JP2016063602A

JP2016063602A - バーニアモータ

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Publication number: JP2016063602A
Application number: JP2014189118A
Authority: JP
Inventors: 功松田; Isao Matsuda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-04-25

Abstract

【課題】大トルクが得られると共に力率が改善された永久磁石型バーニアモータを提供する。【解決手段】ロータ１を、環状の第一コア基部２２ａ、第一コア基部２２ａから径方向に一定間隔で突設された第一ロータ歯部２３ａ、及び第一ロータ歯部２３ａそれぞれの先端から軸方向へ延出している第一磁極コア２４ａを有する第一ロータ鉄心２１ａと、第二コア基部２２ｂ、第二ロータ歯部２３ｂ、第二磁極コア２４ｂを有する第一ロータ鉄心２１ａと同様の構成であり第二磁極コア２４ｂを第一磁極コア２４ａ間に位置させている第二ロータ鉄心２１ｂと、第一ロータ鉄心２１ａにＮ極及びＳ極のうちの一方である第一磁極で接続されていると共に、第二ロータ鉄心２１ｂにＮ極及びＳ極のうちの他方である第二磁極で接続されている永久磁石とを具備する構成とし、ステータ歯部及びステータ溝部を第一磁極コア２４ａ及び第二磁極コア２４ｂに対向させる。【選択図】図２

Description

本発明は、永久磁石型バーニアモータに関するものである。

低速回転で大トルクを要する巻き上げ機や搬送機等の負荷をモータにより駆動する場合、一般的に減速ギアを付加する。しかしながら、減速ギアを付加することにより、コストが高くなる、重量が増える、メンテナンスが必要となる、ギアのバックラッシがあるため精密な制御ができない等の様々な問題が生じる。このため、負荷を直接駆動することにより低速で大トルクを発生させることができるモータが、従前より要請されている。

そのようなモータとして有望であると考えられているモータに、永久磁石型バーニアモータ（以下「ＰＭ型バーニアモータ」）と称する）がある。図８に示すように、ＰＭ型バーニアモータ１００は、ロータ鉄心１２１の外周面に、周方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に並ぶように永久磁石１３０が配置されているロータ１２０と、ギャップ（空隙）を介してロータ１２０の永久磁石１３０に対向するステータ１１０とを備えている。ステータ１１０は、ステータ鉄心１１１の内周面に、周方向に沿ってステータ歯部１１２とステータ溝部１１３とが交互に形成されており、ステータ溝部１１３にはコイル１４０が配置されている。ここで、図８（ａ）は、ＰＭ型バーニアモータ１００の軸方向と直交する面で切断した断面の半周分を示したものである。また、図８（ｂ）は、ステータ歯部１１２、ステータ溝部１１３、及び永久磁石１３０の配置を説明するために、図８（ａ）のロータ１２０及びステータ１１０を直線状に展開したものである。なお、図８（ａ），（ｂ）では、永久磁石１３０の着磁方向をＳ極からＮ極に向かう矢印で示しており、図８（ｂ）では、コイルの図示を省略している。

図８（ａ），（ｂ）に示すように、ステータ歯部１１２と永久磁石１３０それぞれのピッチは異なっている。ステータ歯部１１２の数をＺ_１、ロータ１２０に配置されている永久磁石１３０の磁極対数をＺ_２、コイル１４０の極対数をｐとすると、ＰＭ型バーニアモータでは、Ｚ_２＝Ｚ_１±ｐの関係が成り立つ。

ステータ１１０の内周面から突出しているステータ歯部１１２と、ステータ溝部１１３とでは永久磁石１３０とのギャップが異なるため、磁路の長さに比例して磁気抵抗が異なる。これにより、上記の構成のＰＭ型バーニアモータでは、ロータ１２０とステータ１１０間のパーミアンスはステータ歯部１１２の数Ｚ_１を周期とした正弦波状に分布する。角速度ωの電流をコイル１４０に流したときに発生する磁束は、このようなパーミアンスの分布の影響を受けて、ｐ次成分だけでなくＺ_１±ｐ次の成分を有する。このＺ_１±ｐ次成分の磁束は、コイル１４０に流れる電流の角速度ωに対し、ω／（Ｚ_１±ｐ）に減速された角速度で回転する。その結果、永久磁石１３０の磁極対数Ｚ_２がＺ_１±ｐと一致しているロータ１２０は、減速されたω／Ｚ_２の角速度で同期回転し、大トルクを得ることができる。

このように低速回転での大トルク特性が期待されるＰＭ型バーニアモータであるが、更なるトルクの向上と力率の改善が要請されている。トルクと力率を改善するためには、ステータ１１０とロータ１２０が相対的に移動する際に、永久磁石１３０からステータ鉄心１１１に達しコイル１４０と鎖交する磁束（以下、「鎖交磁束」と称する）を増加させることが求められる。鎖交磁束を増加させるには、図９（ａ）に示すようにステータ歯部１１２と対向している永久磁石１３０から発生し、ステータ歯部１１２に流入する磁束１０（以下、「歯部磁束１０」と称する）と、図９（ｂ）に示すように溝部１１３と対向する永久磁石１３０から発生する磁束１１（以下、「溝部磁束１１」と称する）との差を大きくすることが求められる。

そこで、ステータ溝部の内側面に導体を配置することにより、溝部磁束１１を低減させることを意図した技術が提案されている（特許文献１参照）。これによれば、ステータ溝部に対向する永久磁石によって発生した磁束が導体を通過する際に導体に渦電流が流れ、いわゆる反発磁界が生じるため、この反発磁界により溝部磁束１１が遮断されると説明されている。しかしながら、磁束を完全に遮断するためには、ステータ溝部に配置する導体として超伝導体を使用する必要があることから実際的ではなく、通常の導体を使用する場合は溝部磁束１１の遮断が十分ではない。そのため、結果として目的の作用効果は十分に得られないものであった。

特開２００４−５６９７５号公報

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、大トルクが得られると共に力率が改善されたＰＭ型バーニアモータの提供を、課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかるＰＭ型バーニアモータは、
「Ｚ_１個のステータ歯部が一定間隔で突設され、隣接する該ステータ歯部間にステータ溝部が形成されているステータ鉄心、及び前記ステータ溝部のそれぞれに配置された極対数がｐのコイルを有するステータと、磁極対数Ｚ_２の磁極が形成されたロータとを備え、Ｚ_２＝Ｚ_１±ｐの関係が成立する永久磁石型バーニアモータであって、
前記ロータは、
環状の第一コア基部、該第一コア基部から径方向に一定間隔で突設された第一ロータ歯部、及び該第一ロータ歯部それぞれの先端から軸方向に向かって延出している第一磁極コアを有する第一ロータ鉄心と、
環状の第二コア基部、該第二コア基部から径方向に前記第一ロータ歯部と同一の間隔で突設された第二ロータ歯部、及び該第二ロータ歯部それぞれの先端から前記第一磁極コアとは反対の軸方向に向かって延出している第二磁極コアを有し、前記第二磁極コアを前記第一磁極コア間に位置させている第二ロータ鉄心と、
前記第一ロータ鉄心にＮ極及びＳ極のうちの一方である第一磁極で接続されていると共に、前記第二ロータ鉄心にＮ極及びＳ極のうちの他方である第二磁極で接続されている永久磁石とを具備し、
前記ステータ歯部及び前記ステータ溝部は、前記第一磁極コア及び前記第二磁極コアに対向している」ものである。

以下では、第一ロータ鉄心と第二ロータ鉄心を区別する必要がない場合は、「ロータ鉄心」と、第一コア基部と第二コア基部を区別する必要が無い場合は「コア基部」と、第一ロータ歯部と第二ロータ歯部を区別する必要が無い場合は「ロータ歯部」と、第一磁極コアと第二磁極コアを区別する必要が無い場合は「磁極コア」と総称する。

永久磁石が「前記第一ロータ鉄心に第一磁極で接続されていると共に、前記第二ロータ鉄心に第二磁極で接続されている」態様としては、第一磁極コアと第二コア基部の間に接続されており第一磁極コア側が第一磁極で第二コア基部側が第二磁極である永久磁石と、第二磁極コアと第一コア基部の間に接続されており第二磁極コア側が第二磁極で第一コア基部側が第一磁極である永久磁石とを有する態様、軸方向に着磁されている永久磁石が第一コア基部に第一磁極で接続されていると共に第二コア基部に第二磁極で接続されている態様、相反する径方向に着磁されている環状の永久磁石を二つ具備しており、一方の永久磁石が第一ロータ鉄心の内周面に第一磁極で接続されていると共に他方の永久磁石が第二ロータ鉄心の内周面に第二磁極で接続されている態様、を例示することができる。

トルクと力率を改善するために、溝部磁束１１を低減させようと試みた特許文献１の技術とは異なり、本願発明は歯部磁束１０を増大させることを意図している。ここで、ステータ歯部１１２に対向する永久磁石１３０から発生した磁束は、全てがステータ鉄心１１１に達することはなく、図９（ｃ）に模式的に示すように、隣接するステータ溝部１１３へと漏れる磁束１２（以下、「溝漏れ磁束１２」と称する）が存在する。溝漏れ磁束１２は、歯部磁束１０を低減させる大きな要因であると考えられる。

詳細には、磁束の大きさは、その磁束が通る磁路の磁気抵抗に反比例し、磁気抵抗は磁路の長さに比例する。強磁性体である鉄心の透磁率は空気の透磁率の約２０００倍と大きく、磁気抵抗としては無視することができる。また、磁石の透磁率は空気の透磁率と同程度である。そのため、従来のＰＭ型バーニアモータでは、歯部磁束１０の磁路の長さは、「磁石厚さｍ」と「ギャップ長さｇ」の和であり、溝漏れ磁束１２の磁路の長さは「磁石厚さｍ」と「溝漏れ長さＬ」の和となる。従って、歯部磁束１０に対する溝漏れ磁束１２の大きさの割合を考えた場合、式（１）に示すように、それぞれの磁路の長さの割合として表すことができる。
溝漏れ磁束／歯部磁束＝（磁石厚さ＋ギャップ長さ）／（磁石厚さ＋溝漏れ長さ）（１）

ギャップ長さｇは、ある程度まで小さくすることができる一方、磁石厚さｍについては、起磁力を確保し通電時にコイルで生じる起磁力による不可逆減磁を回避できる十分な大きさとする必要から、溝漏れ長さＬと同程度かそれ以上の長さとなる。これにより、溝漏れ磁束１２は、歯部磁束１０の半分以上の大きさとなり、歯部磁束１０を大きく低下させている。

かかる問題を解決するために本発明者は、鋭意検討した結果、ロータの構成を上記構成とすることにより、詳細は後述するように、磁石厚さｍが無視できるような磁路が形成され歯部磁束１０を増大させることができることを見出し、本発明に至ったものである。

本構成のＰＭ型バーニアモータでは、歯部磁束１０と溝漏れ磁束１２の磁気抵抗において磁石厚さｍが無視できることにより、歯部磁束１０に対する溝漏れ磁束１２の割合は、式（２）に示す溝漏れ長さに対するギャップ長さの割合となる。ギャップ長さｇは溝漏れ長さＬに対して１／１０程度まで小さくすることが可能であるため、歯部磁束１０に対する溝漏れ磁束１２の割合は１／１０程度となる。これにより、溝漏れ磁束１２が歯部磁束１０の半分以上を占めていた従来のＰＭ型バーニアモータに比べて、歯部磁束１０を大幅に増大させることができる。その結果、鎖交磁束を増大させて、大トルクを得ることができると共に力率を改善することができる。
溝漏れ磁束／歯部磁束＝ギャップ長さ／溝漏れ長さ（２）

本発明にかかるＰＭ型バーニアモータは、上記構成において、「前記ロータは、前記永久磁石を複数具備しており、複数の前記永久磁石は、前記第一磁極コアに前記第一磁極で接続され、前記第二コア基部に前記第二磁極で接続されている第一磁石と、前記第二磁極コアに前記第二磁極で接続され、前記第一コア基部に前記第一磁極で接続されている第二磁石とを有する」ものとすることができる。

本構成のＰＭ型バーニアモータでは、ステータ歯部及びステータ溝部と対向している第一磁極コア及び第二磁極コアに直接、永久磁石が接続されている。このため、コア基部などロータ鉄心の他の部分に永久磁石が接続されている場合に比べ、ステータと永久磁石との距離が短い。これにより、同じ強さの永久磁石をコア基部などロータ鉄心の他の部分に接続した場合に比べて歯部磁束１０が大きく、結果として鎖交磁束を増大させて、大トルクを得ることができると共に力率を改善することができる。

次に、本発明にかかるバーニアモータは、上記構成において、「前記ロータを軸方向に複数有する」ものとすることができる。

本構成のＰＭ型バーニアモータでは、複数のロータを軸方向に列設することにより、永久磁石の数及び磁極コアの面積を増加させ、歯部磁束１０を増大させることができる。これにより、鎖交磁束を増大させて大トルクを得ることができ、力率を改善することができる。

以上のように、本発明の効果として、大トルクが得られると共に力率が改善されたＰＭ型バーニアモータを、提供することができる。

本発明の一実施形態であるＰＭ型バーニアモータのロータの（ａ）斜視図、及び（ｂ）分解斜視図である。図１のＰＭ型バーニアモータのロータの（ａ）正面図、及び（ｂ）背面図それぞれの半周分を示した図である。図１のＰＭ型バーニアモータのロータの（ａ）Ａ−Ａ線端面図、及び（ｂ）Ｂ−Ｂ線端面図である。図１のＰＭ型バーニアモータのステータ歯部、ステータ溝部、及び磁極コアの配列を説明する図である。本発明の第二実施形態であるＰＭ型バーニアモータのロータの（ａ）分解斜視図、及び（ｂ）図３のＡ−Ａ線端面図と同位置で切断した端面図である。本発明の第三実施形態であるＰＭ型バーニアモータのロータの（ａ）分解斜視図、及び（ｂ）図３のＡ−Ａ線端面図と同位置で切断した端面図である。本発明の第四実施形態であるＰＭ型バーニアモータのロータの斜視図である。従来のＰＭ型バーニアモータの（ａ）軸方向と直交する面で切断した断面の半周分を示した図、及び（ｂ）ロータ及びステータを直線状に展開した図である。従来のＰＭ型バーニアモータの（ａ）ステータ歯部と対向する永久磁石から発生する磁束、（ｂ）ステータ溝部と対向する永久磁石から発生する磁束、及び（ｃ）ステータ歯部と対向する永久磁石から発生しステータ溝部へ漏れる磁束、を模式的に示した説明図である。

以下、本発明の第一実施形態〜第四実施形態であるＰＭ型バーニアモータについて図１乃至図７を用いて説明する。なお、図１乃至７では図４を除きステータを省略してロータのみを図示しており、図４ではステータにおいてコイルの図示を省略している。

第一実施形態〜第四実施形態のＰＭ型バーニアモータは、Ｚ_１個のステータ歯部５２が一定間隔で突設され、隣接するステータ歯部５２間にステータ溝部５３が形成されているステータ鉄心５１、及びステータ溝部５３のそれぞれに配置された極対数がｐのコイルを有するステータ５０と、磁極対数Ｚ_２の磁極が形成されたロータとを備え、Ｚ_２＝Ｚ_１±ｐの関係が成立するＰＭ型バーニアモータである点では、従来のＰＭ型バーニアモータと同様であるが、それぞれロータの構成が従来のＰＭ型バーニアモータとは大きく相違している。ここでは、ロータがステータ５０に収容されているインナーロータ型のバーニアモータであり、ステータ歯部５２の個数Ｚ_１は６、磁極対数Ｚ_２は５、コイルの極対数ｐは１に設定されている場合を例示する。

第一実施形態のＰＭ型バーニアモータのロータ１は、図１〜図４に示すように、
環状の第一コア基部２２ａ、第一コア基部２２ａから径方向に一定間隔で突設された第一ロータ歯部２３ａ、及び第一ロータ歯部２３ａそれぞれの先端から軸方向に向かって延出している第一磁極コア２４ａを有する第一ロータ鉄心２１ａと、
環状の第二コア基部２２ｂ、第二コア基部２２ｂから径方向に第一ロータ歯部２３ａと同一の間隔で突設された第二ロータ歯部２３ｂ、及び第二ロータ歯部２３ｂそれぞれの先端から第一磁極コア２４ａとは反対の軸方向に向かって延出している第二磁極コア２４ｂを有し、第二磁極コア２４ｂを第一磁極コア２４ａ間に位置させている第二ロータ鉄心２１ｂと、
第一ロータ鉄心２１ａにＮ極及びＳ極のうちの一方である第一磁極で接続されていると共に、第二ロータ鉄心２１ｂにＮ極及びＳ極のうちの他方である第二磁極で接続されている永久磁石とを具備している。

また、第一実施形態のＰＭ型バーニアモータにおいて、ステータ歯部５２及びステータ溝部５３は、第一磁極コア２４ａ及び第二磁極コア２４ｂに対向しており、永久磁石には対向していない。

加えて、第一実施形態のロータ１は、永久磁石を複数具備しており、複数の永久磁石は、第一磁極コア２４ａに第一磁極で接続され、第二コア基部２２ｂに第二磁極で接続されている第一磁石３０ａと、第二磁極コア２４ｂに第二磁極で接続され、第一コア基部２２ａに第一磁極で接続されている第二磁石３０ｂとを有している。

ロータ１の構成を、図１（ａ），（ｂ）を使用して説明する。図１（ａ），（ｂ）において、紙面手前側のロータ鉄心を第一ロータ鉄心２１ａ、紙面奥側のロータ鉄心を第二ロータ鉄心２１ｂとして説明する。第一ロータ鉄心２１ａの第一コア基部２２ａは円環状であり、その第一コア基部２２ａの外周面からは、五つの第一ロータ歯部２３ａが径方向に等角度間隔で突設されている。五つの第一ロータ歯部２３ａは、周方向の長さ及び軸方向の長さが同一である。また、隣接する第一ロータ歯部２３ａ間の空隙の長さは、第一ロータ歯部２３ａの周方向の長さより大きく設定されている。第一磁極コア２４ａは、第一ロータ歯部２３ａの端部から第二ロータ鉄心２１ｂ側へ向かって、第一コア基部２２ａの軸方向の長さよりも長く延出している。

第二ロータ鉄心２１ｂは、第一ロータ鉄心２１ａを第一コア基部２２ａに平行な面に対して対称に反転させた構成である。すなわち、第二ロータ鉄心２１ｂは、第二磁極コア２４ｂが第一磁極コア２４ａとは反対方向（第一ロータ鉄心２１ａ側）に延びていることを除き、第一ロータ鉄心２１ａと同一の構成である。

永久磁石は、一方のロータ鉄心の磁極コアと他方のロータ鉄心のコア基部に接続された状態で、径方向に着磁されている。第一実施形態では永久磁石を十個具備しており、これらの起磁力は等しく、形状は全て同一である。具体的には、永久磁石のそれぞれは、ロータ鉄心に取り付けられた状態で軸方向に直交する面で切断した断面の外形が、扇形である。扇型の外周円弧の長さは磁極コアの内周円弧の長さと等しく、扇型の内周円弧の長さはロータ歯部の内周円弧の長さと等しい。また、それぞれの永久磁石の径方向の長さはロータ歯部の径方向の長さと等しく、軸方向の長さはコア基部の軸方向の長さと同一である。これにより、それぞれの永久磁石は第一ロータ鉄心２１ａと第二ロータ鉄心２１ｂとの間に接続された状態で、外周面の全面が磁極コアの内周面と当接すると共に、内周面の全面がコア基部の外周面と当接する。

十個の永久磁石のうち、五つは外周側が第一磁極に内周側が第二磁極に着磁されており、外周面を第一磁極コア２４ａの内周面に当接させていると共に、内周面を第二コア基部２２ｂの外周面に当接させている第一磁石３０ａである。残る五つの永久磁石は、外周側が第二磁極に内周側が第一磁極に着磁されており、外周面を第二磁極コア２４ｂの内周面に当接させていると共に、内周面を第一コア基部２２ａの外周面に当接させている第二磁石３０ｂである。ここでは、第一磁極がＮ極であり第二磁極がＳ極である場合を例示している。

ロータ１は、上記のように永久磁石が接続された第一ロータ鉄心２１ａ及び第二ロータ鉄心２１ｂを対向させ、隣接する第一磁極コア２４ａ間に第二磁極コア２４ｂが位置するように、互いの磁極コアを噛み合わせた構成である。第一磁極コア２４ａ及び第二磁極コア２４ｂは、それぞれ永久磁石を完全に被覆する長さに、軸方向に延びている（図３（ａ），（ｂ）参照）つまり、永久磁石はステータ５０と対向せず、磁極コアのみがステータ５０と対向している。また、ロータ１では、永久磁石と第一磁極で接続された第一磁極コア２４ａと、永久磁石と第二磁極で接続された第二磁極コア２４ｂとが、周方向に交互に並んでいることにより、ロータ１の外周に沿って磁極対数５のＮ極とＳ極とが交互に並んでいる。

次に、本実施形態のＰＭ型バーニアモータでは、歯部磁束１０及び溝漏れ磁束１２の磁気抵抗において磁石厚さを無視できることについて、主に図４を用いて説明する。図４では、説明の便宜のために磁極コアに番号を付している。また、第一磁石３０ａ及び第二磁石３０ｂの着磁方向を、Ｓ極からＮ極に向かう矢印により示している。

ロータ１では、複数の第一磁極コア２４ａは第一ロータ歯部２３ａ及び第一コア基部２２ａを介して接続されており、一体の強磁性体である第一ロータ鉄心２１ａを構成している。これにより、複数の第一磁極コア２４ａ（図４において番号「１」「３」「５」「７」「９」の磁極コア）の磁位は全て等しい。同様に、複数の第二磁極コア２４ｂは第二ロータ歯部２３ｂ及び第二コア基部２２ｂを介して接続されており、一体の強磁性体である第二ロータ鉄心２１ｂを構成している。これにより、複数の第二磁極コア２４ｂ（図４において、番号「２」「４」「６」「８」「１０」の磁極コア）の磁位は全て等しい。換言すれば、磁極コア、ロータ歯部、及びコア基部は、磁気的に短絡している。

これにより、永久磁石により発生した磁束は、ステータ５０との間の磁気抵抗が小さい磁極コアを介してステータ５０に至る。例えば、ステータ溝部５３と対向している「５」や「７」の第一磁極コア２４ａは、ステータ５０との距離が大きく磁気抵抗が大きい。そのため、ここで発生した磁束は、第一ロータ歯部２３ａ及び第一コア基部２２ａを介して接続されており、ステータ歯部５２と対向していることによりステータ５０との間で磁気抵抗の小さい「１」や「３」の第一磁極コア２４ａからステータ歯部５２に流入する。つまり、磁束の磁路は、永久磁石を通らないものとなる。従って、歯部磁束１０及び溝漏れ磁束１２の磁路は磁石厚さを含まないものとなり、歯部磁束１０に対する溝漏れ磁束１２の大きさの割合として上述の式（２）が成立し、溝漏れ長さに対するギャップ長さの割合となる。ギャップ長さは、上述のように溝漏れ長さの１／１０程度に低減することが可能であるため、溝漏れ磁束１２は歯部磁束１０の１／１０程度となり鎖交磁束を増大させることができる。これにより、大トルクと高い力率を得ることができる。

次に、第二実施形態のＰＭ型バーニアモータについて、図５を用いて説明する。第二実施形態のＰＭ型バーニアモータは、ロータ鉄心の構成及びロータとステータとの関係については第一実施形態と同一であり、永久磁石の構成及びロータ鉄心に対する永久磁石の接続の態様において第一実施形態と相違している。ここでは、第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態のロータ２は永久磁石として、軸方向に着磁されている円環状の永久磁石３０ｃを一つ具備しており、永久磁石３０ｃは第一コア基部２２ａと第二コア基部２２ｂとの間に接続されている。

より詳細には、永久磁石３０ｃは外径及び内径がコア基部と等しく設定されている。永久磁石３０ｃは、第一磁極である紙面手前側の面を第一コア基部２２ａに当接させており、第二磁極側の面を第二コア基部２２ｂに当接させて接続されている。

ロータ２では、永久磁石３０ｃと第一磁極で接続された第一コア基部２２ａと第一ロータ歯部２３ａを介して接続されている第一磁極コア２４ａ、及び、永久磁３０ｃと第二磁極で接続された第二コア基部２２ｂと第二ロータ歯部２３ｂを介して接続されている第二磁極コア２４ｂが、周方向に交互に並んでいる。これにより、ロータ１と同様に、ロータ２の外周に沿って磁極対数５のＮ極とＳ極とが交互に並んでいる。

また、磁気的に短絡されていることにより、複数の第一磁極コア２４ａは磁位が等しく、複数の第二磁極コア２４ｂも磁位が等しい。そして、第一磁極コア２４ａ及び第二磁極コア２４ｂのみがステータ５０と対向し、永久磁石３０ｃはステータ５０と対向していない。従って、第二実施形態のＰＭ型バーニアモータにより、第一実施形態のＰＭ型バーニアモータと同様の作用効果を得ることができる。

次に、第三実施形態のＰＭ型バーニアモータについて、図６を用いて説明する。第三実施形態のＰＭ型バーニアモータは、ロータ鉄心の構成及びロータとステータとの関係については第一実施形態及び第二実施形態と同一であり、永久磁石の構成及びロータ鉄心に対する永久磁石の接続の態様において相違している。ここでは、第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態のロータ３は永久磁石として、二つの円環状の永久磁石３０ｄ，３０ｅを具備している。永久磁石３０ｄは、外周側が第一磁極に内周側が第二磁極に着磁されており、外周面を第一コア基部２２ａの内周面に当接させて接続されている。一方、永久磁石３０ｅは外周側が第二磁極に内周側が第一磁極に着磁されており、外周面を第二コア基部２２ｂの内周面に当接させて接続されている。

ロータ３では、永久磁石３０ｄと第一磁極で接続された第一コア基部２２ａと第一ロータ歯部２３ａを介して接続されている第一磁極コア２４ａ、及び、永久磁石３０ｅと第二磁極で接続された第二コア基部２２ｂと第二ロータ歯部２３ｂを介して接続されている第二磁極コア２４ｂが、周方向に交互に並んでいる。これにより、ロータ１，２と同様に、ロータ３の外周に沿って磁極対数５のＮ極とＳ極とが交互に並んでいる。

また、磁気的に短絡されていることにより、複数の第一磁極コア２４ａは磁位が等しく、複数の第二磁極コア２４ｂも磁位が等しい。そして、第一磁極コア２４ａ及び第二磁極コア２４ｂのみがステータ５０と対向し、永久磁石３０ｄ，３０ｅはステータ５０と対向していない。従って、第三実施形態のＰＭ型バーニアモータにより第一実施形態のＰＭ型バーニアモータと同様の作用効果を得ることができる。

次に、第四実施形態のＰＭ型バーニアモータについて、図７を用いて説明する。第四実施形態のＰＭ型バーニアモータは、ロータを軸方向に複数有しているものである。複数のロータは、それぞれにおいて第一ロータ鉄心２１ａが同じ側となるように列設される。ここでは、ロータとして、第一実施形態のロータ１を二つ有している場合を、図示により例示しており、第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

このように、ロータ１を軸方向に複数備えることにより、永久磁石の数及び磁極コアの面積を増加させ、歯部磁束１０を増大させることができる。これにより、鎖交磁束を増大させて大トルクを得ることができ、力率を改善することができる。なお、複数のロータとして、第二実施形態のロータ２や第三実施形態のロータ３を使用することもできる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

例えば、ステータ歯部の数Ｚ_１、コイルの極対数ｐ、及びロータの磁極対数Ｚ_２は、Ｚ_２＝Ｚ_１±ｐの関係が成立するものであれば、上記で具体的に示した数に限定されない。また、上記の実施形態ではインナーロータ型のＰＭ型バーニアモータを例示したが、アウターロータ型のＰＭ型バーニアモータであっても、本発明を適用することができる。この場合は、コア基部の内周面からロータ歯部が突設され、ステータ鉄心の外周面からステータ歯部が突設される。

１，２，３ロータ
２１ａ第一ロータ鉄心
２１ｂ第二ロータ鉄心
２２ａ第一コア基部
２２ｂ第二コア基部
２３ａ第一ロータ歯部
２３ｂ第二ロータ歯部
２４ａ第一磁極コア
２４ｂ第二磁極コア
３０ａ第一磁石（永久磁石）
３０ｂ第二磁石（永久磁石）
３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ永久磁石
５０ステータ
５１ステータ鉄心
５２ステータ歯部
５３ステータ溝部

Claims

Ｚ_１個のステータ歯部が一定間隔で突設され、隣接する該ステータ歯部間にステータ溝部が形成されているステータ鉄心、及び前記ステータ溝部のそれぞれに配置された極対数がｐのコイルを有するステータと、磁極対数Ｚ_２の磁極が形成されたロータとを備え、Ｚ_２＝Ｚ_１±ｐの関係が成立する永久磁石型バーニアモータであって、
前記ロータは、
環状の第一コア基部、該第一コア基部から径方向に一定間隔で突設された第一ロータ歯部、及び該第一ロータ歯部それぞれの先端から軸方向に向かって延出している第一磁極コアを有する第一ロータ鉄心と、
環状の第二コア基部、該第二コア基部から径方向に前記第一ロータ歯部と同一の間隔で突設された第二ロータ歯部、及び該第二ロータ歯部それぞれの先端から前記第一磁極コアとは反対の軸方向に向かって延出している第二磁極コアを有し、前記第二磁極コアを前記第一磁極コア間に位置させている第二ロータ鉄心と、
前記第一ロータ鉄心にＮ極及びＳ極のうちの一方である第一磁極で接続されていると共に、前記第二ロータ鉄心にＮ極及びＳ極のうちの他方である第二磁極で接続されている永久磁石とを具備し、
前記ステータ歯部及び前記ステータ溝部は、前記第一磁極コア及び前記第二磁極コアに対向している
ことを特徴とする永久磁石型バーニアモータ。
前記ロータは、前記永久磁石を複数具備しており、
複数の前記永久磁石は、
前記第一磁極コアに前記第一磁極で接続され、前記第二コア基部に前記第二磁極で接続されている第一磁石と、
前記第二磁極コアに前記第二磁極で接続され、前記第一コア基部に前記第一磁極で接続されている第二磁石とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型バーニアモータ。
前記ロータを軸方向に複数有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石型バーニアモータ。