JP2016119769A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクを低減できる新たな構成のモータを提供する。【解決手段】ロータ１２は、ロータコア２２と、１個以上のマグネット２４と、を備える。ロータコア２２は、回転シャフト１８を中心に放射状に形成されたマグネット保持部を有する。マグネット２４は、マグネット保持部に保持される被保持部３４と、マグネット保持部から回転軸の軸方向へ突出している突出部３６と、を有する。ロータコア２２および環状に配置された被保持部３４は、第１の波形のコギングトルクを発生する第１発生部を構成し、環状に配置された突出部３６は、第１の波形のコギングトルクと位相の異なる第２のコギングトルクを発生させる第２発生部を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、モータに関する。

従来、様々な装置や製品の駆動源としてモータが用いられている。モータは、種々の要因によりトルクムラが発生しうるが、このようなトルクムラは、モータの滑らかな回転を妨げるとともに振動や騒音を発生させることになる。トルクムラを発生させる要因の一つとしてコギングが挙げられる。コギングは、コイルに電流が流れていない状態でも生じる現象であり、主としてコアとマグネットとの磁気的作用によって生じるトルク変動である。

このようなコギングトルクを低減する技術として、ロータコアの外周面にＮ極及びＳ極のマグネットが周方向に交互に配置された第１構成部と、Ｎ極及びＳ極の一方側のマグネットが前記第１構成部の同極のマグネットと軸方向に並んで配置されるその一方側のマグネットと、他方側の磁極として機能する前記ロータコアに設けた突極とがロータコアの周方向に交互に配置された第２構成部と、を備えたロータが考案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−１４２００６号公報

しかしながら、上述のロータは、マグネットの配置やロータコアの形状が第１構成部と第２構成部とで異なるため、製造工程が煩雑となる。また、マグネットがロータコアの表面に全て露出しており、ロータの回転に伴う飛散防止にも改善の余地がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コギングトルクを低減できる新たな構成のロータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のモータは、複数のティースを有するステータコアと、複数のティースのそれぞれに巻き回されている巻線と、を有する筒状のステータと、ステータの中心部に設けられているロータと、を備える。ロータは、ロータコアと、１個以上のマグネットと、を備える。ロータコアは、回転軸を中心に放射状に形成されたマグネット保持部を有する。マグネットは、マグネット保持部に保持される被保持部と、マグネット保持部から回転軸の軸方向へ突出している突出部と、を有する。ロータコアおよび環状に配置された被保持部は、第１の波形のコギングトルクを発生する第１発生部を構成し、環状に配置された突出部は、第１の波形のコギングトルクと位相の異なる第２のコギングトルクを発生させる第２発生部を構成する。ステータコアは、ステータの径方向において、マグネットの被保持部および突出部と対向するように構成されている。ここで、「環状に配置された」とは、完全に連続している場合だけでなく、複数の部材が間隔をおいて略環状に配置されている場合も含まれる。

この態様によると、ロータは、ステータとの組合せで位相の異なる２つのコギングトルクを発生可能であるため、各発生部が発生させるコギングトルクの位相がそろっている場合と比較して、ロータをモータに組み込んだ場合のコギングトルクを低減できる。また、マグネットの被保持部および突出部から出た磁束をステータコアに導きやすくなる。

マグネットは、回転軸の軸方向の一方へマグネット保持部から突出している第１突出部と、回転軸の軸方向の他方へマグネット保持部から突出している第２突出部と、を有していてもよい。これにより、モータの滑らかな回転が実現できる。

マグネットは、回転軸の軸方向の一端に被保持部が設けられていてもよい。これにより、モータの滑らかな回転が実現できる。

マグネットは、回転軸の軸方向の両端に離間した２つの被保持部が設けられていてもよい。突出部は、２つの被保持部の間に設けられていてもよい。これにより、モータの滑らかな回転が実現できる。

マグネットの軸方向の長さをＬ、マグネット保持部の軸方向の厚みをＴとすると、下記式（１） ０．２＜Ｔ／Ｌ＜０．７５・・・式（１） を満たしてもよい。これにより、ロータ全体のコギングトルクの低減を図りつつ、磁束密度の低下を抑制できる。

マグネットは、複数配置されていてもよい。複数のマグネットは、ハルバッハ配列となるように環状に配置されていてもよい。これにより、ロータコアのヨーク部分を薄くできるため、ロータを軽量化できる。

ロータコアは、マグネット保持部と外部とを連通する切断部が外周部に形成されていてもよい。これにより、各マグネットから出る磁束がロータコア内で短絡（磁気ショート）することが抑制される。

本発明の他の態様もモータである。このモータは、複数のティースを有するステータコアと、複数のティースのそれぞれに巻き回されている巻線と、を有する筒状のステータと、ステータの中心部に設けられているロータと、を備える。ロータは、ロータコアと、ロータコアの外周に配置された、極異方性のリングマグネットと、リングマグネットの外周に配置され、該リングマグネットよりも軸方向の幅が細い磁性体リングと、を備える。ロータは、ロータコアの径方向から見て、ロータコア、リングマグネット、および磁性体リングが重なっている領域が、第１の波形のコギングトルクを発生する第１発生部を構成する。また、ロータは、ロータコアの径方向から見て、リングマグネットと磁性体リングが重なっていない領域が、第１の波形のコギングトルクと位相の異なる第２のコギングトルクを発生させる第２発生部を構成する。ステータコアは、ステータの径方向において、第１発生部および第２発生部と対向するように構成されている。

この態様によると、ロータは、ステータとの組合せで位相の異なる２つのコギングトルクを発生可能であるため、各発生部が発生させるコギングトルクの位相がそろっている場合と比較して、ロータをモータに組み込んだ場合のコギングトルクを低減できる。また、第１発生部および第２発生部から出た磁束をステータコアに導きやすくなる。

ステータコアは、突出部と対向する領域の内径が、被保持部と対向する領域の内径よりも小さくなるように構成されていてもよい。これにより、マグネットの突出部とステータコアとの距離を短くできる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、コギングトルクを低減できる。

第１の実施の形態に係るブラシレスモータの断面図である。 図１に示すモータのＡ−Ａ断面図である。 図１に示すモータのＢ−Ｂ断面図である。 図４（ａ）は、第１の実施の形態に係るロータコアの上面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すロータコアの収容部にマグネットが保持された状態を模式的に示す上面図である。 非ＩＰＭ部の解析モデルの模式図である。 ＩＰＭ部の解析モデルの模式図である。 図５に示す非ＩＰＭ部のみのロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 図８（ａ）は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの２５％であるロータの模式図、図８（ｂ）は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの５０％であるロータの模式図、図８（ｃ）は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの７５％であるロータの模式図、図８（ｄ）は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの１００％であるロータの模式図である。 図６に示すＩＰＭ部の軸方向の長さがロータ全体の厚みの２５％の場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 ＩＰＭ部の軸方向の長さがロータ全体の厚みの５０％の場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 ＩＰＭ部の軸方向の長さがロータ全体の厚みの７５％の場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 ＩＰＭ部の軸方向の長さがロータ全体の厚みの１００％の場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 ＩＰＭ部の軸方向の長さとティースにおける磁束密度との関係を示すグラフである。 ＩＰＭ部の軸方向の長さとコギングトルクとの関係を示すグラフである。 図１５（ａ）は、第２の実施の形態に係るロータコアの上面図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示すロータコアの収容部にマグネットが保持された状態を模式的に示す上面図である。 第２の実施の形態においてＩＰＭ部のみのロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの７５％のロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの５０％のロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの２５％のロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 図２０（ａ）は、第３の実施の形態に係るロータコアの上面図、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）に示すロータコアの収容部にマグネットが保持された状態を模式的に示す上面図である。 第３の実施の形態においてＩＰＭ部のみで構成されたロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの７５％のロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの５０％のロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの２５％のロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 第４の実施の形態に係るモータの断面図である。 第６の実施の形態に係るロータの概略構成を示す断面図である。 第７の実施の形態に係るモータの断面図である。 第８の実施の形態に係るモータの断面図である。 第１の実施の形態の変形例に係るブラシレスモータの断面図である。 第１の実施の形態の他の変形例に係るブラシレスモータの断面図である。 第５の実施の形態に係るモータにおける機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 第６の実施の形態に係るモータにおける機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 変形例に係るロータの断面模式図である。 図３４（ａ）は、他の変形例に係るロータの断面模式図、図３４（ｂ）は、図３４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。以下では、インナーロータタイプのブラシレスモータを例に説明する。

（第１の実施の形態）
［ブラシレスモータ］
図１は、第１の実施の形態に係るブラシレスモータの断面図である。第１の実施の形態に係るブラシレスモータ（以下、「モータ」と称する場合がある。）１００は、ハウジング１０と、ロータ１２と、ステータ１４と、エンドベル１６と、を備える。

ハウジング１０は、底部１０ａを有する円筒状の部材であり、中央に回転シャフト１８が貫通できるように孔１０ｂが形成されているとともに、孔１０ｂの近傍に軸受２０ａを保持する凹部１０ｃが形成されている。また、エンドベル１６は、板状の部材であり、中央に回転シャフト１８が貫通できるように孔１６ａが形成されているとともに、孔１６ａの近傍に軸受２０ｂを保持する凹部１６ｂが形成されている。そして、ハウジング１０およびエンドベル１６は、モータ１００の筐体を構成する。

［ロータ］
図２は、図１に示すモータのＡ−Ａ断面図である。図３は、図１に示すモータのＢ−Ｂ断面図である。なお、図２、図３では、ハッチングを省略している。

ロータ１２は、環状または略円形のロータコア２２と、バックヨーク３８と、複数のマグネット２４と、を備える。ロータコア２２の中心には、回転シャフト１８が挿入された状態で固定される貫通孔２２ａが形成されている。また、ロータコア２２は、マグネット２４が挿入され保持される複数のマグネット収容部２２ｂを有する。マグネット収容部２２ｂは、マグネット保持部としても機能する。マグネット２４は、マグネット収容部２２ｂの形状に対応した断面が略台形の柱状の部材である。バックヨーク３８は、リング状（薄い環状）の部材であり、軟磁性を有する金属材料が好ましい。具体的には、バックヨーク３８は、純鉄、Ｓｉを含む鉄系合金等である。

そして、これら各部材を順に組み立てる。具体的には、３２個のマグネット２４のそれぞれを、対応するマグネット収容部２２ｂに嵌め込み、そのロータコア２２の貫通孔２２ａに回転シャフト１８を挿入する。

リング状のバックヨーク３８は、ロータコア２２やマグネット２４に接着固定されている。また、バックヨークの形状はカップ形状であってもよく、この場合は、接着固定やリブ固定でロータコア２２やマグネット２４に固定される。

なお、本実施の形態では、ロータ１２にリング状のバックヨーク３８を用いた例を説明しているが、必ずしもこれに限られず、バックヨーク３８を用いなくてもよい。また、ロータコア２２は、ステータコア２８とほぼ同じ厚みの積層コアであってもよい。

［ステータ］
次に、ステータ１４の構造について詳述する。ステータ１４は、複数のティース２６を有する円筒状のステータコア２８と、複数のティース２６のそれぞれに巻き回されている巻線３０と、を有する。ステータコア２８は、複数枚の板状のステータヨークが積層されたものである。ステータヨークは、ケイ素鋼板（例えば無方向性電磁鋼板）または冷延鋼板からプレス加工によって所定の形状で打ち抜くことで作製される。また、ステータヨークは、複数本（本実施の形態では１２本）のティース２６が環状部の内周から中心に向かって形成されている。

各ティース２６には、インシュレータ３２が取り付けられる。次に、ティース２６ごとにインシュレータ３２の上から導体を巻き付けて巻線３０を形成する。そして、このような工程を経て完成したステータ１４の中心部にロータ１２を配置する。

［ロータコア］
図４（ａ）は、第１の実施の形態に係るロータコアの上面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すロータコアの収容部にマグネットが保持された状態を模式的に示す上面図である。ロータコア２２は、複数の板状の部材を積層したものである。複数の板状の部材のそれぞれは、ケイ素鋼板（例えば無方向性電磁鋼板）または冷延鋼板からプレス加工によって図４（ａ）に示すような所定の形状で打ち抜くことで作製される。そして、マグネット収容部２２ｂは、ロータコア２２の回転軸を中心に放射状に形成されている。

マグネット２４は、図４（ｂ）に示すように、磁極の向きが異なる４種類のマグネットが周方向に順に配置されている。径方向マグネット２４ａは、外周面がＮ極、内周面がＳ極となるようにマグネット収容部２２ｂ１に収容されている。径方向マグネット２４ａの隣の周方向マグネット２４ｂは、径方向マグネット２４ａと対向する側部がＮ極、後述する径方向マグネット２４ｃと対向する側部がＳ極となるように、マグネット収容部２２ｂ２に収容されている。周方向マグネット２４ｂの隣の径方向マグネット２４ｃは、外周面がＳ極、内周面がＮ極となるようにマグネット収容部２２ｂ３に収容されている。径方向マグネット２４ｃの隣の周方向マグネット２４ｄは、径方向マグネット２４ｃと対向する側部がＳ極、径方向マグネット２４ａと対向する側部がＮ極となるように、マグネット収容部２２ｂ４に収容されている。

その結果、本実施の形態に係るロータ１２は、その外周部にＮ極とＳ極が交互に８極ずつ計１６極ある磁石として機能する。そして、本実施の形態では、３２個のマグネットは、マグネット２４ａ〜２４ｄを一つのグループとして８グループがハルバッハ配列となるように環状に配置されている。これにより、ロータコア２２のヨーク部分（バックヨーク３８）を薄くできるため、ロータ１２を軽量化できる。また、軸受を軸方向の内側に配置することによりモータを小型化できる。

図２９は、第１の実施の形態の変形例に係るブラシレスモータの断面図である。図２９に示すモータ１１０は、図１に示すモータ１００と概略構成は同じであるが、軸受２０ｂをロータ１２のリング状のバックヨーク３８の中央部の空間に配置している点が異なる。これにより、図１に示すエンドベル１６の凹部１６ｂを設ける必要がなく、軸受２０ｂをエンドベル１６の内側に配置できるため、モータ１１０を小型化、薄型化できる。また、軸受２０ａをハウジング１０の内側に配置することで、モータ１１０を更に小型化、薄型化できる。

なお、マグネット２４は、例えば、ボンド磁石や焼結磁石であってもよい。ボンド磁石は、ゴムや樹脂などに磁性材を練り込んで射出成形または圧縮成形した磁石であり、後加工をしなくても高精度のＣ面（斜面）やＲ面を得られる。一方、焼結磁石は、粉末状の磁性材を高温で焼き固めた磁石であり、ボンド磁石よりも残留磁束密度を向上させやすいが、高精度のＣ面やＲ面を得るためには後加工が必要な場合が多い。

［コギングトルク］
一般的なブラシレスモータでは、ステータと、マグネットを有するロータとの間の磁気的作用によるコギングトルクの発生は避け難い。しかしながら、このようなコギングトルクを少しでも低減すべく、本願発明者らが鋭意検討した結果、例えば、ロータコアのマグネット収容部からマグネットの一部を軸方向に突出させることで、ロータの軸方向でコギングトルク特性を異ならせることができる点に想到した。

本実施の形態に係るロータ１２においては、図１乃至図３に示すように、マグネット２４は、マグネット収容部２２ｂに収容されて保持される被保持部３４と、マグネット収容部２２ｂから回転軸の軸方向へ突出している突出部３６と、を有する。したがって、ステータコア２８と被保持部３４が保持されているロータコア２２との間の磁界と、ステータコア２８と突出部３６との間の磁界とは、様子が大きく異なる。

そのため、ロータコア２２および環状に配置された複数の被保持部３４は、第１の波形のコギングトルクを発生する第１発生部を構成する。また、環状に配置された複数の突出部３６は、第１の波形のコギングトルクと位相の異なる第２のコギングトルクを発生させる第２発生部を構成する。

このように構成されたロータ１２は、ステータ１４との組み合わせで位相の異なる２つのコギングトルクを発生可能であるため、各発生部が発生させるコギングトルクの位相がそろっている場合と比較して、ロータをモータに組み込んだ場合のコギングトルクを低減できる。

本実施の形態に係るマグネット２４は、図１に示すように、回転シャフト１８の軸方向Ｘの一方へマグネット収容部２２ｂから突出している第１突出部３６ａと、回転軸の軸方向Ｘの他方へマグネット収容部２２ｂから突出している第２突出部３６ｂと、を有している。これにより、モータの滑らかな回転が実現できる。

なお、第１発生部は、マグネット２４の被保持部３４がマグネット収容部２２ｂに収容されており、いわゆるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）部と捉えることができる。一方、第２発生部は、マグネット２４の突出部３６がマグネット収容部２２ｂから突出しているため、非ＩＰＭ部と捉えることができる。そして、ロータコア２２の積層部はＩＰＭ部に含まれ、バックヨーク３８は非ＩＰＭ部に含まれる。そこで、以下では、ＩＰＭ部と非ＩＰＭ部との割合によってモータのコギングトルクや磁束密度がどのように変わりうるかをシミュレーション結果とともに説明する。シミュレーションは、市販の磁場解析ソフトを使用した。

図５は、非ＩＰＭ部の解析モデルの模式図である。図６は、ＩＰＭ部の解析モデルの模式図である。シミュレーションした図５、図６に示すモデルは、円周方向に１／４モデルとし、つまり、ロータ１２およびステータ１４の周方向が９０°の円弧状の部分であり、軸方向に１／２モデルとし、つまり、軸方向の厚みは図１に示したロータ１２およびステータ１４の半分とし、全体として１／８モデルを示している。

図５、図６における各パラメータについて例示する。ステータコア２８の内径Ｒ１は１２．８ｍｍ、外径Ｒ２は２０．５５ｍｍである。中心からマグネット２４の外周部までの距離Ｒ３は１２．３５ｍｍ、バックヨーク３８の外径Ｒ４は９．９ｍｍである。ＩＰＭ部（図６参照）におけるロータコア２２の外径Ｒ５は１２．６ｍｍである。ステータコア２８のティース２６の周方向幅Ｗ１は４．８５ｍｍである。ステータコア２８、マグネット２４およびロータ１２の軸方向の厚みは、それぞれ５ｍｍである。なお、ロータ１２の軸方向の厚みは、ロータコア２２およびバックヨーク３８を含んだ厚みである。

図７は、図５に示す非ＩＰＭ部のみのロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。なお、本実施の形態に係るモータ１００では、ロータの磁極が１６極、ステータの磁極が１２極であるため、コギングトルクの基本次数は４８次となり、その半周期は機械角で３．７５［ｄｅｇ］である。以下では、図７に示すコギングトルクの特性（以下、「基準コギングトルク特性」と称する場合がある。）が基準となる。

図８（ａ）は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの２５％であるロータの模式図、図８（ｂ）は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの５０％であるロータの模式図、図８（ｃ）は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの７５％であるロータの模式図、図８（ｄ）は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの１００％であるロータの模式図である。図８（ａ）〜図８（ｄ）において、マグネット２４の軸方向の長さ（ロータ全体の厚み）をＬ、マグネット収容部２２ｂの軸方向の厚みをＴとしている。

図９は、図６に示すＩＰＭ部の軸方向の長さがロータ全体の厚みの２５％の場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図９に示すように、非ＩＰＭ部のコギングトルク特性は、図７に示す基準コギングトルク特性と比較してコギングトルクが全体的に大きい。一方、ＩＰＭ部のコギングトルクは、非ＩＰＭ部と位相がほぼ正反対となっている。そのため、非ＩＰＭ部で発生するコギングトルクと、ＩＰＭ部で発生するコギングトルクとを合計すると、図７に示す基準コギングトルク特性と比較して、コギングトルクの絶対値（最大ピーク値）が小さくなる。

図１０は、ＩＰＭ部の軸方向の長さがロータ全体の厚みの５０％の場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図１０に示すように、非ＩＰＭ部のコギングトルク特性は、図７に示す基準コギングトルク特性と同等の大きさである。一方、ＩＰＭ部のコギングトルクは、非ＩＰＭ部と位相が大きくずれている。そのため、非ＩＰＭ部で発生するコギングトルクと、ＩＰＭ部で発生するコギングトルクとを合計すると、図７に示す基準コギングトルク特性と比較して、コギングトルクの絶対値（最大ピーク値）が小さくなる。

図１１は、ＩＰＭ部の軸方向の長さがロータ全体の厚みの７５％の場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図１１に示すように、非ＩＰＭ部のコギングトルク特性は、全体的に図７に示す基準コギングトルク特性より小さい値を示している。また、ＩＰＭ部のコギングトルクも、全体的に図７に示す基準コギングトルク特性より小さい値を示している。しかしながら、非ＩＰＭ部とＩＰＭ部との位相が大きくずれていない。そのため、非ＩＰＭ部で発生するコギングトルクと、ＩＰＭ部で発生するコギングトルクとを合計すると、図７に示す基準コギングトルク特性と同様に、コギングトルクの絶対値（最大ピーク値）が比較的大きい。

図１２は、ＩＰＭ部の軸方向の長さがロータ全体の厚みの１００％の場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図１２に示すように、ＩＰＭ部のコギングトルク特性は、図７に示す基準コギングトルク特性より更に絶対値（最大ピーク値）が大きいものである。

図１３は、ＩＰＭ部の軸方向の長さとティースにおける磁束密度との関係を示すグラフである。図１４は、ＩＰＭ部の軸方向の長さとコギングトルクとの関係を示すグラフである。

図１３に示すように、ＩＰＭ部の軸方向の長さの増大に伴い、ステータコアのアーム部分での磁束密度が増加する。したがって、磁束密度の観点では、ＩＰＭ部の比率が高い方が好ましい。一方、コギングという観点では、図１４に示すように、ＩＰＭ部の比率が高すぎると、コギングトルクが増大するため好ましくない。

したがって、本実施の形態に係るロータ１２は、マグネット２４の軸方向の長さをＬ、マグネット収容部２２ｂの軸方向の厚みをＴとすると、０．２＜Ｔ／Ｌ＜０．７５・・・式（１）を満たしていることが好ましい。より好ましくは０．２５＜Ｔ／Ｌ＜０．７５を満たしているとよい。これにより、ロータ全体のコギングトルクの低減を図りつつ、アーム磁束密度の低下を抑制できる。

なお、本実施の形態に係るロータコア２２は、図４（ａ）に示すように、マグネット収容部２２ｂと外部とを連通する切断部２３が外周部に形成されている。マグネットが図４（ｂ）に示すハルバッハ配列で配置されている場合、切断部２３は、周方向マグネット２４ｂ，２４ｄが収容されるマグネット収容部２２ｂ２，２２ｂ４に形成されている。これにより、各マグネットから出る磁束がロータコア２２内で短絡（磁気ショート）することが抑制される。

また、本実施の形態に係るステータコア２８は、図１に示すように、ステータ１４の径方向において、マグネット２４の被保持部３４および突出部３６と対向するように構成されている。これにより、マグネット２４の被保持部３４および突出部３６から出た磁束を効率よくステータコア２８に導ける。

図３０は、第１の実施の形態の他の変形例に係るブラシレスモータの断面図である。図３０に示すモータ１２０は、バックヨーク３８を用いておらず、マグネット２４の突出部３６までロータコア２２が積層されている点が、図１に示すモータ１００との相違点である。このような構成であっても、非ＩＰＭ部で発生するコギングトルクと、ＩＰＭ部で発生するコギングトルクとを合計すると、図７に示す基準コギングトルク特性と比較して、コギングトルクの絶対値（最大ピーク値）が小さくなる。

（第２の実施の形態）
図１５（ａ）は、第２の実施の形態に係るロータコアの上面図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示すロータコアの収容部にマグネットが保持された状態を模式的に示す上面図である。ロータコア４０は、ロータコア２２と同様に作製される。そして、マグネット収容部４２は、ロータコア４０の回転軸を中心に放射状に形成されている。

マグネット４４は、図１５（ｂ）に示すように、隣接するマグネットと対向する主面４４ａ（４４ｂ）にＮ極またはＳ極がある。また、隣接するマグネットの対向する主面同士が同じ極となるように、各マグネット４４がマグネット収容部４２に収容されている。つまり、マグネットの磁極の向きが異なる２種類のマグネットが周方向に順に配置されている。その結果、本実施の形態に係るロータ４６は、その外周部にＮ極とＳ極が交互に８極ずつ計１６極ある磁石として機能する。マグネット４４は、マグネット収容部４２の形状に対応した、断面が略直角形の柱状の部材である。なお、マグネット４４は、第１の実施の形態に係るマグネット２４と同様の材料を用いることができる。

上述のロータ４６を用いたモータのコギングトルクや磁束密度について、第１の実施の形態と同様にシミュレーション解析した。なお、ステータ側の概略構成は第１の実施の形態と同様とした。以下、図１５（ａ）、図１５（ｂ）におけるロータコア４０、ロータ４６の各パラメータについて例示する。

ステータコアの内径Ｒ１は１５．０ｍｍ、外径Ｒ２は２２．８ｍｍである。中心からマグネット４４の外周部までの距離Ｄ１は１４．２ｍｍ、中心からマグネット４４の内周部までの距離Ｄ２は１０．１ｍｍである。ＩＰＭ部におけるロータコア４０の外径Ｒ５は１４．７ｍｍである。ステータコア２８のティース２６の周方向幅Ｗ１は４．４ｍｍである。ステータコア２８、マグネット４４およびロータコア４０の軸方向の厚みは、それぞれ４ｍｍである。なお、第２の実施の形態に係るロータ４６は、第１の実施の形態に係るロータ１２と異なりバックヨークを備えていないが、バックヨークを備えてもよい。また、ロータコア４０は、ステータコア２８とほぼ同じ厚みの積層コアであってもよい。

図１６は、第２の実施の形態においてＩＰＭ部のみのロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図１７は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの７５％のロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図１８は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの５０％のロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図１９は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの２５％のロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。非ＩＰＭ部を設けたいずれの場合も、ＩＰＭ部により発生するコギングトルクが小さくなり、ＩＰＭ部により発生するコギングトルクと非ＩＰＭにより発生するコギングトルクとの位相が逆転しているため、ロータ全体のコギングトルクが低減されている。特に、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの２５％〜７５％のロータが好ましい。

（第３の実施の形態）
図２０（ａ）は、第３の実施の形態に係るロータコアの上面図、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）に示すロータコアの収容部にマグネットが保持された状態を模式的に示す上面図である。ロータコア５０は、ロータコア２２と同様に作製される。そして、マグネット収容部５２は、ロータコア５０の回転軸を中心に放射状に形成されている。

マグネット５４は、図２０（ｂ）に示すように、径方向の主面５４ａ（５４ｂ）にＮ極またはＳ極がある。また、各マグネット５４の外周面でＮ極とＳ極とが交互となるように、各マグネット５４がマグネット収容部５２に収容されている。つまり、マグネットの磁極の向きが異なる２種類のマグネットが周方向に順に配置されている。その結果、本実施の形態に係るロータ５６は、その外周部にＮ極とＳ極が交互に８極ずつ計１６極ある磁石として機能する。マグネット５４は、マグネット収容部５２の形状に対応した断面が略台形の柱状の部材である。なお、マグネット５４は、第１の実施の形態に係るマグネット２４と同様の材料を用いることができる。

上述のロータ５６を用いたモータのコギングトルクや磁束密度について、第１の実施の形態と同様にシミュレーション解析した。なお、ステータ側の概略構成は第１の実施の形態と同様とした。以下、図２０（ａ）、図２０（ｂ）におけるロータコア５０、ロータ５６の各パラメータについて例示する。

ステータコアの内径Ｒ１は１４．０ｍｍ、外径Ｒ２は２２．８ｍｍである。中心からマグネット５４の外周部までの距離Ｒ３は１３．４ｍｍ、中心からマグネット５４の内周部までの距離Ｒ４（不図示、バックヨークの外径Ｒ４）は１１．５ｍｍである。ＩＰＭ部におけるロータコア４０の外径Ｒ５は１３．６ｍｍである。ステータコア２８のティース２６の周方向幅Ｗ１は４．６ｍｍである。ステータコア２８、マグネット５４およびロータ５６の軸方向の厚みは、それぞれ４ｍｍである。なお、第３の実施の形態に係るロータ５６は、第１の実施の形態に係るロータ１２と同様にバックヨークを備えているが、バックヨークを備えていなくてもよい。また、ロータコア５０は、ステータコア２８とほぼ同じ厚みの積層コアであってもよい。

図２１は、第３の実施の形態においてＩＰＭ部のみで構成されたロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図２２は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの７５％のロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図２３は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの５０％のロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図２４は、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの２５％のロータの場合の機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。非ＩＰＭ部を設けたいずれの場合も、ＩＰＭ部により発生するコギングトルクが小さくなり、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの７５％の場合や５０％の場合、ＩＰＭ部により発生するコギングトルクと非ＩＰＭにより発生するコギングトルクとの位相が逆転しているため、ロータ全体のコギングトルクが低減されている。特に、ＩＰＭ部がロータ全体の厚みの２５％〜７５％のロータが好ましい。

（第４の実施の形態）
図２５は、第４の実施の形態に係るモータの断面図である。第４の実施の形態に係るモータ２００の概略構成は、第１の実施の形態に係るモータ１００とほぼ同様であるが、ステータ６０のステータコア６２の形状が主な相違点である。

図２５に示す環状のステータコア６２は、表裏の最表面にある板状のステータヨーク７０の回転シャフト１８側端部をそれぞれ軸方向Ｘに折り曲げることで、ロータ１２の外周面と対向する面積を増加させている。なお、折り曲げたステータヨーク７０の内周面は、ロータ１２の突出部３６の外周面と対向しており、ステータコア６２の中央部の内周面は、被保持部３４の外周面と対向している。これにより、ロータとステータとの間の有効磁束を低下させずに、ステータ６０を薄型にできる。

（第５の実施の形態）
上述の各実施の形態では、ＩＰＭ部がロータの厚み方向の中心にある場合について説明していたが、必ずしもＩＰＭ部が中心にある必要はない。例えば、非ＩＰＭ部がロータの厚み方向の中心にあり、ＩＰＭ部が両端部に位置しているロータであってもよい。第１の実施の形態に係るロータ１２は、軸方向の中央の約５０％の領域がＩＰＭ部であり、ＩＰＭの両側の約２５％ずつの領域が非ＩＰＭ部である。一方、第５の実施の形態に係るロータは、軸方向の中央の約７５％の領域が非ＩＰＭ部であり、非ＩＰＭを挟んだ軸方向の両端の約１２．５％ずつの領域がＩＰＭ部である。その他の構成は第１の実施の形態に係るモータ１００と同じであるとして、上述と同様のシミュレーションを行った。

図３１は、第５の実施の形態に係るモータにおける機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。なお、第５の実施の形態に係るモータは、第１の実施の形態に係るモータ１００とほぼ同様であるが、ＩＰＭ部の配置位置が異なる点が主な相違点である。図３１に示すように、非ＩＰＭ部のコギングトルク特性は、図７に示す基準コギングトルク特性と比較してコギングトルクが全体的に大きい。一方、ＩＰＭ部のコギングトルクは、非ＩＰＭ部と位相がずれている。そのため、非ＩＰＭ部で発生するコギングトルクと、ＩＰＭ部で発生するコギングトルクとを合計すると、非ＩＰＭ部で発生するコギングトルクと比較して、コギングトルクの絶対値（最大ピーク値）が小さくなる。

（第６の実施の形態）
図２６は、第６の実施の形態に係るロータの概略構成を示す断面図である。図２６に示すように、ロータ６４は、ＩＰＭ部６６が軸方向Ｘの一方の端面側に設けられており、非ＩＰＭ部６８が軸方向Ｘの他方の端面側に設けられている。

具体的には、ロータ６４は、軸方向の一端部の約７０％の領域が非ＩＰＭ部６８であり、軸方向の他端部の約３０％の領域がＩＰＭ部６６である。その他の構成は第１の実施の形態に係るモータ１００と同じであるとして、上述と同様のシミュレーションを行った。

図３２は、第６の実施の形態に係るモータにおける機械角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。なお、第６の実施の形態に係るモータは、第１の実施の形態に係るモータ１００とほぼ同様であるが、ＩＰＭ部の配置位置が異なる点が主な相違点である。図３２に示すように、非ＩＰＭ部６８のコギングトルク特性は、図７に示す基準コギングトルク特性と比較してコギングトルクが全体的に小さい。加えて、ＩＰＭ部６６のコギングトルクは、非ＩＰＭ部６８と位相がずれている。そのため、非ＩＰＭ部６８で発生するコギングトルクと、ＩＰＭ部６６で発生するコギングトルクとを合計すると、非ＩＰＭ部６８で発生するコギングトルクと比較して、コギングトルクの絶対値（最大ピーク値）が小さくなる。なお、軸方向の他端部の約３０〜約４０％の領域がＩＰＭ部６６であれば、同様の効果が得られることが確認されている。そして、このように構成されたロータ６４を備えたロータやモータも、上述のコギングトルク低減の効果を発揮することができる。

（第７の実施の形態）
図２７は、第７の実施の形態に係るモータの断面図である。第７の実施の形態に係るモータ３００は、ロータ６４とステータ７２とを備える。ステータ７２を構成するステータコア７４は、ロータ６４の突出部３６と対向する領域７６のティースの先端内径が、被保持部３４と対向する領域７８のティースの先端内径よりも小さくなるように構成されている。これにより、マグネット２４の突出部３６とステータコア７４との距離を短くでき、ロータとステータとの間の有効磁束を更に向上させることができる。

（第８の実施の形態）
図２８は、第８の実施の形態に係るモータの断面図である。第８の実施の形態に係るモータ４００は、第４実施の形態に係るモータ２００と構成はほぼ同じであるが、ステータ８０の構成が異なる。ステータ８０を構成するステータコア８２は、ロータ１２の突出部３６と対向するステータヨーク７０の内縁折り曲げ部７０ａの内径が、被保持部３４と対向する領域８４のティースの先端内径よりも小さくなるように構成されている。これにより、マグネット２４の突出部３６とステータコア８２との距離を短くでき、ロータとステータとの間の有効磁束を更に向上させることができる。

上述の実施の形態では、マグネットの保持はロータコアにマグネット収容部を形成し、この収容部にマグネットの被保持部を収容することで実現していたが、これに限らず、ロータコアに凸部を形成することでマグネット保持部とし、マグネット側にこの凸部が収容される収容部を設けることによりマグネットの保持を行ってもよい。

（変形例）
図３３は、変形例に係るロータの断面模式図である。図３３に示すロータ８６は、中心に回転シャフト１８が固定された円板状のロータコア８８と、ロータコア８８の凸部８８ａに保持されたマグネット９０と、を有する。ロータコア８８の凸部８８ａは、円板状のロータコア８８の両面において環状に複数設けられている。つまり、ロータコア８８は、回転シャフト１８を中心に放射状に形成された複数のマグネット保持部としての凸部８８ａを有している。一方、マグネット９０は、凸部８８ａに保持される被保持部９０ａと、凸部８８ａから回転シャフト１８の軸方向へ突出している突出部９０ｂと、を有している。

このように構成されたロータ８６は、上述の各実施の形態と同様に、ロータコア８８および環状に配置された複数の被保持部９０ａは、第１の波形のコギングトルクを発生する第１発生部を構成し、環状に配置された複数の突出部９０ｂは、第１の波形のコギングトルクと位相の異なる第２のコギングトルクを発生させる第２発生部を構成する。

図３４（ａ）は、他の変形例に係るロータの断面模式図、図３４（ｂ）は、図３４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図３４（ａ）、図３４（ｂ）に示すロータ９２は、中心に回転シャフトが固定された円板状のロータコア９４と、ロータコア９４の凸部９４ａに保持されたマグネット９６と、を有する。ロータコア９４の凸部９４ａは、円板状のロータコア９４の外周面の周方向に間隔をおいて複数設けられている。つまり、ロータコア９４は、回転シャフト１８を中心に放射状に形成された複数のマグネット保持部としての凸部９４ａを有している。また、隣接するマグネット９６の間には、ロータコア９４の外周部から径方向に延びた仕切り部９４ｂが設けられている。一方、マグネット９６は、凸部９４ａに保持される被保持部９６ａと、被保持部９６ａから回転シャフト１８の軸方向へ突出している突出部９６ｂと、を有している。そして、凸部９４ａがマグネット９６の凹部９６ｃと嵌合することで、ロータコア９４の外周に各マグネット９６が固定される。なお、凸部９４ａや凹部９６ｃは、様々な形状を取り得る。例えば、凹部９６ｃをスリット状に設けてもよい。また、凸部９４ａの先端の形状を工夫し、ロータ回転時の遠心力でマグネット９６が脱落しないようにしてもよい。

このように構成されたロータ９２は、上述の各実施の形態と同様に、ロータコア９４および環状に配置された複数の被保持部９６ａは、第１の波形のコギングトルクを発生する第１発生部を構成し、環状に配置された複数の突出部９６ｂは、第１の波形のコギングトルクと位相の異なる第２のコギングトルクを発生させる第２発生部を構成する。

なお、第１の実施の形態に係るロータは、複数のマグネットをハルバッハ配列した構成であるが、極異方性のリングマグネットの外周部に、リングマグネットより幅の細い磁性体リングを配置したロータであってもよい。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０ ハウジング、 １２ ロータ、 １４ ステータ、 １８ 回転シャフト、 ２２ ロータコア、 ２２ｂ マグネット収容部、 ２３ 切断部、 ２４ マグネット、 ２６ ティース、 ２８ ステータコア、 ３４ 被保持部、 ３６ 突出部、 ３６ａ 第１突出部、 ３６ｂ 第２突出部、 ３８ バックヨーク、 １００ モータ。

Claims (9)

1. 複数のティースを有するステータコアと、前記複数のティースのそれぞれに巻き回されている巻線と、を有する筒状のステータと、
   前記ステータの中心部に設けられているロータと、を備え、
   前記ロータは、
   ロータコアと、
   １個以上のマグネットと、を備え、
   前記ロータコアは、回転軸を中心に放射状に形成されたマグネット保持部を有し、
   前記マグネットは、前記マグネット保持部に保持される被保持部と、前記マグネット保持部から回転軸の軸方向へ突出している突出部と、を有し、
   前記ロータコアおよび環状に配置された前記被保持部は、第１の波形のコギングトルクを発生する第１発生部を構成し、
   環状に配置された前記突出部は、前記第１の波形のコギングトルクと位相の異なる第２のコギングトルクを発生させる第２発生部を構成し、
   前記ステータコアは、前記ステータの径方向において、前記マグネットの前記被保持部および前記突出部と対向するように構成されていることを特徴とするモータ。
2. 前記マグネットは、回転軸の軸方向の一方へ前記マグネット保持部から突出している第１突出部と、回転軸の軸方向の他方へ前記マグネット保持部から突出している第２突出部と、を有していることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記マグネットは、回転軸の軸方向の一端に前記被保持部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
4. 前記マグネットは、回転軸の軸方向の両端に離間した２つの前記被保持部が設けられており、
   前記突出部は、２つの前記被保持部の間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
5. 前記マグネットの軸方向の長さをＬ、前記マグネット保持部の軸方向の厚みをＴとすると、下記式（１）
   ０．２＜Ｔ／Ｌ＜０．７５・・・式（１）
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 前記マグネットは、複数配置されており、
   複数の前記マグネットは、ハルバッハ配列となるように環状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモータ。
7. 前記ロータコアは、前記マグネット保持部と外部とを連通する切断部が外周部に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモータ。
8. 複数のティースを有するステータコアと、前記複数のティースのそれぞれに巻き回されている巻線と、を有する筒状のステータと、
   前記ステータの中心部に設けられているロータと、を備え、
   前記ロータは、
   ロータコアと、
   前記ロータコアの外周に配置された、極異方性のリングマグネットと、
   前記リングマグネットの外周に配置され、該リングマグネットよりも軸方向の幅が細い磁性体リングと、を備え、
   ロータコアの径方向から見て、前記ロータコア、前記リングマグネット、および前記磁性体リングが重なっている領域が、第１の波形のコギングトルクを発生する第１発生部を構成し、
   ロータコアの径方向から見て、前記リングマグネットと前記磁性体リングが重なっていない領域が、前記第１の波形のコギングトルクと位相の異なる第２のコギングトルクを発生させる第２発生部を構成し、
   前記ステータコアは、前記ステータの径方向において、前記第１発生部および前記第２発生部と対向するように構成されていることを特徴とするモータ。
9. 前記ステータコアは、前記突出部と対向する領域の内径が、前記被保持部と対向する領域の内径よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモータ。

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