(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流ブラシレス電気機械であって、
磁石集合体を有する第１の部材と、
Ｎ相（Ｎは１以上の整数）の電磁コイルを有する第２の部材と、
を備え、
前記第１と第２の部材は、相対的な位置が変更可能に構成されており、
前記磁石集合体は、互いに逆方向に磁化された複数の永久磁石を所定形状に組み合わせた磁石モジュールを複数個積層した形状を有しており、
前記磁石集合体の個々の永久磁石は、積層方向と垂直な方向に磁化されており、
前記磁石集合体は、隣接する磁石モジュール同士の境界面上の磁場方向であって、前記磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記電磁コイルは、前記磁場方向と交差する方向に電流が流れるように配置されており、
前記複数の磁石モジュールはそれぞれ異なる径を有するリング状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の磁石モジュールを多重リング状に重ねた積層体である、交流ブラシレス電気機械。
【請求項２】
請求項１記載の交流ブラシレス電気機械であって、さらに、
前記電磁コイルへの電力の供給又は前記電磁コイルからの電力の回生を制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、
（ｉ）前記第１と第２の部材の間の相対的な移動に応じて前記電磁コイルに発生する交流電力を回生する回生制御と、
（ｉｉ）前記電磁コイルに交流駆動電流を供給することによって、前記交流ブラシレス電気機械を動作させる駆動制御と、
のうちの少なくとも一方を実行可能である、交流ブラシレス電気機械。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の交流ブラシレス電気機械であって、
前記第１と第２の部材は、前記隣接する磁石モジュール同士の境界面に平行な方向に沿って相対的に移動可能に構成されている、交流ブラシレス電気機械。
【請求項４】
電子機器であって、
交流ブラシレスモータと、
前記交流ブラシレスモータによって駆動される被駆動部材と、
を備え、
前記交流ブラシレスモータは、
磁石集合体を有する第１の部材と、
Ｎ相（Ｎは１以上の整数）の電磁コイルを有する第２の部材と、
前記電磁コイルへの電力の供給又は前記電磁コイルからの電力の回生を制御する制御回路と、
を備え、
前記第１と第２の部材は、相対的な位置が変更可能に構成されており、
前記磁石集合体は、互いに逆方向に磁化された複数の永久磁石を所定形状に組み合わせた磁石モジュールを複数個積層した形状を有しており、
前記磁石集合体の個々の永久磁石は、積層方向と垂直な方向に磁化されており、
前記磁石集合体は、隣接する磁石モジュール同士の境界面上の磁場方向であって、前記磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記電磁コイルは、前記磁場方向と交差する方向に電流が流れるように配置されており、
前記制御回路は、
（ｉ）前記第１と第２の部材の間の相対的な移動に応じて前記電磁コイルに発生する交流電力を回生する回生制御と、
（ｉｉ）前記電磁コイルに交流駆動電流を供給することによって、前記交流ブラシレス電気機械を動作させる駆動制御と、
のうちの少なくとも一方を実行可能であり、
前記複数の磁石モジュールはそれぞれ異なる径を有するリング状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の磁石モジュールを多重リング状に重ねた積層体である、電子機器。
【請求項５】
請求項４記載の電子機器であって、
前記電子機器はプロジェクタである、電子機器。
【請求項６】
燃料電池使用機器であって、
交流ブラシレスモータと、
前記交流ブラシレスモータによって駆動される被駆動部材と、
前記交流ブラシレスモータに電源を供給する燃料電池と、
を備え、
前記交流ブラシレスモータは、
磁石集合体を有する第１の部材と、
Ｎ相（Ｎは１以上の整数）の電磁コイルを有する第２の部材と、
前記電磁コイルへの電力の供給又は前記電磁コイルからの電力の回生を制御する制御回路と、
を備え、
前記第１と第２の部材は、相対的な位置が変更可能に構成されており、
前記磁石集合体は、互いに逆方向に磁化された複数の永久磁石を所定形状に組み合わせた磁石モジュールを複数個積層した形状を有しており、
前記磁石集合体の個々の永久磁石は、積層方向と垂直な方向に磁化されており、
前記磁石集合体は、隣接する磁石モジュール同士の境界面上の磁場方向であって、前記磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記電磁コイルは、前記磁場方向と交差する方向に電流が流れるように配置されており、
前記制御回路は、
（ｉ）前記第１と第２の部材の間の相対的な移動に応じて前記電磁コイルに発生する交流電力を回生する回生制御と、
（ｉｉ）前記電磁コイルに交流駆動電流を供給することによって、前記交流ブラシレス電気機械を動作させる駆動制御と、
のうちの少なくとも一方を実行可能であり、
前記複数の磁石モジュールはそれぞれ異なる径を有するリング状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の磁石モジュールを多重リング状に重ねた積層体である、燃料電池使用機器。
【請求項７】
ロボットであって、
交流ブラシレスモータと、
前記交流ブラシレスモータによって駆動される被駆動部材と、
を備え、
前記交流ブラシレスモータは、
磁石集合体を有する第１の部材と、
Ｎ相（Ｎは１以上の整数）の電磁コイルを有する第２の部材と、
前記電磁コイルへの電力の供給又は前記電磁コイルからの電力の回生を制御する制御回路と、
を備え、
前記第１と第２の部材は、相対的な位置が変更可能に構成されており、
前記磁石集合体は、互いに逆方向に磁化された複数の永久磁石を所定形状に組み合わせた磁石モジュールを複数個積層した形状を有しており、
前記磁石集合体の個々の永久磁石は、積層方向と垂直な方向に磁化されており、
前記磁石集合体は、隣接する磁石モジュール同士の境界面上の磁場方向であって、前記磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記電磁コイルは、前記磁場方向と交差する方向に電流が流れるように配置されており、
前記制御回路は、
（ｉ）前記第１と第２の部材の間の相対的な移動に応じて前記電磁コイルに発生する交流電力を回生する回生制御と、
（ｉｉ）前記電磁コイルに交流駆動電流を供給することによって、前記交流ブラシレス電気機械を動作させる駆動制御と、
のうちの少なくとも一方を実行可能であり、
前記複数の磁石モジュールはそれぞれ異なる径を有するリング状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の磁石モジュールを多重リング状に重ねた積層体である、ロボット。
【請求項８】
請求項１記載の交流ブラシレス電気機械を備えた移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石と電磁コイルとを利用した交流ブラシレス電気機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレス電気機械は、ブラシレスモータとブラシレス発電機とを包含する意味を有する用語である。ブラシレスモータとしては、例えば下記の特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９８９８２号公報
【０００４】
従来から、モータ内の磁場を強化して、効率をさらに向上させたいという要望があった。しかし、従来は、永久磁石用材料などの制約から、さらなる効率向上が難しいという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来に比べてさらに効率の良い交流ブラシレス電気機械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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の一形態は、
交流ブラシレス電気機械であって、
磁石集合体を有する第１の部材と、
Ｎ相（Ｎは１以上の整数）の電磁コイルを有する第２の部材と、
を備え、
前記第１と第２の部材は、相対的な位置が変更可能に構成されており、
前記磁石集合体は、互いに逆方向に磁化された複数の永久磁石を所定形状に組み合わせた磁石モジュールを複数個積層した形状を有しており、
前記磁石集合体の個々の永久磁石は、積層方向と垂直な方向に磁化されており、
前記磁石集合体は、隣接する磁石モジュール同士の境界面上の磁場方向であって、前記磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記電磁コイルは、前記磁場方向と交差する方向に電流が流れるように配置されており、
前記複数の磁石モジュールはそれぞれ異なる径を有するリング状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の磁石モジュールを多重リング状に重ねた積層体である。
この構成によれば、磁石モジュール同士の境界面上において磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生するという現象を利用して、リング状の磁石モジュールの積層方向と垂直な方向に向かって強い磁場を発生することができるので、この磁場を利用した高効率なブラシレス電気機械を実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
交流ブラシレス電気機械であって、
磁石集合体を有する第１の部材と、
Ｎ相（Ｎは１以上の整数）の電磁コイルを有する第２の部材と、
を備え、
前記第１と第２の部材は、相対的な位置が変更可能に構成されており、
前記磁石集合体は、互いに逆方向に磁化された複数の永久磁石を所定形状に組み合わせた磁石モジュールを複数個積層した形状を有しており、
前記磁石集合体の個々の永久磁石は、積層方向と垂直な方向に磁化されており、
前記磁石集合体は、隣接する磁石モジュール同士の境界面上の磁場方向であって、前記磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記電磁コイルは、前記磁場方向と交差する方向に電流が流れるように配置されている、交流ブラシレス電気機械。
この交流ブラシレス電気機械によれば、磁石モジュール同士の境界面上において磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生することができるので、この磁場を利用した高効率の交流ブラシレス電気機械を実現することが可能である。
【０００８】
［適用例２］  適用例１記載の交流ブラシレス電気機械であって、さらに、
前記電磁コイルへの電力の供給又は前記電磁コイルからの電力の回生を制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、
（ｉ）前記第１と第２の部材の間の相対的な移動に応じて前記電磁コイルに発生する交流電力を回生する回生制御と、
（ｉｉ）前記電磁コイルに交流駆動電流を供給することによって、前記交流ブラシレス電気機械を動作させる駆動制御と、
のうちの少なくとも一方を実行可能である、交流ブラシレス電気機械。
この構成によれば、効率の良い交流ブラシレスモータや交流ブラシレス発電機を実現することが可能である。
【０００９】
［適用例３］
適用例１又は２記載の交流ブラシレス電気機械であって、
前記複数の磁石モジュールはそれぞれ中空状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の磁石モジュールの中心軸と平行な方向に積層した積層体である、交流ブラシレス電気機械。
この構成では、積層方向と垂直な方向に向かって強い磁場を発生することができるので、この磁場を利用した高効率な交流ブラシレス電気機械を実現することができる。
【００１０】
［適用例４］
適用例１又は２記載の交流ブラシレス電気機械であって、
前記複数の磁石モジュールはそれぞれ異なる径を有するリング状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の磁石モジュールを多重リング状に重ねた積層体である、交流ブラシレス電気機械。
この構成においても、積層方向と垂直な方向に向かって強い磁場を発生することができるので、この磁場を利用した高効率な交流ブラシレス電気機械を実現することができる。
【００１１】
［適用例５］
適用例１〜４のいずれかに記載の交流ブラシレス電気機械であって、
前記第１と第２の部材は、前記隣接する磁石モジュール同士の境界面に平行な方向に沿って相対的に移動可能に構成されている、交流ブラシレス電気機械。
【００１２】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電動モータ、発電機、それらの制御方法、それらを用いたアクチュエータや電子機器等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
A．磁石集合体の構成：
B．各種の実施例：
C．回路構成：
D．変形例：
【００１４】
A．磁石集合体の構成：
図１は、本発明の各種実施例で利用される磁石集合体の概略構成を示す説明図である。図１（Ａ）は、１つの磁石モジュール１０を示している。この磁石モジュール１０は、互いに逆方向に磁化された第１の磁石１０ａと第２の磁石１０ｂを交互に合計４個組み合わせたものである。磁石モジュール１０全体としては、内周と外周とを有する中空円筒状（リング状）の形状を有している。第１と第２の磁石１０ａ，１０ｂは、それぞれ扇状の形状を有しており、磁石モジュール１０の半径の方向に沿って磁化されている。個々の磁石１０ａ，１０ｂの間には、境界部材１０ｇが設けられている。境界部材１０ｇは、非磁性体で形成してもよく、強磁性体で形成してもよい。あるいは、境界部材１０ｇを省略してもよい。なお、この例では、磁石モジュール１０の内部の中空部の形状を矩形としているが、他の正多角形や円形などの他の任意の形状を採用することができる。この磁石モジュール１０のＮ極から出ている矢印は、磁場方向ＭＤに延びる磁力線を示している。
【００１５】
図１（Ｂ）は、２つの磁石モジュール１０で構成される磁石集合体２０を示している。この磁石集合体２０は、２つの磁石モジュール１０が、その中心軸に沿った方向に積層されたものである。この状態で２つの磁石モジュール１０を保持すると、太い矢印で示されるように、２つの磁石モジュール１０の境界面（互いの接触面）から外部に向けた磁場方向ＭＤに沿って最も強い磁場が発生する。なお、磁場方向ＭＤは、磁石モジュール同士の接触面上の方向であって、磁石集合体２０の内側から外側に向かう方向である。この例のように、磁石モジュール１０が円形の外形形状を有する場合には、この磁場方向ＭＤは、磁石集合体２０の中心から外側に向かう放射状の方向となる。磁石集合体２０の磁場方向ＭＤの表面磁束密度は、単一の磁石モジュール１０の表面磁束密度（すなわち図１（Ａ）の上面の磁束密度）の約２倍に達する。
【００１６】
図１（Ｃ）は、６つの磁石モジュール１０を含む磁石集合体２０を示している。図１（Ｄ）は、この磁石集合体２０の表面磁束密度の分布を示している。このグラフから理解できるように、この磁石集合体２０では、隣接する磁石モジュール同士の境界面に沿って、強い磁場が発生している。また、この磁場は、磁石集合体２０の中心２０ｃから外側に向けて放射状に形成されている。本発明の各種実施例では、このように複数の磁石を積層した磁石集合体を用い、その磁場方向ＭＤの強い磁場を利用して、モータや発電機を構成している。
【００１７】
図１（Ｅ）の磁石集合体２０ａは、図１（Ｃ）に示した磁石集合体２０において、個々の磁石モジュール１０の外周の両端を斜めに削除したものである。この結果、磁石モジュール１０の境界に溝部１０ｖが設けられている。このような溝部１０ｖを磁石モジュール同士の境界に設けると、磁場がより強化される。
【００１８】
図２（Ａ），（Ｂ）は、磁石集合体の製造方法の一例を示す説明図である。図２（Ａ）では、まず、複数の未励磁の磁石部材ＭＭを準備し、これらを積層した積層構造体ＭＳを生成する。この際、隣接する２つの磁石部材ＭＭの間には、非磁性体部材ＮＭを介挿させることが好ましい。次に、図２（Ｂ）に示すように、積層構造体ＭＳの周囲を形状保持部材ＦＭで覆う。この形状保持部材ＦＭは、積層構造体ＭＳがバラバラになることを防止するための部材であり、樹脂や、金属、セラミックスなどの各種の材料で構成することが可能である。こうして成形された積層体を着磁装置で着磁処理することによって、複数の磁石モジュールが積層された形状を有する磁石集合体２０を得ることが可能である。
【００１９】
なお、図２の方法の代わりに、個々に製造された磁石モジュールを単に積層することによって、磁石集合体２０を作成しても良い。この場合には、隣接する磁石モジュールの間に非磁性体部材ＮＭを介挿させてもよく、磁石モジュール同士を直接接触させてもよい。隣接する磁石モジュールの間に非磁性体部材ＮＭを介挿させた場合には、「隣接する磁石モジュール同士の境界面」は、非磁性体部材ＮＭの中央に存在することが理解できる。
【００２０】
B．各種の実施例：
図３（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例としての単相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。このブラシレスモータ１００ａは、略円筒状のステータ６０が内側に配置され、略円筒状のロータ３０が外側に配置されたアウタロータ型モータである。ステータ６０は、略十字状に配列された４つのコイル６２と、ロータ３０の位置（すなわちモータの位相）を検出するための磁気センサ４０とを有している。各コイル６２には、強磁性体で形成された磁気ヨーク６４が設けられている。磁気ヨーク６４は、モータが停止する際に、ロータ３０が位相０又は位相πからずれた所定の位置で停止するようにするための部材である。このため、磁気ヨーク６４は、電磁コイル６２の中心からずれた位置に重心を有している。こうすれば、ロータ３０が位相０又は位相πからずれた位置でモータが停止するので、始動用コイルを別個に設けることなくモータを始動することが可能である。コイル６２と磁気センサ４０は、回路基板１２０（図３（Ｂ））の上に固定されている。回路基板１２０は、ケーシング１０２に固定されている。なお、ケーシング１０２の蓋は図示が省略されている。
【００２１】
ロータ３０は、磁石集合体２０を有しており、ロータ３０の中心に回転軸１１２が設けられている。この回転軸１１２は、軸受け部１１４（図３（Ｂ））で支持されている。磁石集合体２０の磁化方向は、回転軸１１２から外側に放射状に向かう方向である。磁石集合体２０の外周には、磁気ヨーク３６が設けられている。この磁気ヨーク３６は省略してもよい。図３（Ａ）では、磁石集合体２０を構成する１つの磁石モジュール１０が見えており、図３（Ｂ）では、複数の磁石モジュール１０が積層された状態が見えている。１つの磁石モジュール１０は、リングを４分割した形状（分割リング形状）の４つの磁石をリング状に組み合わせた構成を有している。この磁石モジュール１０は、図１（Ａ）に示した磁石モジュール１０の内周を円形状にしたものに相当する。
【００２２】
図３（Ａ）に示すように、磁石モジュール１０の周囲には、磁石同士の４つの境界のうちの３つの境界の位置に、凹部１０ｄが設けられている。これらの凹部１０ｄは、その外周の磁気ヨーク３６の凸部と係合している。モータの組み立て時には、磁気ヨーク３６の凸部に磁石モジュール１０の凹部１０ｄ（すなわち磁石集合体２０の凹部）を嵌め合わせることによって、磁石集合体２０の位置決めを行うことができる。なお、磁石同士の４つの境界の１つには凹部１０ｄが設けられていない。この理由は、凹部１０ｄの有無に合わせて磁石集合体２０を位置決めするためである。なお、磁気ヨーク６４の代わりに他の枠部材を用い、その枠部材の内周に、磁石モジュール１０の凹部１０ｄ（すなわち磁石集合体の凹部）と係合する凸部を設けるようにしてもよい。また、磁石モジュール１０に凸部を設け、その外側の枠部材に凹部を設けるようにしてもよい。
【００２３】
電磁コイル６２は、磁石集合体２０によって形成される磁場方向と交差する方向に巻かれている。図３（Ａ）では磁場方向は軸１１２を中心とした半径方向に存在するので、コイル６２も半径方向を中心としてそれに垂直な方向に巻かれている。また、図３（Ｂ）では、磁場方向は上下方向であり、コイル６２は水平方向に巻かれている。なお、コイル６２に電流を流した際に発生する駆動力の方向は、磁石集合体２０における磁石モジュール同士の境界面に沿った方向（磁石モジュール同士の境界面と平行な方向）である。
【００２４】
この単相ブラシレスモータ１００ａでは、磁石モジュール１０を積層した磁石集合体２０を用いているので、図１で説明したように、隣接する磁石モジュール同士の境界面上の磁場方向に沿って強い磁場が発生する。この結果、効率の良いモータを実現することが可能である。
【００２５】
図４（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２実施例としての単相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。このモータ１００ｂは、図３（Ａ），（Ｂ）に示した第１実施例のモータ１００ａの電磁コイルと、磁石（１つの磁石モジュール１０を構成する分割リング状磁石）をそれぞれ６個に増やしたものであり、他の構成は図３（Ａ），（Ｂ）とほぼ同じである。このモータ１００ｂによっても、第１実施例と同様に、高効率なモータを実現可能である。
【００２６】
図５（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第３実施例としての２相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。このブラシレスモータ１００ｃは、略円筒状のステータ６０が外側に配置され、略円筒状のロータ３０が内側に配置されたインナロータ型モータである。ステータ６０は、ケーシング１０２の内周に沿って配列された複数のＡ相コイル６２Ａ及び複数のＢ相コイル６２Ｂを有している。なお、図５（Ａ）では、図示の便宜上、コイルの符号「６２Ａ」，「６２Ｂ」から相を示す符号「Ａ」「Ｂ」が省略されている。ステータ６０には、さらに、ロータ３０の位相を検出する位置センサとしての磁気センサ４０（図５（Ａ））が配置されている。２相モータの場合には、磁気センサ４０としては、Ａ相用とＢ相用の２つのセンサを設けることが好ましい。電磁コイル６２と磁気センサ４０は、回路基板１２０（図５（Ａ））の上に固定されている。回路基板１２０は、ケーシング１０２に固定されている。
【００２７】
ロータ３０は、磁石集合体２０を有しており、ロータ３０の中心に回転軸１１２が設けられている。この回転軸１１２は、軸受け部１１４（図５（Ａ））で支持されている。なお、この例では、ケーシング１０２の内側に、コイルバネ１１６が設けられており、このコイルバネ１１６が磁石集合体２０が図の左方向に押すことによって、磁石集合体２０の位置決めを行っている。但し、コイルバネ１１６は省略可能である。
【００２８】
このブラシレスモータ１００ｃにおける磁石集合体２０の磁化方向は、回転軸１１２から外側に放射状に向かう方向である。図５（Ａ）では、複数の磁石モジュール１０が積層された状態が見えており、図５（Ｂ）では、磁石集合体２０を構成する１つの磁石モジュール１０が見えている。１つの磁石モジュール１０は、６分割リング形状の磁石をリング状に組み合わせた構成を有している。この磁石モジュール１０は、図１（Ａ）に示した磁石モジュール１０の内周を六角形状にしたものに相当する。
【００２９】
電磁コイル６２は、磁石集合体２０によって形成される磁場方向と交差する方向に巻かれている。図５（Ａ）では、磁場方向は上下方向であり、コイル６２は水平方向に巻かれている。また、図５（Ｂ）では、磁場方向は軸１１２を中心とした半径方向にあるので、コイル６２も半径方向を中心としてそれに垂直な方向に巻かれている。また、コイル６２に電流を流した際に発生する駆動力の方向は、磁石集合体２０における磁石モジュール同士の境界面に沿った方向（磁石モジュール同士の境界面と平行な方向）である。
【００３０】
この２相ブラシレスモータ１００ｃにおいても、磁石モジュール１０を積層した磁石集合体２０を用いているので、隣接する磁石モジュール同士の境界面上の磁場方向に沿って発生する強い磁場を利用して、効率の良いモータを実現することが可能である。
【００３１】
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第４実施例としての２相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。このモータ１００ｄは、図５（Ａ），（Ｂ）に示した第３実施例のモータ１００ｃの電磁コイル６２（６２Ａ，６２Ｂ）の中に、磁気コア６６を追加したものであり、他の構成は図５（Ａ），（Ｂ）とほぼ同じである。このモータ１００ｃによっても、第３実施例と同様に、高効率なモータを実現可能である。
【００３２】
図７は、インナロータ型モータ用のロータ構造を示す説明図である。図７（Ａ）は、従来のロータ３０の構造を示している。図７（Ｂ）は、第３実施例（図５）及び第４実施例（図６）で採用されているロータ３０の構造を示している。図７（Ｃ）は、多数の薄板状の磁石モジュール１０thinを積層して磁石集合体２０を形成したものである。多数の薄板状の磁石モジュール１０thinを積層すれば、より強い磁場を発生することが可能である。
【００３３】
図８（Ａ）〜（Ｅ）は、第５実施例としての２相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。このモータ１００ｅは、磁石集合体７０を有する略円盤状のロータ３０と、ロータ３０の上側と下側にそれぞれ設けられた略円盤状のステータ６０Ｕ，６０Ｌを有する平面ロータ構造のモータである。ステータ６０Ｕ，６０Ｌは、ケーシング１０２内に設けられた回路基板１２０に固定されている。ロータ３０は、回転軸１１２に連結されている。
【００３４】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示している。図８（Ｂ）に示すように、磁石集合体７０は、リング状の複数の磁石モジュール１０が多重リング状に重ねられた構成を有している。図８（Ｅ）は、磁石集合体７０を構成する複数の磁石モジュール１０を別個に示している。個々の磁石モジュール１０は、上下方向に磁化された４つの分割リンク状磁石を４つ組み合わせたものである。図８（Ｅ）では３個の磁石モジュール１０のみが描かれているが、磁石モジュール１０の数は２以上の任意の数に設定可能である。これらの磁石モジュール１０を多重リング状に重ねた磁石集合体７０は、その上下方向に強い磁場を発生することができる。この磁石集合体７０では、隣接する磁石モジュール同士の境界面は、円筒面状の形状を有している。
【００３５】
図８（Ｃ）は図８（Ａ）のＣ−Ｃ断面を示し、図８（Ｄ）はＤ−Ｄ断面をそれぞれ示している。上部ステータ６０ＵにはＡ相コイル６２Ａが配置されており、下部ステータ６０ＬにはＢ相コイル６２Ｂが配置されている。なお、電磁コイル６２Ａ，６２Ｂは、磁石集合体７０によって形成される磁場方向と交差する方向に巻かれている。また、コイル６２Ａ，６２Ｂに電流を流した際に発生する駆動力の方向は、磁石集合体７０における磁石モジュール同士の境界面に沿った方向（磁石モジュール同士の境界面と平行な方向）である。このように、磁石集合体７０の上側と下側にそれぞれコイルを設けるようにすれば、磁石集合体２０の両側の磁場を有効に利用して高効率のモータを実現することが可能である。
【００３６】
以上の各種の実施例から理解できるように、本発明の各種実施例による交流ブラシレス電気機械は、磁石集合体を備える第１の部材（「第１の駆動部材」とも呼ぶ）と、Ｎ相（Ｎは１以上の整数）の電磁コイルを備える第２の部材（「第２の駆動部材」とも呼ぶ）と、を備え、第１と第２の部材とが相対的に移動できるように構成された種々の交流ブラシレス電気機械として実現可能である。また、磁石集合体としては、互いに逆方向に磁化された複数の永久磁石を所定形状に組み合わせた磁石モジュールを複数個積層した形状を有するものを採用可能である。磁石モジュールの形状としては、リング状以外の種々の形状を採用することができる。また、モータの相数や極数は上述した各種の実施例以外の任意のものを採用可能である。
【００３７】
C．回路構成：
図９は、実施例における交流ブラシレス電気機械の制御回路の構成を示すブロック図である。この制御回路は、ＣＰＵシステム３００と、駆動信号生成部２００と、駆動ドライバ部２１０と、回生制御部２２０と、蓄電器２３０と、蓄電制御部２４０とを備えている。駆動信号生成部２００は、駆動ドライバ部２１０に供給する駆動信号を生成する。
【００３８】
図１０は、駆動ドライバ部２１０の構成を示す回路図である。この駆動ドライバ部２１０は、Ｈ型ブリッジ回路を構成している。駆動信号生成部２００からは、第１の駆動信号ＤＲＶＡ１と、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２のうちの一方が駆動ドライバ部２１０に供給される。図１０に示す電流ＩＡ１，ＩＡ２は、これらの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２に応じて流れる電流（「駆動電流」とも呼ぶ）の方向を示している。駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２としては、例えば、一定のオン信号や、周期的なパルス信号等を使用することが可能である。
【００３９】
図１１は、回生制御部２２０の内部構成を示す回路図である。回生制御部２２０は、電磁コイル６２に対して駆動ドライバ部と並列に接続されている。回生制御部２２０は、ダイオードで構成される整流回路２２２と、スイッチングトランジスタ２２４とを備えている。蓄電制御部２４０によってスイッチングトランジスタ２２４がオン状態になると、電磁コイル６２で発生した電力を回生して蓄電器２３０を充電することが可能である。また、蓄電器２３０から電磁コイル６２に電流を供給することも可能である。なお、制御部から、回生制御部２２０と蓄電器２３０と蓄電制御部２４０を省略してもよく、或いは、駆動信号生成部２００と駆動ドライバ部２１０を省略してもよい。
【００４０】
なお、図１０，図１１では１相分の回路のみを描いているが、モータの相数Ｎが２以上の場合には、Ｎ相分の回路が設けられる。また、駆動信号生成部２００（図９）は、Ｎ相分の駆動信号を生成するように構成される。
【００４１】
このように、上述した各実施例の交流ブラシレスモータでは、複数の磁石モジュールを積層した構造を有する磁石集合体を利用して強い磁場を発生させ、この磁場と電磁コイルとの電磁相互作用で駆動力を発生させるようにしたので、高効率なモータを実現することができる。また、交流ブラシレス電気機械をブラシレス発電機として構成した場合には、高効率な発電機を実現することが可能である。
【００４２】
D．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４３】
D１．変形例１：
上記実施例では、交流ブラシレス電気機械の機械的構成や回路構成の具体例を説明したが、本発明の交流ブラシレス電気機械の機械的構成や回路構成としては、これら以外の任意の構成を採用することが可能である。
【００４４】
D２．変形例２：
本発明は、ファンモータ、時計（針駆動）、ドラム式洗濯機（単一回転）、ジェットコースタ、振動モータなどの種々の装置のモータに適用可能である。本発明をファンモータに適用した場合には、上述した種々の効果（低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命）が特に顕著である。このようなファンモータは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモータとして使用することができる。本発明のモータは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモータとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモータをスピンドルモータとして使用することが可能である。また、本発明によるモータは、移動体やロボット用のモータとしても利用可能である。
【００４５】
図１２は、本発明の実施例によるモータを利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ６００は、赤、緑、青の３色の色光を発光する３つの光源６１０Ｒ、６１０Ｇ、６１０Ｂと、これらの３色の色光をそれぞれ変調する３つの液晶ライトバルブ６４０Ｒ、６４０Ｇ、６４０Ｂと、変調された３色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム６５０と、合成された３色の色光をスクリーンＳＣに投写する投写レンズ系６６０と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン６７０と、プロジェクタ６００の全体を制御する制御部６８０と、を備えている。冷却ファン６７０を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
【００４６】
図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例によるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図１３（Ａ）は携帯電話７００の外観を示しており、図１３（Ｂ）は、内部構成の例を示している。携帯電話７００は、携帯電話７００の動作を制御するＭＰＵ７１０と、ファン７２０と、燃料電池７３０とを備えている。燃料電池７３０は、ＭＰＵ７１０やファン７２０に電源を供給する。ファン７２０は、燃料電池７３０への空気供給のために携帯電話７００の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池７３０で生成される水分を携帯電話７００の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン７２０を図１３（Ｃ）のようにＭＰＵ７１０の上に配置して、ＭＰＵ７１０を冷却するようにしてもよい。ファン７２０を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
【００４７】
図１４は、本発明の実施例によるモータ／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。この自転車８００は、前輪にモータ８１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路８２０と充電池８３０とが設けられている。モータ８１０は、充電池８３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモータ８１０で回生された電力が充電池８３０に充電される。制御回路８２０は、モータの駆動と回生とを制御する回路である。このモータ８１０としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。
【００４８】
図１５は、本発明の実施例によるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット９００は、第１と第２のアーム９１０，９２０と、モータ９３０とを有している。このモータ９３０は、被駆動部材としての第２のアーム９２０を水平回転させる際に使用される。このモータ９３０としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の各種実施例で利用される磁石集合体の概略構成を示す説明図である。
【図２】磁石集合体の製造方法の一例を示す説明図である。
【図３】第１実施例としての単相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。
【図４】第２実施例としての単相ブラシレスモータの構成を示す説明図である。
【図５】第３実施例としての２相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。
【図６】第４実施例としての２相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。
【図７】インナロータ型モータ用のロータ構造を示す説明図である。
【図８】第５実施例としての２相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。
【図９】交流ブラシレス電気機械の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１０】駆動ドライバ部の構成を示す回路図である。
【図１１】回生制御部の内部構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の実施例によるモータを利用したプロジェクタを示す説明図である。
【図１３】本発明の実施例によるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。
【図１４】本発明の実施例によるモータ／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施例によるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…磁石モジュール
１０ａ，１０ｂ…分割リング状磁石
１０ｄ…凹部
１０ｇ…境界部材
１０ｖ…溝部
２０…磁石集合体
３０…ロータ
３６…磁気ヨーク
４０…磁気センサ
６０…ステータ
６２…電磁コイル
６４…磁気ヨーク
６６…磁気コア
７０…磁石集合体
１００ａ〜１００ｅ…ブラシレスモータ
１０２…ケーシング
１１２…回転軸
１１４…軸受け部
１１６…コイルバネ
１２０…回路基板
２００…駆動信号生成部
２１０…駆動ドライバ部
２２０…回生制御部
２２２…整流回路
２２４…スイッチングトランジスタ
２３０…蓄電器
２４０…蓄電制御部
３００…ＣＰＵシステム
６００…プロジェクタ
６１０Ｒ，６１０Ｇ，６１０Ｂ…光源
６４０Ｒ，６４０Ｇ，６４０Ｂ…液晶ライトバルブ
６５０…クロスダイクロイックプリズム
６６０…投写レンズ系
６７０…冷却ファン
６８０…制御部
７００…携帯電話
７１０…ＭＰＵ
７２０…ファン
７３０…燃料電池
８００…自転車
８１０…モータ
８２０…制御回路
８３０…充電池
９００…ロボット
９１０，９２０…アーム
９３０…モータ
【図１】
0005228550.tif 000002
【図２】
0005228550.tif 000003
【図３】
0005228550.tif 000004
【図４】
0005228550.tif 000005
【図５】
0005228550.tif 000006
【図６】
0005228550.tif 000007
【図７】
0005228550.tif 000008
【図８】
0005228550.tif 000009
【図９】
0005228550.tif 000010
【図１０】
0005228550.tif 000011
【図１１】
0005228550.tif 000012
【図１２】
0005228550.tif 000013
【図１３】
0005228550.tif 000014
【図１４】
0005228550.tif 000015
【図１５】
0005228550.tif 000016