JP6481545B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに関するものである。

従来、ブラシレスモータ等の永久磁石モータは、例えば特許文献１に示されるように、ステータコアに巻線が巻装されてなるステータと、該ステータと対向する永久磁石を磁極としたロータとを備え、ステータの巻線に駆動電流が供給されることで生じる回転磁界を受けてロータが回転するようになっている。

特開２０１４−１３５８５２号公報

上記のような永久磁石モータでは、ロータが高回転駆動になるほど、ロータの永久磁石による鎖交磁束の増加によりステータの巻線に発生する誘起電圧が大きくなり、この誘起電圧がモータ出力を低下させ、モータの高回転化の妨げとなっている。そこで、ロータの永久磁石のサイズを小さくするなどしてロータ磁極の磁力を小さくすることで、ロータの高回転時における前記誘起電圧を抑えることが可能であるが、それでは、得られるトルクも減少してしまうため、この点においてなお改善の余地があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、トルクの低下を抑えつつ高回転化を図ることができるモータを提供することにある。

上記課題を解決するモータは、ステータの巻線に駆動電流が供給されることで生じる回転磁界を受けてロータが回転するモータであって、前記巻線は、前記駆動電流によって互いに同一のタイミングで励磁され、かつ、直列接続された第１の巻線と第２の巻線とを備え、前記ロータは、永久磁石を有する第１磁極部と、前記第１磁極部が前記第１の巻線と対向するロータの回転位置で前記第２の巻線と対向し、前記ステータ側に与える磁力が前記第１磁極部よりも弱い第２磁極部とを備えている。

この構成によれば、ロータの第１磁極部及び第２磁極部は、励磁タイミングが互いに同一となる第１の巻線及び第２の巻線に対して所定の回転位置でそれぞれ対向し、第２磁極部は、ステータ側に与える磁力が第１磁極部よりも弱く設定される。このように、第１磁極部と第２磁極部の両方の磁力を弱めるのではなく、そのうちの一方（第２磁極部）の磁力を弱めることで、トルクの低下を極力抑えつつも、第１磁極部の磁力によって第１の巻線に生じる誘起電圧と、第２磁極部の磁力によって第２の巻線に生じる誘起電圧とを合成した合成誘起電圧を小さく抑えることができ、その結果、モータの高回転化を図ることができる。

なお、同一のタイミングで励磁される第１及び第２の巻線が直列接続された巻線態様では、第１及び第２の巻線でそれぞれ生じる誘起電圧の和が合成誘起電圧となることから、該合成誘起電圧が大きくなる傾向がある。このため、第１及び第２の巻線が直列接続された構成において上記のようにロータの第２磁極部の磁力を弱めることで、その磁力を弱めた第２磁極部による合成誘起電圧の抑制効果をより顕著に得ることができ、モータの高回転化を図るのにより好適となる。

上記モータにおいて、前記巻線は、供給される３相の駆動電流に応じた、それぞれ２ｎ（ｎは２以上の整数）個のＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線からなり、前記第１及び第２磁極部のそれぞれの個数がｎ個で構成されていることが好ましい。

この構成によれば、ステータの各相の巻線の個数が４以上の偶数で構成され、ロータの第１及び第２磁極部が２以上の同数（各相の巻線の半数）で構成される。このため、ロータを磁気的に、また機械的にバランスの優れた構成とすることが可能となる。

上記モータにおいて、前記第１磁極部及び前記第２磁極部は、周方向等間隔に交互に設けられていることが好ましい。
この構成によれば、ステータの同相の巻線（同一励磁タイミングの巻線）と対向するロータの第１及び第２磁極部が周方向等間隔に交互に設けられるため、ロータを磁気的に、また機械的にバランスの優れた構成とすることができる。

上記モータにおいて、前記第１及び第２磁極部は、永久磁石をそれぞれ有して構成され、前記第２磁極部の外周面が前記第１磁極部の外周面よりも径方向内側に位置するように構成されていることが好ましい。

この構成によれば、第１及び第２磁極部がそれぞれ永久磁石を有し、第２磁極部の外周面が第１磁極部の外周面よりも径方向内側に位置するように構成される。このため、第１及び第２磁極部に用いる永久磁石を同一の磁石（同一材質、同一形状の磁石）としつつも、ロータ側からステータ側に与える磁力を第１磁極部よりも第２磁極部で弱くすることができ、部品管理の点で有利となる。

上記モータにおいて、前記第１及び第２磁極部は、永久磁石をそれぞれ有して構成され、前記第２磁極部の永久磁石のロータ軸線を中心とする開角度が、前記第１磁極部の永久磁石のロータ軸線を中心とする開角度よりも狭く設定されていることが好ましい。

この構成によれば、第２磁極部の永久磁石のロータ軸線を中心とする開角度が、第１磁極部の永久磁石のロータ軸線を中心とする開角度よりも狭く設定される。これにより、永久磁石の簡単な形状変更によって、ロータ側からステータ側に与える磁力を第１磁極部よりも第２磁極部で弱くすることができる。

上記モータにおいて、前記第１及び第２磁極部は、永久磁石をそれぞれ有して構成され、前記第２磁極部の永久磁石の径方向厚さが前記第１磁極部の永久磁石の径方向厚さよりも薄く設定されていることが好ましい。

この構成によれば、第２磁極部の永久磁石の径方向厚さが第１磁極部の永久磁石の径方向厚さよりも薄く設定される。これにより、永久磁石の簡単な形状変更によって、ロータ側からステータ側に与える磁力を第１磁極部よりも第２磁極部で弱くすることができる。

上記モータにおいて、前記第１及び第２磁極部は、永久磁石をそれぞれ有して構成され、前記第２磁極部の永久磁石の残留磁束密度が前記第１磁極部の永久磁石の残留磁束密度よりも小さく設定されていることが好ましい。

この構成によれば、第２磁極部の残留磁束密度が第１磁極部の永久磁石の残留磁束密度よりも小さく設定されるため、永久磁石を含む第１及び第２磁極部の形状を同一としつつも、ロータ側からステータ側に与える磁力を第１磁極部よりも第２磁極部で弱くすることができる。

上記モータにおいて、弱め界磁制御を実行可能に構成されることが好ましい。
この構成によれば、上記のように巻線に生じる誘起電圧が小さく抑えられることによって、巻線に供給する弱め界磁電流を小さく抑えることが可能となる。そして、弱め界磁電流を小さくできることで、弱め界磁制御時に永久磁石が減磁しづらくなり、また、巻線の銅損を抑えることができる。また、換言すると、同等の弱め界磁電流量で低減できる鎖交磁束量が増加するため、弱め界磁制御による高回転化をより効果的に得ることができる。

本発明のモータによれば、トルクの低下を抑えつつ高回転化を図ることができる。

実施形態のモータの平面図である。 同形態における巻線の結線態様を示す電気回路図である。 （ａ）は、同形態においてロータ回転時にＵ相巻線に生じる誘起電圧の変化を示すグラフであり、（ｂ）は、従来構成においてロータ回転時にＵ相巻線に生じる誘起電圧の変化を示すグラフである。 別例のロータの平面図である。 別例のロータの平面図である。 別例のロータの平面図である。 別例における巻線の結線態様を示す電気回路図である。 別例のモータの平面図である。 別例のロータの平面図である。

以下、モータの一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態のモータ１０は、ブラシレスモータとして構成され、円環状のステータ１１の内側にロータ２１が配置されて構成されている。

［ステータの構成］
ステータ１１は、ステータコア１２と、該ステータコア１２に巻装された巻線１３とを備えている。ステータコア１２は、磁性金属にて略円環状に形成され、その周方向の等角度間隔においてそれぞれ径方向内側に延びる１２個のティース１２ａを有している。

巻線１３は、ティース１２ａと同数の１２個備えられ、各ティース１２ａにそれぞれ集中巻きにて同一方向に巻装されている。つまり、巻線１３は、周方向等間隔（３０°間隔）に１２個設けられている。この巻線１３は、供給される３相の駆動電流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に応じて３相に分類され、図１において反時計回り方向に順に、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３、Ｕ４、Ｖ４、Ｗ４とする。

各相で見ると、Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４は周方向等間隔（９０°間隔）に配置されている。同様に、Ｖ相巻線Ｖ１〜Ｖ４は、周方向等間隔（９０°間隔）に配置されている。また、同様に、Ｗ相巻線Ｗ１〜Ｗ４は、周方向等間隔（９０°間隔）に配置されている。

また、図２に示すように、巻線１３は相毎に直列に接続されている。つまり、Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４、Ｖ相巻線Ｖ１〜Ｖ４、及びＷ相巻線Ｗ１〜Ｗ４はそれぞれ直列回路を構成している。なお、本実施形態では、Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４の直列回路、Ｖ相巻線Ｖ１〜Ｖ４の直列回路、及びＷ相巻線Ｗ１〜Ｗ４の直列回路がスター結線されている。

［ロータの構成］
図１に示すように、ステータ１１（ティース１２ａ）の径方向内側の空間に収容されるロータ２１は、ロータコア２２と、ロータコア２２の外周面に固着された８個の永久磁石２３とを備えている。なお、永久磁石２３は、例えば異方性の焼結磁石であり、例えばネオジム磁石、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）磁石、ＳｍＦｅＮ系磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石等で構成される。

ロータコア２２は、磁性金属にて略円筒状に形成され、中心部に回転軸２４が固定されている。ロータコア２２の外周面には、回転軸２４の軸線Ｌ方向から見て該軸線Ｌを中心とする円弧状をなすそれぞれ一対の第１及び第２磁石固着面２２ａ，２２ｂが形成されている。第１磁石固着面２２ａ及び第２磁石固着面２２ｂは周方向に交互に形成され、それらの周方向幅（軸線Ｌを中心とする開角度）は全て等しく（つまり、９０°で）形成されている。また、各第１磁石固着面２２ａの外径は互いに同一であり、各第２磁石固着面２２ｂの外径も互いに同一である。そして、各第２磁石固着面２２ｂの外径は、各第１磁石固着面２２ａの外径よりも小さく形成されている。

永久磁石２３は、１つの磁石固着面２２ａ，２２ｂにつき２個ずつ固着され、合計で８個の永久磁石２３がロータコア２２の外周面に設けられている。各永久磁石２３は、同一材質、同一形状であり、各永久磁石２３の外周面は、回転軸２４の軸線Ｌ方向から見て該軸線Ｌを中心とする円弧状をなしている。また、各永久磁石２３の軸線Ｌを中心とする開角度（周方向幅）は４５°に形成されている。そして、各永久磁石２３は、磁気配向が径方向を向くように形成され、外周側に現れる磁極が周方向において交互に異極となるように配設されている。これら各永久磁石２３はロータ２１の磁極を構成している。つまり、ロータ２１は、Ｎ極・Ｓ極が周方向等間隔（４５°間隔）に交互に設定された８極ロータとして構成されている。

ロータ２１において、外周側がＮ極の永久磁石２３にてそれぞれ構成された４つのＮ極部２５ａ，２５ｂは、周方向等間隔（９０°間隔）に構成されている。そして、Ｎ極部２５ａ，２５ｂは、各第１磁石固着面２２ａに設けられたＮ極の永久磁石２３（図１中、永久磁石Ｎ１）からなる２つの第１Ｎ極部２５ａと、各第２磁石固着面２２ｂに設けられて永久磁石Ｎ１よりも径方向内側に位置するＮ極の永久磁石２３（図１中、永久磁石Ｎ２）からなる２つの第２Ｎ極部２５ｂとに分けられる。

第２Ｎ極部２５ｂの外周面（永久磁石Ｎ２の外周面）は、第１Ｎ極部２５ａの外周面（永久磁石Ｎ１の外周面）よりも径方向内側に位置している。また、一対の第１Ｎ極部２５ａ同士は周方向において１８０°対向位置に設けられ、同様に、一対の第２Ｎ極部２５ｂ同士も周方向において１８０°対向位置に設けられている。つまり、これら第１Ｎ極部２５ａと第２Ｎ極部２５ｂとは、周方向の中心位置が等角度間隔（９０°間隔）に交互に設けられている。

上記のロータ２１のＮ極の構成はＳ極についても同様である。即ち、外周側がＳ極の永久磁石２３にてそれぞれ構成された４つのＳ極部２６ａ，２６ｂは、周方向等間隔（９０°間隔）に構成されている。そして、Ｓ極部２６ａ，２６ｂは、各第１磁石固着面２２ａに設けられたＳ極の永久磁石２３（図１中、永久磁石Ｓ１）からなる２つの第１Ｓ極部２６ａと、各第２磁石固着面２２ｂに設けられて永久磁石Ｓ１よりも径方向内側に位置するＳ極の永久磁石２３（図１中、永久磁石Ｓ２）からなる２つの第２Ｓ極部２６ｂとに分けられる。

第２Ｓ極部２６ｂの外周面（永久磁石Ｓ２の外周面）は、第１Ｓ極部２６ａの外周面（永久磁石Ｓ１の外周面）よりも径方向内側に位置している。また、一対の第１Ｓ極部２６ａ同士は周方向において１８０°対向位置に設けられ、一対の第２Ｓ極部２６ｂ同士も同様に周方向において１８０°対向位置に設けられている。つまり、これら第１Ｓ極部２６ａと第２Ｓ極部２６ｂとは、周方向の中心位置が等角度間隔（９０°間隔）に交互に設けられている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図示しない駆動回路からそれぞれ１２０°の位相差を持つ３相の駆動電流（交流）がＵ相巻線Ｕ１〜Ｕ４、Ｖ相巻線Ｖ１〜Ｖ４及びＷ相巻線Ｗ１〜Ｗ４にそれぞれ供給されると、各巻線Ｕ１〜Ｗ４が相毎に同一タイミングで励磁されてステータ１１に回転磁界が発生し、その回転磁界に基づいてロータ２１が回転する。このとき、３相の駆動電流の供給によってステータ１１側に形成される磁極は、各相の巻線Ｕ１〜Ｗ４毎で同極となる。

ここで、ロータ２１の極対数（つまり、Ｎ極部２５ａ，２５ｂとＳ極部２６ａ，２６ｂのそれぞれの個数）は、各相の巻線Ｕ１〜Ｗ４の個数と同数（本実施形態では「４」）で構成されている。これにより、ロータ２１の回転時に、例えば、Ｎ極部２５ａ，２５ｂのうちの１つがＵ相巻線Ｕ１と径方向に対向するとき、他のＮ極部２５ａ，２５ｂがＵ相巻線Ｕ２〜Ｕ４とそれぞれ径方向に対向するようになっている（図１参照）。

このとき、第２Ｎ極部２５ｂの外周面（ステータ１１との対向面）は、第１Ｎ極部２５ａの外周面よりも径方向内側に位置しているため、ステータ１１との間の径方向のエアギャップが第１Ｎ極部２５ａに対し第２Ｎ極部２５ｂで広くなる。これにより、ロータ２１のＮ極部２５ａ，２５ｂがステータ１１側（例えば、Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４）に与える磁力は、第１Ｎ極部２５ａよりも第２Ｎ極部２５ｂで弱くなっている。このことは、ロータ２１のＳ極部２６ａ，２６ｂにおいても同様である。

これにより、例えば図１に示すような、ロータ２１のＮ極部２５ａ，２５ｂがＵ相巻線Ｕ１〜Ｕ４とそれぞれ対向する回転位置において、第２Ｎ極部２５ｂと対向するＵ相巻線Ｕ２，Ｕ４を鎖交する鎖交磁束は、第１Ｎ極部２５ａと対向するＵ相巻線Ｕ１，Ｕ３を鎖交する鎖交磁束に比べて少なくなる。従って、第２Ｎ極部２５ｂと対向するＵ相巻線Ｕ２，Ｕ４に生じる誘起電圧は、第１Ｎ極部２５ａと対向するＵ相巻線Ｕ１，Ｕ３に生じる誘起電圧よりも小さくなる。

ここで、図３（ａ）は、本実施形態におけるロータ回転時のＵ相巻線Ｕ１〜Ｕ４に生じる誘起電圧の所定の回転範囲（９０°）での変化を示し、図３（ｂ）は、従来構成におけるロータ回転時のＵ相巻線Ｕ１〜Ｕ４に生じる誘起電圧の所定の回転範囲（９０°）での変化を示している。従来構成は、ロータの各磁極が一様である構成、つまり、ロータコア２２を円筒形状として永久磁石Ｎ２，Ｓ２の径方向位置を永久磁石Ｎ１，Ｓ１と同じとした構成である。

従来構成では、ロータの各磁極が一様であるため、Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４のそれぞれにおける鎖交磁束の変化も一様である。このため、図３（ｂ）に示すように、ロータ２１の回転時において、各Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４で互いに等しい誘起電圧ｖｘが生じる。そして、各Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４が直列の場合、各Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４に生じる誘起電圧ｖｘを合成した合成誘起電圧ｖｕ’は、各Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４の誘起電圧ｖｘの和（つまり、誘起電圧ｖｘの４倍）となる。

一方、図３（ａ）に示すように、本実施形態では、第２Ｎ極部２５ｂ及び第２Ｓ極部２６ｂがそれぞれ第１Ｎ極部２５ａ及び第１Ｓ極部２６ａよりもステータ１１側（Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４）への磁力が弱く構成されている。これにより、第１Ｎ極部２５ａ及び第１Ｓ極部２６ａと対向するＵ相巻線Ｕ１〜Ｕ４（例えばＵ相巻線Ｕ１，Ｕ３）に生じる誘起電圧ｖｘに対して、第２Ｎ極部２５ｂ及び第２Ｓ極部２６ｂと対向するＵ相巻線Ｕ１〜Ｕ４（例えばＵ相巻線Ｕ２，Ｕ４）に生じる誘起電圧ｖｙが小さくなる。このため、各Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４の誘起電圧を合成した合成誘起電圧ｖｕ（ｖｕ＝ｖｘ×２＋ｖｙ×２）が、第２Ｎ極部２５ｂ及び第２Ｓ極部２６ｂと対向する一対のＵ相巻線での誘起電圧ｖｙの減少分だけ減少し、図３（ｂ）に示す従来構成での合成誘起電圧ｖｕ’と比較して小さくなる。なお、ここではＵ相巻線Ｕ１〜Ｕ４の合成誘起電圧ｖｕを例にとって説明したが、Ｖ相巻線Ｖ１〜Ｖ４及びＷ相巻線Ｗ１〜Ｗ４においても同様に、第２Ｎ極部２５ｂ及び第２Ｓ極部２６ｂによる合成誘起電圧の減少が生じる。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）ステータ１１の巻線１３は、供給される３相の駆動電流に応じた、それぞれ４つのＵ相巻線Ｕ１〜Ｕ４、Ｖ相巻線Ｖ１〜Ｖ４及びＷ相巻線Ｗ１〜Ｗ４からなり、各相の４つの巻線はそれぞれ直列接続されている。つまり、ステータ１１の巻線１３は、各相において、直列接続された少なくとも２つの巻線（第１の巻線及び第２の巻線）を備える。

また、ロータ２１のＮ極は、永久磁石Ｎ１を有する第１Ｎ極部２５ａと、該第１Ｎ極部２５ａがＵ、Ｖ、Ｗ相のいずれかの相の第１の巻線（例えばＵ相巻線Ｕ１，Ｕ３）と対向するロータ２１の回転位置で同相の第２の巻線（例えばＵ相巻線Ｕ２，Ｕ４）と対向する第２Ｎ極部２５ｂとを備える。この第２Ｎ極部２５ｂは、ステータ１１側に与える磁力が第１Ｎ極部２５ａよりも弱くなるように構成される。また、ロータ２１のＳ極においても同様に、永久磁石Ｓ１を有する第１Ｓ極部２６ａと、該第１Ｓ極部２６ａがＵ、Ｖ、Ｗ相のいずれかの相の第１の巻線（例えばＵ相巻線Ｕ１，Ｕ３）と対向するロータ２１の回転位置で同相の第２の巻線（例えばＵ相巻線Ｕ２，Ｕ４）と対向する第２Ｓ極部２６ｂとを備える。この第２Ｓ極部２６ｂは、ステータ１１側に与える磁力が第１Ｓ極部２６ａよりも弱くなるように構成される。

このように、本実施形態では、ロータ２１における同相の巻線１３と対向する全てのＮ極部（又はＳ極部）の磁力（ステータ１１側に与える磁力）を弱めるのではなく、そのうちの一部の磁極部（第２Ｎ極部２５ｂ、第２Ｓ極部２６ｂ）の磁力を弱めるように構成される。これにより、トルクの低下を極力抑えつつも、ロータ２１の磁極によって同相の巻線１３に生じる合成誘起電圧（例えばＵ相の合成誘起電圧ｖｕ）を小さく抑えることができ、その結果、モータ１０の高回転化を図ることができる。

なお、本実施形態のように、巻線１３が各相でそれぞれ直列とされた巻線態様では、相毎の各巻線でそれぞれ生じる誘起電圧の和が合成誘起電圧となることから、該合成誘起電圧が大きくなる傾向がある。このため、巻線１３が各相でそれぞれ直列とされた構成において上記のように第２Ｎ極部２５ｂ及び第２Ｓ極部２６ｂの磁力を弱めることで、その磁力を弱めた第２Ｎ極部２５ｂ及び第２Ｓ極部２６ｂによる合成誘起電圧の抑制効果をより顕著に得ることができ、モータ１０の高回転化を図るのにより好適となる。

（２）Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４、Ｖ相巻線Ｖ１〜Ｖ４、及びＷ相巻線Ｗ１〜Ｗ４がそれぞれ２ｎ個（ｎは２以上の整数であって、本実施形態ではｎ＝２）で構成され、ロータ２１の第１及び第２Ｎ極部２５ａ，２５ｂ（第１及び第２Ｓ極部２６ａ，２６ｂ）のそれぞれの個数がｎ個（つまり２個）で構成される。つまり、この構成によれば、各相の巻線の個数（Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４、Ｖ相巻線Ｖ１〜Ｖ４及びＷ相巻線Ｗ１〜Ｗ４のそれぞれの個数）が４以上の偶数で構成され、ロータ２１の第１及び第２Ｎ極部２５ａ，２５ｂ（第１及び第２Ｓ極部２６ａ，２６ｂ）が互いに同数（各相の巻線の個数の半数）で構成される。

このため、ロータ２１の第１及び第２Ｎ極部２５ａ，２５ｂ（第１及び第２Ｓ極部２６ａ，２６ｂ）を周方向等間隔に交互に設けることが可能となる。これにより、磁力及び質量の異なる第１及び第２Ｎ極部２５ａ，２５ｂ（第１及び第２Ｓ極部２６ａ，２６ｂ）が周方向にバランスよく配置されることとなり、ロータ２１を磁気的に、また機械的にバランスの優れた構成とすることができる。

（３）第１及び第２Ｎ極部２５ａ，２５ｂ（第１及び第２Ｓ極部２６ａ，２６ｂ）は、永久磁石Ｎ１，Ｎ２（永久磁石Ｓ１，Ｓ２）をそれぞれ有して構成され、第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）の外周面が第１Ｎ極部２５ａ（第２Ｓ極部２６ｂ）の外周面よりも径方向内側に位置するように構成される。この構成によれば、永久磁石Ｎ１，Ｎ２（永久磁石Ｓ１，Ｓ２）を同一の磁石（同一材質、同一形状の磁石）としつつも、ロータ２１側からステータ１１側に与える磁力を第１Ｎ極部２５ａ（第１Ｓ極部２６ａ）よりも第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）で弱くすることができ、部品管理の点で有利となる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では特に言及していないが、ロータ２１の高回転時において弱め界磁制御を行ってもよい。上記実施形態では、ロータ２１に第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）が設けられることによって、巻線１３に供給する弱め界磁電流を小さく抑えることが可能となる。そして、弱め界磁電流を小さくできることで、弱め界磁制御時に永久磁石Ｎ１，Ｎ２，Ｓ１，Ｓ２が減磁しづらくなり、また、巻線１３の銅損を抑えることができる。また、換言すると、同等の弱め界磁電流量で低減できる鎖交磁束量が増加するため、弱め界磁制御による高回転化をより効果的に得ることができる。

・上記実施形態では、永久磁石Ｎ１，Ｎ２（永久磁石Ｓ１，Ｓ２）を同一の磁石とし、永久磁石Ｎ２（永久磁石Ｓ２）を永久磁石Ｎ１（永久磁石Ｓ１）よりも径方向内側に配置することで、第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）がステータ１１側に与える磁力を第１Ｎ極部２５ａ（第１Ｓ極部２６ａ）よりも弱くしている。しかしながら、ステータ１１側に与える磁力を第１Ｎ極部２５ａ（第１Ｓ極部２６ａ）よりも第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）で弱くするための構成は、上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、図４に示すように、第２Ｎ極部２５ｂ及び第２Ｓ極部２６ｂの各永久磁石Ｎ２，Ｓ２の開角度θ２（回転軸２４の軸線Ｌを中心とする開角度）を、第１Ｎ極部２５ａ及び第１Ｓ極部２６ａの各永久磁石Ｎ１，Ｓ１の開角度θ１よりもそれぞれ狭く設定してもよい。このような構成によれば、永久磁石Ｎ２，Ｓ２の簡単な形状変更によって、ロータ２１側からステータ１１側に与える磁力を第１Ｎ極部２５ａ（第１Ｓ極部２６ａ）よりも第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）で弱くすることができ、その結果、巻線１３に生じる誘起電圧を小さく抑えることができる。また、ロータコア２２の外周面が軸方向視で円形である簡素な構成（つまり、ロータコア２２の外周面に第１及び第２磁石固着面２２ａ，２２ｂを設けることによる段差がない構成）とすることが可能となる。

また、例えば図５に示すように、永久磁石Ｎ２（永久磁石Ｓ２）の径方向厚さＴ２を永久磁石Ｎ１（永久磁石Ｓ１）の径方向厚さＴ１よりも薄くすることで、ロータ２１側からステータ１１側に与える磁力を第１Ｎ極部２５ａ（第１Ｓ極部２６ａ）よりも第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）で弱くしてもよい。このような構成によっても、永久磁石Ｎ１，Ｎ２の簡単な形状変更によって、ロータ２１側からステータ１１側に与える磁力を第１Ｎ極部２５ａ（第１Ｓ極部２６ａ）よりも第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）で弱くすることができ、その結果、巻線１３に生じる誘起電圧を小さく抑えることができる。

なお、図４及び図５に示す例では、永久磁石Ｎ１，Ｎ２の形状変更によって、ロータ２１側からステータ１１側に与える磁力を第１Ｎ極部２５ａ（第１Ｓ極部２６ａ）よりも第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）で弱くしているが、これに限らない。例えば、永久磁石Ｎ２（永久磁石Ｓ２）の残留磁束密度を永久磁石Ｎ１（永久磁石Ｓ１）の永久磁石の残留磁束密度よりも小さく設定することで、ロータ２１側からステータ１１側に与える磁力を第１Ｎ極部２５ａ（第１Ｓ極部２６ａ）よりも第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）で弱くすることができる。この構成によれば、ロータコア２２の外周面を軸方向視で円形とし、更に、各永久磁石Ｎ１，Ｎ２，Ｓ１，Ｓ２の形状を全て同一とすることが可能となる。

・上記実施形態では、ロータ２１における第１Ｎ極部２５ａ同士、及び第２Ｎ極部２５ｂ同士が周方向において１８０°対向位置に設けられ、Ｓ極側においても同様に、第１Ｓ極部２６ａ同士、及び第２Ｓ極部２６ｂ同士が周方向において１８０°対向位置に設けられる。つまり、第１Ｎ極部２５ａと第２Ｎ極部２５ｂとが周方向に交互に配置され、第１Ｓ極部２６ａと第２Ｓ極部２６ｂも周方向に交互に配置されるが、これに特に限定されるものではない。

例えば、図６に示すように、第１Ｎ極部２５ａの１８０°対向位置に第２Ｎ極部２５ｂを設け、第１Ｓ極部２６ａの１８０°対向位置に第２Ｓ極部２６ｂを設けてもよい。同図の例では、ロータコア２２の外周の片側半分に第１磁石固着面２２ａが形成され、もう半分に第２磁石固着面２２ｂが形成されている。そして、ロータコア２２の外周の片側半分（第１磁石固着面２２ａ）に第１Ｎ極部２５ａと第１Ｓ極部２６ａとが交互に設けられ、もう半分（第２磁石固着面２２ｂ）に第２Ｎ極部２５ｂと第２Ｓ極部２６ｂとが交互に設けられている。このような構成によっても、巻線１３に生じる誘起電圧を小さく抑えることができ、モータ１０の高回転化を図ることができる。

・上記実施形態では、ロータ２１の例えばＮ極において、第１Ｎ極部２５ａと第２Ｎ極部２５ｂとを同数（各相の巻線１３の個数の半数であって２個）で構成したが、必ずしも同数である必要はない。例えば、第１Ｎ極部２５ａを３個（又は１個）とし、第２Ｎ極部２５ｂを１個（又は３個）として構成してもよい。また、ロータのＳ極側（第１及び第２Ｓ極部２６ａ，２６ｂ）においても同様の変更を行ってもよい。

・上記実施形態では、ロータ２１のＮ極及びＳ極においてそれぞれ磁力の弱い第２Ｎ極部２５ｂ及び第２Ｓ極部２６ｂを備えたが、これに特に限定されるものではない。つまり、ロータ２１の一方の極のみに磁力の弱い磁極部（第２Ｎ極部２５ｂ又は第２Ｓ極部２６ｂ）を設け、他方の極を全て同一の磁極部（第１Ｎ極部２５ａ又は第１Ｓ極部２６ａ）として構成してもよい。

・上記実施形態では、各相の巻線、つまり、Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４、Ｖ相巻線Ｖ１〜Ｖ４、及びＷ相巻線Ｗ１〜Ｗ４がそれぞれ直列接続されたが、これに特に限定されるものではなく、巻線態様は適宜変更してもよい。

例えば、図７に示す例では、Ｕ相において、巻線Ｕ１，Ｕ２が直列接続され、また、巻線Ｕ３，Ｕ４が直列接続され、それら巻線Ｕ１，Ｕ２の直列対と巻線Ｕ３，Ｕ４の直列対とが並列接続されている。Ｖ相においても同様に、巻線Ｖ１，Ｖ２が直列接続され、また、巻線Ｖ３，Ｖ４が直列接続され、それら巻線Ｖ１，Ｖ２の直列対と巻線Ｖ３，Ｖ４の直列対とが並列接続されている。また、Ｗ相においても同様に、巻線Ｗ１，Ｗ２が直列接続され、また、巻線Ｗ３，Ｗ４が直列接続され、それら巻線Ｗ１，Ｗ２の直列対と巻線Ｗ３，Ｗ４の直列対とが並列接続されている。

上記実施形態のロータ２１の構成（図１参照）の場合、例えばＵ相において巻線Ｕ１及び巻線Ｕ３には互いに同等の大きさの誘起電圧（前記誘起電圧ｖｘ）が生じ、また、巻線Ｕ２及び巻線Ｕ４には互いに同等の大きさの誘起電圧（前記誘起電圧ｖｙ）が生じる。このため、巻線Ｕ１，Ｕ２の直列対で生じる合成誘起電圧と、巻線Ｕ３，Ｕ４の直列対で生じる合成誘起電圧とが略同等（ｖｘ＋ｖｙ）となる。これにより、第１Ｎ極部２５ａ（第１Ｓ極部２６ａ）よりも磁力の弱い第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）を設けたことによる誘起電圧の減少が、巻線Ｕ１，Ｕ２の直列対及び巻線Ｕ３，Ｕ４の直列対の両方において常に生じることとなる。そして、巻線Ｕ１，Ｕ２の直列対と巻線Ｕ３，Ｕ４の直列対とが並列であるため、Ｕ相巻線全体における合成誘起電圧ｖｕは、巻線Ｕ１，Ｕ２の直列対の合成誘起電圧（及び巻線Ｕ３，Ｕ４の直列対の合成誘起電圧）と略同等（ｖｘ＋ｖｙ）となり、該合成誘起電圧ｖｕを効果的に抑制することができる。

ここで、図７に示す例において巻線Ｕ２と巻線Ｕ３を入れ替えた場合、すなわち、誘起電圧の大きさが同等である巻線Ｕ１，Ｕ３、及び巻線Ｕ２，Ｕ４をそれぞれ直列とした場合を考える。この場合、第１Ｎ極部２５ａ（第１Ｓ極部２６ａ）よりも磁力の弱い第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）を設けたことによる誘起電圧の減少が、巻線Ｕ２，Ｕ４の直列対と巻線Ｕ１，Ｕ３の直列対のいずれか一方のみで生じ、他方では誘起電圧が減少しない。そして、巻線Ｕ１，Ｕ３の直列対と巻線Ｕ２，Ｕ４の直列対とが並列であることから、Ｕ相巻線全体における合成誘起電圧を効果的に抑制する点で不利となる。なお、各Ｕ相巻線Ｕ１〜Ｕ４を並列とした場合においても同様に、Ｕ相巻線全体における合成誘起電圧を効果的に抑制する点で不利となる。

以上のように、各相において巻線を直列とする場合には、ロータ２１の所定の回転位置において第１Ｎ極部２５ａ（又は第１Ｓ極部２６ａ）と第２Ｎ極部２５ｂ（又は第２Ｓ極部２６ｂ）とにそれぞれ対向する巻線（例えばＵ相巻線Ｕ１とＵ相巻線Ｕ２）同士を直列接続することで、同相の巻線に生じた弱い誘起電圧と強い誘起電圧とを足し合わせて合成誘起電圧とすることができ、各相における合成誘起電圧を効果的に抑制することができる。

なお、同図の例では、Ｕ相において、巻線Ｕ１，Ｕ２、及び巻線Ｕ３，Ｕ４をそれぞれ直列対としたが、巻線Ｕ１，Ｕ４、及び巻線Ｕ２，Ｕ３をそれぞれ直列対としても同様の効果を得ることができる。また、Ｖ相及びＷ相においても同様の変更が可能である。

また、同図の例では、Ｕ相において、巻線Ｕ１，Ｕ２の直列対と巻線Ｕ３，Ｕ４の直列対とが並列接続されたが、これに特に限定されるものではなく、巻線Ｕ１，Ｕ２の直列対と巻線Ｕ３，Ｕ４の直列対とを分離し、その分離した直列対のそれぞれにＵ相の駆動電流を供給すべくインバータを一対設けてもよい。この構成によっても、同様の効果を得ることができる。また、Ｖ相及びＷ相においても同様の変更が可能である。

また、上記実施形態（図２参照）及び図７に示す例では、巻線の結線態様をスター結線としたが、これに限らず、例えばデルタ結線としてもよい。
・上記実施形態では、ロータ２１を８極とし、ステータ１１の巻線１３の個数を１２個とした（つまり、８極１２スロットのモータ構成とした）が、ロータ２１の極数と巻線１３の個数は構成に応じて適宜変更可能である。例えば、ロータ２１の極数と巻線１３の個数との関係が２ｎ：３ｎ（ただし、ｎは２以上の整数）となるように、ロータ２１の極数と巻線１３の個数を適宜変更してもよい。

なお、６極９スロットや１０極１５スロット等の構成とした場合（ロータ２１の極数と巻線１３の個数の最大公約数ｎが奇数の場合）には、ロータ２１の極対数が奇数、つまり、Ｎ極、Ｓ極の各数が奇数となる。このため、第１Ｎ極部２５ａ（第１Ｓ極部２６ａ）の個数と第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）の個数とを同数にできず、磁気的にアンバランスな構成となってしまう。その点、上記実施形態のように、ロータ２１の極数と巻線１３の個数の最大公約数ｎが偶数である構成では、第１Ｎ極部２５ａ（第１Ｓ極部２６ａ）の個数と第２Ｎ極部２５ｂ（第２Ｓ極部２６ｂ）の個数とを同数とすることができ、磁気的にバランスの良い構成とすることが可能となる。

また、ロータ２１の極数と巻線１３の個数との関係は必ずしも２ｎ：３ｎ（ただし、ｎは２以上の整数）である必要はなく、例えば、１０極１２スロットや１４極１２スロット等で構成してもよい。

図８には、１０極１２スロットで構成したモータ３０の一例を示している。なお、図８の例では、上記実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその詳細な説明は省略し、相異する部分について詳細に説明する。

同図に示すモータ３０において、ステータ１１の１２個の巻線１３は、供給される３相の駆動電流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に応じて分類され、図８において反時計回り方向に順に、Ｕ１、バーＵ２、バーＶ１、Ｖ２、Ｗ１、バーＷ２、バーＵ１、Ｕ２、Ｖ１、バーＶ２、バーＷ１、Ｗ２とする。なお、正巻きで構成されるＵ相巻線Ｕ１，Ｕ２、Ｖ相巻線Ｖ１，Ｖ２、Ｗ相巻線Ｗ１，Ｗ２に対し、Ｕ相巻線バーＵ１，バーＵ２、Ｖ相巻線バーＶ１，バーＶ２、Ｗ相巻線バーＷ１，バーＷ２は逆巻きで構成される。また、Ｕ相巻線Ｕ１，バーＵ１は互いに１８０°対向位置にされ、同様に、Ｕ相巻線Ｕ２，バーＵ２は互いに１８０°対向位置にされる。これは他相（Ｖ相及びＷ相）においても同様である。

Ｕ相巻線Ｕ１，Ｕ２，バーＵ１，バーＵ２は直列に繋がって構成され、同様に、Ｖ相巻線Ｖ１，Ｖ２，バーＶ１，バーＶ２は直列に繋がって構成され、Ｗ相巻線Ｗ１，Ｗ２，バーＷ１，バーＷ２は直列に繋がって構成されている。そして、Ｕ相巻線Ｕ１，Ｕ２，バーＵ１，バーＵ２にはＵ相の駆動電流が供給される。これにより、正巻きのＵ相巻線Ｕ１，Ｕ２に対して逆巻きのＵ相巻線バーＵ１，バーＵ２は常に逆極性（逆位相）で励磁されることとなるが、励磁タイミングは同一である。このことは他相（Ｖ相及びＷ相）においても同様である。

モータ３０のロータ２１は、Ｎ極・Ｓ極が周方向等間隔（３６°間隔）に交互に設定された１０極ロータであり、上記の図５に示すロータ２１と同様のタイプとして構成されている。つまり、ロータ２１は、永久磁石Ｎ１からなる第１Ｎ極部２５ａと、永久磁石Ｎ２からなる第２Ｎ極部２５ｂと、永久磁石Ｓ１からなる第１Ｓ極部２６ａと、永久磁石Ｓ２からなる第２Ｓ極部２６ｂとを備え、永久磁石Ｎ２，Ｓ２は永久磁石Ｎ１，Ｓ１よりも径方向に薄く構成されている。

また、第１Ｎ極部２５ａ及び第１Ｓ極部２６ａ（永久磁石Ｎ１，Ｓ１）はロータ２１の半周（図８において右側半周）において交互に設けられ、第２Ｎ極部２５ｂ及び第２Ｓ極部２６ｂ（永久磁石Ｎ２，Ｓ２）はロータ２１の残り半周（図８において左側半周）において交互に設けられている。また、第１Ｎ極部２５ａの周方向反対側（１８０°対向位置）に第２Ｓ極部２６ｂが位置し、第１Ｓ極部２６ａの周方向反対側（１８０°対向位置）に第２Ｎ極部２５ｂが位置するように構成されている。

なお、図８の１０極ロータの例では、第１Ｎ極部２５ａが２つ、第１Ｓ極部２６ａが３つ、第２Ｎ極部２５ｂが３つ、第２Ｓ極部２６ｂが２つで構成されているが、これに限らず、第１Ｎ極部２５ａが３つ、第１Ｓ極部２６ａが２つ、第２Ｎ極部２５ｂが２つ、第２Ｓ極部２６ｂが３つで構成してもよい。また、図８に示す例では、図５の例と同様のタイプのロータ２１としたが、上記実施形態や上記の図４に示すロータ２１と同様のタイプとしてもよい。

上記構成では、ロータ２１の回転時において、例えば第１Ｓ極部２６ａがＵ相巻線Ｕ１と径方向に対向するとき、その周方向反対側において第２Ｎ極部２５ｂがＵ相巻線バーＵ１と径方向に対向する（図８参照）。ここで、第２Ｎ極部２５ｂを構成する永久磁石Ｎ２は、第１Ｓ極部２６ａを構成する永久磁石Ｓ１よりも径方向厚さが薄いことから、第１Ｓ極部２６ａよりも第２Ｎ極部２５ｂでステータ１１側に与える磁力が弱くなっている。

このように、互いに逆位相（同一タイミング）で励磁される巻線１３（例えばＵ相巻線Ｕ１，バーＵ１）とそれぞれ対向する異極の磁極部（例えば第１Ｓ極部２６ａと第２Ｎ極部２５ｂ）において互いの磁力が異なるように（つまり、一方に対してもう一方の磁力が弱くなるように）構成される。これにより、トルクの低下を極力抑えつつ、ロータ２１の磁極によって逆位相の巻線１３に生じる合成誘起電圧（例えばＵ相巻線Ｕ１，バーＵ１の合成誘起電圧）を小さく抑えることができ、その結果、モータ３０の高回転化を図ることができる。

なお、図８に示すロータ２１の例では、第１Ｎ極部２５ａ及び第１Ｓ極部２６ａをロータ２１の半周に設け、第２Ｎ極部２５ｂ及び第２Ｓ極部２６ｂをロータ２１のもう半周に設けた。しかし、ロータ２１の各磁極部の配置はこれに特に限定されるものではなく、第１Ｎ極部２５ａの周方向反対側に第２Ｓ極部２６ｂが位置し、第１Ｓ極部２６ａの周方向反対側に第２Ｎ極部２５ｂが位置する構成であれば、ロータ２１の各磁極部の配置は適宜変更可能である。

また、ステータ１１側において、各Ｕ相巻線Ｕ１，Ｕ２，バーＵ１，バーＵ２が全て直列に接続される必要はなく、巻線Ｕ１，バーＵ１、及び巻線Ｕ２，バーＵ２をそれぞれ別の直列対とした構成としてもよい。また、Ｖ相及びＷ相においても同様に変更可能である。

また、図８には、１０極１２スロットで構成した例を示したが、１４極１２スロットの構成にも適用可能である。また、１０極１２スロット（又は１４極１２スロット）のロータ極数及びスロット数をそれぞれ等倍した構成にも適用可能である。

なお、図９には、２０極２４スロットの構成におけるロータ２１の一例を示している。同図の例では、第１Ｎ極部２５ａ及び第１Ｓ極部２６ａが周方向に交互に配置された強磁極群Ｍａと、第２Ｎ極部２５ｂ及び第２Ｓ極部２６ｂが周方向に交互に配置された弱磁極群Ｍｂとが、ロータ２１の周方向においてそれぞれ９０°毎の占有角度で交互に配置されている。このように、強磁極群Ｍａと弱磁極群Ｍｂとを周方向にバランス良く配置することで、ロータ２１を磁気的に、また機械的にバランスの優れた構成とすることができる。

・上記実施形態では、ロータ２１の例えばＮ極は第１Ｎ極部２５ａと第２Ｎ極部２５ｂのみから構成されるが、これ以外に例えば、ステータ１１側に与える磁力が第２Ｎ極部２５ｂよりも弱い第３Ｎ極部を備えてもよい。

・上記実施形態では、永久磁石２３を焼結磁石としたが、これ以外に例えば、ボンド磁石としてもよい。
・上記実施形態では、ロータ２１をステータ１１の内周側に配置したインナロータ型のモータ１０に具体化したが、これに特に限定されるものではなく、ロータをステータの外周側に配置したアウタロータ型のモータに具体化してもよい。

・上記実施形態では、ステータ１１とロータ２１とが径方向に対向するラジアルギャップ型のモータ１０に具体化したが、これに特に限定されるものではなく、ステータとロータとが軸方向に対向するアキシャルギャップ型のモータに適用してもよい。

・上記した実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。

１０，３０…モータ、１１…ステータ、１２…ステータコア、１２ａ…ティース、１３…巻線、２１…ロータ、２２…ロータコア、２３（Ｎ１，Ｎ２，Ｓ１，Ｓ２）…永久磁石、２４…回転軸、２５ａ…第１Ｎ極部（第１磁極部）、２５ｂ…第２Ｎ極部（第２磁極部）、２６ａ…第１Ｓ極部（第１磁極部）、２６ｂ…第２Ｓ極部（第２磁極部）、Ｕ１〜Ｕ４…Ｕ相巻線、Ｖ１〜Ｖ４…Ｖ相巻線、Ｗ１〜Ｗ４…Ｗ相巻線。

Claims (8)

1. ステータの巻線に駆動電流が供給されることで生じる回転磁界を受けてロータが回転するモータであって、
   前記巻線は、前記駆動電流によって互いに同一のタイミングで励磁され、かつ、直列接続された第１の巻線と第２の巻線とを備え、
   前記ロータは、
   永久磁石を有する第１磁極部と、
   前記第１磁極部が前記第１の巻線と対向するロータの回転位置で前記第２の巻線と対向し、前記ステータ側に与える磁力が前記第１磁極部よりも弱い第２磁極部と
   を備えていることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記巻線は、供給される３相の駆動電流に応じた、それぞれ２ｎ（ｎは２以上の整数）個のＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線からなり、
   前記第１及び第２磁極部のそれぞれの個数がｎ個で構成されていることを特徴とするモータ。
3. 請求項２に記載のモータにおいて、
   前記第１磁極部及び前記第２磁極部は、周方向等間隔に交互に設けられていることを特徴とするモータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータにおいて、
   前記第１及び第２磁極部は、永久磁石をそれぞれ有して構成され、
   前記第２磁極部の外周面が前記第１磁極部の外周面よりも径方向内側に位置するように構成されていることを特徴とするモータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータにおいて、
   前記第１及び第２磁極部は、永久磁石をそれぞれ有して構成され、
   前記第２磁極部の永久磁石のロータ軸線を中心とする開角度が、前記第１磁極部の永久磁石のロータ軸線を中心とする開角度よりも狭く設定されていることを特徴とするモータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータにおいて、
   前記第１及び第２磁極部は、永久磁石をそれぞれ有して構成され、
   前記第２磁極部の永久磁石の径方向厚さが前記第１磁極部の永久磁石の径方向厚さよりも薄く設定されていることを特徴とするモータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータにおいて、
   前記第１及び第２磁極部は、永久磁石をそれぞれ有して構成され、
   前記第２磁極部の永久磁石の残留磁束密度が前記第１磁極部の永久磁石の残留磁束密度よりも小さく設定されていることを特徴とするモータ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のモータにおいて、
   弱め界磁制御を実行可能に構成されたことを特徴とするモータ。