JPWO2018083898A1 - モータ - Google Patents

Abstract

モータにおいて、電機子コアは、互いに隣り合って並ぶ複数のティースを持っている。複数のティースのそれぞれには、複数の永久磁石が収容されている。突極子は、１個以上の突極を持ち、突極をティースに向けた状態で配置されている。互いに隣り合う２つのティースに収容されている各永久磁石は、同じ磁極を向き合わせて配置されている。ティースのピッチをＰ１とし、突極のピッチをＰ２とすると、（Ｐ１／Ｐ２）＜１／６、又は５／６＜（Ｐ１／Ｐ２）＜７／６を満たしている。

Description

この発明は、永久磁石が設けられている電機子を有するモータに関するものである。

従来、電機子コアの各ティースに永久磁石を個別に収容した電機子に対して、突極を持つ突極子が回転するようにしたモータが知られている。このような従来のモータでは、電機子巻線が各ティースに集中巻きで個別に設けられている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−１９９６７９号公報

特許文献１に示されている従来のモータでは、突極子の突極の数が５であり、電機子のティースの数が６であるので、６個の永久磁石による３極対の起磁力が５個の突極によって変調されて２極対の磁束が生じる。従って、電機子巻線が形成する磁極数とティース数との関係を「磁極数：ティース数」系列の極スロットコンビとして表すと、特許文献１に示されている従来のモータでは、２：３系列の極スロットコンビで動作することになり、コギングトルクが大きくなってしまう。

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、コギングトルク又はコギング推力の低減化を図ることができるモータを得ることを目的とする。

この発明によるモータは、互いに隣り合って並ぶ複数のティースを持つ電機子コアと、複数のティースのそれぞれに収容されている複数の永久磁石と、複数のティースのそれぞれに設けられている複数の電機子巻線とを有する電機子、及び１個以上の突極を持ち、突極をティースに向けた状態で配置されている突極子を備え、電機子及び突極子は、複数のティースが並ぶ方向へ相対的に移動可能になっており、互いに隣り合う２つのティースに収容されている各永久磁石は、同じ磁極を向き合わせて配置されており、ティースのピッチをＰ１とし、突極のピッチをＰ２とすると、（Ｐ１／Ｐ２）＜１／６、又は５／６＜（Ｐ１／Ｐ２）＜７／６を満たす。

この発明によるモータによれば、ティースのピッチＰ１と、突極のピッチＰ２との関係が上記の式を満たしているので、コギングの基本波次数を増加させることができる。これにより、コギングの基本波次数の振幅値を小さくすることができ、コギングトルク又はコギング推力の低減化を図ることができる。

この発明の実施の形態１によるモータを示す構成図である。 図１の１２個の電機子巻線を示す結線図である。 この発明の実施の形態２によるモータを示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるモータを示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるモータを示す構成図である。 この発明の実施の形態５によるモータを示す構成図である。 この発明の実施の形態６によるモータを示す構成図である。 この発明の実施の形態７によるモータを示す構成図である。 この発明の実施の形態８によるモータを示す構成図である。 この発明の実施の形態９によるモータを示す構成図である。 この発明の実施の形態１０によるモータを示す構成図である。 この発明の実施の形態１０によるモータにおいて、Ｑ＝３・ｋ・ｍを満たすときのｋ、ｍ及びＱの値の組み合わせを示す表である。 この発明の実施の形態１０によるモータにおいて、Ｎ＝（３・ｋ＋０．５）・ｍを満たすときのｋ、ｍ及びＮの値の組み合わせを示す表である。 この発明の実施の形態１０によるモータにおいて、Ｎ＝（３・ｋ−０．５）・ｍを満たすときのｋ、ｍ及びＮの値の組み合わせを示す表である。 この発明の実施の形態１０によるモータにおいて、Ｎ＝（３・ｋ＋０．５）・ｍを満たすときのｋ、ｍ及び極スロットコンビの値の組み合わせを示す表である。 この発明の実施の形態１０によるモータにおいて、Ｎ＝（３・ｋ−０．５）・ｍを満たすときのｋ、ｍ及び極スロットコンビの値の組み合わせを示す表である。 この発明の実施の形態１１によるモータを示す構成図である。 この発明の実施の形態１２によるモータを示す構成図である。 図１８の各ティースで生じるコギングトルクの１ｆ成分を示すベクトル図である。 この発明の実施の形態１３によるモータを示す構成図である。 この発明の実施の形態１４によるモータを示す構成図である。 この発明の実施の形態１５によるモータを示す構成図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるモータを示す構成図である。図において、モータ１は、固定子としての環状の電機子２と、電機子２の内側に配置され、電機子２に対して回転する回転子としての突極子３とを有している。従って、この例では、モータ１が回転モータになっている。

電機子２は、鉄製の電機子コア４と、電機子コア４に収容されている複数の永久磁石５と、電機子コア４に設けられている複数の電機子巻線６とを有している。

電機子コア４は、環状のコアバック７と、コアバック７の内面から突極子３に向けてそれぞれ突出する複数のティース８とを有している。

複数のティース８は、電機子コア４の周方向へ互いに隣り合って等間隔に並んでいる。これにより、複数のティース８間には、空間であるスロット９がそれぞれ形成されている。スロット９の数は、ティース８の数と同じになっている。各スロット９は、突極子３に向けて開放されている。この例では、ティース８の数が１２になっており、スロット９の数も１２になっている。

永久磁石５は、各ティース８に個別に収容されている。この例では、電機子２の径方向に沿って配置された板状の永久磁石５がティース８の周方向中央部に収容されている。また、互いに隣り合う２つのティース８に収容されている各永久磁石５は、同じ磁極を向き合わせて配置されている。従って、互いに隣り合うすべての永久磁石５が、電機子２の周方向について磁極を交互にして配置されている。さらに、この例では、永久磁石５が、電機子コア４の内周面でティース８から露出し、電機子コア４の外周面でコアバック７によって覆われている。

各電機子巻線６は、各ティース８に集中巻きで個別に設けられている。これにより、この例では、電機子巻線６の数が１２になっている。また、各電機子巻線６は、スロット９に収容されている。三相の各相をＵ相、Ｖ相及びＷ相でそれぞれ表すと、各電機子巻線６のうち、４個の電機子巻線６がＵ相の電機子巻線Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ２１，Ｕ２２になっており、別の４個の電機子巻線６がＶ相の電機子巻線Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ２２になっており、残りの４個の電機子巻線６がＷ相の電機子巻線Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２になっている。１２個の電機子巻線６は、図１に示すように、１２個のティース８のそれぞれに対応して、図１の反時計回りの方向へ＋Ｕ１１、−Ｕ１２、−Ｖ１１、＋Ｖ１２、＋Ｗ１１、−Ｗ１２、−Ｕ２１、＋Ｕ２２、＋Ｖ２１、−Ｖ２２、−Ｗ２１、＋Ｗ２２の順に並んでいる。ただし、「＋」及び「−」は、電機子巻線６の互いに異なる巻極性を表しており、各電機子巻線６に同一方向の電流が流れた場合、電機子巻線６に発生する電磁場の方向が、径方向について互いに反対になることを示している。

図２は、図１の１２個の電機子巻線６を示す結線図である。電機子２では、各電機子巻線６の誘起電圧の対称性を考慮して、Ｕ相の電機子巻線Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ２１，Ｕ２２が順次直列に接続されたＵ相の直列回路と、Ｖ相の電機子巻線Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ２２が順次直列に接続されたＶ相の直列回路と、Ｗ相の電機子巻線Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２が順次直列に接続されたＷ相の直列回路とが共通の中性点で接続されている。即ち、電機子２では、複数の電機子巻線６がＹ結線によって結線されている。

突極子３は、電機子２と同軸に配置されている。従って、突極子３は、電機子２と共通の軸線Ａを持っている。また、突極子３と電機子２との間には、隙間、即ちエアギャップが存在している。これにより、電機子２及び突極子３は、複数のティース８が並ぶ方向、即ち電機子２の周方向へ相対的に移動可能になっている。

突極子３は、円柱状の突極子本体３１と、突極子本体３１の外周部に設けられた１個以上の突極３２とを有している。この例では、突極３２の数が１１になっている。各突極３２は、複数のティース８が並ぶ方向、即ち電機子２の周方向へ等間隔に並んでいる。

ここで、互いに隣り合う２つのティース８のそれぞれの周方向一端と軸線Ａとを結ぶ２本の直線がなす角度をθ１とし、互いに隣り合う２つの突極３２のそれぞれの周方向一端と軸線Ａとを結ぶ２本の直線がなす角度をθ２とする。また、永久磁石５の周方向の両端と軸線Ａとを結ぶ２本の直線がなす角度をθ３とする。さらに、複数のティース８の端面を通り、複数のティース８が並ぶ周方向に沿って設定された面をピッチ基準面とする。この例では、ピッチ基準面が軸線Ａを中心とする円筒面になっている。

さらに、共通のピッチ基準面において、θ１の範囲に対応する周方向距離をティース８のピッチＰ１とし、θ２の範囲に対応する周方向距離を突極３２のピッチＰ２とし、θ３の範囲に対応する周方向距離を永久磁石５のピッチＰ３としている。即ち、共通のピッチ基準面における各ティース８間の周方向間隔をティース８のピッチＰ１とし、共通のピッチ基準面における各突極３２間の周方向間隔を突極３２のピッチＰ２とし、共通のピッチ基準面における永久磁石５の厚さを永久磁石５のピッチＰ３としている。

ティース８のピッチＰ１、及び突極３２のピッチＰ２を上記のように定義すると、Ｐ１とＰ２との関係は、以下の式（１）又は式（２）を満たす関係になっている。

（Ｐ１／Ｐ２）＜１／６…（１）

５／６＜（Ｐ１／Ｐ２）＜７／６…（２）

また、ティース８の数をＱとし、Ｑ個のティース８に対向する突極３２の数をＮとすると、以下の式（３）の関係が成立する。なお、突極３２の数Ｎは、自然数である必要はない。

（Ｐ１／Ｐ２）＝（Ｎ／Ｑ）…（３）

この例では、Ｑ＝１２、Ｎ＝１１になっており、式（２）を満たしている。

モータ１では、１２個の永久磁石５による６極対の起磁力が１１個の突極３２によって変調されて５極対の磁束が生じる。従って、この例では、モータ１が１０極１２スロットで動作する。即ち、複数の電機子巻線６が形成する磁極数とティース８の数との関係を「磁極数：ティース数」系列の極スロットコンビとして表すと、この例では、５：６系列の極スロットコンビでモータ１が動作する。

また、永久磁石５のピッチＰ３とティース８のピッチＰ１との関係は、以下の式（４）を満たす関係になっている。

５＜Ｐ１／Ｐ３＜１０…（４）

この例では、Ｐ１／Ｐ３＝７．５になっており、式（４）を満たしている。

Ｐ１／Ｐ３≦５である場合には、ティース８の幅に対する永久磁石５の厚さの割合が大きくなりすぎて、ティース８に磁気飽和が生じやすくなってしまう。また、１０≦Ｐ１／Ｐ３である場合には、ティース８の幅に対する永久磁石５の厚さの割合が小さくなりすぎて、永久磁石５の磁束量を十分に得ることができなくなってしまう。これにより、永久磁石５のピッチＰ３とティース８のピッチＰ１との関係が式（４）を満たすことにより、モータ１のトルクを増加させることができる。

このようなモータ１では、ティース８のピッチＰ１と、突極３２のピッチＰ２との関係が式（２）を満たしているので、従来の２：３系列の極スロットコンビよりもコギングの基本波次数を増加させることができる。具体的には、ティース８の数Ｑ＝１２、Ｑ個のティース８に対向する突極３２の数Ｎ＝１１になっているので、１０極１２スロットでモータ１を動作させることができ、従来の２：３系列の極スロットコンビよりもコギングの基本波次数を増加させることができる。これにより、コギングの基本波次数の振幅値を小さくすることができ、コギングトルクの低減化を図ることができる。また、従来の２：３系列の場合、巻線係数が０．８６６であるのに対して、本実施の形態の５：６系列の極スロットコンビでは、巻線係数が０．９３３になる。従って、本実施の形態では、巻線係数が従来の２：３系列の場合よりも増加し、モータ１のトルクの向上を図ることができる。

また、永久磁石５のピッチＰ３とティース８のピッチＰ１との関係が式（４）を満たしているので、永久磁石５の磁束量を十分に得ることができるとともに、ティース８に磁気飽和を生じにくくすることができる。これにより、電機子２の誘起電圧を大きくすることができ、モータ１のトルクの増加を図ることができる。

なお、上記の例では、複数の電機子巻線６の巻線配置が、１０極１２スロットで動作するモータ１の通常の巻線配置になっているが、５：６系列の極スロットコンビと異なる他の極スロットコンビ、例えば８極９スロット、１４極１５スロット等の場合には、他の極スロットコンビに対応する通常の巻線配置を複数の電機子巻線の巻線配置として適用することができる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２によるモータを示す構成図である。本実施の形態では、Ｑ＝１２、Ｎ＝１３になっている。これにより、本実施の形態では、Ｐ１とＰ２との関係が上記の式（２）を満たす関係になっている。また、１２個の電機子巻線６は、１２個のティース８のそれぞれに対応して、図３の反時計回りの方向へ＋Ｕ１１、−Ｕ１２、−Ｗ１１、＋Ｗ１２、＋Ｖ１１、−Ｖ１２、−Ｕ２１、＋Ｕ２２、＋Ｗ２１、−Ｗ２２、−Ｖ２１、＋Ｖ２２の順に並んでいる。ただし、「＋」及び「−」は、実施の形態１と同様に、電機子巻線６の互いに異なる巻極性を表している。

本実施の形態では、１２個の永久磁石５による６極対の起磁力が１３個の突極３２によって変調されて７極対の磁束が生じる。従って、この例では、モータ１が１４極１２スロットで動作する。即ち、この例では、７：６系列の極スロットコンビでモータ１が動作する。他の構成は実施の形態１と同様である。

このように、Ｑ＝１２、Ｎ＝１３としても、Ｐ１とＰ２との関係が式（２）を満たすようにすることができる。具体的には、Ｑ＝１２、Ｎ＝１３になっているので、１４極１２スロットでモータ１を動作させることができ、５：６系列よりも大きい７：６系列の極スロットコンビでモータ１を動作させることができる。これにより、コギングトルクの低減化をさらに図ることができる。また、１極あたりの永久磁石５の数を減らすことができるので、コアバック７を通る１極あたりの磁束量を減らすことができる。これにより、コアバック７での磁気飽和が生じにくくなり、コアバック７の径方向厚さを小さくすることができる。従って、電機子巻線６の巻線領域を拡大することができ、電機子巻線６の銅損の低減化を図ることができる。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３によるモータを示す構成図である。本実施の形態では、Ｑ＝１２、Ｎ＝１になっている。これにより、本実施の形態では、Ｐ１とＰ２との関係が上記の式（１）を満たす関係になっている。

突極子３の形状は、円柱状になっている。また、突極子３は、突極子３の円柱状の中心軸線を軸線Ａから偏心させた状態で電機子２の内側に配置されている。突極子３は、軸線Ａを中心として電機子２に対して回動する。これにより、１個の突極３２を持つ突極子３が構成されている。

また、突極３２の数が１である場合、突極３２から突極子３を１周して元の突極３２に戻るまでの角度がθ２となり、θ２は突極子３の１周分の角度である３６０度になる。従って、突極３２のピッチＰ２は、ピッチ基準面の１周分の周方向距離になる。

本実施の形態では、１２個の永久磁石５による６極対の起磁力が１個の突極３２によって変調されて７極対の磁束が生じる。従って、この例では、モータ１が１４極１２スロットで動作する。即ち、この例では、７：６系列の極スロットコンビでモータ１が動作する。他の構成は実施の形態２と同様である。

このように、Ｑ＝１２、Ｎ＝１としても、Ｐ１とＰ２との関係が式（１）を満たすようにすることができる。具体的には、Ｑ＝１２、Ｎ＝１になっているので、実施の形態２と同様に、７：６系列の極スロットコンビでモータ１を動作させることができ、コギングトルクの低減化をさらに図ることができる。また、１極あたりの永久磁石５の数を減らすことができるので、コアバック７の径方向厚さを小さくすることができ、電機子巻線６の銅損の低減化を図ることもできる。さらに、Ｐ１とＰ２との関係が式（１）を満たすことにより、突極子３における突極３２の数を減らすことができ、突極子３の製造を容易にすることができる。

実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４によるモータを示す構成図である。本実施の形態では、電機子２及び突極子３のそれぞれが直線方向に沿って配置されている。即ち、この例では、モータ１がリニアモータになっている。また、この例では、電機子コア４及び突極子３のそれぞれの形状が、実施の形態１の電機子コア４及び突極子３の周方向を直線方向に展開した形状になっている。

モータ１では、鉄製の突極子３がリニアモータの搬送路として直線方向に沿って配置されている。電機子２は、突極子３に沿った直線方向へ移動可能になっている。突極子本体３１は、電機子２が移動する直線方向に沿って配置された板状部材である。複数の突極３２は、突極子本体３１に沿った直線方向へ等間隔に並んでいる。

電機子２は、突極子３と平行に配置されている。これにより、複数のティース８は、複数の突極３２が並ぶ直線方向へ等間隔に並んでいる。この例では、電機子コア４のティース８の数が１２となっている。電機子２は、各ティース８を突極子３に向けた状態で配置されている。

この例では、各永久磁石５が各ティース８に個別に収容されており、電機子コア４の突極子３側の面と、電機子コア４の突極子３側とは反対側の面とのそれぞれにおいて、各永久磁石５が露出している。

ここで、複数のティース８の端面を通り、複数のティース８が並ぶ直線方向に沿って設定された平面をピッチ基準面とする。また、共通のピッチ基準面における各ティース８間の直線方向間隔をティース８のピッチＰ１とし、共通のピッチ基準面における各突極３２間の直線方向間隔を突極３２のピッチＰ２としている。ティース８のピッチＰ１、及び突極３２のピッチＰ２をこのように定義すると、Ｐ１とＰ２との関係は、上記の式（１）又は式（２）を満たす関係になっている。

また、本実施の形態でも、ティース８の数をＱとし、Ｑ個のティース８に対向する突極３２の数をＮとすると、上記の式（３）の関係が成立している。なお、突極３２の数Ｎは、自然数である必要はない。

この例では、実施の形態１と同様に、Ｑ＝１２、Ｎ＝１１になっているので、上記の式（２）を満たしている。従って、この例では、５：６系列の極スロットコンビでモータ１が動作する。

このようなモータ１では、突極子３が直線方向に沿って配置され、複数のティース８が突極子３に沿った直線方向へ並んでおり、複数のティース８が並ぶ直線方向へ電機子２が突極子３に対して移動可能になっているので、電機子２が移動する搬送路として突極子３を用いることにより、リニアモータの搬送路に永久磁石５を設ける必要がなくなる。これにより、リニアモータであるモータ１の製造コストの増加を抑制することができる。

即ち、通常のリニアモータでは、可動子としての電機子を搬送する搬送路として、永久磁石を設けた鉄心が用いられる。このため、可動子の搬送距離に比例して永久磁石が必要になり、長距離搬送の場合には、搬送路が長くなるため、永久磁石の使用量が増加してコストが増加してしまう。これに対して、本実施の形態では、電機子２が永久磁石５を有し、搬送路として用いられる突極子３が鉄のみで構成されているので、搬送路が長くなっても、永久磁石５の使用量の増加を抑制することができる。従って、本実施の形態では、長距離搬送の場合でも、モータ１の製造コストの増加を抑制することができる。なお、電機子２には、電機子２へ給電可能なアンプを搭載してもよい。

また、本実施の形態でも、Ｑ＝１２、Ｎ＝１１になっているので、ティース８のピッチＰ１と、突極３２のピッチＰ２との関係が式（２）を満たすようにすることができ、リニアモータであるモータ１のコギング推力の低減化を図ることができる。また、従来の２：３系列の場合には巻線係数が０．８６６であるのに対して、本実施の形態の５：６系列の極スロットコンビでは巻線係数が０．９３３になる。従って、本実施の形態では、巻線係数が従来の２：３系列の場合よりも増加し、リニアモータであるモータ１の推力の向上を図ることができる。

なお、上記の例では、電機子コア４の突極子３側の面と、電機子コア４の突極子３側とは反対側の面とのそれぞれにおいて、各永久磁石５が露出しているが、電機子コア４の突極子３側の面で各永久磁石５を露出させ、電機子コア４の突極子３側とは反対側の面で各永久磁石５をコアバック７によって覆ってもよい。

また、上記の例では、Ｑ＝１２、Ｎ＝１１がリニアモータに適用されているが、実施の形態３と同様に、Ｑ＝１２、Ｎ＝１をリニアモータに適用してもよい。

実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５によるモータを示す構成図である。本実施の形態では、Ｑ＝１２、Ｎ＝１３になっている。これにより、本実施の形態では、Ｐ１とＰ２との関係が上記の式（２）を満たす関係になっている。

従って、本実施の形態では、１２個の永久磁石５による６極対の起磁力が１３個の突極３２によって変調されて７極対の磁束が生じる。従って、この例では、モータ１が１４極１２スロットで動作する。即ち、この例では、７：６系列の極スロットコンビでモータ１が動作する。他の構成は実施の形態４と同様である。

このように、リニアモータであるモータ１において、Ｑ＝１２、Ｎ＝１３としても、Ｐ１とＰ２との関係が式（２）を満たすようにすることができる。これにより、５：６系列よりも大きい７：６系列の極スロットコンビでモータ１を動作させることができ、リニアモータであるモータ１のコギング推力の低減化をさらに図ることができる。また、１極あたりの永久磁石５の数を減らすことができるので、コアバック７での磁気飽和が生じにくくなり、コアバック７の径方向厚さを小さくすることができる。従って、電機子巻線６の巻線領域を拡大することができ、電機子巻線６の銅損の低減化を図ることができる。

実施の形態６．
図７は、この発明の実施の形態６によるモータを示す構成図である。本実施の形態では、Ｑ＝１２、Ｎ＝１１．２になっている。

例えば、Ｑ＝１２で１０極１２スロットとしてモータ１を動作させるためには、以下の式（５）を満たせばよく、Ｑ＝１２で１４極１２スロットとしてモータ１を動作させるためには、以下の式（６）を満たせばよい。

５／６＜（Ｐ１／Ｐ２）＜１…（５）

１＜（Ｐ１／Ｐ２）＜７／６…（６）

本実施の形態では、Ｑ＝１２、Ｎ＝１１．２になっているので、式（３）から、Ｐ１とＰ２との関係が式（５）を満たす関係になっている。他の構成は実施の形態４と同様である。

このように、Ｎの値が自然数でなくても、モータ１を問題なく動作させることができる。これにより、例えば突極子３の工作精度が悪い場合でも、リニアモータであるモータ１のコギング推力の低減化を図ることができ、モータ１を問題なく動作させることができる。

なお、上記の例では、モータ１がリニアモータになっているが、モータ１が回転モータであっても同様に、モータ１のコギングトルクの低減化を図ることができる。

実施の形態７．
図８は、この発明の実施の形態７によるモータを示す構成図である。リニアモータであるモータ１では、各ティース８が並ぶ直線方向についての電機子コア４の両側の端部に突起部１１がそれぞれ設けられている。各突起部１１は、コアバック７から突極子３に向けて突出し、突極子３に対向している。また、各突起部１１は、各ティース８が並ぶ直線方向についてティース８から離して配置されている。各突起部１１には、電機子巻線６は設けられていない。各突起部１１は、コアバック７と同じ材料で構成されているとともに、コアバック７と一体に形成されている。この例では、Ｑ＝１２、Ｎ＝１１になっている。従って、この例では、Ｐ１とＰ２との関係が上記の式（２）を満たす関係になっている。他の構成は実施の形態４と同様である。

このようなモータ１では、各ティース８が並ぶ直線方向についての電機子コア４の両側の端部に突起部１１がそれぞれ設けられているので、リニアモータであるモータ１のコギング推力の低減化をさらに図ることができる。また、モータ１の推力の向上も図ることができる。

なお、上記の例では、電機子コア４の両側の端部に突起部１１がそれぞれ設けられているが、各ティース８が並ぶ直線方向についての電機子コア４の片側の端部にのみ突起部１１を設けてもよい。

実施の形態８．
図９は、この発明の実施の形態８によるモータを示す構成図である。各ティース８が並ぶ直線方向について電機子コア４の両側の端部に位置する各ティース８を端部ティース８ａとし、端部ティース８ａ以外の各ティース８を中間部ティース８ｂとすると、端部ティース８ａの形状は、中間部ティース８ｂの形状と異なっている。各中間部ティース８ｂの形状は、互いに同じ形状になっている。

ティース８のピッチＰ１と、突極３２のピッチＰ２との関係は、上記の式（１）又は式（２）を満たす関係になっている。また、Ｐ１、Ｐ２、Ｑ、Ｎの関係は、上記の式（３）を満たす関係になっている。なお、式（１）〜式（６）に適用されるティース８のピッチＰ１は、ピッチ基準面における各中間部ティース８ｂ間の距離で設定される。他の構成は実施の形態４と同様である。

このようなモータ１では、端部ティース８ａの形状が中間部ティース８ｂの形状と異なっているので、端部ティース８ａの形状を調整することにより、リニアモータであるモータ１のコギング推力の低減化をさらに図ることができる。即ち、リニアモータであるモータ１では、回転モータとは異なり、電機子２が無端状に連続しておらず、電機子２が移動する直線方向について電機子２の端部が存在し非連続になっている。従って、電機子２の端部が存在して非連続になっていることに起因してモータ１の推力にコギング成分が加わる。本実施の形態では、端部ティース８ａの形状が中間部ティース８ｂの形状と異なっているので、電機子２の非連続性に起因するコギング成分を抑制することができ、リニアモータであるモータ１のコギング推力の低減化をさらに図ることができる。また、モータ１の推力の向上も図ることができる。

なお、上記の例では、電機子コア４の両側の端部に位置する各端部ティース８ａのそれぞれの形状が中間部ティース８ｂの形状と異なっているが、各端部ティース８ａのうち、電機子コア４の片側の端部に位置する端部ティース８ａの形状のみを中間部ティース８ｂの形状と異ならせてもよい。

また、上記の例では、端部ティース８ａの形状を中間部ティース８ｂの形状と異ならせることにより、モータ１のコギング推力の低減化を図るようにしているが、端部ティース８ａと、端部ティース８ａの隣の中間部ティース８ｂとの間の距離である端部ティース８ｂのピッチと、各中間部ティース８ｂ間の距離である中間部ティース８ｂのピッチとを互いに異ならせることにより、電機子２の非連続性に起因するコギング成分を抑制し、モータ１のコギング推力の低減化を図るようにしてもよい。

実施の形態９．
図１０は、この発明の実施の形態９によるモータを示す構成図である。この例では、実施の形態８と同様に、各ティース８が並ぶ直線方向について電機子コア４の両側の端部に位置する各ティース８を端部ティース８ａとし、端部ティース８ａ以外の各ティース８を中間部ティース８ｂとする。また、この例では、各中間部ティース８ｂのうち、各端部ティース８ａの隣に位置する中間部ティース８ｂを端部隣接ティース８ｃとする。各ティース８をこのように定義すると、各端部隣接ティース８ｃの形状は、他の各ティース８の形状、即ち端部隣接ティース８ｃ以外の中間部ティース８ｂ及び端部ティース８ａのそれぞれの形状と異なっている。この例では、端部隣接ティース８ｃに収容されている永久磁石５の形状が、端部隣接ティース８ｃ以外の他のティース８に収容されている永久磁石５の形状と異なっていることにより、各端部隣接ティース８ｃの形状が他のティース８の形状と異なっている。また、この例では、端部隣接ティース８ｃに収容されている永久磁石５の厚さが、他のティース８に収容されている永久磁石５の厚さよりも大きくなっている。端部隣接ティース８ｃ以外の中間部ティース８ｂ及び端部ティース８ａのそれぞれの形状は、互いに同じ形状になっている。他の構成は実施の形態８と同様である。

このようなモータ１では、端部ティース８ａの隣に位置する端部隣接ティース８ｃの形状が、端部隣接ティース８ｃ以外の他のティース８の形状と異なっているので、電機子２の非連続性に起因するコギング成分を抑制することができ、モータ１のコギング推力の低減化をさらに図ることができる。また、モータ１の推力の向上も図ることができる。

なお、上記の例では、電機子コア４の両側に位置する各端部隣接ティース８ｃのそれぞれの形状が他のティース８の形状と異なっているが、電機子コア４の片側に位置する端部隣接ティース８ｃの形状のみを他のティース８の形状と異ならせてもよい。

実施の形態１０．
図１１は、この発明の実施の形態１０によるモータを示す構成図である。本実施の形態では、ティース８の数Ｑが以下の式（７）を満たす値に設定され、Ｑ個のティース８に対向する突極３２の数Ｎが以下の式（８）を満たす値に設定されている。

Ｑ＝３・ｋ・ｍ…（７）

Ｎ＝（３・ｋ±０．５）・ｍ…（８）

ただし、ｋは２以上の自然数、即ちｋ＝２，３，４…であり、ｍは１以上の自然数、即ちｍ＝１，２，３…である。

この例では、ｋ＝２、ｍ＝２を満たし、Ｑ＝１２、Ｎ＝１１になっている。

図１２は、この発明の実施の形態１０によるモータにおいて、Ｑ＝３・ｋ・ｍを満たすときのｋ、ｍ及びＱの値の組み合わせを示す表である。また、図１３は、この発明の実施の形態１０によるモータにおいて、Ｎ＝（３・ｋ＋０．５）・ｍを満たすときのｋ、ｍ及びＮの値の組み合わせを示す表である。さらに、図１４は、この発明の実施の形態１０によるモータにおいて、Ｎ＝（３・ｋ−０．５）・ｍを満たすときのｋ、ｍ及びＮの値の組み合わせを示す表である。また、図１５は、この発明の実施の形態１０によるモータにおいて、Ｎ＝（３・ｋ＋０．５）・ｍを満たすときのｋ、ｍ及び極スロットコンビの値の組み合わせを示す表である。さらに、図１６は、この発明の実施の形態１０によるモータにおいて、Ｎ＝（３・ｋ−０．５）・ｍを満たすときのｋ、ｍ及び極スロットコンビの値の組み合わせを示す表である。なお、図１５及び図１６では、極数に「Ｐ」を付し、ティース数、即ちスロット数に「Ｓ」を付した表示を極スロットコンビの値の表示としている。例えば、極数が５でティース数が６であるときには、「５Ｐ６Ｓ」を極スロットコンビの値の表示としている。

本実施の形態では、図１２〜図１６に示すように、ｋ＞１、ｍ≧１の範囲で、ｋ及びｍの値に応じてＱ及びＮが設定される。他の構成は実施の形態１と同様である。

このようなモータ１では、Ｑが式（７）を満たしているとともに、Ｎが式（８）を満たしているので、トルクの基本波を増加させることができ、モータ１のトルクの増加させることができる。また、ｋ＞１であるので、巻線係数が向上してトルクの増加を図ることができるとともに、極スロットコンビに起因するコギングトルクの低減化を図ることができる。

また、式（７）及び式（８）においてｍ＝２を満たしているので、突極子３及び永久磁石５の作用によって生じるコギングトルクが各ティース８間で打ち消し合うようにすることができる。これにより、コギングトルクをさらに抑制することができる。

また、モータ１において、Ｎ＝（３・ｋ−０．５）・ｍを満たす場合は、Ｎ＝（３・ｋ＋０．５）・ｍを満たす場合よりも、電機子コア４と突極子３との間に存在するエアギャップの磁束密度の基本波が向上する。従って、Ｑ＝３・ｋ・ｍを満たし、Ｎ＝（３・ｋ−０．５）・ｍを満たすようにティース８の数及び突極３２の数を設定することにより、モータ１のトルクの増加をさらに図ることができる。

実施の形態１１．
図１７は、この発明の実施の形態１１によるモータを示す構成図である。本実施の形態では、Ｑ及びＮが上記の式（７）及び式（８）を満たし、式（７）及び式（８）においてｍ＝１、ｋ＞１を満たしている。この例では、ｍ＝１、ｋ＝２を満たしている。これにより、この例では、Ｑ＝６、Ｎ＝５．５になっている。他の構成は実施の形態４と同様である。

このようなモータ１では、Ｑ及びＮが上記の式（７）及び式（８）を満たし、式（７）及び式（８）においてｍ＝１、ｋ＞１を満たしているので、各極スロットコンビにおいてティース８及び永久磁石５の数を最小にすることができる。例えば、「１０Ｐ１２Ｓ」の極スロットコンビを「５Ｐ６Ｓ」にしたり、「１６Ｐ１８Ｓ」の極スロットコンビを「８Ｐ９Ｓ」にしたりすることができる。これにより、モータ１の体積を一定とした場合、各極スロットコンビにおいて永久磁石５の厚さを最大にすることができ、永久磁石５から突極子３へ流れる磁束量を多くすることができる。従って、電機子２での誘起電圧を大きくすることができ、モータ１の推力を増加させることができる。

この例では、ｍ＝１、ｋ＝２を満たし、Ｑ＝６、Ｎ＝５．５になっているので、５：６系列の極スロットコンビで動作するモータ１の中で永久磁石５の数を最小にすることができる。これにより、５：６系列の極スロットコンビの中で永久磁石５の厚さを最大にすることができ、エアギャップの磁束密度を増加させて、リニアモータであるモータ１の推力を増加させることができる。

また、Ｎ＝（３・ｋ−０．５）・ｍを満たす場合は、Ｎ＝（３・ｋ＋０．５）・ｍを満たす場合よりも、エアギャップの磁束密度の基本波を向上させることができる。これにより、Ｎ＝（３・ｋ−０．５）・ｍを満たすことにより、リニアモータであるモータ１の推力の増加をさらに図ることができる。

上記の例では、Ｑ及びＮが上記の式（７）及び式（８）を満たし、式（７）及び式（８）においてｍ＝１、ｋ＞１を満たす構成がリニアモータに適用されているが、Ｑ及びＮが上記の式（７）及び式（８）を満たし、式（７）及び式（８）においてｍ＝１、ｋ＞１を満たす構成を回転モータに適用してもよい。このようにしても、各極スロットコンビにおいて永久磁石５の厚さを最大にすることができ、回転モータのトルクを増加させることができる。

実施の形態１２．
図１８は、この発明の実施の形態１２によるモータを示す構成図である。本実施の形態では、Ｑ及びＮが上記の式（７）及び式（８）を満たし、式（７）及び式（８）においてｍ＝２、ｋ＞１を満たしている。この例では、ｍ＝２、ｋ＝２を満たしている。これにより、この例では、Ｑ＝１２、Ｎ＝１１になっている。

式（７）及び式（８）においてｍ＝２を満たすと、突極子３及び永久磁石５の作用で生じるコギングトルクの１ｆ成分、即ちエアギャップの変動と同じ周期で現れるコギングトルク成分は、各ティース８間で打ち消し合う方向に生じる。なお、図１８では、各ティース２７に便宜的に割り振った直線方向へ連続する番号１〜１２（円の枠で囲んでいる番号）をティース番号として示している。

図１９は、図１８の各ティース８で生じるコギングトルクの１ｆ成分を示すベクトル図である。図１９では、図１８の各ティース８で個別に生じるコギングトルクの１ｆ成分のベクトルをティース番号１〜１２ごとにまとめて示している。図１９に示すように、ティース番号１〜１２の各ティース８で生じるコギングトルクの１ｆ成分を足し合わせると、コギングトルクの１ｆ成分の合成ベクトルがほぼ０になることが分かる。他の構成は実施の形態１１と同様である。

このようなモータ１では、Ｑ及びＮが上記の式（７）及び式（８）を満たし、式（７）及び式（８）においてｍ＝２、ｋ＞１を満たしているので、各ティース８で生じるコギングトルクの１ｆ成分を打ち消し合わせることができる。これにより、モータ１のコギングトルクの低減化をさらに図ることができる。

実施の形態１３．
図２０は、この発明の実施の形態１３によるモータを示す構成図である。本実施の形態では、Ｑ及びＮが上記の式（７）及び式（８）を満たし、式（７）及び式（８）においてｍ＝４、ｋ＞１を満たしている。この例では、ｍ＝４、ｋ＝２を満たし、Ｑ＝２４、Ｎ＝２２になっている。また、この例では、モータ１が回転モータになっている。

式（７）及び式（８）においてｍ＝４を満たすと、軸線Ａに沿って見たときの突極子３の形状が、軸線Ａを通る直線に関して対称の形状になる。また、式（７）及び式（８）においてｍ＝４を満たすと、軸線Ａに沿って見たときの極スロットコンビが、軸線Ａを通りかつ互いに直交する第１の直線及び第２の直線のいずれに関しても対称の関係になる。他の構成は実施の形態１０と同様である。

このようなモータ１では、Ｑ及びＮが上記の式（７）及び式（８）を満たし、式（７）及び式（８）においてｍ＝４、ｋ＞１を満たしているので、突極子３の形状の対称性及びモータ１の極スロットコンビの対称性を確保することができる。これにより、モータ１の振動及び騒音の低減化を図ることができる。

また、電機子２の誘起電圧の対称性を確保することができるので、複数の電機子巻線６の結線を２並列結線にすることができる。複数の電機子巻線６の結線を複数の並列結線にする場合、近接する同相の電機子巻線６をそれぞれ直列に接続することにより複数組の同相の電機子巻線直列部を構成し、複数組の同相の電機子巻線直列部を並列結線する。複数組の同相の電機子巻線直列部が並列結線されたモータでは、ｎを２以上の自然数とすると、ｍ＝２・ｎの関係が成立し、同相の電機子巻線直列部の並列数Ｃがｎの１以外の約数となる。また、ｍ＝２・ｎの関係が成立し、同相の電機子巻線直列部の並列数Ｃが１以外のｎの約数となる場合、１つの電機子巻線直列部で直列に接続される電機子巻線６の数は、Ｑ／（３・Ｃ）となる。これにより、誘起電圧のバランスを向上させることができ、モータ１のトルクリップル、振動及び騒音の低減化を図ることができる。

実施の形態１４．
図２１は、この発明の実施の形態１４によるモータを示す構成図である。本実施の形態では、Ｑ及びＮが上記の式（７）及び式（８）を満たし、式（７）及び式（８）においてｍ＝２、ｋ＝２を満たしている。これにより、Ｑ＝１２、Ｎ＝１１又は１３になっている。従って、Ｎ＝１１の場合に１０極１２スロットでモータ１が動作し、Ｎ＝１３の場合に１４極１２スロットでモータ１が動作する。この例では、モータ１が回転モータになっている。

エアギャップＧ、永久磁石５の厚さｄ、巻線係数のバランスを考慮すると、式（７）及び式（８）においてｍ＝２、ｋ＝２を満たすときには、エアギャップＧが２ｍｍ〜４ｍｍ、電機子コア４の外周面４ａの周方向長さＤと１個あたりの永久磁石５の厚さｄとの比が（３７〜４５）：１になることにより、電機子２の誘起電圧が最も大きくなる。他の構成は実施の形態１０と同様である。

このようなモータ１では、Ｑ及びＮが上記の式（７）及び式（８）を満たし、式（７）及び式（８）においてｍ＝２、ｋ＝２を満たしているので、エアギャップＧ、永久磁石５の厚さｄ、巻線係数のバランスを考慮して、エアギャップ、電機子コア４、永久磁石５のそれぞれの大きさを調整することにより、電機子２の誘起電圧を大きくすることができる。これにより、回転モータであるモータ１のコギングトルクの低減化を図ることができる。

実施の形態１５．
図２２は、この発明の実施の形態１５によるモータを示す構成図である。本実施の形態では、実施の形態１４と同様に、Ｑ及びＮが上記の式（７）及び式（８）を満たし、式（７）及び式（８）においてｍ＝２、ｋ＝２を満たしている。これにより、Ｑ＝１２、Ｎ＝１１又は１３になっている。従って、Ｎ＝１１の場合に１０極１２スロットでモータ１が動作し、Ｎ＝１３の場合に１４極１２スロットでモータ１が動作する。この例では、モータ１がリニアモータになっている。

エアギャップＧ、永久磁石５の厚さｄ、巻線係数のバランスを考慮すると、式（７）及び式（８）においてｍ＝２、ｋ＝２を満たすときには、エアギャップＧが２ｍｍ〜４ｍｍ、電機子コア４の直線方向の全長Ｄと１個あたりの永久磁石５の厚さｄとの比が（３７〜４５）：１になることにより、電機子２の誘起電圧が最も大きくなる。他の構成は実施の形態１１と同様である。

このようなモータ１では、Ｑ及びＮが上記の式（７）及び式（８）を満たし、式（７）及び式（８）においてｍ＝２、ｋ＝２を満たしているので、エアギャップＧ、永久磁石５の厚さｄ、巻線係数のバランスを考慮して、エアギャップＧ、電機子コア４、永久磁石５のそれぞれの大きさを調整することにより、電機子２の誘起電圧を大きくすることができ、リニアモータであるモータ１のコギング推力の低減化を図ることができる。即ち、モータ１がリニアモータであっても、回転モータと同様の効果を得ることができる。

なお、実施の形態１４及び１５では、式（７）及び式（８）においてｍ＝２を満たすようになっているが、ｋ＝２であれば、ｍが１又は３以上の自然数になっていても、モータ１のコギングトルク又はコギング推力の低減化を図ることができる。

１ モータ、２電機子、３ 突極子、４ 電機子コア、５ 永久磁石、６ 電機子巻線、８ ティース、３２ 突極。

Claims (9)

1. 互いに隣り合って並ぶ複数のティースを持つ電機子コアと、前記複数のティースのそれぞれに収容されている複数の永久磁石と、前記複数のティースのそれぞれに設けられている複数の電機子巻線とを有する電機子、及び
   １個以上の突極を持ち、前記突極を前記ティースに向けた状態で配置されている突極子
   を備え、
   前記電機子及び前記突極子は、前記複数のティースが並ぶ方向へ相対的に移動可能になっており、
   互いに隣り合う２つの前記ティースに収容されている各前記永久磁石は、同じ磁極を向き合わせて配置されており、
   前記ティースのピッチをＰ１とし、前記突極のピッチをＰ２とすると、
   （Ｐ１／Ｐ２）＜１／６、又は
   ５／６＜（Ｐ１／Ｐ２）＜７／６
   を満たすモータ。
2. 前記永久磁石のピッチをＰ３とすると、
   ５＜Ｐ１／Ｐ３＜１０
   を満たす請求項１に記載のモータ。
3. 前記ティースの数をＱ、Ｑ個の前記ティースに対向する前記突極の数をＮとし、
   ｋを２以上の自然数、ｍを１以上の自然数とすると、
   Ｑ＝３・ｋ・ｍ、及び
   Ｎ＝（３・ｋ±０．５）・ｍ
   を満たす請求項１又は請求項２に記載のモータ。
4. ｍ＝１を満たす請求項３に記載のモータ。
5. ｍ＝２を満たす請求項３に記載のモータ。
6. ｍ＝４を満たす請求項３に記載のモータ。
7. ｋ＝２を満たす請求項５に記載のモータ。
8. 複数の同相の前記電機子巻線が直列に接続されることにより複数組の同相の電機子巻線直列部が構成され、
   前記複数組の同相の電機子巻線直列部は、並列結線され、
   ｎを２以上の自然数とすると、ｍ＝２・ｎの関係が成立し、
   前記複数組の同相の電機子巻線直列部の並列数Ｃは、ｎの１以外の約数となっており、
   前記電機子巻線直列部で直列に接続される前記電機子巻線の数は、Ｑ／（３・Ｃ）となっている請求項３に記載のモータ。
9. 前記突極子は、直線方向に沿って配置され、
   前記複数のティースは、前記直線方向へ並んでおり、
   前記電機子は、前記直線方向へ前記突極子に対して移動可能になっている請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のモータ。

Images