JP5758488B2 - 永久磁石型モータ - Google Patents

Description

この発明は、永久磁石型モータの固定子に係り、特に、コギングトルクを低減させるための固定子鉄心の構造に関する。

回転電機の固定子の構造としては、円管状に一体で鉄心を構成する構造がある。本構造は固定子内径を略真円形状に形成できるため、モータのギャップ部分のパーミアンス脈動によるコギングトルクが発生しにくいという利点がある。一方、円状に鉄心を形成する必要があるため、特に積層鉄心を用いる場合、内外周部分の材料を利用できず、材料歩留まりが悪く、また内周の狭いスロット部分に導体を巻き回すために導体の占積率が低くなるという課題があった。

この問題を解決するために、固定子に折り曲げ可能な連結部を構成し、直線状に展開した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
本構造は、従来の円管状に一体で鉄心を構成する構造に対し、材料歩留まりがよく、また巻線が容易であるという利点がある。

また、固定子ティース数Ｌに対し、固定子をティース毎にＬ個に分割した鉄心を連結して構成する構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
本構造は、従来の円管状に一体で鉄心を構成する構造に対し、材料歩留まりがよく、また巻線が容易であるという利点がある。

特許３０１７０８５号公報（段落［００１８］、［００１９］図１） 特開２００６−３０４４９５号公報（段落［００１６］〜［００１９］図１）

特許文献１の構造では、直線状の鉄心を折り曲げて円管状にするために、固定子内径が真円形状とならず、特に直線の端部同士を付き合せる部位は不連続となるため、他の折り曲げ部とは異なる内周形状となる。また、このような内径形状の歪みにより、モータのギャップ部分のパーミアンス脈動が発生し、特に回転子の極数Ｋに依存するコギングトルクのＫ次成分が増大するという課題がある。

特許文献２の構造では、部品点数が多く鉄心同士の連結や巻線された導体の接続など作業性が悪く、また分割鉄心の連結時に内径部にティース毎に不連続部が発生し、内径形状の歪みにより、モータのギャップ部分のパーミアンス脈動が発生し、コギングトルクが増大するという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するため、固定子内径形状の歪みを有する回転子の極数がＫである永久磁石型モータにおいて、永久磁石型モータのギャップ部分のパーミアンス脈動におけるコギングトルクのＫ次成分を大幅に低減することを目的とする。

第１の発明に係る永久磁石型モータは、回転子の極数をＫ、固定子の固定子鉄心の部分鉄心の数をＮとし、整数ｍに対してｍＮ≠Ｋの関係が成立し、回転子の回転軸に垂直な平面上において部分鉄心の嵌合部からの角度がθである固定子鉄心の回転子に対向する面上の点までの回転軸中心からの距離を内径ｒ（θ）と定義し、θが取り得る０〜３６０°／Ｎの値に対して、ｉ＝１〜Ｎ（Ｎは整数）とした場合、
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
のＮ個の値が同等となるように構成することで、Ｎ個の任意の２つの値の差の絶対値が所定の値以下とし、
Ｎ個の値
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
の中の任意の２つの値の差の絶対値における、θに対する最大値Δｍａｘを求め、さらに、固定子鉄心の軸方向高さ方向における、最大値Δｍａｘの平均値ΔＭを取ったとき、Ｌｍ：永久磁石の厚み（ｍ）、μｒ：リコイル比透磁率、ｇ：エアギャップ長（ｍ）、Ｂｒ：永久磁石の残留磁束密度（Ｔ）として、

で計算されるパラメータを所定の値以下とし、Ｎ個の部分鉄心は同一の打ち抜き型で打ち抜かれているものである。
第２の発明に係る永久磁石型モータは、回転子の極数をＫ、固定子の固定子鉄心の部分鉄心の数をＮとし、整数ｍに対してｍＮ≠Ｋの関係が成立し、回転子の回転軸に垂直な平面上において部分鉄心の嵌合部からの角度がθである固定子鉄心の回転子に対向する面上の点までの回転軸中心からの距離を内径ｒ（θ）と定義し、θが取り得る０〜３６０°／Ｎの値に対して、ｉ＝１〜Ｎ（Ｎは整数）とした場合、
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
のＮ個の値が同等となるように構成することで、Ｎ個の任意の２つの値の差の絶対値が所定の値以下とし、
Ｎ個の値
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
の最大値ｒ（θ）ｍａｘ、最小値ｒ（θ）ｍｉｎに対して３６０°／Ｎ毎の周期的な形状差Δ（θ）＝ｒ（θ）ｍａｘ−ｒ（θ）ｍｉｎに対し、Ｌｍ：永久磁石の厚み（ｍ）、μｒ：リコイル比透磁率、ｇ：エアギャップ長（ｍ）、Ｂｒ：永久磁石の残留磁束密度（Ｔ）として、

で計算されるパラメータを所定の値以下とし、Ｎ個の部分鉄心は同一の打ち抜き型で打ち抜かれているものである。
第３の発明に係る永久磁石型モータは、回転子の極数をＫ、固定子の固定子鉄心の部分鉄心の数をＮとし、整数ｍに対してｍＮ≠Ｋの関係が成立し、回転子の回転軸に垂直な平面上において部分鉄心の嵌合部からの角度がθである固定子鉄心の回転子に対向する面上の点までの回転軸中心からの距離を内径ｒ（θ）と定義し、θが取り得る０〜３６０°／Ｎの値に対して、ｉ＝１〜Ｎ（Ｎは整数）とした場合、
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
のＮ個の値が同等となるように構成することで、Ｎ個の任意の２つの値の差の絶対値が所定の値以下とし、さらに、固定子のスロット数をＬとし、整数ｎに対してＬ／Ｎ＝ｎの関係が成立し、Ｎ個の部分鉄心は同一の打ち抜き型で打ち抜かれているものである。

第１の発明に係る永久磁石型モータは、回転子の極数をＫ、固定子の固定子鉄心の部分鉄心の数をＮとし、整数ｍに対してｍＮ≠Ｋの関係が成立し、回転子の回転軸に垂直な平面上において部分鉄心の嵌合部からの角度がθである固定子鉄心の回転子に対向する面上の点までの回転軸中心からの距離を内径ｒ（θ）と定義し、θが取り得る０〜３６０°／Ｎの値に対して、ｉ＝１〜Ｎ（Ｎは整数）とした場合、
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
のＮ個の値が同等となるように構成することで、Ｎ個の任意の２つの値の差の絶対値が所定の値以下とし、
Ｎ個の値
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
の中の任意の２つの値の差の絶対値における、θに対する最大値Δｍａｘを求め、さらに、固定子鉄心の軸方向高さ方向における、最大値Δｍａｘの平均値ΔＭを取ったとき、Ｌｍ：永久磁石の厚み（ｍ）、μｒ：リコイル比透磁率、ｇ：エアギャップ長（ｍ）、Ｂｒ：永久磁石の残留磁束密度（Ｔ）として、

で計算されるパラメータを所定の値以下とし、Ｎ個の部分鉄心は同一の打ち抜き型で打ち抜かれているものであるため、固定子内径形状の歪みを有しても、永久磁石型モータのギャップ部分のパーミアンス脈動におけるコギングトルクのＫ次成分を大幅に低減することができる。
第２の発明に係る永久磁石型モータは、回転子の極数をＫ、固定子の固定子鉄心の部分鉄心の数をＮとし、整数ｍに対してｍＮ≠Ｋの関係が成立し、回転子の回転軸に垂直な平面上において部分鉄心の嵌合部からの角度がθである固定子鉄心の回転子に対向する面上の点までの回転軸中心からの距離を内径ｒ（θ）と定義し、θが取り得る０〜３６０°／Ｎの値に対して、ｉ＝１〜Ｎ（Ｎは整数）とした場合、
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
のＮ個の値が同等となるように構成することで、Ｎ個の任意の２つの値の差の絶対値が所定の値以下とし、
Ｎ個の値
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
の最大値ｒ（θ）ｍａｘ、最小値ｒ（θ）ｍｉｎに対して３６０°／Ｎ毎の周期的な形状差Δ（θ）＝ｒ（θ）ｍａｘ−ｒ（θ）ｍｉｎに対し、Ｌｍ：永久磁石の厚み（ｍ）、μｒ：リコイル比透磁率、ｇ：エアギャップ長（ｍ）、Ｂｒ：永久磁石の残留磁束密度（Ｔ）として、

で計算されるパラメータを所定の値以下とし、Ｎ個の部分鉄心は同一の打ち抜き型で打ち抜かれているものであるため、固定子内径形状の歪みを有しても、永久磁石型モータのギャップ部分のパーミアンス脈動におけるコギングトルクのＫ次成分を大幅に低減することができる。
第３の発明に係る永久磁石型モータは、回転子の極数をＫ、固定子の固定子鉄心の部分鉄心の数をＮとし、整数ｍに対してｍＮ≠Ｋの関係が成立し、回転子の回転軸に垂直な平面上において部分鉄心の嵌合部からの角度がθである固定子鉄心の回転子に対向する面上の点までの回転軸中心からの距離を内径ｒ（θ）と定義し、θが取り得る０〜３６０°／Ｎの値に対して、ｉ＝１〜Ｎ（Ｎは整数）とした場合、
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
のＮ個の値が同等となるように構成することで、Ｎ個の任意の２つの値の差の絶対値が所定の値以下とし、さらに、固定子のスロット数をＬとし、整数ｎに対してＬ／Ｎ＝ｎの関係が成立し、Ｎ個の部分鉄心は同一の打ち抜き型で打ち抜かれているものであるため、固定子内径形状の歪みを有しても、永久磁石型モータのギャップ部分のパーミアンス脈動におけるコギングトルクのＫ次成分を大幅に低減することができる。

この発明の実施の形態１の永久磁石型モータに係る断面図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石型モータに係る固定子の平面図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石型モータに係る組立前の固定子の平面図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石型モータに係る固定子内径形状の模式図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石型モータに係る固定子内径形状の模式図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石型モータに係る固定子内径形状の説明図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石型モータに係る固定子内径形状の説明図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石型モータに係るコギングトルク低減原理説明図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石型モータに係るコギングトルク低減原理説明図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石型モータに係る固定子内径形状とコギングトルクの関係図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石型モータに係る固定子内径形状とコギングトルクの関係図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石型モータに係る固定子内径形状とコギングトルクの関係図である。 この発明の実施の形態１の永久磁石型モータに係る永久磁石とエアギャップの説明図である。 この発明の実施の形態２の永久磁石型モータに係る断面図である。 この発明の実施の形態２の永久磁石型モータに係る組立前の固定子の平面図である。 この発明の実施の形態２の永久磁石型モータに係る嵌合部の側面図である。 この発明の実施の形態２の永久磁石型モータに係る巻線時の部分鉄心の平面図である。 この発明の実施の形態２の永久磁石型モータに係る固定子内径形状の模式図である。 この発明の実施の形態２の永久磁石型モータに係る固定子内径形状の模式図である。 この発明の実施の形態３の永久磁石型モータに係る断面図である。 この発明の実施の形態３の永久磁石型モータに係る組立前の部分鉄心の平面図である。 この発明の実施の形態３の永久磁石型モータに係る組立途中の部分鉄心の平面図である。 この発明の実施の形態３の永久磁石型モータに係る固定子内径形状の模式図である。 この発明の実施の形態３の永久磁石型モータに係る固定子内径形状の模式図である。 この発明の実施の形態３の永久磁石型モータに係る部分鉄心端部の嵌合部図である。 この発明の実施の形態４の永久磁石型モータに係る断面図である。 この発明の実施の形態４の永久磁石型モータに係る組立前の部分鉄心の平面図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態１について、図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る永久磁石型モータ１の断面図、図２は固定子の平面図、図３は組立前の固定子の平面図、図４、５は固定子内径形状の模式図、図６、７は固定子内径形状の説明図、図８、９はコギングトルク低減原理説明図、図１０〜１２は固定子内径形状とコギングトルクの関係図、図１３は永久磁石とエアギャップの説明図である。

以下、この発明の実施の形態１に係る永久磁石型モータ１の構成、機能を最初に説明し、次に、本発明によるコギングトルク低減の原理を説明する。

この発明の実施の形態１に係る永久磁石型モータ１の構成、機能を図１〜７に基づいて説明する。
図１において、永久磁石型モータ１は、固定子２と回転子３から構成され、回転子３は１０極、固定子２は１２スロットを備える。
固定子２は、固定子鉄心４、電機子巻線５、ヨーク６、部分鉄心１０、１１、１２、ティース１３、薄肉部１４、嵌合部１５、およびボビン１６から構成されている。回転子３は、回転軸７、回転子鉄心８、および永久磁石９から構成されている。なお、薄肉部は、実施の形態２で後述する連結部の一種である。

固定子鉄心４は、プレス金型により打ち抜かれた電磁鋼板等の板状磁性材料をカシメ等の手段により積層されており、部分鉄心１０、１１、１２は同一の金型により打ち抜かれたものである。
また、部分鉄心１０、１１、１２は、それぞれ４個のティース１３が外周の薄肉部１４で連結されており、図３に示す状態で金型により打ち抜き・積層された後、ボビン１６を組付け、巻線した後に薄肉部１４を折り曲げて円弧状に成形する。
電機子巻線５は、図２に示すように同一部分鉄心で２組、隣り合う２ティース分が連続して巻線されている。
部分鉄心１０、１１、１２の端部には、それぞれ凹凸の嵌合部１５が設けられており、径方向に隙間δ_Ａ（図３のδ_Ａ＝Ｈ−ｈ）を設けて挿入可能な構造となっている。
巻線後、円弧状に成形された部分鉄心１０、１１、１２をそれぞれ端部の嵌合部１５を挿入して円管状に構成した後、嵌合部外周を溶接により固定し、電機子巻線の巻線導体端末の接続（図示せず）、及びヨークへの圧入を行い、固定子２を形成している。

以上のように構成された固定子２は、同一のプレス金型で打ち抜かれた部分鉄心１０、１１、１２を１２０度ごとに配置し、かつ部分鉄心１０、１１、１２間の嵌合を隙間δ_Ａで配置し、プレス金型の打ち抜きや積層による形状差をδ_Ｂとする。図１、４に示すように、回転子の回転軸に垂直な平面上において部分鉄心の嵌合部からの角度がθである固定子鉄心の回転子に対向する面上の点までの回転軸中心からの距離を内径ｒ（θ）と定義する。θが取り得る０〜３６０°／３の値に対する
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／３）＝ｒ（θ＋１２０°）、
ｒ（θ＋２＊３６０°／３）＝ｒ（θ＋２４０°）
のうち、最大値ｒ（θ）ｍａｘ、最小値ｒ（θ）ｍｉｎに対して３６０°／Ｎ＝１２０°毎の周期的な形状差Δ（θ）は
Δ（θ）＝ｒ（θ）ｍａｘ−ｒ（θ）ｍｉｎ≦δ_Ａ＋δ_Ｂ
とすることができる。
一方、固定子に折り曲げ可能な連結部を１１箇所構成し、直線状に展開した構造の場合の内径真円度をφとすると、同じく角度θ（０〜３６０°）に対する１２０°毎の形状差Δ´（θ）は
Δ´（θ）＝ｒ（θ）ｍａｘ−ｒ（θ）ｍｉｎ≦２φ
となる。

例として実現可能な値として、δ_Ａ＝２０μｍ、δ_Ｂ＝２０μｍ、φ＝１００μｍとすると、
Δ（θ）≦δ_Ａ＋δ_Ｂ＝４０μｍ
Δ´（θ）≦２φ＝２００μｍ
となり、Δ´（θ）＞Δ（θ）となる可能性が高いことが分かる。

また、嵌合部１５に径方向の位置ずれを含む部分鉄心３個からなる固定子２の内径形状を図４に示す。本発明の実施の形態１の構造と対比するため、図４の固定子の内径真円度と同等の真円度を有し、折り曲げ可能な連結部を１１箇所有する固定子を考える。直線状に展開した構造で、かつ展開状態の端部同士を接続した部分に、径方向の位置ずれによる内径形状の例を図５に示す。
これらの１２０°毎の内径寸法を、それぞれ図６、７に示す。同じ内径真円度を有しているが、３個の部分鉄心からなる図６の固定子の周期的な形状差Δ_Ａ（θ）、一体の展開時直線状構造の鉄心からなる図７の固定子の形状差Δ_Ｂ（θ）を比較すると、Δ_Ａ（θ）＜Δ_Ｂ（θ）となることは明らかである。
これにより、図６の固定子のときのコギングトルクは、図７の固定子のときのコギングトルクよりも大幅に小さくなるという効果が得られることがわかる。

次に、本発明によるコギングトルク低減の原理を説明する。
図８は、コギングトルク低減原理を説明するための図である。回転子鉄心８の外側に永久磁石９が周方向に１０個配置されて回転子３を構成している。永久磁石９の着磁方向は互いに隣り合う永久磁石９で逆方向となっている。回転子３の外側にある固定子鉄心４の内径をｒ（θ）で表す。ただし、ここでは簡略化してスロット開口部などは省略するとともに、模式的に示している。また、θは固定子２に固定した座標系での角度位置を表す。図８では固定子鉄心４の内径ｒ（θ）はＰ１とＰ２とＰ３で示した３ヶ所において変動している状態、すなわち永久磁石型モータの空隙部分におけるパーミアンスがＰ１、Ｐ２、Ｐ３において変動している状態を示している。Ｐ１とＰ２とＰ３の角度位置は１２０°の間隔で、等間隔に並んだ配置となっている。

このような固定子鉄心４の内径ｒ（θ）のときに、どのようなコギングトルクが発生するかについて考える。回転子３に発生するコギングトルクＴｃ（ξ）は、Ｐ１におけるパーミアンスの変動によって発生するコギングトルクＴ１（ξ）と、Ｐ２におけるパーミアンスの変動によって発生するコギングトルクＴ２（ξ）と、Ｐ３におけるパーミアンスの変動によって発生するコギングトルクＴ３（ξ）の和であると考えることができる。すなわち、
Ｔｃ（ξ）＝Ｔ１（ξ）＋Ｔ２（ξ）＋Ｔ３（ξ）
なる関係が成り立つ。ただし、ここでξは回転子の回転角度を表している。

次に、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３におけるパーミアンスの変動が等価であった場合について考える。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３におけるパーミアンスの変動が等価であれば、コギングトルクＴ１（ξ）、Ｔ２（ξ）、Ｔ３（ξ）の波形は同じで、その位相が異なったものとなる。また、その波形は回転子一回転で永久磁石型モータの極数と一致する回数脈動する波形となる。これは、回転子３が一回転する間に、永久磁石９がちょうど極数と一致する回数だけ、パーミアンスの変動部（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を通過するからである。これを簡略化するため、コギングトルクを規格化して示すと、Ｐ１におけるパーミアンスの変動によって発生するコギングトルクは、この永久磁石型モータの極数が１０であることに着目して、
Ｔ１（ξ）＝ｓｉｎ（１０ξ）
と表すことができる。
また、Ｐ２、Ｐ３のパーミアンスの変動によって発生するコギングトルクは、その位相がずれたと考えられるため、Ｔ１を用いて表すことができる。それぞれ、
Ｔ２（ξ）＝Ｔ１（ξ−１２０°）＝ｓｉｎ（１０ξ−１２００°）
＝ｓｉｎ（１０ξ−１２０°）
Ｔ３（ξ）＝Ｔ１（ξ−２４０°）＝ｓｉｎ（１０ξ−２４００°）
＝ｓｉｎ（１０ξ−２４０°）
となる。
Ｔ１（ξ）、Ｔ２（ξ）、Ｔ３（ξ）を図９に図示する。図９において、Ｔ１（ξ）、Ｔ２（ξ）、Ｔ３（ξ）は、互いに１２０°だけ位相がずれた３つの正弦波となるので、結果的に、
Ｔｃ（ξ）＝Ｔ１（ξ）＋Ｔ２（ξ）＋Ｔ３（ξ）＝０
となり、コギングトルクはキャンセルされてしまう。

すなわち、１２０°間隔で離れた３つの位置における内径ｒ（θ）が等価であれば、内径形状が真円からずれて、歪んだ形状となっていたとしても、脈動数が極数に一致するコギングトルクが発生しないことを示している。
換言すれば、θが取り得る０〜３６０°／３の値に対して
ｒ（θ）
ｒ（θ＋１２０°）
ｒ（θ＋２４０°）
の３つの値が同じ値か、ほぼ同じ値となっていれば、内径形状が真円からずれて、歪んだ形状となっていたとしても、脈動数が極数に一致するコギングトルクがほとんど発生しない。

これは、以下のように一般化できる。Ｎを正の整数としたときに、回転子の回転軸に垂直な平面上において部分鉄心の嵌合部からの角度がθである固定子鉄心の回転子に対向する面上の点までの回転軸中心からの距離を内径ｒ（θ）と定義し、θが取り得る０〜３６０°／Ｎの値に対して、
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
のＮ個の値が、同じ値か、ほぼ同じ値となっていれば、固定子鉄心４の内径形状が真円からずれて、歪んだ形状となっていたとしても、脈動数が極数に一致するコギングトルクがほとんど発生しない。
さらには、上記値の中の任意の２つの値の差の絶対値が所定の値以下であれば、脈動数が極数に一致するコギングトルクを大幅に抑制できるということを示している。

ただし、Ｎが永久磁石型モータの極数に一致する場合は、コギングトルクを低減できないことに注意する必要がある。
図８では、１２０°（＝３６０°／３）間隔、すなわちＮ＝３の例を示した。ここでＮ＝１０の場合を考えると、Ｐ１のパーミアンスの変動によるコギングトルクが
Ｔ１（ξ）＝ｓｉｎ（１０ξ）
で表される場合、Ｐ２がＰ１から３６０°／１０＝３６°離れた位置とすると、そのパーミアンスの変動によるコギングトルクは
Ｔ２（ξ）＝Ｔ１（ξ−３６°）＝ｓｉｎ（１０ξ−３６０°）＝Ｔ１（ξ）
となって、Ｔ１（ξ）に一致してしまう。以下同様に考えることができ、
Ｔｃ（ξ）＝Ｔ１（ξ）＋Ｔ２（ξ）＋・・・＋Ｔ１０（ξ）＝１０×ｓｉｎ（１０ξ）
となり、コギングトルクがキャンセルされずに、逆に振幅が大きくなってしまう。
したがって、Ｎが永久磁石型モータ１の極数に一致した場合は、コギングトルク低減効果を得ることはできない。

さらに、永久磁石型モータ１の極数をＫとしたとき、Ｎ＝ｍＫ（ｍは整数）なるｍが存在する場合は、永久磁石型モータの空隙部分のパーミアンス脈動にＫ次成分が含まれてしまうため、コギングトルク低減ができない。したがって、Ｋ次のパーミアンス脈動がほとんど出ないようにするためには、整数ｍに対してｍＮ≠Ｋの関係が成り立つ必要がある。

以上説明したように、実施の形態１の永久磁石型モータ１は、回転子の極数であるＫ次のコギングトルクを低減する効果が得られる。
永久磁石型モータ１は、固定子鉄心４と固定子鉄心４に巻き回された電機子巻線５とを具備した固定子２と、回転軸７と回転子鉄心８と永久磁石９を具備した回転子３とを有し、固定子鉄心４において回転子３に対向する部分の形状が、回転子３の回転軸７を中心として描いた真円形状と比較して歪んだ形状をなしている。
ここで、部分鉄心１０の嵌合部１５からの角度がθである回転子３の回転軸７の中心から固定子鉄心４の回転子３に対向する面上の点までの距離を内径ｒ（θ）と定義し（θは０〜３６０°／Ｎの値を取る）、正の整数Ｎに対して定義されるＮ個の値、
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
の中の任意の２つの値の差の絶対値が所定の値以下であり、さらにＮは回転子３の極数をＫとしたとき、整数ｍに対してｍＮ≠Ｋの関係が成り立つような構成とする。このように構成することで、固定子鉄心４の回転子３に対向する部分の形状（内径形状）が真円でないにもかかわらず、永久磁石型モータ１のギャップ部分のパーミアンス脈動における空間１０次成分が非常に小さくできるため、コギングトルクの１０次成分を大幅に低減することができるという効果が得られる。

具体例として、固定子外径が直径８０ｍｍ、回転子外径が直径４０ｍｍ、コア長６０ｍｍ、エアギャップ長０．６ｍｍ、永久磁石の厚さ２．７５ｍｍ、永久磁石の残留磁束密度１．２９Ｔの定格トルク５Ｎｍの電動パワーステアリング装置用永久磁石型モータについて、固定子内径形状とコギングトルクについて検討した。
内径形状の真円度とコギングトルクのＫ次成分の関係について、図１０にプロットした。○は、従来の永久磁石型モータの例であり、●は、本発明を適用した永久磁石型モータの例である。
ここで、Ｋは永久磁石型モータの極数であり、真円度は最大内径と最小内径の差異としている。図１０を見ると、真円度が大きくても、コギングトルクの小さいものが見られる一方で、真円度が小さくても、コギングトルクが大きいものが見られる。すなわち、真円度とコギングトルクＫ次成分は相関が見られない。

次に、部分鉄心１０の嵌合部１５からの角度がθである回転子３の回転軸７に垂直な平面内で回転子３の回転軸７の中心から固定子鉄心４の回転子３に対向する面上の点までの距離を内径ｒ（θ）と定義する（θは０〜３６０°／Ｎの値を取る）。
正の整数Ｎに対して定義されるＮ個の値、
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
を求める。さらに、Ｎ個の値の中の任意の２つの値の差の絶対値における、θに対する最大値を求め、さらに、固定子鉄心４の軸方向高さ方向における最大値の平均値を求め、コギングトルクとの相関について確認した。ここで、固定子鉄心の軸方向高さとは、プレス金型により打ち抜かれた電磁鋼板等の板状磁性材料をカシメ等の手段により積層された固定子鉄心の厚さである。後述する実施の形態２の図１０において、Ａが固定子鉄心の軸方向高さに相当する。

次に、この相関の計算方法を手順に従って説明する。
まず、手順１では、モータの回転軸に垂直な平面上において、部分鉄心１０の嵌合部１５からの角度がθである回転子３の回転軸７の中心から固定子鉄心４の回転子３に対向する面上の点までの距離を内径ｒ（θ）と定義し（θは０〜３６０°／Ｎの値を取る）、
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
について定義し、任意の２つの値の差の絶対値を取る。

次に、手順２では、固定子鉄心４の回転子３に対向する面において、すなわちスロット開口部とその周辺を除く部分において、θを変化させ、上記手順１で計算した「任意の２つの値の差の絶対値」の最大値Δｍａｘを求める。

次に、手順３では、手順１と手順２について、固定子鉄心４の軸方向高さ方向を変化させて行い、各軸方向高さにおける最大値Δｍａｘを計算する。その結果から、最大値Δｍａｘの軸方向での平均値ΔＭを計算する。

以上の手順で計算したΔＭとコギングトルクＫ次成分の関係について求めた結果を図１１に示す。図１０と異なり、ΔＭとコギングトルクのＫ次成分には相関がみられ、ΔＭが大きいほどコギングトルクのＫ次成分が大きくなる傾向が見られる。

電動パワーステアリング装置において、そのモータのコギングトルクを１５ｍＮｍ以下にしておけば、良好な操舵感覚を得ることができると同時に、振動騒音の小さい電動パワーステアリング装置を得ることができる。
したがって、ΔＭを２０μｍ以下となる構成としておけば、コギングトルクのＫ次成分を１５ｍＮｍ以下とできるため、上で述べた効果がより顕著に得られる。
なお、ここでΔＭを軸方向の平均値とした理由を説明する。局所的に固定子内径形状の歪みが大きいところがあっても、一部であればコギングトルクへの影響は一般に小さいといえる。したがって、平均値として２０μｍ以下となる構成としておけば、コギングトルクを低減できる。

また、Ｎ個の値
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
・・・、
ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
の最大値ｒ（θ）ｍａｘ、最小値ｒ（θ）ｍｉｎに対して３６０°／Ｎ毎の周期的な形状差Δ（θ）＝ｒ（θ）ｍａｘ−ｒ（θ）ｍｉｎを２０μｍ以下としても上記と同様の効果が得られる。

従来例と異なるのは、固定子鉄心４の内径形状が真円からずれて、歪んでいるにもかかわらず、コギングトルクが小さくできるという点である。
図１０と図１１は同じ永久磁石型モータについて評価した結果であり、この結果から、真円度が大きい場合、すなわち、固定子鉄心４の内径形状が真円からずれて、歪んでいる場合であっても、コギングトルクが小さくできるという効果があることを示している。真円度という従来のパラメータでは相関がなかったが、本発明のパラメータΔＭとコギングトルクには相関が見られた。
これは、内径形状が真円から歪んだ形状であるため、溶接などの固定子鉄心４の内径形状を歪ませる要因が含まれる製造工程で製造されても、コギングトルクの小さい永久磁石型モータを得ることができることを示唆している。

また、実施の形態１に係る永久磁石型モータ１は、直線状に展開した部分鉄心構造であることから、円形状の一体鉄心や円弧状の部分鉄心よりも材料歩留まりを向上することが可能であり、かつ巻線が容易となり、高密度巻線が可能となる効果がある。
更に連結前の部分鉄心状態で連続した巻線を行えるため、円管状に鉄心を連結してから結線を行う場合に比べて接続点数を低減でき、結線部の信頼性、及び作業効率が良いという効果がある。
また、本発明の回転電機を電動パワーステアリング駆動用モータに用いることで、ステアリング操舵時のトルク脈動を低減し、スムーズなステアリング操作が可能となる効果がある。

以上、固定子外径が直径８０ｍｍ、回転子外径が直径４０ｍｍ、コア長６０ｍｍ、エアギャップ長０．６ｍｍ、永久磁石の厚さ２．７５ｍｍ、永久磁石の残留磁束密度１．２９Ｔ、定格トルク５Ｎｍのモータの例を示したが、本発明は上記の例以外にも適用できるため一般化して説明する。

コギングトルクは、本発明のパラメータΔＭと相関があることを説明し、図１１からΔＭが大きいほどコギングトルクのＫ次成分が大きくなる傾向があることがわかった。
図１１の例では、ΔＭが２０μｍ以下となる構成としておけば、コギングトルクが低減できた。しかし、モータの設計によってはΔＭの値が変化する。コギングトルクＫ次成分は、モータの空隙磁束密度Ｂ（Ｔ）が大きいほど大きく、空隙に蓄えられる磁気エネルギーの大きさに比例すると見なすことができる。
磁気エネルギーは磁束密度の２乗に比例するため、コギングトルクＫ次成分は空隙磁束密度の２乗に比例すると考えられる。したがって、一般的にはコギングトルクＫ次成分は、ΔＭと空隙磁束密度の２乗の積に比例すると考えられる。

一方、モータの空隙磁束密度Ｂは

［数１］

で近似することができる。
ここで、Ｌｍ：永久磁石の厚み（ｍ）、μｒ：リコイル比透磁率、ｇ：エアギャップ長（ｍ）、Ｂｒ：永久磁石の残留磁束密度（Ｔ）である。
永久磁石の厚み、エアギャップ長について図１３に説明した。永久磁石の厚みは図１３のように最大の厚みとする。したがって、コギングトルクＫ次成分の大きさを示すパラメータとして、ΔＭと空隙磁束密度Ｂの２乗との積である、

［数２］

をパラメータとして定義する。この単位は、ｍＴ^２ （メートル×テスラ^２）である。

この値が所定の値以下となる構成とすれば、モータの設計によらず、コギングトルクＫ次成分を低減できる。さらに、このパラメータを所定の値以下としておけば例で示した固定子外径が直径８０ｍｍ、回転子外径が直径４０ｍｍ、コア長６０ｍｍからモータの外形が変わったとしても、コギングトルクＫ次成分と定格トルクの比が同じ割合すなわち０．０１５Ｎｍ／５Ｎｍ＝０．３％と非常に小さいレベルに抑制できるという効果が得られる。

図１２は図１１の横軸を上記のパラメータに置き換え、縦軸にコギングトルクＫ次成分の定格トルクに対する割合を％値で示した図である。したがって、式（２）で表されるパラメータを２．２×１０^−５（ｍＴ^２）以下となる構成としておけば、コギングトルクのＫ次成分を定格トルクの僅か０．３％以下にまで低減できるという効果が得られる。
また、下記式（３）で表されるパラメータ

［数３］

を定義し、この値が所定の値以下となる構成とすれば、モータの設計によらず、コギングトルクＫ次成分を低減できる。
具体的には、この値が２．２×１０^−５（ｍＴ^２）以下となる構成としておけば、コギングトルクのＫ次成分を定格トルクの僅か０．３％以下にまで低減できるという効果が得られる。

上記で説明したように、実施の形態１の永久磁石型モータでは、一般的に、回転子の極数Ｋ、固定子のスロット数Ｌに対し、整数ｍに対してｍＮ≠Ｋであり、かつ各分割鉄心が有するティースの数をＬ／Ｎ＝ｎ（ｎは整数）にすると、ティースとスロットから生じるパーミアンス脈動の次数が、固定子内周形状の変動によるパーミアンス脈動の整数倍に一致し、永久磁石型モータのギャップ部分のパーミアンス脈動における空間Ｋ次成分をより小さくできるため、コギングトルクのＫ次成分を更に低減することができるという効果が得られる。

また、上記Ｎの値は、整数ｍに対してｍＮ≠Ｋの関係が成立し、かつＬ／Ｎ＝ｎ（ｎは整数）の関係が成立する整数の中で最小の値の分割鉄心を有する永久磁石型モータは、固定子を分割して内径の周期的な歪みを形成する場合、分割数が最小限に抑えられ、組立工数を低減することが可能となる効果が得られる。

さらに、従来の１０極１２スロットの永久磁石型モータは、６極９スロットや、１２極９スロットの場合に比べて基本波の巻線係数が高く、永久磁石の使用量を減らすことができ、モータのコスト低減が可能である。また、６極９スロットや、１２極９スロットの場合に比べて高調波の巻線係数が小さく、トルクリップルを減らすことができ、電動パワーステアリング装置の低振動・低騒音化が実現できる。
一方で、固定子鉄心の内径形状の歪みによってコギングトルクが増大しやすく、個々のモータでのばらつきが大きいという課題があり、特にモータの用途が電動パワーステアリングとする場合には大きな課題であった。
しかし、本発明の実施の形態１の１０極１２スロットの永久磁石型モータは、これを解決でき、かつ分割数が最小限に抑えられ、組立工数を低減することが可能となるので低コスト、低振動・低騒音と低コギングトルクを両立することができる効果が得られる。

実施の形態２．
以下、本願発明の実施の形態２について、図に基づいて説明する。図１４は、この発明の実施の形態２に係る永久磁石型モータ２１の断面図、図１５は組立前の固定子の平面図、図１６は嵌合部の側面図、図１７は巻線時の部分鉄心の平面図、図１８、１９は内径形状の模式図である。図１４において、図１と同一あるいは相当部分には、同一符号を付している。

この発明の実施の形態２に係る永久磁石型モータ２１の構成、機能を図１４〜１９に基づいて説明する。
図１４において、永久磁石型モータ２１は、固定子２２と回転子２３から構成され、回転子２３は１４極、固定子２２は１２スロットを備える。
固定子２２は、固定子鉄心２４、電機子巻線５、ヨーク６、部分鉄心２５、２６、２７、ティース２８、連結部２９、嵌合部３０、およびボビン１６から構成されている。回転子２３は、回転軸７、回転子鉄心８、および永久磁石９から構成されている。

固定子鉄心２４は、プレス金型により円弧状に打ち抜かれた電磁鋼板等の板状磁性材料をカシメ等の手段により積層されており、部分鉄心２５、２６、２７は同一の金型により打ち抜かれたものである。また部分鉄心２５、２６、２７は、それぞれ４個のティース２８がカシメ等の手段により、外周部で回転自在に連結されており（図１５参照）、金型により打ち抜き・積層された後、ボビン１６を組付け、巻線した後に連結部２９で回転させて円弧状に成形する。
部分鉄心２５、２６、２７の端部には、それぞれ凹凸の嵌合部３０を積層方向に交互に配置しており、締め代δ_０を設けて圧入する構造となっている（図１６参照）。

巻線時には部分鉄心を連結部で回転させ、電機子巻線５の巻線部を大きく露出させ、フライヤ巻線機３１等の巻線機構により巻線を行う（図１７参照）。巻線後、円弧状に戻した部分鉄心２５、２６、２７をそれぞれ端部の嵌合部３０を挿入して円管状に構成した後、嵌合部外周を溶接により固定し、電機子巻線５の巻線導体端末の接続、及びヨーク６への圧入を行い、固定子２２を形成している。

以上のように構成された固定子２２は、同一のプレス金型で円弧状に打ち抜かれた部分鉄心２５、２６、２７を１２０度ごとに配置しているため、直線状に打ち抜いた実施の形態１の部分鉄心１０、１１、１２よりも内径形状がより真円に近く、かつ同一金型で打ち抜かれた鉄心であるため、１２０度毎にほぼ同一の内径寸法となる（図１８参照）。また部分鉄心２５、２６、２７間の嵌合を圧入しているため、部分鉄心２５、２６、２７間突合せ部に生じる内径方向の径差も１２０度毎にほぼ同じ量現れる（図１９参照）。このため、周期的な内径形状を容易に形成することができ、切削加工等に比べて高い生産性を得られる効果がある。

実施の形態２の永久磁石型モータ２１は、以上の構成により、０〜３６０°／３のθに対して
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／３）＝ｒ（θ＋１２０°）、
ｒ（θ＋２＊３６０°／３）＝ｒ（θ＋２４０°）
のうち、最大値ｒ（θ）ｍａｘ、最小値ｒ（θ）ｍｉｎに対して３６０°／Ｎ＝１２０°毎の周期的な形状差
Δ（θ）＝ｒ（θ）ｍａｘ−ｒ（θ）ｍｉｎ
を実施の形態１よりもより小さく抑えることができ、コギングトルクの１４次成分をより低減することができるという効果が得られる。

さらに嵌合部３０を積厚方向に交互に配置することにより、積厚方向の位置ズレを抑制することが可能となり、嵌合部３０の積厚方向ズレに起因するモータのギャップ部分のパーミアンス脈動を小さくできるため、コギングトルクを抑制する効果が得られる。

また部分鉄心２５、２６、２７の外周部で回転自在に連結していることから、円弧状に打ち抜きを行っているにもかかわらず、巻線時にはティース巻き付け部を大きく露出することにより、高速・高密度の巻線を行えるという効果が得られる。

さらに、従来の１４極１２スロットの永久磁石型モータは、６極９スロットや１２極９スロットの場合に比べて基本波の巻線係数が高く、永久磁石の使用量を減らすことができ、モータのコスト低減が可能である。また、６極９スロットや、１２極９スロットの場合に比べて高調波の巻線係数が小さく、トルクリップルを減らすことができ、電動パワーステアリング装置の低振動・低騒音化が実現できる。
一方で、固定子鉄心の内径形状の歪みによってコギングトルクが増大しやすく、個々のモータでのばらつきが大きいという課題があり、特にモータの用途が電動パワーステアリングとする場合には大きな課題であった。
しかし、本発明の実施の形態１の１４極１２スロットの永久磁石型モータは、これを解決でき、かつ分割数が最小限に抑えられ、組立工数を低減することが可能となるので低コスト、低振動・低騒音と低コギングトルクを両立することができるという効果が得られる。

実施の形態３．
以下、本願発明の実施の形態３について、図に基づいて説明する。図２０は、この発明の実施の形態３に係る永久磁石型モータ４１の断面図、図２１は組立前の固定子の平面図、図２２は組立途中の固定子の平面図、図２３、２４は内径形状の模式図、図２５は部分鉄心端部の嵌合部図である。図２０において、図１と同一あるいは相当部分には、同一符号を付している。

この発明の実施の形態３に係る永久磁石型モータ４１の構成、機能を図２０〜２５に基づいて説明する。
図２０において、永久磁石型モータ４１は、固定子４２と回転子４３から構成され、回転子４３は１４極、固定子４２は１８スロットを備える。
固定子４２は、固定子鉄心４４、電機子巻線５、ヨーク６、部分鉄心４５、４６、４７、ティース１３、薄肉部１４、嵌合部１５、およびボビン１６から構成されている。回転子４３は、回転軸７、回転子鉄心８、および永久磁石９から構成されている。

固定子鉄心４４は、プレス金型により打ち抜かれた電磁鋼板等の板状磁性材料をカシメ等の手段により積層されており、部分鉄心４５、４６、４７は同一の金型により打ち抜かれたものであり、部分鉄心４５、４６、４７の端部にはそれぞれ台形状の嵌合部１５が設けられており、径方向に隙間δ_Ａを設けて挿入可能な構造となっている。
また、部分鉄心４５、４６、４７は、それぞれ６個のティース１３が外周の薄肉部１４で連結されており、図２１に示す状態で金型により打ち抜き・積層されている。部分鉄心４５、４６、４７を図２２に示すように直列に配置し、鉄心間の突合せ部外周側４８を溶接により接続した後、ボビン１６を組付け、巻線を行った後、それぞれの鉄心の薄肉部１４及び２箇所の溶接部を屈曲させ、次に部分鉄心４５、４７間を閉じた状態で外周側を溶接により接続している。
その後、電機子巻線５の巻線導体端末の接続、及びヨーク６への圧入を行い、固定子４２を形成している。

以上のように構成された固定子４２は、直線状に展開した状態で部分鉄心４５、４６、４７を接続することで内周側の部分鉄心４５、４６、４７の位置を同一平面で規制することができるため、折り曲げ後に部分鉄心４５、４６、４７間の径方向ずれを抑制することが可能となる（図２２参照）。
更に部分鉄心４５、４６、４７のぞれぞれの端部に設けられた台形状の嵌合部１５により、径方向位置ずれを最大δ_Ａ以下に抑制しつつ、直列に配置してからも折り曲げ可能としている。

実施の形態３の永久磁石型モータ４１は、以上の構成により、０〜３６０°／３のθに対して
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／３）＝ｒ（θ＋１２０°）、
ｒ（θ＋２＊３６０°／３）＝ｒ（θ＋２４０°）
のうち、最大値ｒ（θ）ｍａｘ、最小値ｒ（θ）ｍｉｎに対して３６０°／Ｎ＝１２０°毎の周期的な形状差
Δ（θ）＝ｒ（θ）ｍａｘ−ｒ（θ）ｍｉｎ
は、部分鉄心４５、４６、４７間の径方向ずれ量が抑制できることから、実施の形態１に比較してより小さく抑えることができ、コギングトルクの１４次成分をより低減することができるという効果が得られる。

また、部分鉄心４５、４６、４７を巻線等の前に一体化することにより、その後の加工、搬送等を容易にし、作業性が向上するという効果が得られる。
さらに、連結部で直線状に展開することで、円弧状の部分鉄心よりも材料歩留まりを向上することが可能であり、かつ巻線が容易となり、高密度巻線が可能となる効果がある。

なお、図２５に示すように部分鉄心４５、４６、４７の端部の嵌合部４９は半円弧状で径方向に隙間δ_Ａを設けて挿入可能な構造としても、同様な効果が得られ、かつ金型形状が簡易であることから加工精度がより向上するという効果が得られる。

さらに、従来の１４極１８スロットの永久磁石型モータは、６極９スロットや１２極９スロットの場合に比べて基本波の巻線係数が高く、永久磁石の使用量を減らすことができ、モータのコスト低減が可能である。また、６極９スロットや、１２極９スロットの場合に比べて高調波の巻線係数が小さく、トルクリップルを減らすことができ、電動パワーステアリング装置の低振動・低騒音化が実現できる。
一方で、固定子鉄心の内径形状の歪みによってコギングトルクが増大しやすく、個々のモータでのばらつきが大きいという課題があり、特にモータの用途が電動パワーステアリングとする場合には大きな課題であった。
しかし、本発明の実施の形態３の１４極１８スロットの永久磁石型モータは、これを解決でき、かつ分割数が最小限に抑えられ、組立工数を低減することが可能となるので低コスト、低振動・低騒音と低コギングトルクを両立することができるという効果が得られる。

実施の形態４．
以下、本願発明の実施の形態４について、図に基づいて説明する。図２６は、この発明の実施の形態４に係る永久磁石型モータ６１の断面図、図２７は組立前の固定子の平面図である。図２６において、図１と同一あるいは相当部分には、同一符号を付している。

この発明の実施の形態４に係る永久磁石型モータ６１の構成、機能を図２６、２７に基づいて説明する。
図２６において、永久磁石型モータ６１は、固定子６２と回転子６３から構成され、回転子６３は８極、固定子６２は１２スロットを備える。
固定子６２は、固定子鉄心６４、電機子巻線５、ヨーク６、部分鉄心６５〜７０、ティース７１、嵌合部１５、およびボビン１６から構成されている。回転子６３は、回転軸７、回転子鉄心８、および永久磁石９から構成されている。

固定子鉄心６４は、プレス金型により打ち抜かれた電磁鋼板等の板状磁性材料をカシメ等の手段により積層されており、部分鉄心６５〜７０は同一の金型により打ち抜かれたものである。また部分鉄心６５〜７０は、それぞれ２個のティース７１で形成されており、図２７に示す状態で金型により打ち抜き・積層された後、ボビン１６を組付け、巻線する。部分鉄心６５〜７０の端部にはそれぞれ凹凸の嵌合部１５が設けられており、径方向に締代δ_０を設けて圧入する構造となっている。巻線後、部分鉄心６５〜７０をそれぞれ端部の嵌合部１５を圧入して円管状に構成した後、電機子巻線５の巻線導体端末の接続、及びヨークへの圧入を行い、固定子６２を形成している。

以上のように構成された固定子６２は、部分鉄心６５〜７０が２ティース分のみ連結した状態で構成されており、鉄心打ち抜き用のプレス金型を小型にすることができる。このため、ティースを長く連結した部分鉄心よりも積層厚みの同一部分鉄心内のバラツキを抑制することができるという効果がある。またプレス加工機、金型が小型になり、かつプレス速度を高速にすることができることから、少量生産時など設備や金型の費用を抑制する効果がある。

実施の形態４の永久磁石型モータ６１は、以上の構成により、０〜３６０°／６のθに対して
ｒ（θ）、
ｒ（θ＋３６０°／６）＝ｒ（θ＋６０°）、
ｒ（θ＋２＊３６０°／６）＝ｒ（θ＋１２０°）、
・・・、
ｒ（θ＋５＊３６０°／６）＝ｒ（θ＋３００°）
のうち、最大値ｒ（θ）ｍａｘ、最小値ｒ（θ）ｍｉｎに対して３６０°／Ｎ＝６０°毎の周期的な形状差
Δ（θ）＝ｒ（θ）ｍａｘ−ｒ（θ）ｍｉｎ
を実施例１よりもより小さく抑えることができ、コギングトルクの１０次成分をより低減することができるという効果が得られる。

また嵌合部の圧入のみで部分鉄心６５〜７０同士を溶接等により接続していないため、溶接等の接続作業時の治具形状や固定方法の影響を受けず、嵌合部形状とヨークの圧入によって円管形状を形成できるという効果がある。

なお、図示しないが同様に回転子１０極、固定子１２スロットの場合はＮ＝４、回転子１４極、固定子１２スロットの場合はＮ＝４、６、回転子１４極、固定子１８スロットの場合はＮ＝６、９などでもコギングトルクの固定子極数に比例した次数成分を抑制する効果がある。

実施の形態５．
以下、本願発明の実施の形態５について説明する。
一般的に部分鉄心の嵌合部や薄肉部および連結部は、固定子内径の回転子の回転軸中心からの径方向距離の差に歪みが生じ易い。しかし、部分鉄心の薄肉部および連結部は、実施の形態１で説明したように、固定子鉄心の内径形状が真円からずれて、歪んでいる場合でも、この歪みを周期的に発生させることで、回転子の極数Ｋに関係するＫ次のコギングトルクを低減することができる。しかし、部分鉄心の嵌合部の歪みは、実施の形態１の発明の適用だけでは、解決することが難しい。

具体的には、αを３６０°／Ｌに対し十分小さい角度でスロット開口幅の角度より大きい値とし、ｉ＝１〜Ｎ（Ｎは部分鉄心の数で整数）とした場合、部分鉄心の連結部を挟んだ固定子内径の回転子の回転軸中心からの径方向距離の差
δ（ｉ）＝ｒ（（ｉ−１）×３６０°／Ｎ−α）−ｒ（（ｉ−１）×３６０°／Ｎ＋α）
を定義し、ｉ＝１〜Ｎに対するＮ個のδ（ｉ）の任意の２つの値の差の絶対値の最大値δｍａｘが大きいと固定子鉄心の内径形状に歪みができるため、コギングトルクが増加するという問題がある。

これに対し、部分鉄心の連結部の嵌合部を工夫することで、上記ｉ＝１〜Ｎに対するδ（ｉ）の任意の２つの値の差の絶対値を小さくすることが可能である。
例えば、図３のＨとｈをδ_Ａ＝Ｈ−ｈの値を小さくすれば、治具等によらず固定子径方向位置を規制することができ、組立性を向上できる効果がある。具体的にはδ_Ａ＝Ｈ−ｈ≦２０μｍとすれば、実施の形態１で説明したコギングトルクのＫ次成分の低減効果とほぼ同等の効果が得られる。
すなわち、例えば実施の形態１の図１で説明した８極の回転子、１２スロットの固定子で３個の部分鉄心を有する永久磁石型モータにおいて、
δ（１）＝ｒ（−α）−ｒ（＋α）、δ（２）＝ｒ（１２０−α）−ｒ（１２０＋α）、δ（３）＝ｒ（２４０−α）−ｒ（２４０＋α）
の中の任意の２つの値の差の絶対値を所定の値（２０μｍ）以下にすることで、コギングトルクＫ次成分を０．０１５ｍＮｍ以下とすることができる。
αについては、スロット開口角度が３°である場合、例えばα＝２°と設定する。

一般には、前記ｉ＝１〜Ｎに対するＮ個の値δ（ｉ）の任意の２つの差の絶対値の最大値δｍａｘに対し、

［数４］

なるパラメータ（単位はｍＴ^２）を定義し、この値を所定の値以下となる構成としておけば、モータの設計によらず、コギングトルクＫ次成分を低減できる。
ここで、Ｌｍ：永久磁石の厚み（ｍ）、μｒ：リコイル比透磁率、ｇ：エアギャップ長（ｍ）、Ｂｒ：永久磁石の残留磁束密度（Ｔ）である。

実施の形態５に係る永久磁石型モータは、実施の形態１と同様の考え方で、式（４）で表されるパラメータを２．２×１０^−５（ｍＴ^２）以下とすることで、コギングトルクのＫ次成分を定格トルクの僅か０．３％以下に低減する効果が得られる。また、電動パワーステアリング装置に適用することで、良好な操舵感覚を得ることができると同時に、振動騒音の小さい電動パワーステアリング装置を得ることができる。

この発明は、永久磁石型モータのコギングトルクを低減させるための固定子鉄心の構造に関するものであり、回転電機の固定子に広く適用できる。

Claims (16)

1. 回転子の極数をＫ、固定子の固定子鉄心の部分鉄心の数をＮとし、
   整数ｍに対してｍＮ≠Ｋの関係が成立し、
   前記回転子の回転軸に垂直な平面上において前記部分鉄心の嵌合部からの角度がθである前記固定子鉄心の前記回転子に対向する面上の点までの前記回転軸中心からの距離を内径ｒ（θ）と定義し、θが取り得る０〜３６０°／Ｎの値に対して、ｉ＝１〜Ｎ（Ｎは整数）とした場合、
   ｒ（θ）、
   ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
   ・・・、
   ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
   ・・・、
   ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
   のＮ個の値が同等となるように構成することで、前記Ｎ個の任意の２つの値の差の絶対値が所定の値以下とし、
   前記Ｎ個の値
   ｒ（θ）、
   ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
   ・・・、
   ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
   ・・・、
   ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
   の中の任意の２つの値の差の絶対値における、θに対する最大値Δｍａｘを求め、さらに、前記固定子鉄心の軸方向高さ方向における、前記最大値Δｍａｘの平均値ΔＭを取ったとき、Ｌｍ：永久磁石の厚み（ｍ）、μｒ：リコイル比透磁率、ｇ：エアギャップ長（ｍ）、Ｂｒ：永久磁石の残留磁束密度（Ｔ）として、
   

   

   で計算されるパラメータを所定の値以下とし、
   前記Ｎ個の部分鉄心は同一の打ち抜き型で打ち抜かれている永久磁石型モータ。
2. 前記パラメータの所定の値を２．２×１０^−５（ｍＴ^２）とする請求項１に記載の永久磁石型モータ。
3. 回転子の極数をＫ、固定子の固定子鉄心の部分鉄心の数をＮとし、
   整数ｍに対してｍＮ≠Ｋの関係が成立し、
   前記回転子の回転軸に垂直な平面上において前記部分鉄心の嵌合部からの角度がθである前記固定子鉄心の前記回転子に対向する面上の点までの前記回転軸中心からの距離を内径ｒ（θ）と定義し、θが取り得る０〜３６０°／Ｎの値に対して、ｉ＝１〜Ｎ（Ｎは整数）とした場合、
   ｒ（θ）、
   ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
   ・・・、
   ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
   ・・・、
   ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
   のＮ個の値が同等となるように構成することで、前記Ｎ個の任意の２つの値の差の絶対値が所定の値以下とし、
   前記Ｎ個の値
   ｒ（θ）、
   ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
   ・・・、
   ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
   ・・・、
   ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
   の最大値ｒ（θ）ｍａｘ、最小値ｒ（θ）ｍｉｎに対して３６０°／Ｎ毎の周期的な形状差Δ（θ）＝ｒ（θ）ｍａｘ−ｒ（θ）ｍｉｎに対し、Ｌｍ：永久磁石の厚み（ｍ）、μｒ：リコイル比透磁率、ｇ：エアギャップ長（ｍ）、Ｂｒ：永久磁石の残留磁束密度（Ｔ）として、
   

   

   で計算されるパラメータを所定の値以下とし、
   前記Ｎ個の部分鉄心は同一の打ち抜き型で打ち抜かれている永久磁石型モータ。
4. 前記パラメータの所定の値を２．２×１０^−５（ｍＴ^２）とする請求項３に記載の永久磁石型モータ。
5. 回転子の極数をＫ、固定子の固定子鉄心の部分鉄心の数をＮとし、
   整数ｍに対してｍＮ≠Ｋの関係が成立し、
   前記回転子の回転軸に垂直な平面上において前記部分鉄心の嵌合部からの角度がθである前記固定子鉄心の前記回転子に対向する面上の点までの前記回転軸中心からの距離を内径ｒ（θ）と定義し、θが取り得る０〜３６０°／Ｎの値に対して、ｉ＝１〜Ｎ（Ｎは整数）とした場合、
   ｒ（θ）、
   ｒ（θ＋３６０°／Ｎ）、
   ・・・、
   ｒ（θ＋（ｉ−１）×３６０°／Ｎ）、
   ・・・、
   ｒ（θ＋（Ｎ−１）×３６０°／Ｎ）
   のＮ個の値が同等となるように構成することで、前記Ｎ個の任意の２つの値の差の絶対値が所定の値以下とし、
   さらに、前記固定子のスロット数をＬとし、整数ｎに対してＬ／Ｎ＝ｎの関係が成立し、
   前記Ｎ個の部分鉄心は同一の打ち抜き型で打ち抜かれている永久磁石型モータ。
6. 前記Ｎの値は、整数ｍに対してｍＮ≠Ｋの関係が成立し、かつＬ／Ｎ＝ｎ（ｎは整数）の関係が成立する整数の中で最小の値となる請求項５に記載の永久磁石型モータ。
7. 回転子の極数Ｋを１０、固定子のスロット数Ｌを１２に対し、部分鉄心の数Ｎを３とする請求項５に記載の永久磁石型モータ。
8. 回転子の極数Ｋを１４、固定子のスロット数Ｌを１２に対し、部分鉄心の数Ｎを３とする請求項５に記載の永久磁石型モータ。
9. 回転子の極数Ｋを１４、固定子のスロット数Ｌを１８に対し、部分鉄心の数Ｎを３とする請求項５に記載の永久磁石型モータ。
10. 前記ｎ個の連続するティースからなる前記部分鉄心を前記Ｎ個連結して円筒状に構成する請求項５に記載の永久磁石型モータ。
11. αを前記固定子のスロットの開口幅の角度より大きく、３６０°／Ｌに対し十分小さい角度とし、ｉ＝１〜Ｎ（Ｎは部分鉄心の数で整数）とした場合、
    前記固定子鉄心の前記嵌合部を挟んだ前記固定子の内径の前記回転子の前記回転軸中心からの径方向距離の差を
    δ（ｉ）＝ｒ（（ｉ−１）×３６０°／Ｎ−α）−ｒ（（ｉ−１）×３６０°／Ｎ＋α）
    と定義し、ｉ＝１〜Ｎに対するＮ個のδ（ｉ）の任意の２つの差の絶対値を所定の値以下にするように前記固定子の前記嵌合部を形成した請求項１０に記載の永久磁石型モータ。
12. 前記ｉ＝１〜Ｎに対するＮ個の値δ（ｉ）の任意の２つの差の絶対値の最大値δｍａｘに対し、
    

    

    で計算されるパラメータを所定の値以下とする請求項１１に記載の永久磁石型モータ。
13. 前記パラメータの所定の値を２．２×１０^−５（ｍＴ^２）とする請求項１２に記載の永久磁石型モータ。
14. 前記ｎ個の連続する前記ティース間は、折り曲げ可能な連結部で構成されている請求項１０に記載の永久磁石型モータ。
15. 前記折り曲げ可能な連結部は、回転自在な連結部である請求項１４に記載の永久磁石型モータ。
16. 前記ｎ個の連続する前記ティースに巻き回された電機子巻線は、２個以上の前記ティースに連続して導体が巻き回されている請求項１０に記載の永久磁石型モータ。

Images