生じる大きな発熱を、効率良く抑制することが出来る。また、駆動装置１の小型化を、減速機構を介さないことにより実現するだけでなく、ペルチェ素子（図示せず）により冷却装置を構成することにより、駆動装置１を更に小型化することが出来る。
【００５１】
こうして、ブラシレスモータ２は、簡単な構造で回転トルクが安定されると共に発熱が抑制された、ダイレクトドライブモータとして機能させることが出来、工作機械の加工精度を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明が適用される、工作機械の駆動装置の一例を示す概略上面（一部断面）である。
【図２】図２は、図１のブラシレスモータの断面図である。
【図３】図３は、図２のブラシレスモータの電機子と界磁極を示した（一部省略）拡大断面図である。
【図４】図４は、界磁極のうちロータ鉄心周辺の分解斜視図である。
【図５】図５は、本発明による永久磁石の断面図である。
【図６】図６は、永久磁石周辺における磁束分布の説明図で、（ａ）は永久磁石がコア部に接近する場合、（ｂ）は永久磁石とコア部が対向する場合、（ｃ）は永久磁石がコア部から遠ざかる場合である。
【符号の説明】
２……ブラシレスモータ
３……ブラシレスモータ格納手段（筐体）
３ａ……中空部
５ｂ……ペルチェ素子冷却手段（吸気冷却装置）
５ｃ……ペルチェ素子冷却手段（排気冷却装置）
１０……電機子
１２……コイル
１４……コア（コア部）
３０……界磁極
３１……出力軸
４０……永久磁石
４０Ｌ１、４０Ｌ２、４０Ｌ３……永久磁石（永久磁石ブロック）
４４……磁極面（磁石磁極面）
Ｐ１……ピッチ
【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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