JP2006087283A - 永久磁石型回転モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ステータコアの製造が容易な永久磁石型回転モータを提供する。
【解決手段】 ロータ磁極部の個数Ｐとスロット数Ｎとの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）と、Ｐの１／２とＮとの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ／２，Ｎ）とが異なり、励磁巻線が、１２０°づつ電流の位相がずれて周方向に並ぶようにＮ個のステータ磁極部にそれぞれ巻装された永久磁石型回転モータを対象とする。第１の分割コア群に属するＮ／２個の分割コア１３Ａ〜１３Ｋと、第２の分割コア群に属するＮ／２個の分割コア１３Ｂ〜１３Ｌとからステータコア２を構成する。１つのスロット９Ａ〜９Ｌの両側に配置される第１の分割コア群に属する分割コアと第２の分割コア群に属する分割コアとを、それぞれ、ロータ３の中心を通る軸線と直交する方向の横断面形状が、スロットの開口部９ａ，９ｂの中心とロータ３の軸線とを通る仮想線ＰＬに対して線対称になる形状にする。開口部９ａの開き角度Ｗａより開口部９ｂの開き角度Ｗｂを小さくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、永久磁石からなるロータ磁極部を備えたロータが回転する永久磁石型回転モータに関するものである。

永久磁石型回転モータは、ロータとステータとを有している。ロータは、ロータコアと永久磁石からなる複数のロータ磁極部とを有しているものがある。ステータは、複数のステータ磁極部と、ロータコアに向かって開口する開口部を有する複数のスロットとを有するステータコアと、これらステータ磁極部に巻装された２相以上の励磁巻線とを有しているものがある。ロータ磁極部に永久磁石を使用するモータにおいては、無負荷時において、脈動（コギングトルク）を含むトルク及び推力が発生することが知られている。このコギングトルクは、円滑な回転を阻害し、振動や速度変動の原因となる。そこで従来より、コギングトルクを低減する手法として、ステータコアやロータコアに斜め溝のスロット（以下、スキューという）を形成する技術、外周面の円弧の半径中心と内周面の円弧の半径中心の位置とを異ならせた偏心タイプの永久磁石（以下、偏心形永久磁石という）を用いること技術が提案されている。しかしながら、スキューを形成することは、トルクが低下したり、モータの生産性が低下する問題を生じさせる。また、偏心形永久磁石を用いると、磁束密度を高くできず、高トルク密度化を図ることができない問題が生じる。

そこで、特開２００４−１５９６７公報（特許文献１）に示された永久磁石型回転モータでは、ステータ磁極部の先端に設けられた磁極面構成部に周方向に突出する一対の突出部を設けた第１の種類のステータ磁極部と、一対の突出部を有しない第２の種類のステータ磁極部とを、交互に配置している。この永久磁石型回転モータでは、ステータ磁極部の先端に、隣接する他のステータ磁極部の先端に発生するトルクパターンの波形と異なる波形のトルクパターンを発生させ、隣接するステータ磁極部で発生するトルクの変動を相互に補完して、ロータに発生するコギングトルクを抑制している。

特許第３５０５３４７号公報（特許文献２）に示された永久磁石型回転モータでは、磁極面の周方向寸法が異なる２種類のステータ磁極部を周方向に交互に配置している。

また特開平１１−１７８２９８号公報（特許文献３）に示された永久磁石型回転モータでは、ステータ磁極部の磁極面の曲率が異なる２種類のステータ磁極部が周方向に交互に並べられている。

また特開２００１−３０９６２５公報（特許文献４）に示された永久磁石型回転モータでは、ステータコアに形成する複数のスロットの開口部の周方向に測定した幅寸法を、交互に異ならせている。
特開２００４−１５９６７公報 特許第３５０５３４７号公報 特開平１１−１７８２９８号公報 特開２００１−３０９６２５公報

しかしながら、上記に示すようなステータコアを構成する永久磁石型回転モータでは、ステータ磁極部の先端に設けられた突出部の形状が異なる２種類の分割コアを用意しなければならず、ステータコアを製造する場合の部品の種類が多くなる上、ステータコアの組み立ての製造が煩雑になる問題が生じる。

特に、特許文献４の永久磁石型回転モータは、８極２４スロットであり、Ｐ（８）とＮ（２４）との最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）と、Ｐの１／２（４）とＮ（２４）との最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ／２，Ｎ）とは等しい数値（２４）になる。また、周方向に並ぶ２つずつの巻線部を流れる電流の位相が、１２０°ずつずれるように、＋Ｕ，＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｖ，＋Ｗ，＋Ｗ・・・の順でずれている。このような永久磁石型回転モータにおいて、スロットの開口角度を上記のように設定すると漏れ磁束が抑制され、誘起電圧は向上するが、トルクが低下しトルクリップルが増加するという問題が生じる。

本発明の目的は、コギングトルク及びトルクリップルを低下できる永久磁石型回転モータを提供することにある。

本発明の目的は、ステータコアの製造が容易な永久磁石型回転モータを提供することにある。

本発明が改良の対象とする永久磁石型回転モータは、ロータとステータとを有している。ロータは、ロータコアと該ロータコアに対して取り付けられたＰ（Ｐは４以上の自然数の偶数）個の永久磁石からなるロータ磁極部を具備する。Ｐ個のロータ磁極部は、ロータコアの周方向に３６０°／Ｐの角度間隔を持って配置されている。またステータは、ステータコアとＮ個の巻線部とを備えている。ステータコアは、ロータコアと対向し且つ周方向の長さが等しい磁極面を有するＮ（Ｎは６の倍数）個のステータ磁極部と、ロータコアに向かって開口する開口部を有するＮ個のスロットとを備えている。Ｎ個のステータ磁極部及びＮ個のスロットは、３６０°／２Ｎの角度間隔を持って周方向に交互に並ぶように配置されている。そして巻線部は、Ｎ個のステータ磁極部にそれぞれ励磁巻線が集中巻きされて構成されている。本発明の永久磁石型回転モータでは、ＰとＮの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）と、Ｐの１／２とＮの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ／２，Ｎ）とが異なる。また、周方向に隣り合って並ぶ３つの巻線部に流れる電流が電気角で１２０°ずつ位相がずれている。すなわち、周方向に並ぶ巻線部の電流の位相は、＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｗ，＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｗ・・・の順となっている。

本発明においては、Ｎ個のスロットを、周方向に沿って測った開口部の開き角度が第１の角度になる第１のスロット群を構成するＮ／２個のスロットと、開き角度が第１の角度より小さい第２の角度になる第２のスロット群を構成するのＮ／２個のスロットとにグループ分けする。なお、ここでいう「開口部の開き角度」とは、スロットの開口部のロータの周方向の両端部とロータの中心とをそれぞれ結ぶ２本の仮想線分間の角度である。そして第１の分割コア群に属するＮ／２個の分割コアと、第２の分割コア群に属するＮ／２個の分割コアとからステータコアを構成する。具体的には、ステータコアは、第１の分割コア群に属する分割コアと第２の分割コア群に属する分割コアとが、周方向に交互に並ぶように配置されて構成される。そして１つのスロットの両側に配置される第１の分割コア群に属する分割コアと第２の分割コア群に属する分割コアとを、それぞれ、ロータの中心を通る軸線と直交する方向の横断面形状が、スロットの開口部の中心とロータの軸線とを通る仮想線に対して線対称になる形状にする。このようにすると、第１のスロット群に属するスロットと第２のスロット群に属するスロットとが、周方向に交互に並ぶことになる。

本発明の永久磁石型回転モータでは、第１のスロット群に属するスロットと第２のスロット群に属するスロットとが、周方向に交互に並ぶため、隣接する２つのスロットの開口部の開き角度が異なり、一つおきのスロットの開口部の開き角度がそれぞれ等しくなる。そのため、開口部の開き角度が大きいスロットの位置では、ロータのトルクが大きくなり、開口部の開き角度が小さいスロットの位置では、ロータのコギングトルクが小さくなる。このようなトルクの増大と、コギングトルクの低減とが相乗的に効果を発揮して、トルクを維持した状態で、ステータ全体に亘って偏りなくコギングトルク及びトルクリップルを低下させることができる。

特に、本発明の永久磁石型回転モータでは、ＰとＮの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）と、Ｐの１／２とＮの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ／２，Ｎ）とが異なるように構成され、周方向に隣り合って並ぶ３つの巻線部に流れる電流が電気角で１２０°ずつ位相がずれているので、トルクを高くしてトルクリップルを低下させることができる。これは、周方向に並ぶ巻線部の電流の位相が＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｗ，＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｗ・・・の順となることにより、磁束がステータ磁極部の中心に集中するためであると考えられる。

また上記の形状を有する第１の分割コア群に属する分割コアと第２の分割コア群に属する分割コアとは、ロータの軸線方向の一方の方向から見た第１の分割コア群に属する分割コアの輪郭形状と、ロータの軸線方向の他方の方向から見た第２の分割コア群に属する分割コアの輪郭形状とが同じ形状になる。すなわち同じ形状の分割コアを１８０°回転させることにより、第１の分割コア群に属する分割コアと第２の分割コア群に属する分割コアとを用意することができる。その結果、本発明によれば、１種類の形状の分割コアを用いればよく、部品の種類を増やすことなく、コギングトルクを低減することができる上、ステータコアの製造が容易になる利点が得られる。

ここでいうロータは、ロータコアの表面に永久磁石を配置する永久磁石表面配置型と、ロータコア内に永久磁石を埋設する永久磁石内蔵型の両方を含むものである。また、ロータ磁極部とは、永久磁石の存在により、一定の領域に形成される磁極部のことである。２以上の同極性の永久磁石を間隙をあけて組み合わされて一つの磁極部を構成する場合もある。例えば、２個の永久磁石が所定の間隙を隔てて組み合わせたものにより一つのロータ磁極部が形成される場合は、ロータ磁極部の数Ｐは、永久磁石の数の１／２倍になる。また、埋設された隣接する２つの同極性の永久磁石の間に永久磁石を設けることなく異極性の極性を示す部分を形成する場合には、永久磁石を設けた部分に加えて永久磁石を設けることなく異極性を示す部分もロータ磁極部を構成することになる。例えば、ロータ磁極部が埋設された２つの同極性の永久磁石の間に異極性を示す部分を形成する場合は、ロータ磁極部の数Ｐは、永久磁石の数の２倍になる。

なお第１の角度Ｗａと第２の角度Ｗｂとの角度差が、［３６０°／ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）］×（４／３）−１°から［３６０°／ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）］×（４／３）＋１°の範囲の角度差になるようにするのが好ましい。角度差を、このような範囲内の値にすると、コギングトルクを大きく低下させることができる。なお角度差が、この範囲を下回った場合、また上回った場合のいずれにおいても、コギングトルクは高くなる傾向を示す。

具体的な、分割コアは、弧状のヨーク構成部と、ヨーク構成部のほぼ中央からロータ側に突出して励磁巻線が巻回される巻線巻回部と、巻線巻回部の先端に一体に設けられた磁極面構成部とを備えている。磁極面構成部は、前記ヨーク構成部に沿って延びる１つの突出部を備えている。この場合、第１の分割コア群に属する分割コアの突出部が設けられていない磁極面構成部の端部と第２の分割コア群に属する分割コアの突出部が設けられていない磁極面構成部の端部とが向かい合って、その間に第１のスロット群に属するスロットの第１の角度を有する開口部が形成される。そして、第１の分割コア群に属する分割コアの突出部と、第２の分割コア群に属する分割コアの突出部とが向かい合って、その間に第２のスロット群に属するスロットの第２の角度を有する開口部が形成される。

なお磁極面構成部にヨーク構成部に沿って延び且つ周方向の両側にそれぞれ突出する突出寸法の異なる第１及び第２の突出部を設けてもよい。この場合には、第１の分割コア群に属する分割コアの第１の突出部と第２の分割コア群に属する分割コアの第１の突出部とが向かい合って、その間に第１のスロット群に属するスロットの第１の角度を有する前記開口部が形成される。また第１の分割コア群に属する分割コアの第２の突出部と第２の分割コア群に属する分割コアの第２の突出部とが向かい合って、その間に第２のスロット群に属するスロットの第２の角度を有する開口部が形成される。このような分割コアでは、ロータの周方向側にそれぞれ突出する２つの突出部の形状を適宜に設計することで、所望のコギングトルクの低減とトルクの増加とを得ることができる。なおいずれの場合においても、突出部の形状は任意である。

ロータ磁極部をロータコア内に永久磁石を埋設して構成する場合、ロータコアの永久磁石が埋設された部分の表面は、ステータ側に突出するように湾曲して構成するのが好ましい。このようにすれば、ロータコアの構造により、コギングトルクを更に低くすることができる。

なおＰ個のロータ磁極部が、ロータコアの内部に埋設されていて、ロータコアのロータ磁極部に対応する外周面部分が径方向外側に向かって突出するように湾曲している場合に、Ｐを１６とし、Ｎを１２とすると、実用的な永久磁石型回転モータを得ることができる。

またＰ個のロータ磁極部が、ロータコアの外周面に取り付けられている場合には、Ｐを８とし、Ｎを１２とすると、実用的な永久磁石型回転モータを得ることができる。

本発明によれば、スロットの開口部の開き角度を周方向に交互に変えたことにより、トルクの増大と、コギングトルクの低減とが相乗的に効果を発揮して、トルクを維持した状態で、ステータ全体に亘って偏りなくコギングトルクを低下させることができる利点が得られる。

また本発明によれば、第１の分割コア群に属する分割コアと第２の分割コア群に属する分割コアとは、ロータの軸線方向の一方の方向から見た第１の分割コア群に属する分割コアの輪郭形状と、ロータの軸線方向の他方の方向から見た第２の分割コア群に属する分割コアの輪郭形状とが同じ形状になる。そのため同じ形状の分割コアを１８０°回転させることにより、第１の分割コア群に属する分割コアと第２の分割コア群に属する分割コアとを用意することができるので、１種類の形状の分割コアを用いればよい。その結果、部品の種類を増やすことなく、コギングトルクを低減することができる上、ステータコアの製造が容易になる利点が得られる。

特に、本発明の永久磁石型回転モータでは、ＰとＮの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）と、Ｐの１／２とＮの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ／２，Ｎ）とが異なるように構成され、周方向に隣り合って並ぶ３つの巻線部に流れる電流が電気角で１２０°ずつ位相がずれているので、トルクを高くしてトルクリップルを低下させることができる。これは、周方向に並ぶ巻線部の電流の位相が＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｗ，＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｗ・・・の順となることにより、磁束がステータ磁極部の中心に集中するためであると考えられる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態を説明するために用いる永久磁石型回転モータのステータ１及びロータ３の概略図である。図１に示すように、ステータ１はステータコア２と巻線部１１とを有している。ステータコア２は、筒状のヨーク５とヨーク５の内周から中心に突出する１２個のステータ磁極部７とを有している。１２個のステータ磁極部７は、その先端部に磁極面７ａをそれぞれ有している。

ステータコア２は、１２個の分割コア１３Ａ〜１３Ｌが表裏を交互に逆にした状態で（１８０°回転させた状態で）ロータ３の周方向に組み合わされて構成されている。分割コア１３Ａ〜１３Ｌは、ロータ３の軸線方向に複数の鋼板１５が積層されて構成されている。分割コア１３Ａに符号を付して説明すると、各分割コアは、それぞれ弧状のヨーク構成部１３ａと、ヨーク構成部１３ａのほぼ中央からロータ３側に突出して励磁巻線が巻回される巻線巻回部１３ｂと、巻線巻回部１３ｂの先端に一体に設けられた磁極面構成部１３ｃとを備えている。各巻線巻回部１３ｂには、励磁巻線が集中巻きされて巻線部１１が構成されている。周方向に隣り合って並ぶ３つの巻線部１１に流れる電流は、電気角で１２０°ずつ位相がずれている。すなわち、周方向に並ぶ１２個の巻線部１１を流れる電流の位相は＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｗ，＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｗ・・・の順となっている。なお、理解を容易にするため、図１には巻線部１１を破線で示している。磁極面構成部１３ｃは、ヨーク構成部に１３ａに沿って延びる１つの突出部１３ｄを備えている。１２個の分割コア１３Ａ〜１３Ｌは、突出部１３ｄが周方向の一方の方向に向かって延びる第１の分割コア群に属する６個（Ｎ／２個）の分割コア（１３Ａ，１３Ｃ，１３Ｅ，１３Ｇ，１３Ｉ，１３Ｋ）と、突出部１３ｄが周方向の他方の方向に向かって延びる第２の分割コア群に属する６個（Ｎ／２個）の分割コア（１３Ｂ，１３Ｄ，１３Ｆ，１３Ｈ，１３Ｊ，１３Ｌ）とを含んでいる。このため、ステータコア２は、第１の分割コア群に属する６個（Ｎ／２個）の分割コア（１３Ａ，１３Ｃ，１３Ｅ，１３Ｇ，１３Ｉ，１３Ｋ）と、第２の分割コア群に属する６個（Ｎ／２個）の分割コア（１３Ｂ，１３Ｄ，１３Ｆ，１３Ｈ，１３Ｊ，１３Ｌ）とが、周方向に交互に並ぶように配置されて構成されることになる。

本実施の形態では、１つのスロット（例えば９Ａ）の両側に配置される第１の分割コア群に属する分割コア（例えば１３Ａ）と第２の分割コア群に属する分割コア（例えば１３Ｂ）とを、それぞれ、ロータ３の中心３ａを通る軸線と直交する方向の横断面形状が、スロット９Ａの開口部の中心とロータ３の軸線とを通る仮想線ＰＬに対して線対称になる形状にしている。そして、第１の分割コア群に属する分割コア（１３Ａ，１３Ｃ，１３Ｅ，１３Ｇ，１３Ｉ，１３Ｋ）の突出部１３ｄが設けられていない磁極面構成部１３ｃの端部と第２の分割コア群に属する分割コア（１３Ｂ，１３Ｄ，１３Ｆ，１３Ｈ，１３Ｊ，１３Ｌ）の突出部１３ｄが設けられていない磁極面構成部１３ｃの端部とが向かい合って、その間に第１のスロット群に属するスロット（９Ａ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｇ，９Ｉ，９Ｋ）の第１の角度Ｗａを有する開口部が形成される。そして第１の分割コア群に属する分割コア（１３Ａ，１３Ｃ，１３Ｅ，１３Ｇ，１３Ｉ，１３Ｋ）の突出部１３ｄと、第２の分割コア群に属する分割コア（１３Ｂ，１３Ｄ，１３Ｆ，１３Ｈ，１３Ｊ，１３Ｌ）の突出部１３ｄとが向かい合って、その間に第２のスロット群に属するスロット（９Ｂ，９Ｄ，９Ｆ，９Ｈ，９Ｊ，９Ｌ）の第２の角度Ｗｂを有する開口部が形成される。

なお第１の角度Ｗａ及び第２の角度Ｗｂを特定する場合には、まずスロット９の開口部のロータ３の周方向の両端部とロータ３の中心３ａとを結ぶ線分を想定する。そして開口部の両端部に対して想定した２本の線分間の角度を開口部の開き角度（Ｗａ，Ｗｂ）と定義する。前述したように、開き角度が第２の角度Ｗｂを有する第２のスロット群に属するスロットの開口部は、突出部１３ｄが向かい合っており、開き角度が第１の角度Ｗａを有する第１のスロット群に属するスロットは、突出部１３ｄが向かい合わないため、第２の角度Ｗｂは、第１の角度Ｗａより小さくなる。このため、１２個（Ｎ個）のスロットは、周方向に沿って測った開口部の開き角度が第１の角度Ｗａになる第１のスロット群を構成する６個（Ｎ／２個）のスロット（９Ａ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｇ，９Ｉ，９Ｋ）と、開き角度が第１の角度Ｗａより小さい第２の角度Ｗｂになる第２のスロット群を構成する６個（Ｎ／２個）のスロット（９Ｂ，９Ｄ，９Ｆ，９Ｈ，９Ｊ，９Ｌ）とにグループ分けされることになる。

本例では、１２個の分割コア１３Ａ〜１３Ｌを環状に組み合わせて環状のステータコア構成体を構成した後に、環状のフレームを分割コア１３の環状体の外周に焼きばめして、ステータコア２を形成した。この技術については、出願人の先願である特開平９−３０８１４１号公報に詳しく説明されている。なおヨーク構成部１３ａの両端面に接着剤を塗布して焼きばめを行ってもよいのは勿論である。

ロータ３は、ほぼ円柱状のロータコア１７と該ロータコア１７内の表面部近傍に周方向に等間隔に埋設されたＰ個（本例では１６個）のロータ磁極部を構成する板状の永久磁石１９とを有している。本例では、１個の永久磁石により、１個のロータ磁極部が構成されている。永久磁石１９の周方向両端部には、空洞部から形成される一対のフラックスバリアがそれぞれ形成されている。このフラックスバリアは、空気等の非磁性材料からなり、ステータ１への磁束の流れを促進させるものである。Ｐ個の永久磁石１９は、ロータコア１７の表面側に交互にＮ極とＳ極とが現れるように着磁されている。ロータコア１７は、複数の鋼板が積層されて構成されており、永久磁石が埋設された部分の表面は、ステータコア１側に突出する湾曲面１７ａにより構成されている。

以上のように、本例の永久磁石回転モータは１６極１２スロットの構造を有している。これにより、Ｐ（１６）とＮ（１２）との最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）と、Ｐの１／２（８）とＮ（１２）との最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ／２，Ｎ）とは、４８と２４とになり、相互に異なる数値になる。本例では、開口部の第１及び第２の角度Ｗａ，Ｗｂは、Ｗａ−Ｗｂが３６０°／ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）×４／３±１°（９°〜１１°）になるような値に設定されている。

本例の永久磁石型回転モータでは、一つの分割コア１３が巻線巻回部１３ｂの端部のロータ３の周方向の一方の縁部からロータ３の周方向側に突出する突出部１３ｄとを有しており、このような分割コア１３を表裏を交互に逆にした状態で（１８０°回転させた状態で）ロータ３の周方向に組み合わせてステータコア２を構成している。そのため、ステータコア２に形成される１２個のスロット９Ａ〜９Ｌは、第１のスロット群に属して開き角度が第１の角度Ｗａを有するスロット（９Ａ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｇ，９Ｉ，９Ｋ）と、第２のスロット群に属して開き角度が第１の角度Ｗａより小さい第２の角度Ｗｂを有するスロット（９Ｂ，９Ｄ，９Ｆ，９Ｈ，９Ｊ，９Ｌ）とが交互に形成されることになる。そのため、開口部の開き角度が大きい第１の角度Ｗａを有するスロット（９Ａ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｇ，９Ｉ，９Ｋ）の位置では、ロータ３のトルクが大きくなり、開口部の開き角度が小さい第２の角度Ｗｂを有するスロット（９Ｂ，９Ｄ，９Ｆ，９Ｈ，９Ｊ，９Ｌ）の位置では、ロータ３のコギングトルクが小さくなる。このようなトルクの増大と、コギングトルクの低減とが相乗的に効果を発揮して、トルクを維持した状態で、ステータ全体に亘って偏りなくコギングトルク及びトルクリップルを低下させることができる。また、１種類の形状の鋼板１５を積層して構成される１種類の形状の分割コアを用いてステータコア２を構成することができる。

図２は、本例の永久磁石型回転モータにおいて、角度差Ｗａ−Ｗｂの値を変えて、角度差Ｗａ−Ｗｂの値とコギングトルクの値との関係を調べた結果の図である。図２より、角度差Ｗａ−Ｗｂの値を９°〜１１°、即ち、３６０°／ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）×４／３±１°とすると、コギングトルクを０．３Ｎ・ｍ以下の最小値にできるのが分かる。

図３は、本例の永久磁石型回転モータにおいて、角度差Ｗａ−Ｗｂの値を変えて、Ｗａ−Ｗｂの値とトルクの値との関係を調べた結果の図である。図３より、Ｗａ−Ｗｂの値を種々に変化させてもトルクはほとんど変化しないのが分かる。

図４は、本例の永久磁石型回転モータにおいて、角度差Ｗａ−Ｗｂの値を変えて、角度差Ｗａ−Ｗｂの値とトルクリップルの値との関係を調べた結果の図である。図４より、角度差Ｗａ−Ｗｂの値を９°〜１１°とすると、トルクリップルを最小値にできるのが分かる。

図５は、本例の永久磁石型回転モータにおいて、角度差Ｗａ−Ｗｂの値を変えて、Ｗａ−Ｗｂの値とロータ偏心力の最大値との関係及び角度差Ｗａ−Ｗｂの値とロータ偏心力の平均値との関係を調べた結果の図である。図５より、角度差Ｗａ−Ｗｂの値を種々に変化させてもロータ偏心力の最大値及び平均値はそれほど大きくは変化しないのが分かる。

図６は、本発明の第２の実施の形態を説明するために用いる永久磁石型回転モータのステータ１０１及びロータ１０３の概略図である。図６に示すように、本例の永久磁石型回転モータのステータ１０１のステータコア１０２は、図１に示す第１の実施の形態の永久磁石型回転モータと同様に１２個のステータ磁極部１０７とＮ個（本例では１２個）のスロット１０９Ａ〜１０９Ｌとを有している。ステータコア１０２を構成する１２個の分割コア１１３Ａ〜１１３Ｌは、ロータ１０３の軸線方向に複数の鋼板１１５が積層されて構成されており、弧状のヨーク構成部１１３ａと、ヨーク構成部１３ａのほぼ中央からロータ３側に突出して励磁巻線が巻回される巻線巻回部１１３ｂと、巻線巻回部１１３ｂの端部に設けられた磁極面構成部１１３ｃとを備えている。各巻線巻回部１１３ｂには、励磁巻線が集中巻きされて巻線部１１１が構成されている。周方向に隣り合って並ぶ３つの巻線部１１１に流れる電流は、電気角で１２０°ずつ位相がずれている。すなわち、周方向に並ぶ１２個の巻線部１１１を流れる電流の位相は＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｗ，＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｗ・・・の順となっている。磁極面構成部１１３ｃは、ロータ１０３の周方向の両縁部からロータ１０３の周方向の両側に突出する第１及び第２の突出部１１３ｄ，１１３ｅを有している。第１の突出部１１３ｄは、第２の突出部１１３ｅに比べてロータ１０３の周方向側に突出する寸法が小さくなっている。これにより、ステータコア１０２の１２個のスロット１０９Ａ〜１０９Ｌの開口部は、第１の突出部１１３ｄが向かい合って設けられる第１の開口部１０９ａと、第２の突出部１１３ｅが向かい合って設けられることにより第１の開口部１０９ａよりロータ１０３の周方向の開口寸法が小さくなる第２の開口部１０９ｂとが交互に形成されることになる。言い替えると、この実施の形態の場合には、第１の分割コア群に属する分割コア（１１３Ａ，１１３Ｃ，１１３Ｅ，１１３Ｇ，１１３Ｉ，１１３Ｋ）の第１の突出部１１３ｄと第２の分割コア群（１１３Ｂ，１１３Ｄ，１１３Ｆ，１１３Ｈ，１１３Ｊ，１１３Ｌ）に属する分割コアの第１の突出部１１３ｄとが向かい合って、その間に第１のスロット群に属するスロット（１０９Ａ，１０９Ｃ，１０９Ｅ，１０９Ｇ，１０９Ｉ，１０９Ｋ）の第１の角度Ｗａを有する第１の開口部１０９ａが形成される。また第１の分割コア群（１１３Ａ，１１３Ｃ，１１３Ｅ，１１３Ｇ，１１３Ｉ，１１３Ｋ）に属する分割コアの第２の突出部１１３ｅと第２の分割コア群（１１３Ｂ，１１３Ｄ，１１３Ｆ，１１３Ｈ，１１３Ｊ，１１３Ｌ）に属する分割コアの第２の突出部１１３ｅとが向かい合って、その間に第２のスロット群に属するスロット（１０９Ｂ，１０９Ｄ，１０９Ｆ，１０９Ｈ，１０９Ｊ，１０９Ｌ）の第２の角度Ｗｂを有する第２の開口部１０９ｂが形成される。前述したように、第１の突出部１１３ｄは、第２の突出部１１３ｅに比べてロータ１０３の周方向側に突出する寸法が小さいので、第２の角度Ｗｂは、第１の角度Ｗａより小さくなる。

ロータ１０３は、ほぼ円柱状のロータコア１１７と該ロータコア１１７内の表面上に周方向に等間隔に配置されたＰ個（本例では８個）のロータ磁極部を構成する板状の永久磁石１１９とを有している。本例では、１個の永久磁石により、１個のロータ磁極部が構成されている。Ｐ個の永久磁石１１９は、表面側に交互にＮ極とＳ極とが現れるように着磁されている。以上のように、本例の永久磁石回転モータは８極１２スロットの構造を有している。これにより、Ｐ（８）とＮ（１２）との最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）と、Ｐの１／２（４）とＮ（１２）との最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ／２，Ｎ）とは、２４と１２とになり、相互に異なる数値になる。本例では、開口部の開き角度Ｗａ，Ｗｂは、角度差Ｗａ−Ｗｂが４°〜６°になるような値に設定されている。

図７は、本例の永久磁石型回転モータにおいて、角度差Ｗａ−Ｗｂの値を０°とした場合のロータ回転角とコギングトルクとの関係、及び角度差Ｗａ−Ｗｂの値を５°とした場合のロータ回転角とコギングトルクとの関係を調べた結果の図である。図７より、角度差Ｗａ−Ｗｂの値が５°の場合、角度差Ｗａ−Ｗｂの値が０°の場合に比べてロータ回転角の変化に対するコギングトルクの発生量を小さくできるのが分かる。

次に、ＰとＮとの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）と、Ｐの１／２とＮとの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ／２，Ｎ）とが等しくなる永久磁石型回転モータにおいて、角度差Ｗａ−Ｗｂの値とコギングトルクとの関係を調べた。より具体的には、１０極１２スロットの永久磁石型回転モータを用いて試験を行った。１０極１２スロットの永久磁石型回転モータでは、Ｐ（１０）とＮ（１２）との最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）と、Ｐの１／２（５）とＮ（１２）との最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ／２，Ｎ）とは、等しい数値（６０）になる。また、１０極１２スロットの永久磁石型回転モータにおいて３６０°／ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）×４／３±１°の値を求めると７°〜９°となる。そこで、１０極１２スロットの永久磁石型回転モータの角度差Ｗａ−Ｗｂの値が０°及び８°の場合とコギングトルクとの関係を調べた。表１はその結果を示している。

表１より、角度差Ｗａ−Ｗｂの値が８°の方が０°よりコギングトルクが大きくなるの分かる。このように、ＰとＮとの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）と、Ｐの１／２とＮとの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ／２，Ｎ）とが等しい永久磁石型回転モータでは、本発明を適用できないのが分かる。

次に、本例（実施例）の永久磁石型回転モータと、周方向に並ぶ２つずつの巻線部を流れる電流の位相が、１２０°ずつずれるように、＋Ｕ，＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｖ，＋Ｗ，＋Ｗ・・・の順でずれており、その他は本例の永久磁石型回転モータと同じ構造を有する比較例の永久磁石型回転モータとを用いて、ロータ回転角とトルク及びトルクリップルとの関係を調べた。図８は、その測定結果を示している。図８より、実施例の永久磁石型回転モータは、比較例の永久磁石型回転モータに比べてトルクを高くできるのが分かる。また、各特性線の振幅Ａ１，Ａ２は実施例および比較例のトルクリップルに比例するので、図８より、実施例の永久磁石型回転モータは、比較例の永久磁石型回転モータに比べてトルクリップルを小さくできるのが分かる。

本発明の第１の実施の形態を説明するために用いる永久磁石型回転モータのステータ及びロータの概略図である。 図１に示す永久磁石型回転モータにおける角度差Ｗａ−Ｗｂの値とコギングトルクの値との関係を調べた結果の図である。 図１に示す永久磁石型回転モータにおける角度差Ｗａ−Ｗｂの値とトルクの値との関係を調べた結果の図である。 図１に示す永久磁石型回転モータにおける角度差Ｗａ−Ｗｂの値とトルクリップルの値との関係を調べた結果の図である。 図１に示す永久磁石型回転モータにおける角度差Ｗａ−Ｗｂの値とロータ偏心力の最大値との関係及び角度差Ｗａ−Ｗｂの値とロータ偏心力の平均値との関係を調べた結果の図である。 本発明の第２の実施の形態を説明するために用いる永久磁石型回転モータのステータ及びロータの概略図である。 図６に示す永久磁石型回転モータにおいて、角度差Ｗａ−Ｗｂの値を変えた場合のロータ回転角とコギングトルクとの関係を調べた結果の図である。 試験を用いた永久磁石型回転モータのロータ回転角とトルク及びトルクリップルとの関係を示す図である。

符号の説明

１ ステータ
３ ロータ
９Ａ〜９Ｌ スロット
９ａ 第１の開口部
９ｂ 第２の開口部
１３Ａ〜１３Ｌ 分割コア
１３ａ ヨーク構成部
１３ｂ 巻線巻回部
１３ｃ 磁極面構成部
１３ｄ 突出部
１５ 鋼板
１７ａ 湾曲面
１９ 永久磁石
Ｗａ，Ｗｂ 第１及び第２の角度

Claims (8)

1. ロータコアと該ロータコアに対して取り付けられたＰ（Ｐは４以上の自然数の偶数）個の永久磁石からなるロータ磁極部とを具備し、前記Ｐ個のロータ磁極部が前記ロータコアの周方向に３６０°／Ｐの角度間隔を持って配置されているロータと、
   前記ロータコアと対向し且つ前記周方向の長さが等しい磁極面を有するＮ（Ｎは６の倍数）個のステータ磁極部と、前記ロータコアに向かって開口する開口部を有するＮ個のスロットとを備え、前記Ｎ個のステータ磁極部及び前記Ｎ個のスロットが３６０°／２Ｎの角度間隔を持って前記周方向に交互に並ぶように配置されてなるステータコアと、前記Ｎ個のステータ磁極部にそれぞれ励磁巻線が集中巻きされて構成されたＮ個の巻線部とを有するステータとを備えて、
   前記Ｐと前記Ｎの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）と、前記Ｐの１／２と前記Ｎの最小公倍数ＬＣＭ（Ｐ／２，Ｎ）とが異なるように構成され、
   前記周方向に隣り合って並ぶ３つの前記巻線部に流れる電流が電気角で１２０°ずつ位相がずれている永久磁石型回転モータにおいて、
   前記Ｎ個のスロットは、前記周方向に沿って測った前記開口部の開き角度が第１の角度になる第１のスロット群を構成するＮ／２個のスロットと、前記開き角度が第１の角度より小さい第２の角度になる第２のスロット群を構成するＮ／２個のスロットとにグループ分けされ、
   第１の分割コア群に属するＮ／２個の分割コアと、第２の分割コア群に属するＮ／２個の分割コアとから前記ステータコアが構成され、
   前記ステータコアは、前記第１の分割コア群に属する前記分割コアと前記第２の分割コア群に属する前記分割コアとが、前記周方向に交互に並ぶように配置されて構成され、
   １つの前記スロットの両側に配置される前記第１の分割コア群に属する前記分割コアと前記第２の分割コア群に属する前記分割コアとは、前記ロータの中心を通る軸線と直交する方向の横断面形状が、前記スロットの前記開口部の中心と前記ロータの前記軸線とを通る仮想線に対して線対称になる形状を有しており、その結果前記第１のスロット群に属する前記スロットと前記第２のスロット群に属する前記スロットとが前記周方向に交互に並ぶことを特徴とする永久磁石型回転モータ。
2. 前記第１の角度と前記第２の角度との角度差が、［３６０°／ＬＣＭ（Ｐ，Ｎ）］×（４／３）±１°である請求項１に記載の永久磁石型回転モータ。
3. 前記分割コアは、弧状のヨーク構成部と、前記ヨーク構成部のほぼ中央から前記ロータ側に突出して前記励磁巻線が巻回される巻線巻回部と、前記巻線巻回部の先端に一体に設けられた磁極面構成部とを備えており、
   前記磁極面構成部は前記ヨーク構成部に沿って延びる１つの突出部を備えており、
   前記第１の分割コア群に属する前記分割コアの前記突出部が設けられていない前記磁極面構成部の端部と前記第２の分割コア群に属する前記分割コアの前記突出部が設けられていない前記磁極面構成部の端部とが向かい合って、その間に前記第１のスロット群に属する前記スロットの前記第１の角度を有する前記開口部が形成され、
   前記第１の分割コア群に属する前記分割コアの前記突出部と前記第２の分割コア群に属する前記分割コアの前記突出部とが向かい合って、その間に前記第２のスロット群に属する前記スロットの前記第２の角度を有する前記開口部が形成されている請求項２に記載の永久磁石型回転モータ。
4. 前記分割コアは、弧状のヨーク構成部と、前記ヨーク構成部のほぼ中央から前記ロータ側に突出して前記励磁巻線が巻回される巻線巻回部と、前記巻線巻回部の先端に一体に設けられた磁極面構成部とを備えており、
   前記磁極面構成部は前記ヨーク構成部に沿って延び且つ前記周方向の両側にそれぞれ突出する突出寸法の異なる第１及び第２の突出部を備えており、
   前記第１の分割コア群に属する前記分割コアの前記第１の突出部と前記第２の分割コア群に属する前記分割コアの前記第１の突出部とが向かい合って、その間に前記第１のスロット群に属する前記スロットの前記第１の角度を有する前記開口部が形成され、
   前記第１の分割コア群に属する前記分割コアの前記第２の突出部と前記第２の分割コア群に属する前記分割コアの前記第２の突出部とが向かい合って、その間に前記第２のスロット群に属する前記スロットの前記第２の角度を有する前記開口部が形成されている請求項２に記載の永久磁石型回転モータ。
5. 前記Ｐ個のロータ磁極部は、前記ロータコアの内部に埋設されており、
   前記ロータコアの前記ロータ磁極部に対応する外周面部分は径方向外側に向かって突出するように湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転モータ。
6. 前記Ｐが１６で前記Ｎが１２である請求項５に記載の永久磁石型回転モータ。
7. 前記Ｐ個のロータ磁極部が、前記ロータコアの外周面に取り付けられている請求項１に記載の永久磁石型回転モータ。
8. 前記Ｐが８で前記Ｎが１２である請求項７に記載の永久磁石型回転モータ。

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