JP2021136840A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクの調整を行いやすくする。【解決手段】モータは、上下に延びる中心軸を中心に回転するロータと、前記ロータと径方向に対向して配置されるステータと、を有する。前記ステータは、周方向に並んで配置されてコイルを巻き回した複数のティースを有する。前記ロータは、周方向に並んで配置されて表面磁束分布および磁束量が互いに同じとなるＮ極マグネットおよびＳ極マグネットをそれぞれ同じ数含むマグネット群を複数有する。一の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの表面磁束分布および磁束量と、他の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。【選択図】図１

Description

本開示は、モータに関する。

従来の永久磁石型回転電機は、回転子および固定子を有する。回転子は、周方向に所定の間隔を介して配置された複数の永久磁石の磁極を有する。固定子は、永久磁石と対向し周方向に所定の間隔を介して配置された複数の突極を有する。各突極には巻線が巻回され、隣接する突極間には巻線用スロットが形成される。

各突極の永久磁石と対向する面に、複数の補助溝が設けられることがある（例えば、特許文献１参照）。例えば、各補助溝の周方向の幅は、巻線用スロットの開口部の幅と同じであり、補助溝の周方向の間隔は、巻線用スロットの開口部と合わせて周方向に等間隔にされる。

上記構成の永久磁石型回転電機において、巻線用スロットの開口部の周方向の間隔と、巻線用スロットの開口部の周方向の幅および補助溝の周方向の幅とを適切な関係に設定すると、固定子の各突極間に発生する漏れ磁束により生じる磁気飽和を緩和し、負荷時のトルク脈動を低減することができる。また、巻線用スロットと補助溝によるパーミアンスの脈動を低減することができ、コギングトルクも低減することができる。

特開２００８−１９９８９４号公報

ところで、固定子を環状成形した際に真円からのずれが大きくなることがある。このような状況は、例えば、巻線の占積率向上のためにステータコアの構成として分割コアが採用された場合等に起こり易くなる。例えばコギングトルクを低減するために補助溝が利用される構成は、補助溝が微小形状であるために、真円からのずれの影響を受けやすく、コギングトルクの低減効果が不十分となる可能性がある。すなわち、従来においては、コギングトルクを調整して所望のコギングトルクを得ることは、必ずしも容易ではなかった。

本開示は、モータのコギングトルクの調整を行い易くすることができる技術を提供することを目的とする。

本開示の例示的なモータは、上下に延びる中心軸を中心に回転するロータと、前記ロータと径方向に対向して配置されるステータと、を有する。前記ステータは、周方向に並んで配置されてコイルを巻き回した複数のティースを有する。前記ロータは、周方向に並んで配置されて表面磁束分布および磁束量が互いに同じとなるＮ極マグネットおよびＳ極マグネットをそれぞれ同じ数含むマグネット群を複数有する。一の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの表面磁束分布および磁束量と、他の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。

本開示の技術によれば、モータのコギングトルクの調整を行い易くすることができる。

図１は、本開示の一実施形態に係るモータの平面図である。 図２は、本開示の一実施形態に係るモータが有するロータの斜視図である。 図３は、本開示の一実施形態に係るモータが有するマグネットの概略形状を示す平面図である。 図４は、実施例１、比較例１、および、比較例２のコギングトルクの評価結果である。 図５は、第１変形例のモータが有するロータの側面図である。 図６は、第２変形例のモータが有するロータの平面図である。

以下、本開示の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本明細書では、図１および図２に示すモータ１の中心軸Ｃが延びる方向を「軸方向」と呼び、モータ１の中心軸Ｃを中心として中心軸Ｃと直交する方向を「径方向」と呼び、モータ１の中心軸Ｃを中心とする円弧に沿う方向を「周方向」と呼ぶ。また、本明細書では、説明の便宜上、軸方向を上下方向としてモータ１の各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義は、モータ１の使用時の向きを限定しない。また、本明細書で用いる「平行」および「垂直」は、厳密な意味での平行および垂直のほかに、略平行および略垂直も含む。

＜１．モータの概要＞
図１は、本開示の一実施形態に係るモータ１の平面図である。図１に示すように、モータ１は、ステータ２とロータ３とを有する。

ステータ２は環状である。詳細には、ステータ２は、中心軸Ｃを中心とする円環状である。ステータ２は、ロータ３と径方向に対向して配置される。本実施形態では、ステータ２は、ロータ３の径方向外方に配置される。ステータ２とロータ３との径方向間には、所定間隔の隙間が設けられる。本実施形態のモータ１は、いわゆるインナーロータ型のモータである。ただし、本開示の技術は、ステータがロータの径方向内方に配置される、いわゆるアウターロータ型のモータに適用されてもよい。

ステータ２は、ステータコア２１と、インシュレータ２２と、コイル２３と、を有する。

ステータコア２１は、例えば、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して形成される。なお、ステータコア２１は、複数のコアピースを接合して形成されてもよい。詳細には、ステータコア２１は、コアバック２１ａと、複数のティース２１ｂと、を有する。なお、図１においては、ティース２１ｂは、インシュレータ２２およびコイル２３に隠れて見えないために破線で示している。コアバック２１ａは、中心軸Ｃを中心とする円環状である。ティース２１ｂは、コアバック２１ａの内周面から径方向内方に延びる。複数のティース２１ｂは、周方向に所定間隔で配置される。本実施形態では、ティース２１ｂの数は１２個である。複数のティース２１ｂは、周方向に３０°間隔で配置される。周方向に隣り合うティース２１ｂ間に形成されるスロットの数は、１２個である。

インシュレータ２２は、ティース２１ｂの少なくとも一部を覆う。インシュレータ２２は、ステータコア２１とコイル２３との間に配置される。インシュレータ２２は、例えば、合成樹脂等の絶縁部材により構成される。各ティース２１ｂには、インシュレータ２２を介して導線が巻かれることによりコイル２３が形成される。すなわち、ステータ２は、周方向に並んで配置されてコイル２３を巻き回した複数のティース２１ｂを有する。

図２は、本開示の一実施形態に係るモータ１が有するロータ３の斜視図である。図１および図２に示すように、ロータ３は、軸方向に延び、中心軸Ｃを中心とする筒状である。ロータ３は、ステータ２の径方向内方に所定の間隔を設けて配置される。ロータ３は、上下に延びる中心軸Ｃを中心に回転する。ロータ３は、ロータコア３１と、複数のマグネット３２と、を有する。

なお、本実施形態では、ロータ３は、シャフト１０を更に有する。シャフト１０は、中心軸Ｃを中心として延びる柱状である。シャフト１０は、ロータ３より上方に設けられる不図示の上軸受と、ロータ３より下方に設けられる不図示の下軸受とに回転可能に支持される。シャフト１０は、ロータコア３１と共に回転する。なお、シャフト１０は、回転しない構成とされてもよい。この場合には、ロータ３はシャフト１０に対して回転可能に支持され、シャフト１０はロータ３に含まれない。

ロータコア３１は、軸方向に延び、中心軸Ｃを中心とする八角柱状である。ロータコア３１は、例えば、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して形成される。なお、ロータコア３１は、複数のコアピースを接合して形成されてもよい。軸方向からの平面視において、ロータコア３１の中心部には、シャフト孔３１１が配置される。シャフト孔３１１は、軸方向に貫通する貫通孔である。シャフト孔３１１が設けられるために、ロータコア３１は筒状である。シャフト１０は、シャフト孔３１１に挿入される。本実施形態では、シャフト１０は、シャフト孔３１１に圧入されてロータコア３１に保持される。

複数のマグネット３２のそれぞれは、ロータコア３１の径方向外方の面に取り付けられる。各マグネット３２は、ロータコア３１に固着される。複数のマグネット３２は、周方向に配列される。本実施形態では、ロータコア３１の８つの側面のそれぞれに、マグネット３２が１つずつ固着される。複数のマグネット３２は、周方向に等間隔に配列される。すなわち、複数のマグネット３２は、周方向に４５°間隔で配列される。各マグネット３２は、ロータコア３１の上面から下面まで延びる。

本実施形態のモータ１は、ロータ３の磁極数とスロットの数の比が２：３となるモータであり、より詳細には８極１２スロットのモータである。また、モータ１は、マグネット３２をロータ３の表面に配置する構造を有し、いわゆる表面磁石型（Surface Permanent Magnet；SPM）のモータである。モータ１においては、各コイル２３に供給する駆動電流が制御されることにより、複数のマグネット３２を有するロータ３に回転トルクが与えられる。この回転トルクにより、ロータ３が、中心軸Ｃを中心としてステータ２に対して回転する。

＜２．ロータおよびマグネットの詳細＞
本実施形態においては、マグネット３２には、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとの２種類のマグネットが含まれる。Ｎ極マグネット３２ｎは、径方向外方の面と径方向内方の面とのうち、ティース２１ｂに近い側の面の磁極がＮ極であるマグネットである。本実施形態においては、径方向外方の面がＮ極であるマグネット３２がＮ極マグネット３２ｎである。また、Ｓ極マグネット３２ｓは、径方向外方の面と径方向内方の面とのうち、ティース２１ｂに近い側の面の磁極がＳ極であるマグネットである。本実施形態においては、径方向外方の面がＳ極であるマグネット３２がＳ極マグネット３２ｓである。モータ１において、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとは、周方向に交互に並ぶ。

ロータ３は、周方向に並んで配置されて表面磁束分布および磁束量が互いに同じであるＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓを、それぞれ同じ数含むマグネット群を複数有する。詳細には、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとの表面磁束分布および磁束量が互いに同じとは、Ｎ極マグネット３２ｎのＮ極の表面磁束分布および磁束量と、Ｓ極マグネット３２ｓのＳ極の表面磁束分布および磁束量とが互いに同じであることを意味する。また、同じとは、完全に同じ場合だけでなく、略同じ場合も含む。

図１および図２において、符号「Ｇ１」は第１マグネット群のことを指し、符号「Ｇ２」は第２マグネット群のことを指す。すなわち、図１および図２に示す例では、ロータ３は、第１マグネット群Ｇ１と第２マグネット群Ｇ２との２つのマグネット群を有する。第１マグネット群Ｇ１には、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとが、それぞれ２個ずつ含まれる。第２マグネット群Ｇ２には、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとが、それぞれ２個ずつ含まれる。すなわち、各マグネット群Ｇ１、Ｇ２において、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓの数は同数である。

なお、ロータ３が有するマグネット群の数は、２つに限らず、２つより多くてもよい。また、各マグネット群に含まれるＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの数は、それぞれ、少なくとも一つであればよく、２個ずつである必要はない。また、同一のマグネット群に含まれるＮ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとは、周方向に隣り合ってもよいし、隣り合わなくてもよい。

また、別の言い方をすると、ロータ３は、周方向に並んで配置されて表面磁束分布および磁束量が互いに同じであるマグネット対を少なくとも一つ含むマグネット群を複数有する。本実施形態では、マグネット対は、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとで構成される。ロータ３は、マグネット対を２つ含む第１マグネット群Ｇ１と、マグネット対を２つ含む第２マグネット群Ｇ２と、を有する。マグネット対は、周方向に隣り合ってもよいし、隣り合わなくてもよい。

一のマグネット群のＮ極マグネット３２ｎの表面磁束分布および磁束量と、他のマグネット群のＮ極マグネット３２ｎの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。図１および図２に示す例においては、第１マグネット群Ｇ１のＮ極マグネット３２ｎの表面磁束分布および磁束量と、第２マグネット群Ｇ２のＮ極マグネット３２ｎの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。

なお、同一のマグネット群において、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとの表面磁束分布および磁束量は同じである。このために、第１マグネット群Ｇ１のＳ極マグネット３２ｓの表面磁束分布および磁束量と、第２マグネット群Ｇ２のＳ極マグネット３２ｓの表面磁束分布および磁束量とも互いに異なる。

また、別の言い方をすると、一のマグネット群のマグネット対の表面磁束分布および磁束量と、他のマグネット群のマグネット対の表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。本実施形態では、第１マグネット群Ｇ１のマグネット対３２ｎ、３２ｓの表面磁束分布および磁束量と、第２マグネット群Ｇ２のマグネット対３２ｎ、３２ｓの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。

本実施形態の構成では、ロータ３の回転時に、第１マグネット群Ｇ１によって発生するコギングトルクの位相と、第２マグネット群Ｇ２によって発生するコギングトルクの位相とを異なるようにできる。すなわち、本構成では、ロータ３の回転時において、２つのマグネット群Ｇ１、Ｇ２により生じる互いに位相が異なるコギングトルクを合成したコギングトルクを生じさせることができる。本構成によれば、マグネット３２の構成を変更するだけでコギングトルクの調整を行うことができるために、コギングトルクの調整を行い易い。

本実施形態では、好ましい形態として、ロータ３の回転時に、一のマグネット群によって発生するコギングトルクの位相と、他のマグネット群によって発生するコギングトルクの位相とが互いに逆位相になるように、Ｎ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓが構成される。詳細には、ロータ３の回転時に、第１マグネット群Ｇ１によって発生するコギングトルクの位相と、第２マグネット群Ｇ２によって発生するコギングトルクの位相とが互いに逆位相になるように、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとが構成される。２つのマグネット群Ｇ１、Ｇ２のそれぞれにより生じるコギングトルクが逆位相となるか否かについては、例えば、シミュレーション又は実験により判断することができる。

なお、ロータ３の回転時に第１マグネット群Ｇ１により生じるコギングトルクの波形と、第２マグネット群Ｇ２により生じるコギングトルクの波形とを比較した場合に、振幅の大きさが同じであることがより好ましい。

本実施形態の構成によれば、各マグネット群Ｇ１、Ｇ２により生じるコギングトルクの位相が互いに逆位相、或いは、逆位相に近い関係となっているために、コギングトルク同士の打ち消し合いが生じ、ロータ３の回転時に生じるコギングトルクを低減することができる。すなわち、本構成によれば、モータ１を円滑に回転させることができる。

なお、コギングトルクの低減が目的でない場合には、コギングトルクの位相が互いに逆位相となるようにＮ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとを構成しなくてよい。例えば、コギングトルクを利用してロボットアームの姿勢を維持するといったことが目的である場合には、積極的にコギングトルクを生じさせるようにマグネット３２の構成を調整してよい。

コギングトルクの位相は、マグネット３２の表面磁束分布および磁束量を調整することにより調整することができる。マグネット３２の表面磁束分布および磁束量は、例えば、マグネット３２の形状と材質とのうち、少なくとも一方を変更することにより変更することができる。

なお、２つのマグネット３２間において表面磁束分布および磁束量が互いに異なるケースには、例えば、形状が互いに異なる場合と、材質が互いに異なる場合と、形状および材質が互いに異なる場合等が含まれる。

図３は、本開示の一実施形態に係るモータ１が有するマグネット３２の概略形状を示す平面図である。図３は、マグネット３２を軸方向に垂直な方向に切った場合の断面を示す。以下、この断面のことを単に軸方向に垂直な断面と表現する。図３に示すように、マグネット３２は、外側面３２１と、内側面３２２と、２つの周端面３２３と、を有する。

外側面３２１は、マグネット３２の径方向外面であり、ティース２１ｂの径方向内面と対向する。外側面３２１は、径方向に凸となる湾曲面である。本実施形態では、外側面３２１は、軸方向からの平面視において円弧状である。内側面３２２は、マグネット３２の径方向内面であり、ロータコア３１の、当該マグネット３２が取り付けられる側面と対向する。本実施形態では、内側面３２２は平面である。内側面３２２は、軸方向からの平面視において直線状である。２つの周端面３２３は、周方向に隣り合う２つの他のマグネット３２と周方向に対向する。２つの周端面３２３は、平面且つ互いに平行である。２つの周端面３２３は、ロータコア３１の、当該マグネット３２が取り付けられる側面と直交する。

各マグネット群Ｇ１、Ｇ２において、Ｎ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの平面形状は同じであってよい。この場合において、一のマグネット群Ｇ１のＮ極マグネット３２ｎの平面形状と、他のマグネット群Ｇ２のＮ極マグネット３２ｎの平面形状とは異なってよい。なお、平面形状は、マグネットを軸方向から見た形状である。

本構成によれば、例えば全てのマグネット３２の材質を同じとした場合でも、一のマグネット群Ｇ１の表面磁束分布および磁束量と、他のマグネット群Ｇ２の表面磁束分布および磁束量とを容易に異なるようにできる。すなわち、モータ１のコギングトルクの低減を図ることができる。

以下、各マグネット群Ｇ１、Ｇ２においてＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの平面形状を同じとしつつ、一のマグネット群Ｇ１のＮ極マグネット３２ｎの平面形状と、他のマグネット群Ｇ２のＮ極マグネット３２ｎの平面形状とを異ならせる３つの具体例について説明する。

図３に示すように、本実施形態では、Ｎ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓは、軸方向に垂直な断面において、周方向に延びる形状である。この場合に、各マグネット群Ｇ１、Ｇ２においてＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの断面形状の長手方向の長さＷは同じであり、一のマグネット群Ｇ１のＮ極マグネット３２ｎの長手方向の長さＷと、他のマグネット群Ｇ２のＮ極マグネット３２ｎの長手方向の長さＷとは異なる構成としてよい。

また、別の例として、各マグネット群Ｇ１、Ｇ２においてＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの断面形状の長手方向中央部における短手方向の長さＴは同じであり、一のマグネット群Ｇ１のＮ極マグネット３２ｎの短手方向の長さＴと、他のマグネット群Ｇ２のＮ極マグネット３２ｎの短手方向の長さＴとは異なる構成としてよい。

更に別の例について説明する。本実施形態では、図３に示すように、Ｎ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの外側面３２１は、軸方向に垂直な断面において、径方向外方に凸な曲線に構成される。この場合において、各マグネット群Ｇ１、Ｇ２においてＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの曲線の周方向中央部における曲率半径Ｒは同じであり、一のマグネット群Ｇ１のＮ極マグネット３２ｎの曲率半径Ｒと、他のマグネット群Ｇ２のＮ極マグネット３２ｎの曲率半径Ｒとは異なる構成としてよい。

以上示した３つの具体例の構成によれば、例えば全てのマグネット３２の材質を同じとしながら、一のマグネット群Ｇ１の表面磁束分布および磁束量と、他のマグネット群Ｇ２の表面磁束分布および磁束量とを容易に異ならせることがきる。

以上では、２つのマグネット群Ｇ１、Ｇ２間で形状を異ならせる例を示したが、材質を異ならせる構成としてもよい。すなわち、各マグネット群Ｇ１、Ｇ２においてＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの材質は同じであり、一のマグネット群Ｇ１のＮ極マグネット３２ｎの材質と、他のマグネット群Ｇ２のＮ極マグネット３２ｎの材質とは異なる構成としてよい。

本構成によれば、例えば全てのマグネット３２の形状を同じとしながら、一のマグネット群Ｇ１の表面磁束分布および磁束量と、他のマグネット群Ｇ２の表面磁束分布および磁束量とを容易に異ならせることがきる。本構成によれば、全てのマグネット３２を同じ金型を用いて形成することができる。

＜３．実施例＞
上述した８極１２スロットのＳＰＭ型のモータ１について、マグネット３２の構成を変化させた場合のコギングトルクについてシミュレーションにより評価した。シミュレーションには、公知のシミュレーションソフトである電磁界解析ソフトＪＭＡＧ（株式会社ＪＳＯＬ製）を用いた。

表１は、実施例１、比較例１、および、比較例２におけるロータ３が有する複数のマグネット３２の構成を示す表である。実施例１、比較例１、および、比較例２において、マグネット３２の材質は全て同じとした。なお、表１および以下に説明する表２においては、モータ１が有する８つのマグネット３２を、周方向に順番に第１マグネット、第２マグネット、第３マグネット、第４マグネット、第５マグネット、第６マグネット、第７マグネット、第８マグネットとした。

実施例１では、第１マグネット群Ｇ１に含まれるマグネット対と、第２マグネット群Ｇ２に含まれるマグネット対とを周方向に交互に並べて配置した。マグネット対は、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとで構成した（図１および図２の構成）。第１マグネット群Ｇ１のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの長さＷ、Ｔ（図３参照）をそれぞれＷ１、Ｔ１にした。第２マグネット群Ｇ２のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの長さＷ、ＴをそれぞれＷ２、Ｔ２にした。Ｗ１およびＷ２はお互いに異なる長さであり、Ｔ１およびＴ２はお互いに異なる長さである。

［比較例１］
比較例１では、ロータ３が１種類のマグネット群Ｇ１のみを有する構成とした。比較例１では、第１マグネット群Ｇ１のＮ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとを周方向に交互に並べて配置した。

［比較例２］
比較例２では、ロータ３が１種類のマグネット群Ｇ２のみを有する構成とした。比較例２では、第２マグネット群Ｇ２のＮ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとを周方向に交互に並べて配置した。

図４は、実施例１、比較例１、および、比較例２のコギングトルクの評価結果である。図４において、横軸は機械角（°）であり、縦軸はコギングトルク（Ｎｍ）である。また、図４において、符号ａは実施例１の結果を示し、符号ｂは比較例１の結果を示し、符号ｃは比較例２の結果を示す。

第１マグネット群Ｇ１のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓのみで構成される比較例１と、第２マグネット群Ｇ２のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓのみで構成される比較例２とで、コギングトルクの波形は概ね互いに逆位相の関係となった。実施例１においては、比較例１に示される第１マグネット群Ｇ１のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓと、比較例２に示される第２マグネット群Ｇ２のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓとが、それぞれ４つずつロータコアの外周面上に配置された。これにより、比較例１、２に比べてコギングトルクが小さくなった。第１マグネット群Ｇ１のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓにより生じるコギングトルクと、第２マグネット群Ｇ２のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓにより生じるコギングトルクとが打ち消し合い、コギングトルクが小さくなった。

表２は、実施例２〜６、および、比較例３、４における、ロータ３が有する複数のマグネット３２の構成とコギングトルクの評価結果とを示す表である。実施例２〜６、および、比較例３、４において、マグネット３２の材質は全て同じとした。４つのマグネット群Ｇ３〜Ｇ６に含まれるマグネット３２間で、曲率半径Ｒ（図３参照）が異なる構成とした。コギングトルクの評価結果は、ロータ３が有するマグネット群が１種類（マグネット群Ｇ３〜Ｇ６のいずれか）のみで構成される場合に比べてコギングトルクを低減できた場合をＯＫとし、コギングトルクを低減できなかった場合をＮＧとした。

実施例２では、第６マグネット群Ｇ６に含まれるマグネット対と、第３マグネット群Ｇ３に含まれるマグネット対とを周方向に交互に並べて配置した。マグネット対は、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとで構成した。第６マグネット群Ｇ６のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの曲率半径ＲをＲ６とし、第３マグネット群Ｇ３のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの曲率半径ＲをＲ３とした。Ｒ６およびＲ３はお互いに異なる長さである。

実施例３では、第６マグネット群Ｇ６の、２つのＮ極マグネット３２ｎと２つのＳ極マグネット３２ｓとが周方向に交互に配置される領域と、第３マグネット群Ｇ３の、２つのＮ極マグネット３２ｎと２つのＳ極マグネット３２ｓとが周方向に交互に配置される領域との２つの領域に分けてマグネット３２の配置を行った。

実施例４では、第３マグネット群Ｇ３のマグネット対、第４マグネット群Ｇ４のマグネット対、第５マグネット群Ｇ５のマグネット対、および、第６マグネット群Ｇ６のマグネット対、の順で周方向に並べて配置した。マグネット対は、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとで構成した。第４マグネット群Ｇ４のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの曲率半径ＲをＲ４とし、第５マグネット群Ｇ５のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの曲率半径ＲをＲ５とした。Ｒ３と、Ｒ４と、Ｒ５と、Ｒ６とは、お互いに異なる長さである。

実施例５では、第３マグネット群Ｇ３のマグネット対と、第５マグネット群Ｇ５のマグネット対との周方向間に、第４マグネット群Ｇ４の２つのマグネット対が周方向に並ぶ配置とした。マグネット対は、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとで構成した。

実施例６では、第４マグネット群Ｇ４のマグネット対、第５マグネット群Ｇ５のマグネット対、第４マグネット群Ｇ４のマグネット対、第６マグネット群Ｇ６のマグネット対の順で周方向に並べて配置した。マグネット対は、Ｎ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとで構成した。

実施例７では、実施例３の第６マグネット群Ｇ６のＮ極マグネット３２ｎと第３マグネット群Ｇ３のＮ極マグネット３２ｎとの配置を入れ替えた。第６マグネット群Ｇ６のＳ極マグネット３２ｓと第３マグネット群Ｇ３のＳ極マグネット３２ｓとの配置を入れ替えてもよい。

実施例８では、第３マグネット群Ｇ３のＮ極マグネット３２ｎ、第４マグネット群Ｇ４のＳ極マグネット３２ｓ、第５マグネット群Ｇ５のＮ極マグネット３２ｎ、第６マグネット群Ｇ６のＳ極マグネット３２ｓ、第６マグネット群Ｇ６のＮ極マグネット３２ｎ、第５マグネット群Ｇ５のＳ極マグネット３２ｓ、第４マグネット群Ｇ４のＮ極マグネット３２ｎ、第３マグネット群Ｇ３のＳ極マグネット３２ｓの順で周方向に並べて配置した。

［比較例３］
比較例３では、第６マグネット群Ｇ６のＮ極マグネット３２ｎと、第３マグネット群Ｇ３のＳ極マグネット３２ｓと、を周方向に交互に並べて配置した。

［比較例４］
比較例４では、第３マグネット群Ｇ３のＮ極マグネット３２ｎ、第４マグネット群Ｇ４のＳ極マグネット３２ｓ、第５マグネット群Ｇ５のＮ極マグネット３２ｎ、第６マグネット群Ｇ６のＳ極マグネット３２ｓの順で周方向に並べる配列を２回繰り返す配置とした。

表２に示すコギングトルクの評価結果から、コギングトルクの低減には、同じ表面磁束分布および磁束量を有するＮ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとの磁極対を少なくとも一つ有するマグネット群が複数必要であることがわかった。更に、コギングトルクの低減には、複数のマグネット群間で表面磁束分布および磁束量を互いに異ならせる必要があることがわかった。

また、実施例４では、マグネット群が３つ設けられる構成とした。また、実施例５、６では、マグネット群が４つ設けられる構成とした。このように、マグネット群の数が２つでない場合でも、各マグネット群によって発生されるコギングトルクを合成して、コギングトルクの低減を図ることができることがわかった。

また、実施例５、６では、複数のマグネット群の中に、Ｎ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの数が他と異なるマグネット群が存在する構成となっている。詳細には、実施例５では、３つのマグネット群Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５のうち、第３マグネット群Ｇ３および第５マグネットＧ５のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの数は１つずつである。一方、第４マグネット群Ｇ４のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの数は２つずつである。また、実施例６では、３つのマグネット群Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６のうち、第５マグネット群Ｇ５および第６マグネットＧ６のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの数は１つずつである。一方、第４マグネット群Ｇ４のＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの数は２つずつである。

実施例５、６のコギングトルクの評価結果から、マグネット群に含まれるＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓの数は、マグネット群間で異なってもコギングトルクの低減を図れることがわかった。

実施例７、８では、周方向に隣り合わないマグネット対が含まれている。この場合においてもコギングトルクの低減を図れることがわかった。

＜４．留意事項＞
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態および変形例は可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

（４−１．第１変形例）
図５は、第１変形例のモータが有するロータ３Ａの側面図である。図５は、軸方向と直交する方向から見た平面図である。ロータ３Ａは、軸方向に並んで配置される複数の筒状のロータコア３１Ａ、３１Ｂを有する。本変形例では、ロータコア３１Ａ、３１Ｂの数は２つであるが、３つ以上であってもよい。

複数のロータコア３１Ａ、３１Ｂには、Ｎ極マグネット３２ｎの表面磁束分布および磁束量が互いに異なるマグネット群Ｇ７、Ｇ８がそれぞれ配置される。図５に示す例では、第１ロータコア３１Ａには、第７マグネット群Ｇ７が配置される。詳細には、第７マグネット群Ｇ７に含まれるＮ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとが周方向に交互に配置される。第７マグネット群Ｇ７のＮ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとの数は同数であり、本変形例では４つずつである。

また、第２ロータコア３１Ｂには、第８マグネット群Ｇ８が配置される。詳細には、第８マグネット群Ｇ８に含まれるＮ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとが周方向に交互に配置される。第８マグネット群Ｇ８のＮ極マグネット３２ｎとＳ極マグネット３２ｓとの数は同数であり、例えば４つずつである。第７マグネット群Ｇ７のＮ極マグネット３２ｎの表面磁束分布および磁束量と、第８マグネット群Ｇ８のＮ極マグネット３２ｎの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。

本変形例によれば、第１ロータコア３１Ａに設けられる第７マグネット群Ｇ７により生じるコギングトルクと、第２ロータコア３１Ｂに設けられる第８マグネット群Ｇ８により生じるコギングトルクとを合成して、例えばコギングトルクの低減を図ることができる。なお、本変形例では、第１ロータコア３１Ａおよび第２ロータコア３１Ｂには、それぞれ、１つのマグネット群のみが配置される構成としたが、各ロータコア３１Ａ、３１Ｂに配置されるマグネット群の数は、いずれも複数であってよいし、或いは、いずれか一方が複数であってもよい。

また、１つのマグネット郡が第１ロータコア３１Ａおよび第２ロータコア３１Ｂに分かれて配置されてもよい。例えば、第７マグネット群Ｇ７のＮ極マグネット３２ｎを第１ロータコア３１Ａに配置し、第７マグネット群Ｇ７のＳ極マグネット３２ｓを第１ロータコア３１Ｂに配置してもよい。すなわち、複数のロータコアでマグネット対を構成してもよい。

（４−２．第２変形例）
図６は、第２変形例のモータが有するロータ３Ｃの平面図である。図６は、軸方向から見た図である。ロータ３Ｃは、筒状のロータコア３１Ｃを有する。図６に示す例では、ロータコア３１Ｃは、中心軸Ｃを中心とする円筒状である。

ロータコア３１Ｃは、複数のマグネット収容部３１２を有する。マグネット収容部３１２は、軸方向に貫通する貫通孔、又は、軸方向に凹む凹部である。マグネット収容部３１２には、マグネット３２の少なくとも一部が収容される。マグネット収容部３１２は、ロータコア３１Ｃの径方向外方に配置される。マグネット収容部３１２は、ロータコア３１Ｃの外縁の近傍に配置される。複数のマグネット収容部３１２は、周方向に等間隔で配列される。本変形例のモータは、ロータ３Ｃの内部にマグネット３２が埋め込まれた構造を有し、いわゆる埋込磁石型（Interior Permanent Magnet；IPM）のモータである。

本変形例においても、ロータ３Ｃは、周方向に並んで配置されて表面磁束分布および磁束量が互いに同じとなるＮ極マグネット３２ｎおよびＳ極マグネット３２ｓをそれぞれ同じ数含むマグネット群Ｇ８、Ｇ９を複数有する。そして、一のマグネット群Ｇ８のＮ極マグネット３２ｎの表面磁束分布および磁束量と、他のマグネット群Ｇ９のＮ極マグネット３２ｎの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる。これにより、モータのコギングトルクの調整を行い易くすることができる。

本開示のモータは、例えば電動パワーステアリング、電動オイルポンプ、ブレーキなどの車載用部品に適用可能である。

１・・・モータ
２・・・ステータ
３、３Ａ、３Ｃ、３Ｄ・・・ロータ
２１ｂ・・・ティース
２３・・・コイル
３１Ａ・・・第１ロータコア
３１Ｂ・・・第２ロータコア
３２・・・マグネット
３２ｎ・・・Ｎ極マグネット
３２ｓ・・・Ｓ極マグネット
Ｃ・・・中心軸

Claims (11)

1. 上下に延びる中心軸を中心に回転するロータと、前記ロータと径方向に対向して配置されるステータと、を有するモータであって、
   前記ステータは、周方向に並んで配置されてコイルを巻き回した複数のティースを有し、
   前記ロータは、周方向に並んで配置されて表面磁束分布および磁束量が互いに同じとなるＮ極マグネットおよびＳ極マグネットをそれぞれ同じ数含むマグネット群を複数有し、
   一の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの表面磁束分布および磁束量と、他の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの表面磁束分布および磁束量とは互いに異なる、モータ。
2. 前記ロータの回転時に、一の前記マグネット群によって発生するコギングトルクの位相と、他の前記マグネット群によって発生するコギングトルクの位相とが互いに逆位相になるように前記Ｎ極マグネットおよび前記Ｓ極マグネットが構成される、請求項１に記載のモータ。
3. 各前記マグネット群において前記Ｎ極マグネットおよび前記Ｓ極マグネットの平面形状は同じであり、
   一の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの平面形状と、他の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの平面形状とは異なる、請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記Ｎ極マグネットおよび前記Ｓ極マグネットは、軸方向に垂直な断面において、周方向に延びる形状であり、
   各前記マグネット群において前記Ｎ極マグネットおよび前記Ｓ極マグネットの前記形状の長手方向の長さは同じであり、
   一の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの前記長手方向の長さと、他の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの前記長手方向の長さとは異なる、請求項３に記載のモータ。
5. 前記Ｎ極マグネットおよび前記Ｓ極マグネットは、軸方向に垂直な断面において、周方向に延びる形状であり、
   各前記マグネット群において前記Ｎ極マグネットおよび前記Ｓ極マグネットの前記形状の長手方向中央部における短手方向の長さは同じであり、
   一の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの前記短手方向の長さと、他の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの前記短手方向の長さとは異なる、請求項３に記載のモータ。
6. 前記Ｎ極マグネットおよび前記Ｓ極マグネットの外側面は、軸方向に垂直な断面において、径方向外方に凸な曲線に構成され、
   各前記マグネット群において前記Ｎ極マグネットおよび前記Ｓ極マグネットの前記曲線の周方向中央部における曲率半径は同じであり、
   一の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの前記曲率半径と、他の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの前記曲率半径とは異なる、請求項３から５のいずれか１項に記載のモータ。
7. 各前記マグネット群において前記Ｎ極マグネットおよび前記Ｓ極マグネットの材質は同じであり、
   一の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの材質と、他の前記マグネット群の前記Ｎ極マグネットの材質とは異なる、請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ。
8. 前記マグネット群は３つ設けられる、請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ。
9. 前記マグネット群は４つ設けられる、請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ。
10. 複数の前記マグネット群の中に、前記Ｎ極マグネットおよび前記Ｓ極マグネットの数が他と異なるマグネット群が存在する、請求項１から９のいずれか１項に記載のモータ。
11. 前記ロータは、軸方向に並んで配置される複数の筒状のロータコアを有し、
    複数の前記ロータコアには、前記Ｎ極マグネットの表面磁束分布および磁束量が互いに異なる前記マグネット群がそれぞれ配置される、請求項１から１０のいずれか１項に記載のモータ。

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