(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向（Ｌ）に沿った回転軸（２１）を中心として相互に回転自在な電機子（３）及び界磁子（２）を備えるモータであって、
前記電機子（３）は、
前記回転軸についての径方向である第２方向（Ｄ）に沿って前記回転軸（２１）から離れて配置される電機子巻線（７）、
を有し、
前記界磁子（２）は、
各々が、前記第１方向（Ｌ）において前記電機子巻線（７）と対向する一端及び前記第１方向（Ｌ）において前記電機子巻線（７）と対向しない他端を含み、前記第２方向（Ｄ）に沿って延び、前記回転軸の周りで環状に配置される複数の第１ヨーク板（４１）と、
隣接する前記第１ヨーク板（４１）の一方の前記他端に接合されたＮ極と、他方の前記他端に接合されたＳ極と、前記第１ヨーク板（４１）に向いて開口するＵ形の磁路（Φ１）とを有し、前記第２方向（Ｄ）において前記電機子巻線（７）と少なくとも部分的に対向する界磁用磁石（５）と、
を有することを特徴とするモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータにおいて、
隣接する前記第１ヨーク板（４１）の前記一端同士は相互に連結されることを特徴とするモータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のモータにおいて、
隣接する前記第１ヨーク板（４１）の前記他端同士は前記Ｎ極及び前記Ｓ極の境界を避けて相互に連結されることを特徴とするモータ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第１ヨーク板（４１）は前記第２方向（Ｄ）に平行な直線状の外郭（４１１）を有することを特徴とするモータ。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載のモータにおいて、
隣接する第１ヨーク板（４１）同士の間幅（４６１）は、前記第２方向（Ｄ）に沿って前記回転軸（２１）から離れるほど広いことを特徴とするモータ。
【請求項６】
請求項５に記載のモータにおいて、
前記隣接する第１ヨーク板（４１）同士の間幅（４６１）は、前記回転軸（２１）からの距離に対して、非線形に増大することを特徴とするモータ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載のモータにおいて、
前記界磁用磁石（５）は、円盤形状であることを特徴とするモータ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載のモータにおいて、
前記界磁用磁石（５）は、
前記第１方向（Ｌ）においてＮ極及びＳ極が並ぶ永久磁石（５１）の少なくとも一つと、
前記第１ヨーク板（４１）と反対側で前記Ｎ極と前記Ｓ極とを接合する第２ヨーク板（５９）と、
を含むことを特徴とするモータ。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれかに記載のモータにおいて、
前記界磁用磁石（５）は、
前記第１方向（Ｌ）においてＮ極及びＳ極が並ぶ、６面体の永久磁石（５３）の少なくとも二つと、
前記永久磁石（５３）の前記Ｓ極及び前記Ｎ極を前記第１ヨーク板（４１）と反対側で接合する第２ヨーク板（５９）と、
から構成されることを特徴とするモータ。
【請求項１０】
請求項８または９に記載のモータにおいて、
前記永久磁石（５１，５３）は、ボンド磁石であることを特徴とするモータ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のモータにおいて、
前記永久磁石（５１，５３）は、射出成形により前記第１ヨーク板（４１）及び第２ヨーク板（５９）のいずれかと一体形成されることを特徴とするモータ。
【請求項１２】
請求項８ないし１１のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第２ヨーク板（５９）の前記第２方向（Ｄ）の幅は、前記永久磁石（５１，５３）の前記第２方向（Ｄ）の幅よりも大であることを特徴とするモータ。
【請求項１３】
請求項８ないし１２のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第２ヨーク板（５９）の前記第１方向（Ｌ）の幅は、前記永久磁石（５１，５３）の前記第１方向（Ｌ）の幅よりも大であることを特徴とするモータ。
【請求項１４】
請求項８ないし１３のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第２ヨーク板（５９）は、前記永久磁石（５１，５３）の互いに異なる極性が隣接する部位において、前記第１方向（Ｌ）の幅が、他の位置と比較して大であることを特徴とするモータ。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載のモータにおいて、
前記電機子（３）は、前記電機子巻線（７）が配置される基板（７６）、
をさらに備えることを特徴とするモータ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のモータにおいて、
前記電機子巻線（７）は、前記基板（７６）の前記第１方向（Ｌ）について相互に反対側にある両面に配置されることを特徴とするモータ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のモータにおいて、
前記基板（７６）の一方の面に配置された前記電機子巻線（７）と、前記基板（７６）の他方の面に配置された前記電機子巻線（７）とは、前記電機子（３）を基準とした前記界磁子（２）の回転方向（Ｒ）に沿って互いにずれていることを特徴とするモータ。
【請求項１８】
請求項１５ないし１７のいずれかに記載のモータにおいて、
前記電機子巻線（７）は、フォトリソグラフィにより導体が形成される平面状コイルであることを特徴とするモータ。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれかに記載のモータにおいて、
一の前記電機子（３）と一の前記界磁子（２）との組を一のモータセットとし、
複数の前記モータセットを、前記回転軸（２１）を同一として前記第１方向（Ｌ）に沿って連結したことを特徴とするモータ。
【請求項２０】
請求項１９に記載のモータにおいて、
前記複数の前記モータセットにそれぞれ含まれる前記電機子巻線（７）は、前記複数の前記モータセットの相互間で、前記電機子（３）を基準とした前記界磁子（２）の回転方向（Ｒ）に沿ってずれていることを特徴とするモータ。
【請求項２１】
請求項１ないし１８のいずれかに記載のモータにおいて、
前記電機子巻線（７）は、前記界磁用磁石（５）よりも前記回転軸（２１）の側に配置され、
２つの前記界磁子（２）を、一の前記電機子（３）を挟んで、前記回転軸（２１）を同一として前記第１方向（Ｌ）に沿って連結したことを特徴とするモータ。
【請求項２２】
請求項１ないし２１のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第１ヨーク板（４１）は、前記電機子巻線（７）との間でエアギャップ（７４）を形成する第１平面部分（４１ａ）と、前記第１平面部分（４１ａ）と連結される第２平面部分（４１ｂ）とで構成され、
前記第１平面部分（４１ａ）は、前記第２平面部分（４１ｂ）よりも前記第１方向（Ｌ）において前記電機子巻線（７）側に配置されることを特徴とするモータ。
【請求項２３】
請求項１ないし２２のいずれかに記載のモータにおいて、
前記電機子（３）は、前記界磁用磁石（５）の磁極位置を検出する少なくとも一の位置検出センサ（６）、
をさらに備え、
前記位置検出センサ（６）は、前記電機子巻線（７）の略中央部に配置されることを特徴とするモータ。
【請求項２４】
請求項１ないし２２のいずれかに記載のモータにおいて、
前記電機子（３）は、前記界磁用磁石（５）の磁極位置を検出する少なくとも一の位置検出センサ（６）、
をさらに備え、
前記位置検出センサ（６）は、前記回転軸（２１）と前記電機子巻線（７）の略中央部とを結ぶ直線（ｄ１）に対して、前記電機子（３）を基準とした前記界磁子（２）の回転方向（Ｒ）とは逆向きにずれて配置されていることを特徴とするモータ。
【請求項２５】
請求項２３または２４に記載のモータにおいて、
前記位置検出センサ（６）の出力に基づいて、矩形波及び正弦波のいずれかの駆動電流を前記電機子巻線（７）に与える駆動手段（８）、
をさらに備えることを特徴とするモータ。
【請求項２６】
請求項１ないし２２のいずれかに記載のモータにおいて、
前記電機子巻線（７）の誘起電圧を検出する手段と、
前記誘起電圧から前記界磁用磁石（５）の磁極位置を推定する手段と、
前記推定された前記界磁用磁石（５）の磁極位置に基づいた駆動電流を、前記電機子巻線（７）に与える駆動手段と、
をさらに備えることを特徴とするモータ。
【請求項２７】
請求項２６に記載のモータにおいて、
前記駆動手段は、前記駆動電流の位相を前記誘起電圧の位相よりも進めることを特徴とするモータ。
【請求項２８】
送風機であって、
請求項１ないし２７のいずれかに記載のモータと、
前記モータにより回転駆動されるファン（９１）と、
を備えることを特徴とする送風機。
【請求項２９】
圧縮機であって、
請求項１ないし２７のいずれかに記載のモータと、
前記モータにより回転駆動される圧縮機構（９６）と、
を備えることを特徴とする圧縮機。
【請求項３０】
空気調和機であって、
請求項１ないし２７のいずれかに記載のモータと、
前記モータにより回転駆動される回転駆動機構と、
を備えることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸を中心として相互に回転自在な電機子及び界磁子を備えるモータに係る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転軸を中心として相互に回転自在な電機子及び界磁子を備えるモータとして、例えばアキシャルギャップ型のブラシレスＤＣモータ（以下、単に「ブラシレスモータ」という。）が知られている。一般に、アキシャルギャップ型のブラシレスモータにおいては、回転子が界磁用磁石、固定子が電機子巻線をそれぞれ有しており、これら界磁用磁石と電機子巻線とが回転軸に沿った軸方向において対向した構造が採用される。
【０００３】
このようなアキシャルギャップ型のブラシレスモータなど、扁平形状を特徴とするモータにおいては、軸方向における薄型化が要求される。しかしながら、上記のように界磁用磁石と電機子巻線とを軸方向に沿って対向させると、界磁用磁石及び電機子巻線の双方の軸方向の厚みが重なるため、モータの薄型化が困難となる。近年、これを解消するために、界磁用磁石と電機子巻線とを、軸方向に対向させず、軸方向に垂直な径方向において対向させる構造が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００４】
なお、本発明に関連する技術を開示する先行技術文献として、下記の文献がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３４４７０１号公報
【特許文献２】特開昭５９−２１６４５８号公報
【特許文献３】特開昭５９−５１６４５９号公報
【特許文献４】特開平８−１２４７３６号公報
【非特許文献１】竹下隆晴、外２名，「電流推定誤差に基づくセンサレスブラシレスＤＣモータ制御」，電気学会論文誌Ｄ，平成７年，１１５巻，４号，ｐ.４２０−４２７
【非特許文献２】竹下隆晴、外３名，「速度起電力推定に基づくセンサレス突極形ブラシレスＤＣモータ制御」，電気学会論文誌Ｄ，平成９年，１１７巻，１号，ｐ.９８−１０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一方で、界磁用磁石と電機子巻線とが径方向において対向した構造を採用すると、モータの回転運動の際における磁路の長大化や磁路中のエアギャップ数の増加により磁気抵抗が大きくなり、その結果、効率やトルクが低下することとなる。このため、この構造を有するモータを、効率が特に重視される空気調和機の送風機などに好適に採用することができなかった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、モータの薄型化を達成ししつつ、モータの効率やトルクが向上できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、第１方向（Ｌ）に沿った回転軸（２１）を中心として相互に回転自在な電機子（３）及び界磁子（２）を備えるモータであって、前記電機子（３）は、前記回転軸についての径方向である第２方向（Ｄ）に沿って前記回転軸（２１）から離れて配置される電機子巻線（７）、を有し、前記界磁子（２）は、各々が、前記第１方向（Ｌ）において前記電機子巻線（７）と対向する一端及び前記第１方向（Ｌ）において前記電機子巻線（７）と対向しない他端を含み、前記第２方向（Ｄ）に沿って延び、前記回転軸の周りで環状に配置される複数の第１ヨーク板（４１）と、隣接する前記第１ヨーク板（４１）の一方の前記他端に接合されたＮ極と、他方の前記他端に接合されたＳ極と、前記第１ヨーク板（４１）に向いて開口するＵ形の磁路（Φ１）とを有し、前記第２方向（Ｄ）において前記電機子巻線（７）と少なくとも部分的に対向する界磁用磁石（５）と、を有する。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のモータにおいて、隣接する前記第１ヨーク板（４１）の前記一端同士は相互に連結される。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載のモータにおいて、隣接する前記第１ヨーク板（４１）の前記他端同士は前記Ｎ極及び前記Ｓ極の境界を避けて相互に連結される。
【００１１】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のモータにおいて、前記第１ヨーク板（４１）は前記第２方向（Ｄ）に平行な直線状の外郭（４１１）を有する。
【００１２】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のモータにおいて、隣接する第１ヨーク板（４１）同士の間幅（４６１）は、前記第２方向（Ｄ）に沿って前記回転軸（２１）から離れるほど広い。
【００１３】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載のモータにおいて、前記隣接する第１ヨーク板（４１）同士の間幅（４６１）は、前記回転軸（２１）からの距離に対して、非線形に増大する。
【００１４】
また、請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のモータにおいて、前記界磁用磁石（５）は、円盤形状である。
【００１５】
また、請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載のモータにおいて、前記界磁用磁石（５）は、前記第１方向（Ｌ）においてＮ極及びＳ極が並ぶ永久磁石（５１）の少なくとも一つと、前記第１ヨーク板（４１）と反対側で前記Ｎ極と前記Ｓ極とを接合する第２ヨーク板（５９）と、を含む。
【００１６】
また、請求項９の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載のモータにおいて、前記界磁用磁石（５）は、前記第１方向（Ｌ）においてＮ極及びＳ極が並ぶ、６面体の永久磁石（５３）の少なくとも二つと、前記永久磁石（５３）の前記Ｓ極及び前記Ｎ極を前記第１ヨーク板（４１）と反対側で接合する第２ヨーク板（５９）と、から構成される。
【００１７】
また、請求項１０の発明は、請求項８または９に記載のモータにおいて、前記永久磁石（５１，５３）は、ボンド磁石である。
【００１８】
また、請求項１１の発明は、請求項１０に記載のモータにおいて、前記永久磁石（５１，５３）は、射出成形により前記第１ヨーク板（４１）及び第２ヨーク板（５９）のいずれかと一体形成される。
【００１９】
また、請求項１２の発明は、請求項８ないし１１のいずれかに記載のモータにおいて、前記第２ヨーク板（５９）の前記第２方向（Ｄ）の幅は、前記永久磁石（５１，５３）の前記第２方向（Ｄ）の幅よりも大である。
【００２０】
また、請求項１３の発明は、請求項８ないし１２のいずれかに記載のモータにおいて、前記第２ヨーク板（５９）の前記第１方向（Ｌ）の幅は、前記永久磁石（５１，５３）の前記第１方向（Ｌ）の幅よりも大である。
【００２１】
また、請求項１４の発明は、請求項８ないし１３のいずれかに記載のモータにおいて、前記第２ヨーク板（５９）は、前記永久磁石（５１，５３）の互いに異なる極性が隣接する部位において、前記第１方向（Ｌ）の幅が、他の位置と比較して大である。
【００２２】
また、請求項１５の発明は、請求項１ないし１４のいずれかに記載のモータにおいて、前記電機子（３）は、前記電機子巻線（７）が配置される基板（７６）、をさらに備えている。
【００２３】
また、請求項１６の発明は、請求項１５に記載のモータにおいて、前記電機子巻線（７）は、前記基板（７６）の前記第１方向（Ｌ）について相互に反対側にある両面に配置される。
【００２４】
また、請求項１７の発明は、請求項１６に記載のモータにおいて、前記基板（７６）の一方の面に配置された前記電機子巻線（７）と、前記基板（７６）の他方の面に配置された前記電機子巻線（７）とは、前記電機子（３）を基準とした前記界磁子（２）の回転方向（Ｒ）に沿って互いにずれている。
【００２５】
また、請求項１８の発明は、請求項１５ないし１７のいずれかに記載のモータにおいて、前記電機子巻線（７）は、フォトリソグラフィにより導体が形成される平面状コイルである。
【００２６】
また、請求項１９の発明は、請求項１ないし１８のいずれかに記載のモータにおいて、一の前記電機子（３）と一の前記界磁子（２）との組を一のモータセットとし、複数の前記モータセットを、前記回転軸（２１）を同一として前記第１方向（Ｌ）に沿って連結した。
【００２７】
また、請求項２０の発明は、請求項１９に記載のモータにおいて、前記複数の前記モータセットにそれぞれ含まれる前記電機子巻線（７）は、前記複数の前記モータセットの相互間で、前記電機子（３）を基準とした前記界磁子（２）の回転方向（Ｒ）に沿ってずれている。
【００２８】
また、請求項２１の発明は、請求項１ないし１８のいずれかに記載のモータにおいて、前記電機子巻線（７）は、前記界磁用磁石（５）よりも前記回転軸（２１）の側に配置され、２つの前記界磁子（２）を、一の前記電機子（３）を挟んで、前記回転軸（２１）を同一として前記第１方向（Ｌ）に沿って連結した。
【００２９】
また、請求項２２の発明は、請求項１ないし２１のいずれかに記載のモータにおいて、前記第１ヨーク板（４１）は、前記電機子巻線（７）との間でエアギャップ（７４）を形成する第１平面部分（４１ａ）と、前記第１平面部分（４１ａ）と連結される第２平面部分（４１ｂ）とで構成され、前記第１平面部分（４１ａ）は、前記第２平面部分（４１ｂ）よりも前記第１方向（Ｌ）において前記電機子巻線（７）側に配置される。
【００３０】
また、請求項２３の発明は、請求項１ないし２２のいずれかに記載のモータにおいて、前記電機子（３）は、前記界磁用磁石（５）の磁極位置を検出する少なくとも一の位置検出センサ（６）、をさらに備え、前記位置検出センサ（６）は、前記電機子巻線（７）の略中央部に配置される。
【００３１】
また、請求項２４の発明は、請求項１ないし２２のいずれかに記載のモータにおいて、前記電機子（３）は、前記界磁用磁石（５）の磁極位置を検出する少なくとも一の位置検出センサ（６）、をさらに備え、前記位置検出センサ（６）は、前記回転軸（２１）と前記電機子巻線（７）の略中央部とを結ぶ直線（ｄ２）に対して、前記電機子（３）を基準とした前記界磁子（２）の回転方向（Ｒ）とは逆向きにずれて配置されている。
【００３２】
また、請求項２５の発明は、請求項２３または２４に記載のモータにおいて、前記位置検出センサ（６）の出力に基づいて、矩形波及び正弦波のいずれかの駆動電流を前記電機子巻線（７）に与える駆動手段（８）、をさらに備えている。
【００３３】
また、請求項２６の発明は、請求項１ないし２２のいずれかに記載のモータにおいて、前記電機子巻線（７）の誘起電圧を検出する手段と、前記誘起電圧から前記界磁用磁石（５）の磁極位置を推定する手段と、前記推定された前記界磁用磁石（５）の磁極位置に基づいた駆動電流を、前記電機子巻線（７）に与える駆動手段と、をさらに備えている。
【００３４】
また、請求項２７の発明は、請求項２６に記載のモータにおいて、前記駆動手段は、前記駆動電流の位相を前記誘起電圧の位相よりも進める。
【００３５】
また、請求項２８の発明は、送風機であって、請求項１ないし２７のいずれかに記載のモータと、前記モータにより回転駆動されるファン（９１）と、を備えている。
【００３６】
また、請求項２９の発明は、圧縮機であって、請求項１ないし２７のいずれかに記載のモータと、前記モータにより回転駆動される圧縮機構（９６）と、を備えている。
【００３７】
また、請求項３０の発明は、空気調和機であって、請求項１ないし２７のいずれかに記載のモータと、前記モータにより回転駆動される回転駆動機構と、を備えている。
【発明の効果】
【００３８】
この発明の請求項１ないし２７にかかるモータによれば、電機子巻線に所定の電流を流すことにより、電機子と界磁子とは回転軸の周りで相互に回転する。例えば電機子を固定子に、界磁子を回転子に採用することにより、ブラシレスＤＣモータとして機能させることができる。しかも回転軸の方向において界磁用磁石と電機子巻線とが対向せず、これと垂直な第２方向において部分的に対向しているため、回転軸方向の厚みを小さくできる。その結果、モータの薄型化が可能となる。さらに、第１ヨーク板が電機子に吸引されることによるリラクタンストルクも利用できるため、モータのトルクを増大できる。
【００３９】
特に請求項２にかかるモータによれば、第１ヨーク板における磁束の短絡を防止しつつ、界磁子の強度を向上させ、製造工程を容易にすることができる。
【００４０】
特に請求項３にかかるモータによれば、第１ヨーク板における磁束の短絡を防止しつつ、界磁子の強度を向上させ、製造工程を容易にすることができる。
【００４１】
特に請求項４にかかるモータによれば、第１ヨーク板の互いに異なる磁極に磁化された部位の境界において、第２方向に均一の磁気抵抗を生じさせることができる。その結果、第１ヨーク板における磁束の短絡を効果的に防止できる。
【００４２】
特に請求項５にかかるモータによれば、隣接する第１ヨーク板同士の間幅が回転軸から離れるほど大となるため、回転時において、第１ヨーク板の磁化された部位と、電機子巻線とが重なり合う量を調整できる。これにより、電機子巻線と鎖交する磁束量を正弦波状にすることで、コギングトルクが減少できる。その結果、モータの効率が向上するとともに低騒音化できる。また、請求項６にかかるモータによれば、この効果をさらに高めることができる。
【００４３】
特に請求項７にかかるモータによれば、界磁用磁石が円盤形状であることから、界磁用磁石の軸方向の表面積を大きくとることができる。その結果、界磁用磁石の磁束を有効に利用でき、モータのトルク及び効率を向上できる。
【００４４】
特に請求項８にかかるモータによれば、第１ヨーク板に向いて開口するＵ形の磁路を容易に形成することができ、磁気抵抗を小さくできる。
【００４５】
特に請求項９にかかるモータによれば、界磁用磁石は、複数の６面体の永久磁石から構成されるため、界磁用磁石の製造コストを低下できる。
【００４６】
特に請求項１０にかかるモータによれば、永久磁石をボンド磁石とすることで、薄型の界磁用磁石を低コストに形成でき、製造コストを低下できる。
【００４７】
特に請求項１１にかかるモータによれば、射出形成により永久磁石が、第１ヨーク板及び第２ヨーク板のいずれかと一体形成されるため、製造が容易となり製造コストを低下できる。
【００４８】
特に請求項１２にかかるモータによれば、第２ヨーク板における磁束の飽和を防止でき、モータのトルク及び効率を向上できる。
【００４９】
特に請求項１３にかかるモータによれば、第２ヨーク板における磁束の飽和を防止でき、モータのトルク及び効率を向上できる。
【００５０】
特に請求項１４にかかるモータによれば、第２ヨーク板における磁束の飽和を防止でき、モータのトルク及び効率を向上できる。
【００５１】
特に請求項１５にかかるモータによれば、電機子巻線が基板上に配置されるため、電機子巻線の配置及び電機子巻線への配線が容易である。これにより製造コストを低下できる。
【００５２】
特に請求項１６にかかるモータによれば、複数の電機子巻線を自由に配置できる。
【００５３】
特に請求項１７にかかるモータによれば、基板の両側の電機子巻線が電機子を基準とした界磁子の回転方向に沿って互いにずれているため、電機子の電機子巻線に関して実質的にスキューを形成したこととなる。このため、トルクの脈動を防止でき、その結果、モータの効率が向上するとともに低騒音化できる。
【００５４】
特に請求項１８にかかるモータによれば、電機子巻線が平面状コイルであるため、電機子巻線と基板とを一体形成でき、モータの薄型化が可能となる。
【００５５】
特に請求項１９にかかるモータによれば、複数のモータセットが回転軸を同一として連結されるため、トルクを増加させることができる。
【００５６】
特に請求項２０にかかるモータによれば、複数のモータセットの相互間で電機子巻線が界磁子の回転方向に沿ってずれているため、電機子の電機子巻線に関して実質的にスキューを形成したこととなる。このため、トルクの脈動を防止でき、その結果、モータの効率が向上するとともに低騒音化できる。
【００５７】
特に請求項２１にかかるモータによれば、一の電機子に対して２つの界磁子を回転させることができ、結果、モータの薄型化、及び、トルクの増大が可能となる。
【００５８】
特に請求項２２にかかるモータによれば、エアギャップを小とすることができ、磁気回路における磁気抵抗が小となり、モータの効率を向上できる。
【００５９】
特に請求項２４にかかるモータによれば、位置検出センサが回転方向とは逆向きにずれて配置されるため、コイルのインダクタンスの影響による電圧の位相に対する電流の位相は遅れを解消できる。また、リラクタンストルクを有効に利用でき、モータのトルク及び効率を向上できる。
【００６０】
特に請求項２５にかかるモータによれば、矩形波の駆動電流を与える場合は駆動手段としての構成を簡易にできる。一方、正弦波の駆動電流を与える場合は低騒音化できる。
【００６１】
特に請求項２６にかかるモータによれば、ホール素子などの位置検出センサを設ける必要がないため、モータのさらなる薄型化が可能となる。
【００６２】
特に請求項２７にかかるモータによれば、駆動電流の位相を誘起電圧の位相よりも進めるため、コイルのインダクタンスの影響による電圧の位相に対する電流の位相は遅れを解消できる。また、リラクタンストルクを有効に利用でき、モータのトルク及び効率を向上できる。
【００６３】
また、この発明の請求項２８にかかる送風機によれば、薄型かつトルクを向上したモータを備えるため、小型かつ省電力の送風機とすることができる。
【００６４】
また、この発明の請求項２９にかかる圧縮機によれば、薄型かつトルクを向上したモータを備えるため、小型かつ省電力の圧縮機とすることができる。
【００６５】
また、この発明の請求項３０にかかる空気調和機によれば、薄型かつトルクを向上したモータを備えるため、小型かつ省電力の空気調和機とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る駆動システム１０の基本構成を示す模式図である。図に示すように、駆動システム１０は、回転駆動するブラシレスモータ１と、該ブラシレスモータ１に対して駆動電流を供給する駆動回路８とを備えている。以下、この駆動システム１０について、ブラシレスモータ１、駆動回路８の順に説明する。
【００６７】
＜１．ブラシレスモータ＞
図２及び図３は、ブラシレスモータ１の主たる構成を示す図であり、図２は斜視図、図３は図２のIII−III位置から見た断面図である。これらの図に示すように、ブラシレスモータ１は、扁平形状に構成されており、主として回転軸２１を中心として相互に回転自在な固定子３と回転子２とを備えている。図２では構造の視認を容易にするため、回転子２の一部を破断して示している。
【００６８】
以下の説明においては、回転軸２１に沿った方向Ｌを「軸方向」といい、軸方向Ｌにおいて固定子３に対して回転子２が配置される側を「正側」、その反対側を「負側」とする。また、軸方向Ｌに垂直で回転軸２１から周縁部に向かう方向Ｄを「径方向」、固定子３を基準として回転子２が回転する方向Ｒを「回転方向」という。図２では、回転方向Ｒを軸方向Ｌの正側からみて時計回りとした場合を例示している。
【００６９】
固定子３は、電機子巻線７及びステータヨーク板３１を、軸方向Ｌに沿って正側からこの順に積層して備えている。
【００７０】
ステータヨーク板３１は、円盤形状の磁性体で構成されており、円盤の中心位置には軸受３２が形成されている。回転軸２１は、この軸受３２に対して嵌入される。これにより、回転軸２１が固定子３に対して相対的に回転自在に支持されるとともに、ステータヨーク板３１の平面部分が軸方向Ｌに直交して配置される。電機子巻線７は、回転軸２１を中心とし、回転軸２１から離れた一の円上に沿って配置された複数のコイル７１により構成される。電機子巻線７は、回転子２に対向するように、ステータヨーク板３１の軸方向Ｌの正側に配置される。
【００７１】
回転子２は、補強部材２２、ロータヨーク板４及び界磁用磁石５を、軸方向Ｌに沿って正側からこの順に積層して備えている。円盤形状のロータヨーク板４は平面部分が軸方向Ｌに直交するように回転軸２１に固設されており、このロータヨーク板４の正側面に補強部材２２、負側面に界磁用磁石５がそれぞれ着接されている。補強部材２２は、円盤形状となっており、円盤の中心位置が回転軸２１の中心位置と一致するように配置されている。なお、補強部材２２はロータヨーク板４の補強のために配置されるものであり、ロータヨーク板４に十分な強度があれば省略も可能である。
【００７２】
また、界磁用磁石５も、リング形状（中心部分に円形開口部を有する円盤形状）を有しており、円盤の中心位置が回転軸２１の中心位置と一致するように配置されている。回転軸２１の中心位置から界磁用磁石５の周縁部までの距離（界磁用磁石５の外径）は、回転軸２１の中心位置から電機子巻線７までの最短距離よりも小とされている。そして、界磁用磁石５は、軸方向Ｌにおいて電機子巻線７と対向せず、かつ、径方向Ｄにおいて電機子巻線７と少なくとも部分的に対向するように、電機子巻線７の軸中心側（回転軸２１の側）に配置される。このように界磁用磁石５と電機子巻線７とを径方向Ｄに重ねて配置することにより、ブラシレスモータ１の軸方向Ｌの厚みを小さくでき、結果、ブラシレスモータ１の薄型化が達成される。
【００７３】
界磁用磁石５は、複数の永久磁石５１と、短絡ヨーク板５９とを備えて構成されている。図４は、界磁用磁石５の構成を示す斜視図である。図に示すように、本実施の形態の界磁用磁石５は、４つの永久磁石５１を備えており、これら４つの永久磁石５１が回転軸２１を中心とした一の円上に沿って配置されることで一のリング形状を形成している。
【００７４】
永久磁石５１はそれぞれ、径方向Ｄに沿って同一サイズの２つのサブ磁石５２に区分できる。サブ磁石５２はそれぞれ、軸方向Ｌに並び相互に極性の異なる磁極を有している。そして、一の永久磁石５１に含まれる２つのサブ磁石５２は、軸方向Ｌに沿った極性の向きが互いに異なっている。つまり、一の永久磁石５１としては、軸方向Ｌの一方側からみるとＮ極とＳ極とが並んだ状態となっている。これらの複数のサブ磁石５２が、回転軸２１を中心とした一の円上に沿って配置されることにより、リング状の界磁用磁石５を形成している。
【００７５】
これらの４つの永久磁石５１の配置にあたっては、一の永久磁石５１のサブ磁石５２と、他の永久磁石５１のサブ磁石５２とが隣接するとき、それらのサブ磁石５２同士の極性が互いに異なるようにされる。したがって、図４に示すように、軸方向Ｌの一方側からみると、Ｎ極を示すサブ磁石５２とＳ極を示すサブ磁石５２とが交互に配置された状態とされる。これらサブ磁石５２同士の境界（つまり、界磁用磁石５としての極性の境界）は、径方向Ｄに沿って延びることとなる。つまり、これらの複数のサブ磁石５２は、回転軸２１の周囲において交互に磁極が異なり、かつ、異なる極性の境界が径方向Ｄに沿うように配置されている。なお、本実施の形態では界磁用磁石５に４つの永久磁石５１が使用されているが、少なくとも１つの永久磁石５１（軸方向Ｌに沿った極性の向きが互いに異なるサブ磁石５２のペア）があればよい。
【００７６】
短絡ヨーク板５９は、４つの永久磁石５１によって形成されるリング形状と同一の内径及び外径を有するリング形状の磁性体で構成されている。この短絡ヨーク板５９は、４つの永久磁石５１の軸方向Ｌの負側面全体に着接されており、永久磁石５１のＮ極とＳ極とを接合する。すなわち、短絡ヨーク板５９は、軸方向Ｌの負側において、隣接するサブ磁石５２のうちの一方のＮ極と他方のＳ極とを接合し、これらを磁気的に短絡する。
【００７７】
このような界磁用磁石５の軸方向Ｌの正側に配置されるロータヨーク板４は、複数の磁性体の部材から構成され、これら複数の部材の全体によって円盤形状が形成されている。図５及び図６は、ロータヨーク板４の構成を示す図であり、図５はロータヨーク板４の斜視図、図６は軸方向Ｌの正側からみたロータヨーク板４の一部を示す図である。
【００７８】
図に示すように、ロータヨーク板４は、回転軸２１から径方向Ｄに伸びる非磁性体部となる８つのスリット４６を備えている。これらのスリット４６は、回転軸２１の中心位置を基準として４５度おきに放射状に形成されている。ロータヨーク板４は、これらのスリット４６により、略扇状の８つのサブヨーク板４１に区分される。
【００７９】
サブヨーク板４１はそれぞれ、軸方向Ｌにおいて電機子巻線７と対向してエアギャップ７４を形成する第１平面部分４１ａ、及び、軸方向Ｌにおいて電機子巻線７と対向しない第２平面部分４１ｂを含んでいる（図３参照。）。これらの第１平面部分４１ａ、及び、第２平面部分４１ｂは、同一の径方向Ｄに沿って延びるように配置されている。隣接するサブヨーク板４１の第１平面部分４１ａの周縁側（回転軸２１と反対側）の端部同士は、ロータヨーク板４としての強度を保持するために、相互に連結部４２により連結される。また、図６に示すように、隣接するサブヨーク板４１同士の間幅としてのスリット４６の幅４６１は、径方向Ｄに沿って回転軸２１から離れるほど広くなっている。
【００８０】
これらのサブヨーク板４１の数と、界磁用磁石５の軸方向Ｌの一方側の極性数（＝サブ磁石５２の数）とは同一とされる。そして、一のサブヨーク板４１が一の極性のみに接するように、ロータヨーク板４と界磁用磁石５とが接合される。図４では、ロータヨーク板４の軸方向Ｌの負側面を一点鎖線で示すことにより、ロータヨーク板４と界磁用磁石５との配置関係を示している。図４及び図６に示すように、各サブヨーク板４１は、第２平面部分４１ｂにおいて、一のサブ磁石５２（つまり、一の極性）のみと接合される。したがって、隣接するサブヨーク板４１のうちの一方の第２平面部分４１ｂはＮ極、他方の第２平面部分４１ｂはＳ極に接合される。また、８つのスリット４６はそれぞれ界磁用磁石５の極性の境界に沿って配置されることとなる。
【００８１】
回転子２のこのような構成は、永久磁石５１としてボンド磁石を採用することで比較的低コストに製造できる。すなわち、永久磁石５１をボンド磁石とすることで薄型の永久磁石を容易に形成でき、また、永久磁石５１としてのボンド磁石を、射出形成によりロータヨーク板４及び短絡ヨーク板５９のいずれかと一体形成すれば製造が容易となる。その結果、低コストにブラシレスモータ１を製造できることとなる。
【００８２】
このような構成を有するブラシレスモータ１の電機子巻線７に対して、駆動回路８（図１）から所定の駆動電流を流すと、電機子巻線７の各コイル７１において回転のための磁極が生じ、回転子２が固定子３に対して相対的に回転運動を行なう。
【００８３】
以下、このようなブラシレスモータ１の回転運動の際における磁路について説明する。図７は、界磁用磁石５の軸方向Ｌの負側における磁路を示す斜視図であり、図８は、界磁用磁石５の軸方向Ｌの正側における磁路を示す斜視図である。
【００８４】
図７の磁路Φ１に示すように、界磁用磁石５の軸方向Ｌの負側においては、一のサブ磁石５２のＮ極から出る磁束は、短絡ヨーク板５９を経由して、隣接するサブ磁石５２のＳ極に戻る。但し、説明の簡単のため、一方に隣接したＳ極への磁束のみ示している。つまり、界磁用磁石５は、サブヨーク板４１に向いて開口するＵ形の磁路Φ１を有することとなる。
【００８５】
一方、図８の磁路Φ２に示すように、界磁用磁石５の軸方向Ｌの正側においては、一のサブ磁石５２のＮ極から出る磁束は、まず、そのサブ磁石５２に接合された一のサブヨーク板４１の第２平面部分４１ｂからその第１平面部分４１ａに向かう。次に、当該第１平面部分４１ａから、軸方向Ｌに沿ってエアギャップ７４を超え、ステータヨーク板３１に向かう。次に、ステータヨーク板３１内を経由した後、再び、軸方向Ｌに沿ってエアギャップ７４を超え、上記一のサブヨーク板４１に隣接する他のサブヨーク板４１の第１平面部分４１ａに向かう。次に、そのサブヨーク板４１の第１平面部分４１ａから第２平面部分４１ｂに向かい、その後、上記一のサブ磁石５２に隣接する他のサブ磁石５２のＳ極に戻ることとなる。但し、説明の簡単のため、一方に隣接したＳ極への磁束のみ示している。
【００８６】
この際、スリット４６は、隣接するサブヨーク板４１の相互間における磁束の短絡を防止するように機能する。連結部４２において磁束の短絡が生じる可能性もあるが、連結部４２の断面積は微小で磁気抵抗が大となるため、連結部４２における磁束の短絡はほぼ無視できる。
【００８７】
以上説明したように、このブラシレスモータ１においては、界磁用磁石５と電機子巻線７とが、軸方向Ｌにおいて対向せず、径方向Ｄにおいて部分的に対向しているため、軸方向Ｌの厚みを小さくできる。その結果、モータの薄型化が可能となる。
【００８８】
また、界磁用磁石５の軸方向Ｌの負側においては、短絡ヨーク板５９の配置によりサブヨーク板４１に向いて開口するＵ形の磁路Φ１が形成される。これにより、界磁用磁石５の軸方向Ｌの負側の磁路を短くすることができるため磁気抵抗を小さくでき、その結果、ブラシレスモータ１の効率を向上できる。また、回転駆動の際には、サブヨーク板４１が吸引されることによるリラクタンストルクも回転に利用できるため、ブラシレスモータ１のトルクを増大できる。
【００８９】
また、隣接するサブヨーク板４１は、周縁側の端部同士のみが相互に連結されるため、サブヨーク板４１の相互間における磁束の短絡を防止することができるとともに、回転子２の強度を向上させ、製造工程を容易にすることができる。
【００９０】
また、界磁用磁石５がリング形状であることから、界磁用磁石５の表面積を大きくとることができる。その結果、界磁用磁石５の磁束を有効に利用でき、さらに、ブラシレスモータ１のトルク及び効率を向上できることとなる。
【００９１】
＜２．ブラシレスモータの変形例＞
ブラシレスモータ１の構造は、上記で説明した形態（以下、「代表形態」という。）に限定されるものではなく様々な変形が可能である。以下では、ブラシレスモータ１の構造として採用可能な各種の変形形態について説明する。
【００９２】
＜２−１．連結部＞
代表形態においては、図６等に示すように、隣接するサブヨーク板４１を周縁側の端部で連結していたが、これらを軸中心側の端部で連結してもよい。図９は、この場合におけるロータヨーク板４の一例を示す図である。
【００９３】
図９に示すように、この例においては、サブヨーク板４１の軸中心側に連結部４３が形成される。これにより、隣接するサブヨーク板４１の軸中心側の端部同士が相互に連結され、また、スリット４６の周縁側の部分は開口されている。連結部４３は、磁束を短絡しないように永久磁石５１のＮ極及びＳ極の境界を避け、永久磁石５１よりもさらに軸中心側に形成される。
【００９４】
このような構造を採用しても、サブヨーク板４１の相互間における磁束の短絡を防止することができるとともに、回転子２の強度を向上させ、製造工程を容易にすることができる。
【００９５】
＜２−２．スリット＞
代表形態においては、図６に示すように、スリット４６の幅４６１は、径方向Ｄに沿って回転軸２１から離れるほど広くなっていたが、これを径方向Ｄによらず一定としてもよい。図１０は、この場合におけるロータヨーク板４の一例を示す図である。
【００９６】
図１０に示すように、この例においては、スリット４６の幅４６１が径方向Ｄによらず一定となっている。そしてこれにより、スリット４６との境界となるサブヨーク板４１の外郭４１１は、当該スリット４６の長軸方向（径方向Ｄに一致）に沿った中心線ｄ１に対して平行となっている。
【００９７】
このような構造を採用すると、互いに異なる磁極に磁化された隣接するサブヨーク板４１の相互間において、径方向Ｄに均一の磁気抵抗を生じさせることができる。その結果、サブヨーク板４１の相互間における磁束の短絡を効果的に防止できることとなる。
【００９８】
また、他の例として、スリット４６の幅４６１が、回転軸２１からの距離に対して非線形に増大するようにしてもよい。図１１は、この場合におけるロータヨーク板４の一例を示す図である。図１１に示すように、この例においては、サブヨーク板４１の外郭４１１が曲線状となっており、スリット４６の幅４６１が回転軸２１からの距離に対して非線形に増大している。
【００９９】
図６や図１１に示すように、スリット４６の幅４６１が回転軸２１から離れるほど広くなる構造を採用すると、ブラシレスモータ１の回転運動の際にサブヨーク板４１と電機子巻線７とが軸方向Ｌに重なり合う量を調整できる。このため、電機子巻線７と鎖交する磁束量を正弦波状にすることができ、これによりコギングトルクを減少できる。その結果、モータの効率が向上するとともに低騒音化できることとなる。そして、図１１に示すように、スリット４６の幅４６１が非線形に増大する構造を採用すると、この効果をさらに高めることができる。
【０１００】
＜２−３．永久磁石＞
代表形態においては、図４に示すように、界磁用磁石５に採用される永久磁石５１及びサブ磁石５２は、リング形状の一部をなす形状を有していたが、この形状は特に限定されない。例えば、図１２に示すように、代表形態のサブ磁石５２に相当する永久磁石としてそれぞれ、６面体の永久磁石５３を採用してもよい。このように６面体の永久磁石５３を採用すると、界磁用磁石５としての製造コストを低下できる。
【０１０１】
図１２に示す例では、８つの永久磁石５３が、短絡ヨーク板５９の軸方向Ｌの正側に配置される。そして、この状態において永久磁石５３のそれぞれは、軸方向Ｌに並び相互に極性の異なる磁極を有している。また、軸方向Ｌの一方側からみるとＮ極を示す永久磁石５３とＳ極を示す永久磁石５３とが交互に配置され、軸方向Ｌの一方側において永久磁石５３のＮ極及びＳ極が並ぶようにされている。
【０１０２】
その他の構成は、代表形態と同様である。すなわち、短絡ヨーク板５９は、軸方向Ｌの負側において、隣接する永久磁石５３のうちの一方のＮ極と他方のＳ極とを接合し、これらを磁気的に短絡する。また、各サブヨーク板４１は一の永久磁石５３のみと接合される。もちろん、このような永久磁石５３もボンド磁石で構成し、射出形成によりロータヨーク板４及び短絡ヨーク板５９のいずれかと一体形成することが可能である。
【０１０３】
なお、この例においては、界磁用磁石５に８つの永久磁石５３が使用されているが、界磁用磁石５は、軸方向Ｌの一方側においてＮ極及びＳ極が並ぶように、少なくとも二つの永久磁石５３を備えればよい。
【０１０４】
＜２−４．短絡ヨーク板＞
代表形態においては、図３に示すように、界磁用磁石５において、短絡ヨーク板５９の径方向Ｄの幅（リング形状における外径と内径との差）と永久磁石５１の径方向Ｄの幅とは一致していたが、例えば、図１３に示すように、短絡ヨーク板５９の径方向Ｄの幅を永久磁石５１の径方向Ｄの幅よりも大きくしてもよい。
【０１０５】
上述したように、界磁用磁石５の軸方向Ｌの負側においては、サブ磁石５２同士の境界（永久磁石５１の互いに異なる極性が隣接する位置）に沿った短絡ヨーク板５９の断面を、磁路Φ１が通過する（図７参照。）。したがって、当該断面積が磁路Φ１の形成を許容できない程度に狭いと、磁束の飽和が生じる可能性がある。これに対して図１３に示す構成を採用すれば、当該断面積を広くすることができ、これにより、短絡ヨーク板５９での磁束の飽和を防止でき、磁気抵抗を小さくできることとなる。
【０１０６】
また同様に、例えば図１４に示すように、短絡ヨーク板５９の軸方向Ｌの幅を永久磁石５１の軸方向Ｌの幅よりも大きくしてもよい。これによっても、短絡ヨーク板５９での磁束の飽和を防止でき、磁気抵抗を小さくできる。また、図１３の構成と図１４の構成とを組合わせてもよい。
【０１０７】
またさらに、短絡ヨーク板５９において、サブ磁石５２同士の境界に沿った断面を、他の位置の断面よりも広くしてもよい。図１５は、このような場合における短絡ヨーク板５９の一例を示す図である。図に示すように、この例の短絡ヨーク板５９においては、サブ磁石５２同士の境界位置に対応する部位５９ａは、他の部位５９ｂと比較して、軸方向Ｌの幅が大きくなっている。これによれば、界磁用磁石５の重量を大きく増加させることなく、短絡ヨーク板５９での磁束の飽和を防止でき、磁気抵抗を小さくできる。
【０１０８】
＜２−５．電機子巻線＞
電機子巻線７は、図１６及び図１７に示すように基板７６の表面に配置してもよい。これらの図に示すように、基板７６は、例えばリング形状を有しており、円盤の中心位置が回転軸２１の中心位置と一致するように、ステータヨーク板３１の軸方向Ｌの正側面に配置される。そして、この基板７６の軸方向Ｌの正側面に、電機子巻線７が配置される。このような構造を採用すると、電機子巻線７に含まれる複数のコイル７１の配置、及び、電機子巻線７への配線が容易であることから、ブラシレスモータ１の製造コストを低下できる。
【０１０９】
また、図１８に示すように、一の基板７６の軸方向Ｌについて相互に反対側にある両面に電機子巻線７を配置してもよい。図１８の例に示す固定子３は、第１の電機子巻線７ａ、リング状の基板７６、第２の電機子巻線７ｂ、及び、ステータヨーク板３１を、軸方向Ｌに沿って正側からこの順に積層して備えている。このような構造を採用すると、２つの層の電機子巻線７を自由に配置できることとなる。
【０１１０】
例えば、図１８に示す第１の電機子巻線７ａを構成するコイル７１ａと、第２の電機子巻線７ｂを構成するコイル７１ｂとを、図１９に示すように、回転方向Ｒに沿って互いにずれて（互いの中心位置が径方向Ｄにおいて重ならないように）配置させることができる。このような構造を採用すると、固定子３の電機子巻線７に関して実質的にスキューを形成したこととなる。このため、回転駆動時におけるトルクの脈動を防止でき、その結果、モータの効率が向上するとともに低騒音化できる。
【０１１１】
また、代表形態等の説明において参照した図面では、電機子巻線７のコイル７１として軸方向Ｌに幅のあるものを図示していたが、軸方向Ｌに対して扁平となる平面状のプリントコイルを採用してもよい。プリントコイルは、例えば特許文献４に開示されているように、基板に対するフォトリソグラフィにより導体が形成され、これにより基板と一体形成されて平面状とされる。このような平面状のプリントコイルを基板７６上に形成することで、電機子巻線７と基板７６とを一体形成でき、モータのさらなる薄型化が可能となる。
【０１１２】
＜２−６．ロータヨーク板＞
代表形態においては、図３等に示すように、サブヨーク板４１の第１平面部分４１ａと第２平面部分４１ｂとは同一の径方向Ｄに配置されていたが、軸方向Ｌに互いにずれていてもよい。図２０は、この場合におけるブラシレスモータ１の一例を示す図である。
【０１１３】
図２０に示すように、この例のサブヨーク板４１においては、第１平面部分４１ａ及び第２平面部分４１ｂはそれぞれ径方向Ｄに沿って伸びているが、第１平面部分４１ａが第２平面部分４１ｂよりも軸方向Ｌの負側（電機子巻線７の側）に配置され、これらが連結部材４１ｃにより連結されている。このような構造を採用すると、第１平面部分４１ａと電機子巻線７との間に形成されるエアギャップ７４を小さくすることができる。したがって、磁気回路における磁気抵抗が小さくでき、モータの効率を向上できる。
【０１１４】
＜２−７．モータセットの連結＞
上記で説明したいずれか一の固定子３といずれか一の回転子２との組を一のモータセットとしたとき、ブラシレスモータ１は、複数のモータセットを回転軸２１を同一として軸方向Ｌに沿って連結した構造としてもよい。
【０１１５】
図２１及び図２２は、図３に示すものと同様のモータセットを、回転軸２１を同一として軸方向Ｌに沿って２つ連結したブラシレスモータ１の例を示す図である。これらの図に示すブラシレスモータ１においては、軸方向Ｌにおける回転子２と固定子３との配置関係が互いに反対となる２つモータセットが連結されている。
【０１１６】
図２１の例では２つのモータセットの固定子３同士が接合されており、図２２の例では２つのモータセットの回転子２同士が接合されている。いずれの例においても、双方のモータセットにおいて一の部材で兼用できるものについては、兼用されている。例えば、図２１に示すブラシレスモータ１においては、一のステータヨーク板３１が双方のモータセットにおいて兼用されており、図２２に示すブラシレスモータ１においては、一のロータヨーク板４が双方のモータセットにおいて兼用されている。
【０１１７】
このようなブラシレスモータ１を回転駆動させる際には、双方のモータセットの回転子２の回転方向が同一となるように、双方のモータセットのそれぞれの電機子巻線７に駆動回路８から駆動電流が供給される。これにより、２つのモータセットのトルクが加算され、ブラシレスモータ１全体としてのトルクを増加させることができる。なお、この例では、２つモータセットを連結しているが、３以上のモータセットを連結してもよい。
【０１１８】
また、このように複数のモータセットを連結した構造を採用する場合、複数のモータセットにそれぞれ含まれる電機子巻線７を、複数のモータセットの相互間で回転方向Ｒに沿ってずれて配置してもよい。例えば、図２１または図２２に示す例において、正側のモータセットの電機子巻線７を第１の電機子巻線７ａ、負側のモータセットの電機子巻線７を第２の電機子巻線７ｂとしたとき、第１の電機子巻線７ａを構成するコイル７１ａと、第２の電機子巻線７ｂを構成するコイル７１ｂとを、図１９に示すように、回転方向Ｒに沿って互いにずれて配置させる。このような構成を採用しても、固定子３の電機子巻線７に関して実質的にスキューを形成したこととなるため、トルクの脈動を防止でき、その結果、モータの効率が向上するとともに低騒音化できる。
【０１１９】
＜２−８．界磁用磁石と電機子巻線との配置関係＞
代表形態においては、図３等に示すように、界磁用磁石５を電機子巻線７よりも軸中心側に配置していたが、図２３に示すように、界磁用磁石５を電機子巻線７よりも周縁側に配置してもよい。この場合においても、径方向Ｄにおいて界磁用磁石５と電機子巻線７とを少なくとも部分的に対向させて配置することにより、軸方向Ｌの厚みを小さくでき、モータの薄型化が可能となる。
【０１２０】
もちろん、図２３に示す固定子３と回転子２とからなるモータセットを、回転軸２１を同一として軸方向Ｌに沿って連結することも可能である。図２４は、図２３に示すモータセットの２つを固定子３同士を接合して連結した構造のブラシレスモータ１を示している。図２４のブラシレスモータ１においては、一のステータヨーク板３１が双方のモータセットにおいて兼用されている。
【０１２１】
なお、図２４に示す構造のブラシレスモータ１では、さらに、一の電機子巻線７及びステータヨーク板３１を省略することが可能である。図２５は、このような場合におけるブラシレスモータ１を示す図である。図２５に示すように、このブラシレスモータ１の固定子３は、一の電機子巻線７と軸受３２とを備えているが、ステータヨーク板３１を備えていない。そして、この一の固定子３を挟んで、２つの回転子２が回転軸２１を同一として軸方向Ｌに沿って連結されている。
【０１２２】
このブラシレスモータ１の回転運動の際には、界磁用磁石５の短絡ヨーク板５９が配置される側においては、代表形態と同様に短絡ヨーク板５９によりＮ極とＳ極とが短絡され、短絡ヨーク板５９を経由する磁路が形成される。一方、界磁用磁石５の短絡ヨーク板５９が配置されない側においては、二つの回転子２の相互間で磁路が形成される。すなわち、一方の回転子２の界磁用磁石５のＮ極から出る磁束は、まず、同一回転子２のサブヨーク板４１を経由した後、固定子３の電機子巻線７が配置される部分のエアギャップを超え、他方の回転子２のサブヨーク板４１に向かう。その後、他方の回転子２のサブヨーク板４１を経由した後、その回転子２の界磁用磁石５のＳ極に戻ることとなる。このような構造を採用すれば、一の固定子３（一の電機子巻線７）に対して２つの回転子２（２つの界磁用磁石５）からの磁束が鎖交する。したがって、電機子巻線７は一つでよいため、ブラシレスモータ１の薄型化が可能である。これとともに、ブラシレスモータ１の回転駆動に利用できる磁束として２つの界磁用磁石５からのものが加算されるためトルクの増大が可能となる。
【０１２３】
＜３．駆動回路＞
次に、駆動回路８について説明する（図１参照。）。以下、駆動回路８として３つの例を示すが、いずれを採用してもよい。
【０１２４】
＜３−１．矩形波駆動＞
図２６は、駆動回路８の構成の一例を示す図である。図に示すように、この駆動回路８は、主回路８１１、プリドライバ８１２、三相分配器８１３及びＰＷＭ発生器８１４を備え、ブラシレスモータ１の電機子巻線７に矩形波の駆動電流を与えるように構成されている。
【０１２５】
この場合においては、ブラシレスモータ１の電機子巻線７は３相で配置されており、各相において界磁用磁石５の磁極位置を検出し、互いに１２０度ずつ電気角の位相が異なる３つの信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷが出力され、三相分配器８１３に入力される。また、ＰＷＭ発生器８１４からは、キャリア成分としての三角波あるいはのこぎり波が生成され、三相分配器８１３に入力される。三相分配器８１３では、これらの信号及び速度指令に基づいて、３相の基本波が生成され、プリドライバ８１２を介して主回路８１１に入力される。これにより、主回路８１１から矩形波の駆動電流がブラシレスモータ１に与えられることとなる。このような矩形波の駆動電流をブラシレスモータ１に与える駆動回路８であれば、その構成を簡易にできる。
【０１２６】
＜３−２．正弦波駆動＞
図２７は、駆動回路８の構成の一例を示す図である。図に示すように、この駆動回路８は、主回路８２１、プリドライバ８２２、波形生成器８２３、ＰＷＭ発生器８２４、位置推定カウンタ８２５及び位置オフセットカウンタ８２６を備え、ブラシレスモータ１の電機子巻線７に正弦波の駆動電流を与えるように構成されている。
【０１２７】
この場合においても、ブラシレスモータ１の電機子巻線７は３相で配置されており、各相における界磁用磁石５の磁極位置を検出し、互いに１２０度ずつ電気角の位相が異なる３つの信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷが出力され、位置推定カウンタ８２５に入力される。
【０１２８】
位置推定カウンタ８２５は、３つの信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷを、電気角６０度ずつのタイミングを示す信号として利用し、その電気角６０度の間をカウントすることにより、界磁用磁石５の磁極位置を推定し、推定した磁極位置に応じた正弦波の基準信号を生成する。この基準信号の位相は、位相指令が入力される位置オフセットカウンタ８２６からの信号に基づいて修正される。
【０１２９】
波形生成器８２３では、位置推定カウンタ８２５からの基準信号、ＰＷＭ発生器８２４からの三角波あるいはのこぎり波、及び、速度指令に基づいて、３相の基本波が生成され、プリドライバ８２２を介して主回路８２１に入力される。これにより、主回路８２１から正弦波の駆動電流がブラシレスモータ１に与えられることとなる。このような正弦波の駆動電流をブラシレスモータ１に与える駆動回路８であれば、ブラシレスモータ１を低騒音に駆動できる。
【０１３０】
なお、図２６あるいは図２７の構造の駆動回路８を採用する場合はいずれにおいても、ブラシレスモータ１に位置検出センサとしてのホール素子６が各相毎に配置される。そして、各相毎のホール素子６から上述の信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷが出力される。一般に、ホール素子６は、図２８に示すように、電機子巻線７のコイル７１の略中央部に配置されるが、図２９に示すように、回転軸２１とコイル７１の略中央部とを結ぶ径方向Ｄに沿った直線ｄ２に対して回転方向Ｒと逆向きにずれて配置してもよい。
【０１３１】
モータにおいては、一般に、コイルのインダクタンスの影響により電圧の位相に対して電流の位相は遅れる。しかし、図２９のようにホール素子６を回転方向Ｒとは逆向きにずれて配置することで、このような電流の位相の遅れを解消できる。また、リラクタンストルクを有効に利用でき、モータのトルク及び効率を向上できることとなる。
【０１３２】
＜３−３．センサレス駆動＞
図３０は、駆動回路８の構成の一例を示す図である。図に示す駆動回路８は、電機子巻線７の誘起電圧を検出し、検出した誘起電圧から界磁用磁石５の磁極位置を推定するように構成されている。そして、駆動回路８は、推定した界磁用磁石５の磁極位置に基づいて、駆動電流をブラシレスモータ１の電機子巻線７に与えるようになっている。したがって、この駆動回路８は、ホール素子６などの位置検出センサを用いずにブラシレスモータ１を駆動するセンサレス駆動を行なうことができる。このようなセンサレス駆動の原理については、例えば、非特許文献１及び非特許文献２に開示されている。このようにセンサレス駆動を行なう駆動回路８を採用すれば、ホール素子などの位置検出センサを設ける必要がないため、モータのさらなる薄型化が可能となる。
【０１３３】
なおこの場合、ブラシレスモータ１に与える駆動電流の位相を、検出した誘起電圧の位相よりも進めることが好ましい。このようにしても、コイルのインダクタンスの影響による電圧に対する電流の位相の遅れを解消できる。また、リラクタンストルクを有効に利用でき、モータのトルク及び効率を向上できることとなる。
【０１３４】
＜４．採用例＞
以上、ブラシレスモータ１について説明したが、このブラシレスモータ１は薄型かつ高トルクであるため、各種の装置、特に空気調和機に好適に採用可能である。以下では、ブラシレスモータ１を採用した空気調和機の具体例について説明する。
【０１３５】
＜４−１．送風機＞
図３１は、ブラシレスモータ１を採用した送風機の構成の一例を示す断面図である。この送風機１０１は、空気調和機の室内機に利用される遠心送風機として構成されており、空気流路を形成する回転駆動機構としてのファン９１を備えている。
【０１３６】
このファン９１は、ハブ９２と、ハブ９２の周縁部において円周方向に等間隔に配置された複数のブレード９４と、ハブ９２及びブレード９４を覆うシュラウド９３とから構成される。シュラウド９３の中央側が送風機１０１の吸込口９１ａとなり、ブレード９４の外側が送風機１０１の吹出口９１ｂとなる。つまり、ファン９１の回転により、吸込口９１ａから空気が吸い込まれ、吹出口９１ｂから空気が吹き出される。
【０１３７】
この送風機１０１では、ファン９１の回転駆動手段としてブラシレスモータ１が採用されている。ファン９１の回転中心部は、ブラシレスモータ１の回転軸２１に固設される。このように薄型かつ高トルクのブラシレスモータ１を送風機に採用することで、小型かつ省電力の送風機を提供できる。ブラシレスモータ１の構造は、上記で説明したもののいずれであってもよい。
【０１３８】
＜４−２．圧縮機＞
図３２は、ブラシレスモータ１を採用したスクロール型圧縮機の構成の一例を示す断面図である。このスクロール型圧縮機１０２は、空気調和機の冷媒ガスの圧縮機として構成されており、固定スクロール９５と、回転駆動機構としての旋回スクロール９６とを備えている。
【０１３９】
固定スクロール９５、及び、旋回スクロール９６はそれぞれラップを備えており、これらのラップ同士が互いに噛合するように配置される。旋回スクロール９６が回転駆動すると、ラップの相互間によって形成される圧縮室９７に入り込んだ冷媒ガスが圧縮される。
【０１４０】
このスクロール型圧縮機１０２では、旋回スクロール９６の回転駆動手段としてブラシレスモータ１が採用されている。旋回スクロール９６は、ブラシレスモータ１の回転軸２１の軸中心に対して偏心して固設される。このように薄型かつ高トルクのブラシレスモータ１をスクロール型圧縮機に採用することで、小型かつ省電力のスクロール型圧縮機を提供できる。ブラシレスモータ１の構造は、上記で説明したもののいずれであってもよい。また、圧縮機としてはこの実施の形態のスクロール型圧縮機構以外の圧縮機構を持つものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】駆動システムの基本構成を示す模式図である。
【図２】ブラシレスモータの構成の一例を示す斜視図である。
【図３】ブラシレスモータの構成の一例を示す断面図である。
【図４】界磁用磁石の構成の一例を示す斜視図である。
【図５】ロータヨーク板の構成の一例を示す斜視図である。
【図６】ロータヨーク板の構成の一例を示す図である。
【図７】界磁用磁石の軸方向の負側における磁路を示す図である。
【図８】界磁用磁石の軸方向の正側における磁路を示す図である。
【図９】ロータヨーク板の構成の一例を示す図である。
【図１０】ロータヨーク板の構成の一例を示す図である。
【図１１】ロータヨーク板の構成の一例を示す図である。
【図１２】界磁用磁石の構成の一例を示す斜視図である。
【図１３】ブラシレスモータの構成の一例を示す断面図である。
【図１４】ブラシレスモータの構成の一例を示す断面図である。
【図１５】短絡ヨーク板の構成の一例を示す図である。
【図１６】ブラシレスモータの構成の一例を示す断面図である。
【図１７】電機子巻線を基板の表面に配置した様子を示す図である。
【図１８】ブラシレスモータの構成の一例を示す断面図である。
【図１９】電機子巻線を基板の両面に配置した様子を示す図である。
【図２０】ブラシレスモータの構成の一例を示す断面図である。
【図２１】ブラシレスモータの構成の一例を示す断面図である。
【図２２】ブラシレスモータの構成の一例を示す断面図である。
【図２３】ブラシレスモータの構成の一例を示す断面図である。
【図２４】ブラシレスモータの構成の一例を示す断面図である。
【図２５】ブラシレスモータの構成の一例を示す断面図である。
【図２６】駆動回路の構成の一例を示す図である。
【図２７】駆動回路の構成の一例を示す図である。
【図２８】ホール素子の配置の一例を示す図である。
【図２９】ホール素子の配置の一例を示す図である。
【図３０】駆動回路の構成の一例を示す図である。
【図３１】ブラシレスモータを採用した送風機の構成の一例を示す断面図である。
【図３２】ブラシレスモータを採用したスクロール型圧縮機の構成の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１      ブラシレスモータ
２      回転子
３      固定子
４      ロータヨーク板
５      界磁用磁石
７      電機子巻線
２１      回転軸
４１      サブヨーク板
５１      永久磁石
５９      短絡ヨーク板
Ｌ      軸方向
Ｄ      径方向
【図１】
0004696642.tif 000002
【図２】
0004696642.tif 000003
【図３】
0004696642.tif 000004
【図４】
0004696642.tif 000005
【図５】
0004696642.tif 000006
【図６】
0004696642.tif 000007
【図７】
0004696642.tif 000008
【図８】
0004696642.tif 000009
【図９】
0004696642.tif 000010
【図１０】
0004696642.tif 000011
【図１１】
0004696642.tif 000012
【図１２】
0004696642.tif 000013
【図１３】
0004696642.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004696642.tif 000016
【図１６】
0004696642.tif 000017
【図１７】
0004696642.tif 000018
【図１８】
0004696642.tif 000019
【図１９】
0004696642.tif 000020
【図２０】
0004696642.tif 000021
【図２１】
0004696642.tif 000022
【図２２】
0004696642.tif 000023
【図２３】
0004696642.tif 000024
【図２４】
0004696642.tif 000025
【図２５】
0004696642.tif 000026
【図２６】
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【図２７】
0004696642.tif 000028
【図２８】
0004696642.tif 000029
【図２９】
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【図３０】
0004696642.tif 000031
【図３１】
0004696642.tif 000032
【図３２】
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