JP5414887B2 - 永久磁石式同期モータ - Google Patents

Description

この発明は、３相電源で駆動する永久磁石式同期モータに関し、特にコギングトルクを確実に抑制するための新規な改良技術に関するものである。

一般に、永久磁石式同期モータにおいては、巻線無通電時に、外部駆動にてロータ磁石（回転子）を回転したときに、ステータコア（固定子鉄心）とロータとの間でコギングトルクが発生する。
この種のコギングトルクは、ロータの機械的な１回転につき、ステータのスロット数と永久磁石の磁極数との最小公倍数の脈動が発生することに起因しており、コギングトルクの大きさは、脈動数に反比例する。

３相交流で駆動される永久磁石式同期モータにおいては、磁極数とスロット数との組み合わせを適切に選択することにより、無通電時に発生するコギングトルクを低減することが可能となる。
通常、永久磁石式同期モータのコギングトルクを抑制するためには、ステータのスロット数と永久磁石の磁極数との最小公倍数の大きな組み合わせを選ぶ必要がある。

最小公倍数の大きな組み合わせの例としては、いわゆる３相電源で駆動する永久磁石式同期モータにおいて、円環状に形成されて巻線（コイル）が施されたＺ個（Ｚは自然数）のステータスロットを有し、かつ２Ｐ極（Ｐは自然数）の永久磁石を有する場合に、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が「２／５」または「２／７」となる構成があげられる。

たとえば、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が「２／５」の永久磁石式同期モータにおいて、磁極数が「１０」の場合、スロット数は「１２」となり、極数とスロット数との組み合わせによって発生するコギングトルクは、ロータが１回転する間に「６０山」だけ発生することになる。

また、一般に、永久磁石式同期モータにおいては、工作誤差や電磁鋼板の磁気異方性などによって発生するコギングトルクも存在し、通電する電流波形の基本波（つまり、電気角３６０度）を「１ｆ」と称した場合、ステータの工作誤差などによって、２ｆ成分（電気角１８０度で１周期となる）、４ｆ成分（電気角９０度で１周期となる）のコギングトルクが発生する。

特に、フレーム内径が円形で外側が四角形状のフレームの径内にステータコアの焼嵌すること、または電磁鋼板の圧延方向を同一方向に積上げることによって、ステータコアを作製した場合、コギングトルクの４ｆ成分が大きく発生する。

一方、従来から、スキュー（Ｓｋｅｗ：コアまたは着磁を、軸方向に対して斜めに形成すること）を設けることにより、コギングトルクの発生を抑制する技術も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

実用新案第２５５８５１４号公報

従来の永久磁石式同期モータにおいては、脈動に起因したコギングトルクを小さくするために、ステータのスロット数と永久磁石の磁極数との最小公倍数の大きな組み合わせを選んでいたが、磁極数が１０極でスロット数が１２の場合に発生するコギングトルクは、ロータが１回転する間に６０山発生するうえ、工作誤差や電磁鋼板の磁気異方性などに起因して４ｆ成分のコギングトルクが大きく発生するという課題があった。
また、特許文献１のようにスキューを設けた場合においても、スキューの電気角度が浅い（２０度〜４０度程度）ことから、十分にコギングトルクを抑制することができないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、２ｆ成分および４ｆ成分のコギングトルクを十分に抑制することのできる永久磁石式同期モータを得ることを目的とする。

この発明に係る永久磁石式同期モータは、円環状に形成されて巻線が施されたＺ個（Ｚは自然数）のステータスロットと、ステータスロットの円環状内に配置されたロータと、ロータと一体構成されてステータスロットと対向するように配置された２Ｐ極（Ｐは自然数）の永久磁石とを備え、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が２／５または２／７となるように構成された永久磁石式同期モータにおいて、ステータスロットを有するステータを固定するためのフレームの外側が四角形状を有し、コギングトルクの４ｆ成分が大きく発生する環境下で、ステータの磁気的なアンバランスに起因した脈動成分が許容脈動値以下となるように抑制し、かつ、モータ出力が許容出力値以上となるようにモータ出力の低減量を抑制するように、永久磁石のステータスロットとの対向面には、ロータの軸方向に対して電気角度が４２度〜１２８度となる連続スキューが設けられたものである。

この発明によれば、永久磁石（ロータ）に電気角度４２〜１２８度の連続スキューを設けることにより、ステータばらつきに起因して発生するコギングトルクの４ｆ成分を確実に抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。（実施例１） 図１内のステータが焼嵌されるフレームの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。（実施例１） スキューを設けない場合でのステータのフレーム内への焼嵌や圧延方向などの磁気的な非対称性によって生じるコギングトルクを示す説明図である。（実施例１） 図３のコギングトルクを周波数分析した結果を示す説明図である。（実施例１） 一般的な電磁鋼板の圧延方向をステータの断面図とともに示す説明図である。（実施例１） 図１内のリング磁石（ロータ）にスキューを設けない状態を示す斜視図である。（実施例１） この発明の実施の形態１による連続スキューを設けたリング磁石およびロータを示す斜視図である。（実施例１） 図７のロータを用いた永久磁石式同期モータのスキュー角度とコギングトルク（４ｆ成分）との関係を示す説明図である。（実施例１） 図７のロータを用いた永久磁石式同期モータのスキュー角度とモータ出力との関係を示す説明図である。（実施例１） この発明の実施の形態２による連続スキューを設けたリング磁石およびロータを示す斜視図である。（実施例２） 図１０のリング磁石の製法を説明するための展開図である。（実施例２） 図１１内の２個のリング磁石を組み合わせた状態を示す展開図である。（実施例２） 図１１の２段のリング磁石を１つのリング磁石で構成した場合の展開図である。（実施例２） この発明の実施の形態３による段スキューを設けたリング磁石およびロータを示す斜視図である。（実施例３） 図１４のリング磁石の製法を説明するための展開図である。（実施例３） 図１４のロータを用いた永久磁石式同期モータのスキュー角度とモータ出力との関係を示す説明図である。（実施例３） この発明の実施の形態３によるセグメント磁石を用いた永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。（実施例３） 図１７内のリング磁石（ロータ）にスキューを設けない状態を示す斜視図である。（実施例３） この発明の実施の形態３による段スキューを設けたセグメント磁石およびロータを示す斜視図である。（実施例３） この発明の実施の形態４による段スキューを設けたリング磁石およびロータを示す斜視図である。（実施例４） この発明の実施の形態４によるセグメント磁石を用いた場合のロータの斜視図である。（実施例４） この発明の実施の形態５によるステータスロットの１ティースの軸方向上端部の断面形状を示す断面図である。（実施例５） この発明の実施の形態５によるステータスロットの１ティースの軸方向下端部の断面形状を示す断面図である。（実施例５） この発明の実施の形態５による連続スキューを設けたステータスロットの１ティースの外観を示す斜視図である。（実施例５） 図２４のティースを複数個配列して作成したステータの一部の内面構成を示す斜視図である。（実施例５） 図２５のステータスロットのティース端面形状を平面的に示す展開図である。（実施例５） この発明の実施の形態５による連続スキューを設けたステータスロットの他の構成例を示す斜視図である。（実施例５） 図２７のステータスロットのティース端面形状を平面的に示す展開図である。（実施例５） この発明の実施の形態５による段スキューを設けたステータスロットの１ティースの外観を示す斜視図である。（実施例５） 図２９のティースを複数個配列して作成したステータの一部の内面構成を示す斜視図である。（実施例５） 図３０のステータスロットのティース端面形状を平面的に示す展開図である。（実施例５） この発明の実施の形態５による段スキューを設けたステータスロットの他の構成例を示す斜視図である。（実施例５） 図３２のステータスロットのティース端面形状を平面的に示す展開図である。（実施例５）

（実施例１）
図１はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式同期モータの基本構造を示す断面図であり、ロータ軸方向に対して垂直な断面を示している。
図１において、回転シャフトからなるロータ１の外周部には、複数極（ここでは、１０極）のリング磁石（永久磁石）１１が一体的に形成されている。

なお、リング磁石１１は、単一の永久磁石の中に複数の磁極が形成されているので、各磁極間の境界を目視することはできないが、図１においては、理解しやすいように、各磁極間の境界線を示している。

ロータ１の外周部には、リング磁石１１と対向する複数極（ここでは、１２極）のステータスロット２１を有するステータ２が配置されている。なお、ここでは図示しないが、各ステータスロット２１には、巻線が巻回されている。

また、図１においては、リング磁石１１の磁極数２Ｐが１０極（Ｐ＝５）で、スロット数Ｚが１２個の場合を例にとり、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が２／５となる組み合わせに設定したが、この組み合わせに限定されることはなく、１４極（Ｐ＝７）のロータ１と１２スロットとを組み合わせて、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が２／７となるように設定してもよい。

まず、図２〜図６を参照しながら、図１の永久磁石式同期モータにおいて、スキューを設けない場合でのコギングトルクの発生原因について説明する。
図２は図１内のステータ２を焼嵌などによって固定するためのフレーム３を示す断面図であり、フレームの軸方向に垂直な断面を示している。

図２において、フレーム３の形状は、ステータ２が焼嵌される内径部３１が円形に加工され、外側が四角形状に加工される場合がある。
図２のように、内側と外側とで形状が異なるフレーム３を用いた場合には、内径部３１にステータ２を焼嵌する際に、ステータ２に加わる応力が異なることから、焼嵌応力によってステータ２のコア部のＢＨカーブが変化する。

すなわち、図１内のステータ２を図２のフレーム３に焼嵌した場合、フレーム３の肉厚が大きい部分と肉厚が小さい部分とにおいて、ステータ２のコア部がうける応力が異なっており、ステータ２に加わる焼嵌応力にも差異が生じる。

したがって、焼嵌後のステータ２においては、特に、ステータ２のコアバック部分においてＢＨカーブに差異が生じるので、リング磁石１１の磁極数とステータスロット２１のスロット数との組み合わせに応じて、ロータ１が１回転する間に１０個および２０個のトルク脈動が生じる。

特に、図２のような四角のフレーム３に焼嵌した場合、磁気的なアンバランスが生じるので、２０個の脈動成分が強く生じる。
ここでは、リング磁石１１（ロータ１）の磁極数が１０個なので、モータ駆動用の通電電流の周波数を１ｆとした場合、１０個の脈動成分は電気角的にいうと「２ｆ成分」となり、２０個の脈動成分は「４ｆ成分」となる。

図３は磁極数「１０極」およびスロット数「１２スロット」の永久磁石式同期モータのコギングトルクを示す説明図であり、スキューを設けない場合に、ロータ１が１回転する間（０度〜３６０度）に実際に発生するコギングトルク波形を示している。
図３において、コギングトルクの振幅は、ステータ２を四角形状のフレーム３内に焼嵌することや、ステータ２の圧延方向（図５とともに後述する）などの磁気的な非対称性によって、複数回変動する。

図４は図３のコギングトルク波形を周波数分析した結果を示す説明図であり、横軸はロータ１の１回転におけるコギングトルクの次数を示し、縦軸はコギングトルクの大きさを示している。
ここでは、永久磁石式同期モータが磁極数「１０極」とスロット数「１２スロット」との組み合わせであることから、図４においては、ロータ１の着磁ばらつきなどによって、ロータ１が機械的に１回転する間に「１２個」および「２４個」の脈動が生じる。

また、磁極数「１０」およびスロット数「１２」の最小公倍数である「６０個」の脈動が生じる。
ただし、図４に示すように、焼嵌応力によって生じた磁気的なアンバランスによって、「２０個」の脈動成分（電気的な４ｆ成分）が大きく発生している。

なお、前述の通り、永久磁石式同期モータの磁気的なアンバランスは、電磁鋼板の圧延方向によっても生じる。
一般に、電気モータにおいては、ステータ２に発生する渦電流損を低減するために、電磁鋼板を積上げられて製作されるが、電磁鋼板には、方向性電磁鋼板と無方向性電磁鋼板とがある。
これら電磁鋼板のいずれの場合も、コア組を形成する帯板段階において、その発生量は異なるものの、圧延方向と非圧延方向とに起因すると考えられる「結晶形の差異による磁気的方向性」が現れ、鉄損および磁束密度が、圧延方向と非圧延方向とで異なっている。

すなわち、図５に示すように、圧延方向（矢印参照）を常に同じ向きとして、ステータ２を積上げて組立てた場合、ステータ２の磁気的方向性の違いによってコギングトルクが生じる。
このように磁気的方向性の違いによって発生するコギングトルクも、図３および図４に示したように、２０個の脈動成分が大きく生じる。
図６は一般的なリング磁石１１を軸方向から見た斜視図であり、スキュー角度θが０度（スキュー無し）の状態を示している。

次に、図１および図７〜図９を参照しながら、この発明の実施の形態１に係る永久磁石式同期モータについて説明する。
図７はこの発明の実施の形態１によるスキューを設けたリング磁石１１およびロータ１を示す斜視図である。
なお、図７のようなスキュー構成は、リング磁石１１を着磁する際に、着磁ヨーク（図示せず）の形状にあらかじめスキュー角度θを設けておくことにより、実現することができる。

図７のように、リング磁石１１（ロータ１）にスキューを設けることにより、図３および図４に示したコギングトルクの２０個の脈動成分を低減することが可能となる。
図８は図７のロータ１を用いた場合のコギングトルク特性を示す説明図であり、スキュー角度θ（横軸）と、２０個の脈動成分のコギングトルクの大きさ（縦軸）との関係を示している。
なお、図７に示すスキュー角度θは機械角度で示しているが、図８に示すスキュー角度は電気角度で示している。

図８から明らかなように、スキュー角度θを大きい領域（たとえば、４２度以上）に設定することにより、２０個の脈動成分（４ｆ成分）を抑制することが可能となる。
一方、前述の特許文献１の場合には、スキュー角度θが小さい領域（２０度〜４０度の電気角度）に設定されているので、４ｆ成分を十分に抑制することはできない。

また、図９はスキュー角度θ（横軸）と永久磁石式同期モータの出力（縦軸）との関係を示す説明図である。
図９から明らかなように、スキュー角度θが０度から大きい値になるほど、モータ出力は低下するので、スキュー角度θを過大に大きく設定することはモータ出力の低下につながる。

したがって、図８および図９に鑑みて、スキュー角度θは、４ｆ成分が２／３以上低減する（効果が明白となる）電気角度４２度以上であって、モータ出力が大きく低減することなく抑制効果が十分に得られる電気角度１２８度以下に設定することが望ましい。
これにより、モータ出力を大きく低減せずに、コギングトルクの４ｆ成分を十分に低減することが可能となる。

以上のように、この発明の実施の形態１（図１、図７）に係る永久磁石式同期モータは、円環状に形成されて巻線が施されたＺ個（Ｚは自然数）のステータスロット２１と、ステータスロット２１の円環状内に配置されたロータ１と、ロータ１と一体構成されてステータスロット２１と対向するように配置された２Ｐ極（Ｐは自然数）のリング磁石（永久磁石）１１とを備え、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が２／５または２／７となるように構成されている。

リング磁石１１のステータスロット２１との対向面には、ロータ１の軸方向に対して電気角度が４２度〜１２８度となる連続スキューが設けられている。
これにより、コギングトルクの４ｆ成分および２ｆ成分を抑制し、特に、ステータ２のばらつきに起因して発生するコギングトルクの４ｆ成分を確実に抑制することができる。

（実施例２）
なお、上記実施の形態１（図７）では、単一方向の連続スキューを設けたが、図１０のように、連続スキューを中央部で対称的に折り返して、ロータ１の回転方向に対するスキュー角度θの始まりの位置と終わりの位置とが等しくなるように、連続スキューを設けてもよい。

図１０はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石式同期モータのロータ１およびリング磁石１１を示す斜視図であり、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、この発明の実施の形態２の全体構成は、図１に示した通りである。

前述の実施の形態１（図７）のように、単一方向の連続スキューを設けた場合には、永久磁石式同期モータに通電して負荷をかけた状態において、ロータ１の軸方向（スラスト方向）に力が発生し、軸受部のベアリング（図示せず）を破損する可能性があり、このようなベアリング破損は、異音発生や機械損失の増加につながる。

これに対し、この発明の実施の形態２（図１０）のように、ロータ１の回転方向に対するスキュー角度θの始まりの位置と終わりの位置とが等しくなるようにロータ着磁を行うことにより、スラスト方向への力を相殺することが可能となる。
すなわち、図１０のように、リング磁石１１の軸方向の端部の磁極間の位置が同一となり、かつ軸方向の中央部分の磁極間の位置がスキュー角度θだけずれるように、着磁を行うことにより、軸方向にかかるスラスト力を無くすことが可能となる。

図１０のリング磁石１１（ロータ１）を製作する際には、まず、図１１の展開図のように、ロータ１の軸方向の半分の長さのリング磁石１１を２個準備して、それぞれ傾きが反対方向となるように、図８に示したスキュー角度θ（４２度〜１２８度）で着磁する。
続いて、図１２の展開図のように、着磁後の２個のリング磁石１１を、軸方向に組み合わせて一体化することにより、図１０のリング磁石１１を製作することが可能となる。

また、図１３の展開図のように、ロータ１の軸方向と同一長さの単一のリング磁石１１を準備して、軸方向の端部の磁極間の位置が同一に設定された着磁用ヨーク（図示せず）を用いて着磁しても、図１０のリング磁石１１の製作が可能である。

なお、図１０においては、磁極数が１０極（Ｐ＝５）のリング磁石１１（ロータ１）を示しているが、これに限定されることはなく、磁極数が１４極のロータ１と１２スロットとを組み合わせて、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が２／７となるように設定された永久磁石式同期モータに適用してもよい。

以上のように、この発明の実施の形態２（図１、図１０）によれば、連続スキューは、ロータ１の軸方向のスキュー角度θの始まりの位置と終わりの位置とが等しくなるように設けられているので、コギングトルクの４ｆ成分を低減しつつ、スキューによって発生するスラスト力を打ち消すことができ、ベアリング破損を回避することができる。

（実施例３）
なお、上記実施の形態１、２（図７、図１０）では、連続スキューを設けたが、図１４のように、段スキューを設けてもよい。
図１４はこの発明の実施の形態３に係る永久磁石式同期モータのロータ１およびリング磁石１１を示す斜視図であり、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、この発明の実施の形態３の全体構成は、図１に示した通りである。

図１４において、リング磁石１１は、ロータ１の軸方向に分割されて２段構成からなり、それぞれの磁極位置が、ロータ１の回転方向に対してスキュー角度θだけシフトされている。
図１５は図１４内のリング磁石１１（ロータ１）の製法を説明するための展開図である。

図１４および図１５のように、スキューが設けられていない２個のリング磁石１１を軸方向に２段用い、軸方向の端部の磁極間の位置を、図８に示すスキュー角度θ（４２度〜１２８度）だけシフトさせることにより、前述の実施の形態１と同様の効果が得られる。

図１６は図１４のリング磁石１１（ロータ１）を用いた永久磁石式同期モータのスキュー角度θとモータ出力との関係を示す説明図である。
図１６において、スキュー角度θに対するモータ出力特性は、前述の実施の形態１（図９）の場合よりも向上している。

すなわち、図９の場合には、モータ出力≧０．８を満たすスキュー角度θは、０度〜約１３０度であるが、図１６の場合には、モータ出力≧０．８を満たすスキュー角度θは、０度〜約１５０度となる。
したがって、この発明の実施の形態３（図１４）のような段スキューを設けることにより、モータ出力を低下させることなく、コギングトルクの４ｆ成分を低減することが可能となる。

なお、図１４においては、一体形式のリング磁石１１を用いたが、図１７および図１９のように、磁極ごとに分割されたセグメント磁石１２を用いてもよい。
図１７はこの発明の実施の形態３による他の構成例を示す断面図であり、セグメント磁石１２を用いた永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示している。

図１８はセグメント磁石１２に段スキューを設けない状態を示す斜視図である。
図１９はこの発明の実施の形態３によるセグメント磁石１２に段スキューを設けた（磁極間の位置をシフトした）状態を示す斜視図である。

図１９のようにセグメント磁石１２を用いた場合においても、セグメント磁石１２を軸方向に２段以上に分割して、軸方向の磁極間の貼り付け位置をシフトすることにより、前述の実施の形態１と同様に、コギングトルクの４ｆ成分を十分に抑制することが可能となる。

また、この場合も、永久磁石式同期モータのスキュー角度θに対するモータ出力特性は図１６に示した通りであり、リング磁石１１の場合と同様にモータ出力特性が向上する。
なお、図１４〜図１９においては、リング磁石１１またはセグメント磁石１２（ロータ１）の磁極数が１０極の場合を示しているが、これに限定されることはなく、前述と同様に、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が２／７となる１４極のロータ１と組み合わせて、１４極１２スロットのモータ構成であってもよい。

以上のように、この発明の実施の形態３（図１、図１４、図１９）に係る永久磁石式同期モータは、円環状に形成されて巻線が施されたＺ個（Ｚは自然数）のステータスロット２１と、ステータスロット２１の円環状内に配置されたロータ１と、ロータと一体構成されてステータスロット２１と対向するように配置された２Ｐ極（Ｐは自然数）のリング磁石１１またはセグメント磁石１２（永久磁石）とを備え、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が２／５または２／７となるように構成されている。

リング磁石１１またはセグメント磁石１２のステータスロット２１との対向面には、ロータ１の軸方向に対して電気角度が４２度〜１２８度となるように、少なくとも２段以上の段スキューが設けられている。
これにより、前述の実施の形態１、２と同様に、コギングトルクの４ｆ成分を十分に抑制するとともに、段スキューにおけるモータ出力特性（図１６）のように、前述の連続スキューを設けた場合よりも基本波の低減を小さくできるので、出力特性を向上させることも可能となる。

（実施例４）
なお、上記実施の形態３（図１４、図１９）では、２段のリング磁石１１またはセグメント磁石１２を用いて段スキューを形成したが、図２０、図２１のように、３段のリング磁石１１ａ〜１１ｃまたはセグメント磁石１２ａ〜１２ｃを用いて、中央部で対称関係となるように段スキューを形成し、前述の実施の形態２と同様に、ロータ１の回転方向に対するスキュー角度θの始まりの位置と終わりの位置とが等しくなるように構成してもよい。

図２０（図２１）はこの発明の実施の形態４に係る永久磁石式同期モータのロータ１およびリング磁石１１（セグメント磁石１２）を示す斜視図であり、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、この発明の実施の形態４の全体構成は、図１に示した通りである。

図２０（図２１）において、リング磁石１１（セグメント磁石１２）のうち、軸方向の両端部のリング磁石１１ａ、１１ｃ（セグメント磁石１２ａ、１２ｃ）の回転方向位置は同一に設定されている。
また、軸方向の中央部のリング磁石１１ｂ（セグメント磁石１２ｂ）の回転方向位置は、両端部の磁石に対してスキュー角度θだけシフトされている。

さらに、両端部のリング磁石１１ａ、１１ｃ（セグメント磁石１２ａ、１２ｃ）の各軸方向の長さＨａ、Ｈｃは同一値に設定されており、これら両端部の磁石長さの和（Ｈａ＋Ｈｃ）は、中央部のリング磁石１１ｂ（セグメント磁石１２ｂ）の磁石長さＨｂと同一値に設定されている。

これにより、コギングトルクの４ｆ成分を確実に抑制しつつ、前述の実施の形態２と同様に、モータ電流を通電して負荷をかけた状態において、スキューによって軸方向に発生するスラスト力を無くすことが可能となる。
特に、両端部の磁石長さの和（Ｈａ＋Ｈｃ）と、中央部の磁石長さＨｂとを同一値に設定することにより、スラスト力を確実に相殺することができる。

なお、図２０、図２１においては、リング磁石１１またはセグメント磁石１２（ロータ１）の磁極数が１０極の場合を示しているが、これに限定されることはなく、前述と同様に、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が２／７となる１４極のロータ１と組み合わせて、１４極１２スロットのモータ構成であってもよい。
また、ここでは、３段の段スキューを構成したが、スキュー角度の始まりの位置と終わりの位置とが等しくなればよく、任意数の（２ｎ＋１）段（ｎは自然数）で構成することが可能である。

（実施例５）
なお、上記実施の形態１〜４（図７〜図２１）においては、コギングトルクの４ｆ成分を抑制するために、ロータ１側にスキューを設けたが、図２２〜図３３に示すように、ステータ２側（ステータスロット２１）にスキューを設けてもよい。
この場合、ロータ１としては、たとえば、スキューが設けられていない構成（図６、図１８参照）も適用可能となる。また、この発明の実施の形態５の全体構成は、図１に示した通りである。

図２２〜図３３はこの発明の実施の形態５によるステータスロット２１を示しており、図２２は連続スキューを設けた場合のステータスロット２１の１ティースの軸方向上端部の断面形状を示す断面図である。
また、図２３は連続スキューを設けた場合のステータスロット２１の１ティースの軸方向下端部の断面形状を示す断面図である。

図２４は図２２および図２３（軸方向の手前側および奥側）の上下断面形状を有するステータスロット２１の１ティースを示す斜視図である。
図２４において、ステータスロット２１の１ティース形状は、ティース端面のみが軸方向に変化することにより連続スキューを形成しており、前述と同様のスキュー角度θを有している。

図２５は図２４のティースを複数個配列してステータ２を製作した場合の内面構造を示す斜視図であり、図２６は図２５のステータスロット２１のティース端面形状を平面的に示す展開図である。
図２２〜図２６に示すステータスロット２１を用いた永久磁石式同期モータにおいて、スキュー角度θに対するコギングトルクの関係は、前述の図８に示した通りである。

なお、図２２〜図２６のようにステータスロット２１（ステータ２）に連続スキューを設けた場合においても、図２７に示すように、回転方向に関するティース位置を、軸方向の上面（手前）側と下面（奥）側とで同一位置に設定し、中央部分のティース位置をシフトした形状とすることにより、スキューによってロータ１に発生するスラスト力を無くすことが可能となる。

図２７において、ティース端面は、軸方向の上端側と下端側とで同一位置にあり、ティース中央部分が異なる位置関係にある。
図２８は図２７のステータスロット２１の端面形状を平面的に示す展開図である。

なお、図２２〜図２８では、ステータスロット２１に連続スキューを設けたが、図２９〜図３３に示すように、ステータスロット２１に段スキューを設けてもよい。
図２９は段スキューを設けた場合のステータスロット２１の１ティースを示す斜視図であり、ティースの中央部分でティース端面形状が変化した状態を示している。
図２９において、ステータスロット２１のティース端面は、軸方向に対してティース中央部分以降で点対称形状となっている。

図３０は図２９のティースを複数個配列したステータスロット２１の内面構造を示す斜視図であり、図３１は図３０のステータスロット２１の端面形状を平面的に示す展開図である。
図３０において、ステータスロット２１の各ティースは、軸方向の中心部分まで同一形状となるので、多くの金型を持つ必要がなくなる。
図３０、図３１のように、各ティースの中央部分で端面形状が切り替わる場合においても、前述と同様に、スキュー角度θに対するコギングトルクの４ｆ成分を十分に抑制することができる。

また、図２９〜図３１のように、ステータスロット２１に段スキューを設けた場合も、図３２に示すように、ティースの軸方向の手前側と奥側との位置関係は変わらず、中央部の位置関係のみが変化する形状とすることができる。
図３２において、ステータスロット２１の各ティースの端面は、軸方向の上側と下側とで同一位置にあり、ティース中央部分は異なる位置関係にある。
図３３は図３２のステータスロット２１の端面形成を平面的に示す展開図である。

図３１〜図３３のステータ２を用いた永久磁石式同期モータにおいても、前述と同様にコギングトルクの４ｆ成分に対する抑制効果を達成することができる。
また、図３２のステータ形状とすることのより、スキューによってロータ１に発生するスラスト力を無くすことが可能となる。

以上のように、この発明の実施の形態５（図１、図６、図１８、図２２〜図３３）に係る永久磁石式同期モータは、円環状に形成されて巻線が施されたＺ個（Ｚは自然数）のステータスロット２１と、ステータスロット２１の円環状内に配置されたロータ１と、ロータ１と一体構成されてステータスロット２１と対向するように配置された２Ｐ極（Ｐは自然数）のリング磁石１１またはセグメント磁石１２（永久磁石）とを備え、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が２／５または２／７となるように構成されている。

リング磁石１１またはセグメント磁石１２に対向するステータスロット２１の先端形状には、ロータ１の軸方向に対して電気角度が４２度〜１２８度となる連続スキューまたは段スキューが設けられている。

このように、ステータスロット２１の端面にスキュー構造を設けることにより、前述と同様に、コギングトルクの４ｆ成分を十分に抑制することができる。
また、ロータ１側にもスキューを設けた場合には、別のコギングトルクの成分を抑制することができ、さらにコギングトルクを低減することが可能となる。
さらに、図３２のように、連続スキューまたは段スキューにおいて、スキュー角度の始まりの位置と終わりの位置とを、ロータ１の回転方向に関して等しくなるように設定することにより、スラスト力の発生を抑制することができる。

１ ロータ、２ ステータ、３ フレーム、１１、１１ａ〜１１ｃ リング磁石、１２、１２ａ〜１２ｃ セグメント磁石、２１ ステータスロット、３１ 内径部、θ スキュー角度。

Claims (6)

1. 円環状に形成されて巻線が施されたＺ個（Ｚは自然数）のステータスロットと、
   前記ステータスロットの円環状内に配置されたロータと、
   前記ロータと一体構成されて前記ステータスロットと対向するように配置された２Ｐ極（Ｐは自然数）の永久磁石と
   を備え、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が２／５または２／７となるように構成された永久磁石式同期モータにおいて、
   前記ステータスロットを有するステータを固定するためのフレームの外側が四角形状を有し、コギングトルクの４ｆ成分が大きく発生する環境下で、前記ステータの磁気的なアンバランスに起因した脈動成分が許容脈動値以下となるように抑制し、かつ、モータ出力が許容出力値以上となるように前記モータ出力の低減量を抑制するように、
   前記永久磁石の前記ステータスロットとの対向面には、前記ロータの軸方向に対して電気角度が４２度〜１２８度となる連続スキューが設けられたことを特徴とする永久磁石式同期モータ。
2. 前記連続スキューは、前記ロータの軸方向のスキュー角度の始まりの位置と終わりの位置とが、前記ロータの回転方向に関して等しくなるように設けられたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式同期モータ。
3. 円環状に形成されて巻線が施されたＺ個（Ｚは自然数）のステータスロットと、
   前記Ｚ個のステータスロットの円環状内に配置されたロータと、
   前記ロータと一体構成されて前記ステータスロットと対向するように配置された２Ｐ極（Ｐは自然数）の永久磁石と
   を備え、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が２／５または２／７となるように構成された永久磁石式同期モータにおいて、
   前記ステータスロットを有するステータを固定するためのフレームの外側が四角形状を有し、コギングトルクの４ｆ成分が大きく発生する環境下で、前記ステータの磁気的なアンバランスに起因した脈動成分が許容脈動値以下となるように抑制し、かつ、モータ出力が許容出力値以上となるように前記モータ出力の低減量を抑制するように、
   前記永久磁石の前記ステータスロットとの対向面には、前記ロータの軸方向に対して電気角度が４２度〜１２８度となるように、少なくとも２段以上の段スキューが設けられたことを特徴とする永久磁石式同期モータ。
4. 前記段スキューは、２ｎ＋１段（ｎは自然数）で構成され、スキュー角度の始まりの位置と終わりの位置とが、前記ロータの回転方向に関して等しくなるように設けられたことを特徴とする請求項３に記載の永久磁石式同期モータ。
5. 円環状に形成されて巻線が施されたＺ個（Ｚは自然数）のステータスロットと、
   前記Ｚ個のステータスロットの円環状内に配置されたロータと、
   前記ロータと一体構成されて前記ステータスロットと対向するように配置された２Ｐ極（Ｐは自然数）の永久磁石と
   を備え、Ｚ／｛３（相）×２Ｐ｝の値が２／５または２／７となるように構成された永久磁石式同期モータにおいて、
   前記ステータスロットを有するステータを固定するためのフレームの外側が四角形状を有し、コギングトルクの４ｆ成分が大きく発生する環境下で、前記ステータの磁気的なアンバランスに起因した脈動成分が許容脈動値以下となるように抑制し、かつ、モータ出力が許容出力値以上となるように前記モータ出力の低減量を抑制するように、
   前記永久磁石に対向する前記ステータスロットの先端形状には、前記ロータの軸方向に対して電気角度が４２度〜１２８度となる連続スキューまたは段スキューが設けられたことを特徴とする永久磁石式同期モータ。
6. 前記連続スキューまたは前記段スキューは、スキュー角度の始まりの位置と終わりの位置とが、前記ロータの回転方向に関して等しくなるように設けられたことを特徴とする請求項５に記載の永久磁石式同期モータ。

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