JP2006149108A

JP2006149108A - 永久磁石型モータ

Info

Publication number: JP2006149108A
Application number: JP2004336839A
Authority: JP
Inventors: Shiro Kishi; 史郎岸
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】
特にスキュー付の永久磁石型モータにおいて、コギングトルクをより低減させることである。
【解決手段】
電磁鋼板を積層して形成され、複数のスロット２４及び磁極歯２２ｔを有する鉄心に巻線が巻回された固定子Ｋと、周方向に交互に異極となるように着磁された複数の永久磁石１１を有する回転子Ｒとが、空隙Ｇを介して対向配置された永久磁石型モータＭにおいて、電磁鋼板の積層方向に沿った前記鉄心の両端部であって、スロット２４の開口部が形成されている側のそれぞれの周縁部には、前記空隙Ｇと同一の空隙長Ｌｇをおいて回転子Ｒと対向配置された磁性体よりなるスロットレスリング部２５が、それぞれ一体に形成された構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、コギングトルクを低減して高性能化を図った永久磁石型モータに関するものである。

近年、様々な用途にコギングトルクの小さいモータが求められている。以下、永久磁石で形成された磁極を有する回転子の外側に固定子が配置され、該固定子の鉄心に巻回された巻線を励磁することによって回転磁界を形成して、駆動トルクを得る構成の同期式の永久磁石型モータ（以下の説明において、単に「モータ」とも記す）を一例に挙げて、従来からのコギングトルクの低減方法について説明する。

まず、コギングトルクとは、固定子鉄心の磁極歯と回転子の永久磁石との間に作用する磁気的な力が、無通電状態で、固定子に対する回転子の配置（回転角）に応じて変化することにより生じる脈動トルクであって、モータの回転子を無通電の状態で１回転させると、巻線を巻回するために該鉄心に必須的に設けたスロットの個数に比例した回数だけコギングトルクが発生する。このコギングトルクは、回転子の各磁極と対向する固定子の内周面上にスロットの開口部が存在することにより、回転子が回転移動する間に、回転子の永久磁石の各磁極から発生する界磁磁束の磁路が、前記各開口部を横切る度に周期的に変化し、空隙における磁束分布変化に乱れが生じることに起因して生じる。そして、この磁束分布変化の乱れ度合は、固定子に対する回転子の配置が変化する中で、回転子が、磁気的に最も安定していて、磁気抵抗が最小となる位置において静止しようとする際に作用する固定子との間で引き合うトルクの大きさと、更にその安定位置から回転子を回転させるために、該安定位置での磁気吸引力に打ち勝つべく抵抗するトルクの大きさとに依存する。より具体的には、回転子の各磁極の境界線が固定子の磁極歯の中央付近と対向して配置する時が前記安定位置であって、回転子の各磁極の境界線が、該安定位置から前記スロットの開口部に近づく方向に回転移動する間には、元の安定した状態に戻ろうと抵抗するトルクが作用し、逆に、前記スロットの開口部から安定位置に近づく方向に回転移動する間には、前記安定位置に配置しようと引き合うトルクが作用して、この変化が周期的に繰返されることが、磁場解析等によって証明されている。このように、任意の安定位置から次の安定位置に回転子を回転させる間に必要なトルクが脈動してコギングトルクとなる。なお、以下の説明において、「コギングトルク」とは、脈動する回転トルクの山の高さである最大値と最小値の差を指す。

よって、仮に固定子の鉄心の内周面が平坦で、スロットが形成されていない平滑な鉄心が有るとするならば、回転子の永久磁石と鉄心との間の空隙の磁束密度は円周全体において一定となり、永久磁石の回転によっても空隙内の磁束分布変化に乱れが生じず、コギングトルクが発生しないと考えられる。特許文献１に記載のモータにおいては、この点に着目し、固定子の鉄心を上記したスロットを有しない状態に近づけるため、該鉄心のスロットの開口部を閉塞する磁性体からなる薄肉のリングを、鉄心の全内周面に内装することにより、コギングトルクを低減化しようとするものである。このコギングトルクの低減化技術の問題点は、前記リングが、密着或いは０．１ミリ程度の隙間を介して、接着剤または保持具により鉄心の内周面に内装される構成であるので、リングの内周面と回転子の外周面との間の空隙長が、僅かではあるが所定寸法より大きな空隙長になってしまうことである。従って、空隙全体の磁気抵抗が大きくなり、モータのトルク特性が損なわれかねないという問題を有していた。
特開２０００−１７５３８４号公報

また、コギングトルクを低減するための常套手段として、モータの固定子及び／又は回転子にスキューを施す方法がある。スキューを施して、固定子鉄心の磁極歯（スロット）の形成方向と、回転子の各永久磁石のＮ極及びＳ極の磁極境界線とが、互いに交差するように対向配置させ、該磁極境界線が、鉄心のスロットを介して隣接する複数の磁極歯に対向し得る構成とする。よって、スキューが形成されずに、前記鉄心の磁極歯の形成方向と前記磁極境界線とが平行に配置される場合と比較すると、回転子が回転移動する間に、前記磁極境界線がいずれかのスロットの開口部と対向する周方向に沿った距離が長くなり、換言すると、回転子の各永久磁石から発生する界磁磁束が、スロットの開口部を横切る周長が長くなる。従って、固定子の各磁極歯が、回転子の一つの磁極からそれと逆極性の隣りの磁極に相対移動する時の磁束分布の変化が穏やかになり、即ち、前記磁極境界線がスロットの開口部を横切るか否かで、その度に空隙において生じる磁束分布の乱れが周方向に沿って平滑化されてより滑らかになり、これに起因して生じるコギングトルクが低減される。

しかしながら、極めて高精度のトルク制御が必要とされる用途等のモータにおいては、コギングトルクが小さいほど有利であって、スキューを施しただけの従来構成のモータでは、まだ不十分な場合があった。

本発明は、特にスキュー付の永久磁石型モータにおいて、コギングトルクをより低減させることを課題としている。

上記の課題を解決するために請求項１の発明は、電磁鋼板を積層して形成され、複数のスロット及び磁極歯を有する鉄心に巻線が巻回された固定子と、周方向に交互に異極となるように着磁された複数の永久磁石を有する回転子とが、空隙を介して対向配置された永久磁石型モータにおいて、電磁鋼板の積層方向に沿った前記鉄心の両端部であって、スロットの開口部が形成されている側のそれぞれの周縁部には、前記空隙と同一の空隙長をおいて回転子と対向配置された磁性体よりなるスロットレスリング部が、それぞれ一体に形成されていることを特徴としたものである。

無端状のリングを、鉄心の前記両端部のみに、スロットレスリング部として付加的に設ける請求項１の発明によれば、スロットの全開口部を閉塞するように、鉄心の周面全体にリングを装着する前記した従来技術と比較すると、より簡単で組立容易な構成でありながら、コギングトルクを低減することができる。また、スロットレスリング部が装着されていない鉄心部による元の空隙長をそのまま維持するように、該鉄心の両端部にスロットレスリング部を装着する構成により、従来例のようにリングを装着した結果空隙長の微増を招き、これに起因して空隙の磁気抵抗が大きくなって駆動トルクの特性が損なわれる恐れがない。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記回転子及び／又は固定子には、両者の間に相対的にスロットのほぼ１ピッチ分だけずれたスキューが施されていることを特徴としたものである。

本発明者は、スキュー付のモータのコギングトルクについて、回転子の磁極境界線が固定子鉄心の電磁鋼板の積層方向、即ちモータの軸方向に沿った端部において、磁極歯の中央部に配置する際には最小で、スロットの開口部に配置して、該開口部から磁極歯に移動する際には最も大きく感じられた後述する実験結果を元に、回転子が回転移動する間に、空隙において周期的に変化する磁束分布変化の乱れ度合が、前記鋼板の積載方向に沿った鉄心の部位により異なり、特に両端部において他の部位よりも大きくなり、コギングトルクの全体の大きさに、大きく影響を与えていると考察した。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の作用効果に加えて、更に、鉄心のスロットの前記両端部の開口部分において、該開口部分の前記積層方向に沿った直ぐ両外側に、磁束分布変化に乱れが生じないスロットレスリング部を設けることによって、磁束の乱れ度合いが最も大きいと推察される鉄心の前記両端部での磁束分布変化の乱れ度合を緩和することができる。よって、この両端部位で生じるコギングトルクを低減させることにより、全体のコギングトルクを効果的により小さくできる。また、一般にスロットの「１ピッチ」分だけずれたスキュー角は、モータの本来的な特性の一つであるトルク特性に悪影響を及ぼさない範囲とされており、この点においても問題はない。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記スロットレスリング部は、固定子の両端面に形成された環状溝に嵌め込まれて一体に形成されていることを特徴としたものである。

請求項３の発明によれば、請求項１又は２の発明の作用効果に加えて、スロットレスリング部が固定子の両端面に形成された環状溝内に嵌め込まれていて、固定子の両端面に対して突出部が存在しない。このため、使用中におけるスロットレスリング部の折損等の恐れが皆無となって、安定して使用できる。

本発明によれば、特にスキュー付の永久磁石型モータにおいて、鉄心の前記両端部にスロットレスリング部を設けることによって、該両端部に配置するスロットの開口部に起因して、該部位でより大きく生じる回転トルクの脈動を小さくすることにより、コギングトルクを効果的に低減できる。

以下、本発明について詳細に説明する。図１は、本実施形態のモータＭの全体構成を示す概略断面図であって、図２は、固定子Ｋと回転子Ｒとの配置関係を、図１のＸ矢視方向から示した略図であって、図３は、固定子Ｋと回転子Ｒとの周方向に沿った配置関係を平面状に展開して示した説明図である。永久磁石型モータＭは、巻線２１を適宜励磁することにより回転磁界を生じる固定子Ｋと、空隙Ｇを介して該固定子Ｋの内側に回転自在に配置され、永久磁石１１による磁極を有する回転子Ｒとを備え、固定子Ｋ及び回転子Ｒが、エンドブラケット３１を介して一体化された構成である。回転子Ｒは、アーク型の永久磁石１１によるＮ極及びＳ極の６極の磁極と、回転軸１２とからなり、Ｎ極及びＳ極の各磁極が、周方向に沿って交互に、また、両極の磁極境界線Ｂが回転子Ｒの軸方向Ａに沿って平行をなすように、回転軸１２の外周面に貼着された構成である。また、固定子Ｋは、周方向に沿って等間隔をおいて配置された１８個の磁極歯２２ｔ及びスロット２４を有する鉄心２２に前記巻線２１が巻回され、該鉄心２２がフレーム２３の内周面の所定位置に固定された構成であって、該固定子Ｋには、鉄心２２のスロット２４の１ピッチ分だけずれたスキューが施されている。即ち、鉄心２２を構成する所定枚数の電磁鋼板を、僅かずつ所定角度だけ周方向にずらしながら積層し、鉄心２２の積層方向に沿った片端部に配置する各磁極歯２２ｔが、それぞれ他端部に配置する隣の磁極歯２２ｔと対峙するようにずらされている。以下の説明では、固定子Ｋの鉄心２２にスキューが施されて、隣接する各スロット２４が周方向に沿って１ピッチずれて配置される間隔を、モータＭの軸心を中心とする中心角に換算して、これを１ピッチ角度（Ｐ）と記して説明する。なお、図１において、３２はエンドブラケット３１の内側中央の凹部に嵌合されたベアリングであって、回転子Ｒは、一対のベアリング３２によって、固定子Ｋの内周面と所定の空隙長Ｌｇをおいて、回転自在に軸支されている。また、モータＭは、巻線を分布巻きして三相Ｙ結線がなされ、ＡＣサーボモータとして使用されるものである。また、図３に示すモータＭの各構成部分は、実際のモータＭを構成する各部材の寸法比率を無視して模式的に示したものである。

また、固定子Ｋの鉄心２２は、特に次のように形成されている。鉄心２２の前記電磁鋼板の積層方向、即ちモータＭの組立状態において軸方向Ａに沿った両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂であって、スロット２４の開口部２４ａが形成された内周側のそれぞれの端縁には、磁性体よりなる横断面が方形の薄肉円環形状のスロットレスリング部２５が、鉄心２２の内周面と同心上に、該内周面が軸方向Ａに沿った外側に延設されるようにそれぞれ一体に形成されている。該スロットレスリング部２５の内径は、磁極歯２２ｔの内径と同一であって、また、幅寸法は、両スロットレスリング部２５とスロット付の鉄心２２とが同じく一体化されて、前記スロットレスリング部２５を含んだ固定子Ｋの軸方向Ａの全長が、回転子Ｒの永久磁石１１の軸方向Ａに沿った磁極長とほぼ等しくなるように定められている（但し、スロットレスリング部２５自身の幅寸法は、スロット付の鉄心２２の全長のほぼ１０％を超えない程度とする）。即ち、回転子Ｒの永久磁石１１の両端部は、本来の固定子Ｋの両端面から前記スロットレスリング部２５の幅Ｗに対応する長さだけ突出していて、前記永久磁石１１の両端の突出部は、空隙長Ｌｇを有する空隙Ｇを介してスロットレスリング部２５でそれぞれ覆われている。これら寸法設定により、スロットレスリング部２５が一体化された鉄心２２は、スロット付の鉄心２２部分と同様に、同じ空隙長Ｌｇを介して、回転子Ｒと対向可能に形成され、空隙長が微増することに起因する空隙Ｇでの磁気抵抗の増大を防止する構成となっている。なお、スロットレスリング部２５の外径寸法は、該スロットレスリング部２５が鉄心２２の両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂に一体化されて、磁極歯２２ｔの略傘型の先端部の幅を超えない肉厚を有するように定められ、スロットレスリング部２５と巻線２１のコイルエンドとの干渉を避ける構成となっている。

次に、本実施形態のモータＭの回転子Ｒを、無通電状態で回転させた際の作用について説明する。このためにまず、スロットレスリング部２５が形成されていない従来構成のスキュー付のモータのコギングトルクの大きさを実際に確かめた実験例について、本実施形態のモータＭの構成を援用して説明する。但し、回転子Ｒを回転させるのに要するトルクの大きさの尺度は、実験者の触感（「コトコト」と感じる大きさ）によるものとし、実験者自身がモータＭの出力軸を回転させて、前記トルクが脈動する様を推し測った。実験に使用した従来モータは、本実施形態のモータＭと同様の固定子側にスロットの１ピッチ分のスキューを設けた６極１８スロットの同期式の永久磁石型モータである。前記回転に要するトルクは、図４に示されるとおり、回転子Ｒが図２及び図３に示した位置から角度（Ｐ／２）ほど回転して、各磁極境界線Ｂが固定子Ｋの鉄心２２の軸方向Ａに沿った片端部２２ｅ₁において、磁極歯２２ｔの中央部に配置される前後には、それ程大きく感じられず、１ピッチ角度（Ｐ）だけ回転して、回転前と同じく片端部２２ｅ₁において、隣りの開口部２４ａと交差するように対向配置する際には最も大きく感じられるように脈動し、この変化が周期的に繰返されるという結果であった。なお、図４は、磁極境界線Ｂが、鉄心２２の片端部２２ｅ₁において、前記開口部２４ａと交差するように対向配置される際に、他の対向位置よりも、相対的により大きなコギングトルクが感じ取れたことを示す図であって、連続する「山」の高さ等の形状そのものには、特に意味は有しない。

また、図２及び図３に示されるように、鉄心２２のスロット２４の１つの開口部２４ａ（１）と、空隙Ｇを介して該開口部２４ａ（１）に対向配置される回転子Ｒの前記磁極境界線Ｂ（１）との対向交差部Ｃ（１）は、該回転子Ｒが前記１ピッチ角度（Ｐ）だけ回転する間に、丁度１つの開口部２４ａ（１）の全長に相当する分だけ、軸方向Ａ及び周方向に移動する。このように、前記１ピッチ角度（Ｐ）だけずれたスキューが施されている場合には、回転子Ｒが１回転する間に、１本の各磁極境界線Ｂは、常に連続して開口部２４ａと交差するように対向することになり、該磁極境界線Ｂがスロットの開口部２４ａと対向することによって生じる磁束分布変化の乱れ度合が全周に亘って平滑化されるので、コギングトルクがなくなるかのように考えられるが、実験においては、脈動の程度は小さくなっているものの、なお脈動そのものの存在は明らかに感じとられた。

このように、回転トルクが周期的に脈動する理由について、以下のように推定した。固定子Ｋの鉄心２２の軸方向Ａに沿った片端部２２ｅ₁のスロット２４ａの開口部分２４ａ₁と、磁極歯２２ｔを介して該開口部２４ａと隣合うスロット２４の開口部２４ａであって、同様の他端部２２ｅ₂の開口部分２４ａ₂とは、前記スキューが丁度スロットの１ピッチ角度（Ｐ）だけずれて形成されていることにより、軸方向Ａに沿った一直線上に配置されて、回転子Ｒの１本の磁極境界線Ｂの片端及び他端の両端部Ｂ_1,Ｂ₂とそれぞれ交差するように対向配置される。具体例を挙げると、回転子Ｒが図２及び図３に示した位置から１ピッチ角度（Ｐ）だけ回転すると、磁極境界線Ｂ（１）の軸方向Ａに沿った片端部Ｂ₁(１)は、前記鉄心２２の軸方向Ａに沿った片端部２２ｅ₁に配置するスロット２４ａ（２）の開口部分２４ａ₁(２)と交差するように対向配置され、磁極境界線Ｂ (１)の他端部Ｂ₂(１)は、鉄心２２の前記他端部２２ｅ₂に配置するスロット２４ａ（１）の開口部分２４ａ₂(１)と交差するように対向配置される。換言すると、鉄心２２の前記両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂を除く中央鉄心部分２２ｍに配置する各スロット２４の開口部分は、各磁極境界線Ｂとそれぞれ１箇所において交差するように対向配置するのに対して、片端及び他端の前記各開口部分２４ａ₁,２４ａ₂は、各磁極境界線Ｂの両端部Ｂ₁，Ｂ₂の２箇所において同時に交差するように対向配置され、前記両端部を除く開口部分の対向箇所よりも多くなっている。

従って、回転子Ｒが回転して磁極境界線Ｂが周方向に移動する間に、空隙Ｇにおいて磁束分布の変化が乱れる度合は、上述したように交差して対向配置する箇所が多い分だけ、磁極境界線Ｂが、鉄心２２の両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂において、前記スロット２４の開口部分２４ａ₁,２４ａ₂と交差するように対向配置する際に大きくなり、この結果、空隙Ｇでの磁束分布変化の乱れ度合について、鉄心２２の軸方向Ａに沿った各部分２２ｅ₁,２２ｍ，２２ｅ₂について比較すると、該両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂と回転子Ｒとが対向配置する空隙部分において、これ以外の中央鉄心部分２２ｍに対向する空隙部分よりも大きくなると考えられる。また、鉄心２２の軸方向Ａに沿ったセンターライン２２ｍ₀を基準にして考察すると、該センターライン２２ｍ₀近傍の鉄心２２の中央付近において、磁極境界線Ｂがスロット２４の開口部２４ａと対向配置する際には、永久磁石１１の界磁磁束の磁路は、センターライン２２ｍ₀の軸方向Ａに沿った両側の両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂に向けて最も有効的に分散できるので、前記鉄心２２の中央付近での磁束密度が減少し易く、これに起因して回転トルクの脈動が小さくなる傾向にあると考えられる。これに対して、鉄心２２の前記両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂において、磁極境界線Ｂが前記各開口部分２４ａ₁,２４ａ₂と対向配置する際には、前記界磁磁束の磁路は、片側のセンターライン２２ｍ₀の方向に向けて分散するのみなので、鉄心２２の前記中央付近と比較した場合には、回転トルクの脈動が大きくなると推察できる。従って、スキューが施されたモータＭにおいては、コギングトルクの大きさは、軸方向Ａに沿った鉄心２２の各部分２２ｅ₁,２２ｍ，２２ｅ₂により異なり、固定子鉄心２２の前記両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂と、これに対向する回転子Ｒの間に生じるコギングトルクは、コギングトルク全体の大きさに占める割合が、他の部位で発生するコギングトルクよりも大きくなるものと推定した。

ここで、実施形態のモータＭの回転子Ｒを無通電状態で回転させると、以下に示すような効果が得られる。モータＭの鉄心２２の両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂に配置するスロット開口部２４ａの前記両端の開口部分２４ａ₁,２４ａ₂において、該両開口部分２４ａ₁,２４ａ₂の軸方向Ａに沿った直ぐ両外側には、スロットレスリング部２５が設けられており、該スロットレスリング部２５と回転子Ｒが対向配置する空隙部分では、磁束分布変化に乱れが生じない構成となっている。よって、磁束分布変化に乱れが生じない空隙部分と近接することによって、回転子Ｒの磁極境界線Ｂの前記両端部Ｂ₁,Ｂ₂が、２箇所の前記両開口部分２４ａ₁,２４ａ₂に対向配置することに起因して、両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂と回転子Ｒが対向配置する空隙部分での磁束分布変化の乱れ度合を緩和することができる。また、回転子Ｒから鉄心２２の両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂の前記両開口部分２４ａ₁,２４ａ₂に向かう界磁磁束は、鉄心２２の両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂より軸方向Ａに沿った内側と、スロットレスリング部２５が形成された外側との両側に向けて分散できるので、この対向部分での磁束密度を、両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂以外の中央鉄心部分２２ｍと同等に減少させ、この結果、磁束分布がより大きく乱れる度合を小さくすることができる。従って、磁束分布変化の乱れ度合に応じて、この鉄心２２の両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂において脈動するコギングトルクを低減することにより、全体のコギングトルクを効果的により小さくできる。

また、上記した実施形態では、前記１ピッチ角度（Ｐ）のスキューが施されたモータＭについて説明したが、１ピッチ角度（Ｐ）以外のスキュー角が施されている際にも、上述したように、回転子Ｒの界磁磁束が、鉄心２２の両端部２２ｅ₁,２２ｅ₂から両側に向けて分散できる作用により、同等の効果がある。なお、スキュー角を大きくするほど誘起電圧が小さくなり、モータのトルク特性に不具合を生じる恐れがあるが、一般にスロットの「１ピッチ」分だけずれたスキューは、モータのトルク特性に悪影響を及ぼさない範囲とされており、実施形態のモータＭに関しては、この点について問題はないと言える。

上記した実施形態では、固定子Ｋ側にスロットの１ピッチだけスキューを施したモータＭについて説明したが、逆に回転子Ｒ側にスロットの１ピッチだけスキューを施した構成のモータでも、同じ作用効果が得られる。図５は、回転子Ｒにスロットの１ピッチ角度（Ｐ）だけスキューを施した場合の固定子Ｋと回転子Ｒとの周方向に沿った配置関係を平面状に展開して示した説明図であって、前述のモータＭに対応する構成部分には、同じ符号を付した。図示から明らかなとおり、磁極境界線Ｂ（１）の軸方向Ａの片端部Ｂ₁(１)が、前記鉄心２２の軸方向Ａに沿った片端部２２ｅ₁に配置するスロット２４ａ（１）の開口部分２４ａ₁(１)と交差するように対向配置されると、磁極境界線Ｂ（１)の他端部Ｂ₂(１)は、該磁極境界線Ｂ (１)が前記１ピッチ角度（Ｐ）分のスキュー角を有していることにより、前記鉄心２２の他端部２２ｅ₂に配置する前記スロット２４ａ（１）の隣りのスロット２４ａ（２）の開口部分２４ａ₂(２)と交差するように対向配置される。そして、このように、スキューが施された１本の各磁極境界線Ｂの両端部Ｂ₁,Ｂ₂が、隣り合うスロットの片端及び他端の前記各開口部分２４ａ₁,２４ａ₂の２箇所において同時に交差するように対向配置される状態は、回転子Ｒが図５に示す回転位置から１ピッチ角度（Ｐ）だけ回転する毎に繰返される。よって、この配置時の磁束分布変化の乱れ度合が大きくなって、回転子Ｒの回転に伴い、コギングトルクの脈動が発生するように懸念されるが、該両開口部分２４ａ₁,２４ａ₂の軸方向Ａに沿った直ぐ両外側には、前記スロットレスリング部２５が設けられており、前記磁束分布変化の乱れ度合が緩和されて、コギングトルクの脈動が抑制される。以上は、回転子Ｒ側にスロットの１ピッチだけスキューを施こした場合の説明であるが、スキュー角は、固定子と回転子の間で、相対的にスロットの１ピッチ角度（Ｐ）だけずれていればよく、図示は省くが、固定子と回転子との両方にスキューが施される構成でも構わない。また、回転子Ｒの永久磁石による各磁極は、必ずしも１つのアーク形状の永久磁石で形成されるとは限らず、図５に示されるように、例えば軸方向Ａに４分割された各磁石ブロック４１ａ〜４１ｄにより、Ｎ極又はＳ極の１磁極が構成されていても構わない。

また、図６に示される固定子Ｋは、その両端面にスロットレスリング体５１に対応した形状の環状溝５２を形成しておいて、該環状溝５２に前記スロットレスリング体５１が嵌め込まれた構成である。この構成により、固定子Ｋの両端面に対して突出部が存在しなくなって、スロットレスリング体５１の折損等の恐れが皆無となって、安定して使用できる。

また、本発明は、上述した構成のモータに限定されず、以下に説明するようなモータにも適用可能である。例えば、回転子Ｒの磁極を構成する永久磁石１１，４１は、回転軸１２の外周面に装着された構成のモータについて説明したが、永久磁石を回転軸の周囲の回転子ヨーク（図示せず）の内部に埋め込む等して構成された回転子を有するモータにも適用できる。また、回転子Ｒの磁極数及び固定子Ｋのスロット２４の数が、それぞれ６極と１８スロットの場合について説明したが、これらの数に限定されるものでもなく、例えば固定子Ｋのスロット２４の数が「１２」で回転子Ｒの磁極数が「４」のように、回転子Ｒの磁極数が２の倍数であって、しかも「固定子のスロット数：回転子の磁極数」が３の倍数の条件を満たす組合せであれば、モータＭと同様に３相交流駆動のモータにおいて、同等の効果がある。また、固定子の内側に配置された回転子が回転するインナーローター型のモータについて説明したが、アウターロータ型のモータにも適用可能である。更に、図示はしないが固定子Ｋの各磁極歯２２ｔの内周面に補助溝を形成して、鉄心２２の磁極歯と回転子の各磁極との間に、相対的に補助溝の１ピッチだけずれたスキュー角を設ける構成でも構わない。

また、固定子及び／又は回転子に設けられるスキュー角は、必ずしも１ピッチずれて形成されるものに限られず、１ピッチ以下であっても本発明の上記した作用効果を期待でき、更にモータの本来的な特性の一つであるトルク特性を低下させない範囲において、１ピッチ以上であってもよい。

本実施形態のモータＭの全体構成を示す概略断面図である。固定子Ｋと回転子Ｒとの配置関係を、図１のＸ矢視方向から示した略図である。スキュー角が付けられた固定子Ｋと回転子Ｒとの周方向に沿った配置関係を平面状に展開して示した説明図である。回転子Ｒの回転角に対するコギングトルクの変化を示す図である。固定子Ｋとスキュー角が付けられた回転子Ｒとの周方向に沿った配置関係を平面状に展開して示した説明図である。両端面の環状溝５２内にスロットレスリング体５１が嵌め込まれて一体に形成された固定子Ｋの縦断面図である。

符号の説明

Ｇ：空隙
Ｋ：固定子
Ｍ：永久磁石型モータ
Ｒ：回転子
１１，４１：永久磁石
２２ｔ：磁極歯
２４：スロット
２５：スロットレスリング部
５１：スロットレスリング体
５２：環状溝

Claims

電磁鋼板を積層して形成され、複数のスロット及び磁極歯を有する鉄心に巻線が巻回された固定子と、周方向に交互に異極となるように着磁された複数の永久磁石を有する回転子とが、空隙を介して対向配置された永久磁石型モータにおいて、
電磁鋼板の積層方向に沿った前記鉄心の両端部であって、スロットの開口部が形成されている側のそれぞれの周縁部には、前記空隙と同一の空隙長をおいて回転子と対向配置された磁性体よりなるスロットレスリング部が、それぞれ一体に形成されていることを特徴とする永久磁石型モータ。
前記回転子及び／又は固定子には、両者の間に相対的にスロットのほぼ１ピッチ分だけずれたスキューが施されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型モータ。
前記スロットレスリング部は、固定子の鉄心の両端面に形成された環状溝に嵌め込まれて一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石型モータ。