(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に極性が変化するように着磁された永久磁石が、隣り合う磁極が異なるように周方向に複数配置されたロータと、
前記ロータと外周面及び内周面の一方が対向する円筒部と、前記円筒部の前記ロータと対向する面において周方向に複数設けられた固定鉄心と、前記固定鉄心に巻装され、前記ロータが回転するように順次給電されるコイルと、前記固定鉄心間に、周方向に極性が変化するように配置された固定永久磁石とからなるハイブリッド式磁石を備えたステータとからなるブラシレスモータであって、
前記固定鉄心は、基端が前記円筒部と接続するとともに先端が前記ロータに向けて突出するように形成されて前記コイルが巻装された突起鉄心と、ほぼコ字状に形成されて前記コイルを覆い、端部が前記円筒部と対向する接続鉄心とからなり、
前記接続鉄心の端部は、前記円筒部と磁気絶縁され、前記固定永久磁石は、その両端において、隣り合う前記接続鉄心に当接され、隣り合う前記固定永久磁石は、同じ磁極同士が対向するように配置されたことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
前記ロータの永久磁石の磁極数は周方向に４個で、前記突起鉄心は６個であることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
放射状に複数の突起を有するロータと、
前記ロータと外周面及び内周面の一方が対向する円筒部と、前記円筒部の前記ロータと対向する面において周方向に複数設けられた固定鉄心と、前記固定鉄心に巻装され、前記ロータが回転するように順次給電されるコイルと、前記固定鉄心間に、周方向に極性が変化するように配置された固定永久磁石とからなるハイブリッド式磁石を備えたステータとからなるブラシレスモータであって、
前記固定鉄心は、基端が前記円筒部と接続するとともに先端が前記ロータに向けて突出するように形成されて前記コイルが巻装された突起鉄心と、ほぼコ字状に形成されて前記コイルを覆い、端部が前記円筒部と対向する接続鉄心とからなり、
前記接続鉄心の端部は、前記円筒部と磁気絶縁され、前記固定永久磁石は、その両端において、隣り合う前記接続鉄心に当接され、隣り合う前記固定永久磁石は、同じ磁極同士が対向するように配置されたことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項４】
前記ロータの突起の周方向の幅と、前記接続鉄心の周方向の幅とは、ほぼ同じであることを特徴とする請求項３に記載のブラシレスモータ。
【請求項５】
前記ロータの突起の周方向の幅は、隣り合う前記接続鉄心の周方向の端面間より大きいことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のブラシレスモータ。
【請求項６】
前記ロータの突起は周方向に４個で、前記突起鉄心は６個であり、前記突起鉄心に巻装されたコイルは、１８０°対向する突起鉄心が同時に給電される３相コイルであることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか一項に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、ブラシレスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、モータの開発は、例えば微小モータの開発、ステッピングモータの高精度化、消費電力の低減、高トルク化等多岐に渡っている。特に、低消費電力で高トルクの小型モータは、自動車、ＯＡ機器、自販機器、医療・福祉機器分野など幅広く利用されている。
【０００３】
通常、これらに用いられているモータは、永久磁石を用いたモータがほとんどであり、技術的にかなり成熟しているため、飛躍的な高効率化、小型高トルク化は難しい。
【０００４】
小型高トルク化のために、例えばハイブリッド式磁石を利用したモータが知られている。例えば特開２０００−１５０２２８号公報には、コイルと永久磁石の両方を備えたハイブリッド式磁石を備えたステッピングモータが開示されている。図１０に示すように、この公報のハイブリッド式磁石６１では、コ字状の鉄心６２において、モータの軸方向に延びるようにステータに設けられた胴部６２ａに、コイル６３が巻装されている。胴部６２ａの両端部から、モータの径方向に延びる両アーム部６２ｂの先端には、それぞれ磁性部材６４が接合され、両磁性部材６４によって永久磁石６５が挟持されている。永久磁石６５は、コイル６３とモータの径方向において並ぶように配置されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この公報のハイブリッド式磁石６１では、コイル６３と、永久磁石６５とがモータの径方向に並ぶように構成されているため、モータを径方向において小型化しにくいという問題がある。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、小型高トルク化を図るとともに、径方向においてコンパクト化できるブラシレスモータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、径方向に極性が変化するように着磁された永久磁石が、隣り合う磁極が異なるように周方向に複数配置されたロータと、前記ロータと外周面及び内周面の一方が対向する円筒部と、前記円筒部の前記ロータと対向する面において周方向に複数設けられた固定鉄心と、前記固定鉄心に巻装され、前記ロータが回転するように順次給電されるコイルと、前記固定鉄心間に、周方向に極性が変化するように配置された固定永久磁石とからなるハイブリッド式磁石を備えたステータとからなるブラシレスモータであって、前記固定鉄心は、基端が前記円筒部と接続するとともに先端が前記ロータに向けて突出するように形成されて前記コイルが巻装された突起鉄心と、ほぼコ字状に形成されて前記コイルを覆い、端部が前記円筒部と対向する接続鉄心とからなり、前記接続鉄心の端部は、前記円筒部と磁気絶縁され、前記固定永久磁石は、その両端において、隣り合う前記接続鉄心に当接され、隣り合う前記固定永久磁石は、同じ磁極同士が対向するように配置されたことを要旨とする。
【０００８】
この発明によれば、コイルが給電されていない状態では、ハイブリッド式磁石の固定永久磁石の磁力線が、接続鉄心、突起鉄心、円筒部を通る閉回路を構成するため、ロータ側に磁力が作用しない。
【０００９】
コイルが給電された状態では、電磁石の磁力によって固定永久磁石の磁力線が曲げられ、ロータ側に向けられる。このため、コイルが給電されることにより、ハイブリッド式磁石からは、電磁石の磁力と、固定永久磁石の磁力とが合計された強力な磁力がロータ側に作用される。この強力な磁力により、コイルが順次給電されることによって、ロータの永久磁石が引張力及び反発力を受け、ロータが回転される。
【００１０】
ブラシレスモータのステータの磁束密度はできる限り強くしたいが、強くすると大型のステータになってしまう。また、電流量を多くすると発熱が大きくなり、エネルギーロスにもなる。そこで、固定永久磁石を備えるハイブリッド式磁石を設けることにより、トルクが強く、かつ発熱が少ないブラシレスモータのステータを得ることができる。
【００１１】
また、固定永久磁石とコイルとが周方向に配置されるため、径方向においてコンパクト化される。従って、小型高トルク化を図るとともに、径方向においてコンパクト化できる。
【００１２】
また、円筒部の内周面がロータと対向する場合、ブラシレスモータはインナロータ型である。逆に、円筒部の外周面がロータと対向する場合、ブラシレスモータはアウタロータ型である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ロータの永久磁石の磁極数は周方向に４個で、前記突起鉄心は６個であることを要旨とする。
この発明によれば、隣り合う２つのコイルが給電されて、ロータの所定の永久磁石が反発力と引張力とによって回転され、引張力側に最も近づくと、ロータにおける隣の永久磁石の中心が、その永久磁石に対して引張力及び反発力を作用させることが可能な２つのコイル間に位置する。このため、次にこの２つのコイルが給電されることにより、効果的にロータを回転させることができ、最もシンプルで、配置の良い構成にすることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、放射状に複数の突起を有するロータと、前記ロータと外周面及び内周面の一方が対向する円筒部と、前記円筒部の前記ロータと対向する面において周方向に複数設けられた固定鉄心と、前記固定鉄心に巻装され、前記ロータが回転するように順次給電されるコイルと、前記固定鉄心間に、周方向に極性が変化するように配置された固定永久磁石とからなるハイブリッド式磁石を備えたステータとからなるブラシレスモータであって、前記固定鉄心は、基端が前記円筒部と接続するとともに先端が前記ロータに向けて突出するように形成されて前記コイルが巻装された突起鉄心と、ほぼコ字状に形成されて前記コイルを覆い、端部が前記円筒部と対向する接続鉄心とからなり、前記接続鉄心の端部は、前記円筒部と磁気絶縁され、前記固定永久磁石は、その両端において、隣り合う前記接続鉄心に当接され、隣り合う前記固定永久磁石は、同じ磁極同士が対向するように配置されたことを要旨とする。
【００１５】
この発明によれば、コイルが給電されていない状態では、請求項１に記載の発明と同様に、固定永久磁石の磁力線は、接続鉄心、突起鉄心、円筒部を通る閉回路を構成するため、ロータ側に磁力が作用しない。また、コイルが給電された状態では、電磁石の磁力によって固定永久磁石の磁力線が曲げられ、ロータ側に向けられる。このため、コイルが給電されることにより、ハイブリッド式磁石からは、電磁石の磁力と、固定永久磁石の磁力とが合計された強力な磁力がロータ側に作用される。この強力な磁力により、ロータの突起が引張力を受けるため、コイルが順次給電されることによって、ロータが回転される。
【００１６】
このように、ステータにハイブリッド式磁石を設けることにより、トルクが強く、かつ発熱を少なくできるため、ロータに永久磁石が設けられていなくても、小型高トルク化を図ることができる。また、ロータに永久磁石が設けられていないため、その分、安く製造できる。
【００１７】
また、固定永久磁石とコイルとが周方向に配置されるため、径方向においてコンパクト化される。従って、小型高トルク化を図るとともに、径方向においてコンパクト化できる。また、円筒部の内周面がロータと対向する場合、ブラシレスモータはインナロータ型であり、円筒部の外周面がロータと対向する場合はアウタロータ型である。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記ロータの突起の周方向の幅と、前記接続鉄心の周方向の幅とは、ほぼ同じであることを要旨とする。
【００１９】
この発明によれば、ロータの突起がハイブリッド磁石の磁力によって引っ張られて、ロータの突起が、電磁石の状態のコイルを覆う接続鉄心と対向した場合に、ロータの鉄心と、接続鉄心とは、周方向においてほぼ過不足なく対向する。このため、ロータの突起と、接続鉄心との間において磁束の漏れが低減され、高トルク化を効果的に図ることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の発明において、前記ロータの突起の周方向の幅は、隣り合う前記接続鉄心の周方向の端面間より大きいことを要旨とする。
【００２１】
この発明によれば、ロータのある突起がハイブリッド磁石の磁力によって引っ張られてロータが回転し、この突起が、電磁石の状態のコイルを覆う接続鉄心と対向した場合に、ロータの別の突起は、別の接続鉄心と、周方向の一部において対向する。このため、次に、この別の接続鉄心によって覆われたコイルが給電されると、前記別の突起と前記別の接続鉄心との間では、前記対向する周方向の一部において磁束が通過し、突起が引っ張られてロータが引き続き回転する。よって、常にロータに引張力を働かせ続けることができ、ロータをスムーズに回転できる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記ロータの突起は周方向に４個で、前記突起鉄心は６個であり、前記突起鉄心に巻装されたコイルは、１８０°対向する突起鉄心が同時に給電される３相コイルであることを要旨とする。
【００２３】
この発明によれば、ある相のコイルが給電されて、この相を構成する２つのコイル側に、ロータの２つの突起が引っ張られて対向すると、ロータの残りの２つの突起は、それぞれ別のコイル間に位置する。このため、次に別の相のコイルが給電されることにより、効果的にロータを回転させることができ、最もシンプルで、配置の良い構成にすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明をインナロータ型のブラシレスモータに具体化した第１の実施形態を図１〜図５に従って説明する。
【００２５】
図１（ａ）はブラシレスモータの模式断面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩＢ−ＩＢ線での一部断面模式側面図を示す。図５はロータの回転角度とコイルの通電状態との関係を示すグラフである。
【００２６】
図１（ｂ）に示すように、ブラシレスモータ１１は、モータハウジング１２を備え、モータハウジング１２は、有底筒状のヨーク１３と、エンドフレーム１４とを備えている。ヨーク１３の底部と、エンドフレーム１４とには、各々の中心部に軸受が固設されている。ヨーク１３とエンドフレーム１４とで形成される空間には、ロータ１８が収容されている。ロータ１８の回転軸１９は、前記両軸受により回転可能に支持されている。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、ロータ１８のロータコア２０は鉄製で、円筒状に形成されており、ロータコア２０の周面には、複数の永久磁石が一体回転可能に取り付けられている。この実施形態では、ロータコア２０には円弧板状の永久磁石が４個取り付けられている。これらの永久磁石を、第１回転永久磁石２１，第２回転永久磁石２２，第３回転永久磁石２３，第４回転永久磁石２４と称する。各第１〜第４回転永久磁石２１〜２４は、周方向に同じ長さに形成され、隣接するように形成されている。このため、各第１〜第４回転永久磁石２１〜２４は、ロータ１８の中心と両端面とがなす角が９０°になっている。図１（ａ）に示すように、ロータ１８をエンドフレーム１４側から見た場合、第１〜第４回転永久磁石２１〜２４は時計方向に順に配置されている。
【００２８】
第１〜第４回転永久磁石２１〜２４は、径方向に極性が変化するように着磁されており、図面では径方向外側の磁極のみ図示し、径方向内側の磁極は図示を省略している。
【００２９】
第１回転永久磁石２１は、径方向外側がＮ極になるように配置されている。この実施形態では、第１回転永久磁石２１のＮ極をＮ１極と称し、第２回転永久磁石２２のＳ極をＳ１極、第３回転永久磁石２３のＮ極をＮ２極、第４回転永久磁石２４のＳ極をＳ２極と称する。
【００３０】
第１〜第４回転永久磁石２１〜２４は、ロータコア２０の軸方向長さと同じに形成されている。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、ヨーク１３の円筒部１３ａの内周面には、突起鉄心２７が取り付けられている。突起鉄心２７は、ヨーク１３の周方向に複数配置されている。この実施形態では、６個の突起鉄心２７が、ヨーク１３の周方向に等角度間隔（６０°間隔）で取り付けられている。各突起鉄心２７は、基端が円筒部１３ａの内周面に取り付けられ、先端がロータ１８に向けて突出するように形成されている。
【００３１】
各突起鉄心２７には、それぞれ巻線が巻装されてコイルが形成されている。この実施形態では、図１（ａ）において左上のコイルを第１コイルＬ１と称し、他のコイルは、図１（ａ）において時計方向に順に、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５、第６コイルＬ６と称する。
【００３２】
第１コイルＬ１，第３コイルＬ３．第５コイルＬ５は、給電されると径方向内側がＮ極になり、径方向外側がＳ極になるように突起鉄心２７に巻装されている。逆に、第２コイルＬ２，第４コイルＬ４．第６コイルＬ６は、給電されると径方向内側がＳ極になり、径方向外側がＮ極になるように突起鉄心２７に巻装されている。
【００３３】
各突起鉄心２７は、接続鉄心２８と一体に形成されている。各接続鉄心２８は、ほぼコ字状で、各第１〜第６コイルＬ１〜Ｌ６をそれぞれ覆うように形成されている。接続鉄心２８の端部は円筒部１３ａに対向している。突起鉄心２７は、その先端が、接続鉄心２８の中央部に連続している。また、ヨーク１３の円筒部１３ａには、各第１〜第６コイルＬ１〜Ｌ６間に円弧板状のインシュレータ２９が取り付けられており、接続鉄心２８の端部は、インシュレータ２９によって円筒部１３ａと磁気絶縁されている。突起鉄心２７、接続鉄心２８によって固定鉄心が構成されている。
【００３４】
隣り合う接続鉄心２８の間には、永久磁石が挟持されている。この実施形態では、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とで挟持された永久磁石を第１固定永久磁石３１と称し、他の永久磁石は、図１（ａ）において時計方向に順に、第２固定永久磁石３２、第３固定永久磁石３３、第４固定永久磁石３４、第５固定永久磁石３５、第６固定永久磁石３６と称する。各第１〜第６固定永久磁石３１〜３６は、インシュレータ２９によって円筒部１３ａと磁気絶縁されている。また、各第１〜第６固定永久磁石３１〜３６は、周方向の幅が、接続鉄心２８の周方向の幅より小さくなるように形成されている。
【００３５】
各第１〜第６固定永久磁石３１〜３６は、周方向に極性が変化するように形成されている。第１固定永久磁石３１は、第１コイルＬ１側がＮ極になり、第２コイルＬ２側がＳ極になるように形成されている。また、第２固定永久磁石３２は、第２コイルＬ２側がＳ極になり、第３コイルＬ３側がＮ極になるように形成されている。第３固定永久磁石３３は、第３コイルＬ３側がＮ極になり、第４コイルＬ４側がＳ極になるように形成されている。このように、第１〜第６固定永久磁石３１〜３６は、隣り合う永久磁石同士において、同じ磁極が対向するように配置されている。
【００３６】
ヨーク１３の円筒部１３ａ、突起鉄心２７、接続鉄心２８、第１〜第６コイルＬ１〜Ｌ６、第１〜第６固定永久磁石３１〜３６により、ハイブリッド式磁石が構成されている。また、ハイブリッド式磁石とモータハウジング１２とにより、ステータが構成されている。
【００３７】
図１（ｂ）に示すように、エンドフレーム１４には、ロータ１８と対向するように、ブラケットを介してホール素子４１が取り付けられている。ブラシレスモータ１１は、ロータ１８の回転による第１〜第４回転永久磁石２１〜２４の磁束の変化をホール素子４１によって検出し、所定の演算を行うことにより、ロータ１８の位置を検出可能になっている。
【００３８】
この実施形態では、ロータ１８の回転角度θは、図１（ａ）に示すように、Ｓ１極を有する第２回転永久磁石２２の中央部が第１固定永久磁石３１と対向する状態で、回転角度θ＝０°とするように設定されている。第１〜第６コイルＬ１〜Ｌ６は、ホール素子４１によって検出されるロータ１８の回転位置に基づいて、図５のグラフに示すように給電されるように構成されている。
【００３９】
次に、上記のように構成されたブラシレスモータの作用を説明する。
図２に示すように、第１〜第６コイルＬ１〜Ｌ６が給電されていない状態では、第１固定永久磁石３１の磁力線は、Ｎ極と隣接する接続鉄心２８において第１固定永久磁石３１側の部分、第１コイルＬ１が巻装された突起鉄心２７、円筒部１３ａ、第２コイルＬ２が巻装された突起鉄心２７、Ｓ極と隣接する接続鉄心２８において第１固定永久磁石３１側の部分を通る閉回路を構成する。このため、第１固定永久磁石３１の磁力は、ロータ１８側に作用しない。
【００４０】
同様に、第２固定永久磁石３２の磁力線は、Ｎ極と隣接する接続鉄心２８において第２固定永久磁石３２側の部分、第２コイルＬ２が巻装された突起鉄心２７、円筒部１３ａ、第３コイルＬ３が巻装された突起鉄心２７、Ｓ極と隣接する接続鉄心２８において第２固定永久磁石３２側の部分を通る閉回路を構成する。このため、第２固定永久磁石３２の磁力も、ロータ１８側に作用しない。また、第２コイルＬ２が巻装された突起鉄心２７内には、第１固定永久磁石３１による磁力線と、第２固定永久磁石３２による磁力線とが、径方向内側に向かうように通る。
【００４１】
同様に、第３固定永久磁石３３の磁力線は、第３コイルＬ３が巻装された突起鉄心２７内を径方向外側に向かい、円筒部１３ａを通って、第４コイルＬ４が巻装された突起鉄心２７内を径方向内側に向かう閉回路を構成し、第３固定永久磁石３３の磁力はロータ１８側に作用しない。このため、第３コイルＬ３内の突起鉄心２７内には、第２固定永久磁石３２による磁力線と、第３固定永久磁石３３による磁力線とが、径方向外側に向かうように通る。
【００４２】
このように、第１〜第６コイルＬ１〜Ｌ６が給電されていない状態では、各第１〜第６固定永久磁石３１〜３６の磁力線は、接続鉄心２８、突起鉄心２７、ヨーク１３の円筒部１３ａを通る閉回路を構成するため、ロータ１８側に作用しない。
【００４３】
また、第１コイルＬ１、第３コイルＬ３、第５コイルＬ５が巻装された突起鉄心２７には、それぞれ固定永久磁石の磁力線が径方向外側に向かうように通る。また、第２コイルＬ２、第４コイルＬ４、第６コイルＬ６内が巻装された突起鉄心２７には、それぞれ固定永久磁石の磁力線が径方向内側に向かうように通る。
【００４４】
図３に示すように、ロータ１８の回転角度が０°の状態では、この回転角度がホール素子４１によって検出されることに基づいて、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２が給電される。
【００４５】
第１コイルＬ１が給電されて電磁石になると、第１コイルＬ１の径方向内側がＮ極になり、径方向外側がＳ極になるような磁界が発生する。この電磁石による磁界により、第１コイルＬ１が巻装された突起鉄心２７には、図２の場合と逆向きの、径方向内側向きに磁力線が通るようになる。このため、第１及び第６固定永久磁石３１，３６の磁力線は、第１コイルＬ１が巻装された突起鉄心２７を通る閉回路を構成できなくなり、両磁石のＮ極から出る磁力線は、第１コイルＬ１による電磁石の磁力線とともに、ロータ１８側に向かう。
【００４６】
このため、第１コイルＬ１を覆う接続鉄心２８では、第１コイルＬ１による電磁石の磁力と、第１及び第６固定永久磁石３１，３６による磁力とが合計された強力な磁力が、ロータ１８側に作用する。
【００４７】
また、第２コイルＬ２が給電されて電磁石になると、第２コイルＬ２の径方向内側がＳ極になり、径方向外側がＮ極になるような磁界が発生する。この電磁石による磁界により、第２コイルＬ２が巻装された突起鉄心２７には、図２の場合と逆向きの、径方向外側向きに磁力線が通るようになる。このため、第１及び第２固定永久磁石３１，３２の磁力線は、第２コイルＬ２が巻装された突起鉄心２７を通る閉回路を構成できなくなり、両磁石のＳ極に入る磁力線は、第２コイルＬ２による電磁石の磁力線とともに、ロータ１８側から各Ｓ極に入る。
【００４８】
このため、第２コイルＬ２を覆う接続鉄心２８でも同様に、第２コイルＬ２による電磁石の磁力と、第１及び第２固定永久磁石３１，３２による磁力とが合計された強力な磁力が、ロータ１８側に作用する。
【００４９】
よって、ロータ１８の第２回転永久磁石２２におけるＳ１極では、第２コイルＬ２側との間に反発力が生じ、第１コイルＬ１側との間に引張力が生じる。また、第１回転永久磁石２１におけるＮ１極は第１コイルＬ１側との間に反発力を受け、第３回転永久磁石２３におけるＮ２極は第２コイルＬ２側との間に引張力を受ける。このように、ロータ１８は、電磁石の磁力と固定永久磁石の磁力とが合計された強力な磁力が回転永久磁石に作用することにより、図３中、反時計方向に回転する。
【００５０】
図４（ａ）に示すように、ロータ１８の回転角度が３０°になり、Ｓ１極の中央部が第１コイルＬ１に対向すると、第１コイルＬ１が給電されなくなり、第２コイルＬ２は引き続き給電され、新たに第３コイルＬ３が給電される。このため、第２及び第３固定永久磁石３２，３３の磁力線は、第３コイルＬ３が巻装された突起鉄心２７を通る閉回路を構成できなくなり、両磁石のＮ極から出る磁力線は、第３コイルＬ３による電磁石の磁力線とともに、ロータ１８側に向かう。
【００５１】
よって、ロータ１８のＮ２極では、第３コイルＬ３側との間に反発力が生じ、第２コイルＬ２側との間に引張力が生じる。また、Ｓ１極は第２コイルＬ２側との間に反発力を受け、Ｓ２極は第３コイルＬ３側との間に引張力を受ける。このため、ロータ１８は、停止することなく引き続き回転する。
【００５２】
同様に、図４（ｂ）に示すように、ロータ１８の回転角度が６０°になり、Ｎ２極の中央部が第２コイルＬ２に対向すると、第２コイルＬ２が給電されなくなり、第３コイルＬ３は引き続き給電され、新たに第４コイルＬ４が給電される。このため、第３及び第４固定永久磁石３３，３４の磁力と、第４コイルＬ４による磁力とが合計された磁力がロータ１８側に作用し、ロータ１８は引き続き回転する。
【００５３】
同様に、図５のグラフに示すように、同時には２つのコイルが給電され、一つのコイルはロータ１８が６０°回転する間に連続して給電されるようにして、ロータ１８が３０°回転するごとに、順次第１〜第６コイルＬ１〜Ｌ６が給電される。上記のようにして、ロータ１８は、第１〜第６コイルＬ１〜Ｌ６による電磁石の磁力と、第１〜第６固定永久磁石３１〜３６の磁力とが合計された強力な磁力によって、連続回転される。
【００５４】
また、コイルが第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、…の順に給電されることにより、ロータ５１は反時計方向に回転する。
この実施形態によれば、以下のような効果を有する。
【００５５】
（１）ブラシレスモータ１１は、ステータにハイブリッド式磁石が取り付けられ、ロータ１８に第１〜第４回転永久磁石２１〜２４が取り付けらている。このため、第１〜第６コイルＬ１〜Ｌ６が順次給電されることにより、第１〜第６固定永久磁石３１〜３６の磁力と、電磁石の磁力とが合計された強力な磁力によって、ロータ１８の第１〜第４回転永久磁石２１〜２４との間で引張力及び反発力を作用させて、ロータ１８を回転できる。従って、小型高トルク化を図ることができる。
【００５６】
（２）第１〜第６固定永久磁石３１〜３６と第１〜第６コイルＬ１〜Ｌ６とが周方向に交互に配置されるため、ブラシレスモータ１１は径方向においてコンパクト化できる。
【００５７】
（３）ロータ１８の回転永久磁石の磁極数は周方向に４個で、第１〜第４回転永久磁石２１〜２４は隣接して配置され、突起鉄心は６個形成されている。このため、効果的にロータ５１を回転させることが可能な状態において、最もシンプルで、配置の良い構成にすることができる。
【００５８】
（４）第１〜第６固定永久磁石３１〜３６は、周方向に極性が変化するように配置されている。このため、第１〜第６コイルＬ１〜Ｌ６が給電されていない状態で、第１〜第６固定永久磁石３１〜３６がロータ１８の第１〜第４回転永久磁石２１〜２４を直接吸引する作用を防止でき、ロータ１８に悪影響を及ぼす可能性を低減できる。
【００５９】
（５）突起鉄心２７と接続鉄心２８とが一体に形成されているため、突起鉄心２７と接続鉄心２８との間で磁束が通りやすくなっている。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を図６〜図９に従って説明する。この実施形態では、ロータが突起を備え、ロータに永久磁石が取り付けられていない点が前記実施形態と大きく異なっている。前記実施形態と同様の部分については同一番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６０】
図６は第２の実施形態のブラシレスモータの模式断面図を示し、図９はロータの回転角度とコイルの給電状態との関係を示すグラフである。
図６に示すように、このブラシレスモータのロータ５１は、鉄製で、放射状に複数の突起を有するように形成されている。この実施形態では、ロータ５１は４個の突起を有しており、断面がほぼ十字状になるように形成されている。各突起は、図６において回転軸１９に対して左上に延びる突起を突起Ｒ１と称し、時計方向に順に突起Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と称する。突起Ｒ１〜Ｒ４の径方向外側端部は、円弧状に形成されている。また、ロータ５１には永久磁石は取り付けられていない。
【００６１】
コイルは、巻装方向は第１の実施形態の第１〜第６コイルＬ１〜Ｌ６と同じに構成されている。この実施形態では、図６において左下のコイルをコイルｕ１と称し、回転軸１９を挟んでコイルｕ１と対向するコイルをコイルｕ２と称する。コイルｕ１の巻線と、コイルｕ２の巻線とは接続されており、Ｕ相を構成する。また、コイルｕ２に対して時計方向側に隣のコイルをコイルｖ１、これと対向するコイルをコイルｖ２、コイルｖ２に対して時計方向側に隣のコイルをコイルｗ１、これと対向するコイルをコイルｗ２と称する。コイルｖ１，ｖ２、コイルｗ１，ｗ２もそれぞれ巻線が接続されており、それぞれＶ相、Ｗ相を構成する。このようにコイルは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相を構成するように形成されている。
【００６２】
各突起Ｒ１〜Ｒ４は、同じ大きさ及び形状に形成されている。各突起Ｒ１〜Ｒ４の周方向の幅は、接続鉄心２８の周方向の幅とほぼ同じに形成されている。また、各突起Ｒ１〜Ｒ４の周方向の幅は、隣り合う接続鉄心２８同士の周方向の端面間の間隔より大きくなっている。
【００６３】
このブラシレスモータでは、回転軸１９に一体回転するように回転遮光板が取り付けられており、この回転遮光板を挟むように、光電素子と光源との組が、ブラケットを介して複数配置されている。回転遮光板には切欠部が形成されており、回転遮光板の回転によって光電素子の受光状態と遮光状態が切り換えられることにより、ロータの回転位置が検出されるように構成されている。ブラシレスモータは、光電素子によって検出されるロータ５１の回転位置に基づいて、Ｕ相〜Ｗ相の各コイルが、図９のグラフに示すように給電されるように構成されている。この実施形態では、図６に示すようにロータ５１の突起Ｒ１がコイルｗ１と対向する場合に、ロータ５１の回転角度を０°とするように設定されている。
【００６４】
Ｕ相〜Ｗ相の各コイルが給電されていない状態では、各第１〜第６固定永久磁石３１〜３６の磁力線は、第１の実施形態と同様に、接続鉄心２８、突起鉄心２７、ヨーク１３の円筒部１３ａを通る閉回路となるため、各磁石の磁力はロータ５１側に作用しない。
【００６５】
ロータ５１の回転角度θが０°の状態では、ロータ５１の突起Ｒ１がコイルｗ１と対向し、突起Ｒ３がコイルｗ２と対向する。また、突起Ｒ２は、その一部がコイルｕ２を覆う接続鉄心２８と対向し、突起Ｒ４は、その一部がコイルｕ１を覆う接続鉄心２８に対向する。この状態では、ロータ５１の回転角度が光電素子によって検出されることに基づいて、Ｕ相、即ちコイルｕ１及びコイルｕ２が給電される。
【００６６】
この給電により、コイルｕ１による電磁石の磁力と、第４及び第５固定永久磁石３４，３５の磁力とが合計された強力な磁力によって、突起Ｒ４がコイルｕ１側に引っ張られる。また、コイルｕ２による電磁石の磁力と、第１及び第２固定永久磁石３１，３２の磁力とが合計された強力な磁力によって、突起Ｒ２がコイルｕ２側に引っ張られる。このため、ロータ５１は、反時計方向に回転する。また、コイルｕ１、第４及び第５固定永久磁石３４，３５のＮ極から出る磁力線は、接続鉄心２８を通って突起Ｒ４に入り、ロータ５１内を通過して、突起Ｒ２から、接続鉄心２８を通ってコイルｕ２、第１及び第２固定永久磁石３１，３２のＳ極に入る（図７参照）。
【００６７】
ロータ５１の回転角度θが３０°になると、突起Ｒ４がコイルｕ１と対向し、突起Ｒ２がコイルｕ２と対向する。また、突起Ｒ３の一部がコイルｖ１を覆う接続鉄心２８と対向し、突起Ｒ１の一部がコイルｖ２を覆う接続鉄心２８に対向する。回転角度θが３０°になったことが光電素子によって検知されると、Ｕ相が給電されなくなり、新たにＶ相が給電される。
【００６８】
この給電により、コイルｖ１による電磁石の磁力と、第２及び第３固定永久磁石３２，３３の磁力とが合計された磁力によって、突起Ｒ３がコイルｖ１側に引っ張られる。また、コイルｖ２による電磁石の磁力と、第５及び第６固定永久磁石３５，３６の磁力とが合計された磁力によって、突起Ｒ１がコイルｖ２側に引っ張られる。このため、ロータ５１は、停止することなく引き続き反時計方向に回転する。また、コイルｖ１、第２及び第３固定永久磁石３２，３３のＮ極から出る磁力線は、接続鉄心２８を通って突起Ｒ３に入り、ロータ５１内を通過して、突起Ｒ１から、接続鉄心２８を通ってコイルｖ２、第５及び第６固定永久磁石３５，３６のＳ極に入る（図８（ａ）参照）。
【００６９】
同様に、ロータ５１の回転角度が６０°になると、Ｖ相が給電されなくなり、新たにＷ相が給電され、ロータ５１が引き続き反時計方向に回転される。コイルｗ１、第１及び第６固定永久磁石３１，３６のＮ極から出る磁力線は、接続鉄心２８を通って突起Ｒ２に入り、ロータ５１内を通過して、突起Ｒ４から、接続鉄心２８を通ってコイルｗ２、第３及び第４固定永久磁石３３，３４のＳ極に入る（図８（ｂ）参照）。
【００７０】
また、ロータ５１の回転角度が９０°になると、Ｗ相が給電されなくなり、再びＵ相が給電され、ロータ５１が引き続き反時計方向に回転される。
このように、図９のグラフに示すように、ロータ５１が３０°回転するごとに、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の給電が順次切り換えられる。よって、ロータ５１は、コイルｕ１〜コイルｗ２による電磁石の磁力と、第１〜第６固定永久磁石３１〜３６の磁力とが合計された強力な磁力によって、連続回転される。
【００７１】
この実施形態によれば、前記実施形態の（２）、（４）及び（５）の効果の他に、以下のような効果を有する。
（６）ステータには、３相のコイルが設けられたハイブリッド式磁石が取り付けられ、ロータ５１には突起Ｒ１〜Ｒ４が形成されている。このため、３相の各コイルが順次給電されることにより、第１〜第６固定永久磁石３１〜３６の磁力と、電磁石の磁力とが合計された強力な磁力によって突起Ｒ１〜Ｒ４を吸引して、ロータ５１を回転できる。従って、この場合でも、小型高トルク化を図ることができる。
【００７２】
（７）ロータ５１の突起Ｒ１〜Ｒ４の周方向の幅と、接続鉄心２８の周方向の幅とは、ほぼ同じ程度に形成されている。このため、突起Ｒ１〜Ｒ４が電磁石に最も引っ張られた状態では、突起Ｒ１〜Ｒ４と接続鉄心２８とは、周方向においてほぼ過不足なく対向する。よって、突起Ｒ１〜Ｒ４と、接続鉄心２８との間において磁束の漏れが低減され、高トルク化を効果的に図ることができる。
【００７３】
（８）ロータ５１の突起Ｒ１〜Ｒ４の周方向の幅は、隣り合う接続鉄心２８の周方向の端面間より大きく形成されている。このため、突起と接続鉄心２８との少なくとも一部で対向する部分に磁束を通過させることにより、常にロータ５１に引張力を働かせ続けることができ、ロータ５１をスムーズに回転できる。
【００７４】
（９）ロータ５１の突起Ｒ１〜Ｒ４の数は４個で、ステータの突起鉄心２７は６個形成されており、コイルは３相に形成されているため、効果的にロータ５１を回転可能に形成するうえで、最もシンプルで、配置の良い構成にすることができる。
【００７５】
（１０）コイルｕ１，ｖ１，ｗ１は、給電された状態で径方向内側がＮ極になるように巻装され、それぞれに対向するコイルｕ２，ｖ２，ｗ２は、給電された状態で径方向内側がＳ極になるように巻装されている。また、ロータ５１は、突起が回転軸１９を挟んで対向するように形成されている。このため、各コイルｕ１，ｖ１，ｗ１から出る磁力線が、ロータ５１の突起Ｒ１，Ｒ３又は突起Ｒ２，Ｒ４を通って、それぞれコイルｕ２，ｖ２，ｗ２に入る。よって、磁束が通りやすくなっている
なお、実施形態は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変更してもよい。
【００７６】
・突起鉄心２７と接続鉄心２８とが一体に形成されることに限られず、例えば突起鉄心２７と接続鉄心２８とをそれぞれ別に形成し、突起鉄心２７の先端に接続鉄心２８の中央部を当接した構成にしてもよい。
【００７７】
・第１の実施形態において、第１〜第４回転永久磁石２１〜２４は、隣接するように形成されることに限られず、例えば、各第１〜第４回転永久磁石間にわずかに隙間が存在するように形成してもよい。
【００７８】
・第１の実施形態において、ホール素子４１は１個設けられることに限られず、複数設けてもよい。
・コイル及び固定永久磁石の数は、それぞれ６個であることに限られず、例えば６以外の偶数であってもよく、例えば２個、４個、８個等にしてもよい。
【００７９】
・第１の実施形態において、ロータに取り付けられる固定永久磁石の数は、４個であることに限られず、例えば４以外の偶数であってもよく、例えば２個、６個、８個等にしてもよい。
【００８０】
・第２の実施形態において、ロータの突起の数は、４個であることに限られず、例えば４以外の偶数であってもよく、例えば２個、６個、８個等にしてもよい。
【００８１】
・第１の実施形態において、コイルは第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、…の順に給電されて、ロータ５１を反時計方向に回転させることに限られない。例えば、θ＝０°の状態において、第４及び第５コイルＬ４，Ｌ５に給電すると、第４コイルＬ４の径方向内側がＮ極、第５コイルＬ５の径方向内側がＳ極になることにより、ロータ１８のＳ２極との間にそれぞれ引張力、反発力が作用するため、ロータ１８は時計方向に回転する。次に、３０°回転したときに、第５コイルＬ５への給電をやめ、第４コイルＬ４に引き続き給電し、新たに第３コイルＬ３に給電すると、Ｎ２極と第３コイルＬ３との間に反発力が作用し、Ｎ２極と第４コイルＬ４との間に引張力が作用するため、ロータ１８は引き続き時計方向に回転する。このように、第６コイルＬ６、第５コイルＬ５、第４コイルＬ４、第３コイルＬ３、…の順に給電して、ロータ１８を時計方向に回転させてもよい。
【００８２】
・第２の実施形態において、コイルはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に給電されて、ロータ５１を反時計方向に回転させることに限られない。例えば、θ＝０°の状態において、Ｖ相のコイルに給電すると、突起Ｒ２，Ｒ４はそれぞれコイルｖ１，ｖ２側に引っ張られるため、ロータ５１は時計方向に回転する。次に、３０°回転するごとにＵ相、Ｗ相の順に給電すると、ロータ５１は引き続き時計方向に回転する。このため、コイルをＷ相、Ｖ相、Ｕ相の順に給電して、ロータ５１を時計方向に回転させてもよい。なお、この場合、Ｗ相、Ｕ相をそれぞれ新たにＵ相、Ｗ相と称すると、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に給電してロータ５１を時計方向に回転させることになる。
【００８３】
・第１及び第２の実施形態において、ロータの位置検出は、例えばロータリエンコーダによって位置検出するように構成してもよい。
・第２の実施形態において、ロータ５１の位置検出は、回転遮光板と光電素子との組み合わせによって行われることに限られない。例えば、エンドフレーム１４とヨーク１３の底部との一方に光源を取り付けるとともに、他方に光電素子を取り付け、ロータ５１の回転によって光源と光電素子との間に突起Ｒ１〜Ｒ４が位置するときに遮光状態になり、突起Ｒ１〜Ｒ４間の間隙が位置するときに受光状態になるように構成する。この光源と光電素子の組を複数取り付け、ロータ５１の位置検出を可能に構成してもよい。
【００８４】
・第１の実施形態において、ロータ１８の位置検出は、例えば第２の実施形態と同様に、回転遮光板と光電素子との組み合わせによってロータ１８の位置検出を行うように構成してもよい。
【００８５】
・第２の実施形態において、ロータ５１は、鉄製であることに限られず、例えば他の強磁性体で形成してもよい。
・第１の実施形態において、ロータコア２０は、鉄製であることに限られず、例えば他の強磁性体で形成してもよい。
【００８６】
・ブラシレスモータは、インナロータ型であることに限られず、例えばアウタロータ型でもよい。
上記各実施形態から把握できる技術的思想について、以下に追記する。
【００８７】
（１）  請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ロータに取り付けられる前記永久磁石は、周方向に隣接して設けられている。
（２）  請求項１、請求項２及び（１）のいずれか一つに記載の発明において、前記突起鉄心と前記接続鉄心とが一体に形成されている。
【００８８】
（３）  請求項３〜請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記ロータは鉄製である。
【００８９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜請求項６に記載の発明によれば、小型高トルク化を図るとともに、径方向においてコンパクト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はブラシレスモータの模式断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＢ−ＩＢ線での一部断面模式側面図。
【図２】作用を示す模式断面図。
【図３】作用を示す模式断面図。
【図４】作用を示す模式断面図。
【図５】ロータの回転角度とコイルの給電状態との関係を示すグラフ。
【図６】第２の実施形態のブラシレスモータの模式断面図。
【図７】作用を示す模式断面図。
【図８】作用を示す模式断面図。
【図９】ロータの回転角度とコイルの給電状態との関係を示すグラフ。
【図１０】従来のハイブリッド式磁石を示す模式図。
【符号の説明】
１１…ブラシレスモータ、１８，５１…ロータ、２１〜２４…第１〜第４回転永久磁石、Ｒ１〜Ｒ４…突起、１２…ステータを構成するモータハウジング、１３ａ…ハイブリッド磁石を構成する円筒部、２７…同じく突起鉄心、２８…同じく接続鉄心、３１〜３６…同じく第１〜第６固定永久磁石、Ｌ１〜Ｌ６…同じく第１〜第６コイル、ｕ１〜ｗ２…同じくコイル。
【図１】
0003798677.tif 000002
【図２】
0003798677.tif 000003
【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】
0003798677.tif 000008
【図８】
0003798677.tif 000009
【図９】
0003798677.tif 000010
【図１０】
0003798677.tif 000011