WO2009119734A1 - モータ - Google Patents

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WO2009119734A1
WO2009119734A1 PCT/JP2009/056108 JP2009056108W WO2009119734A1 WO 2009119734 A1 WO2009119734 A1 WO 2009119734A1 JP 2009056108 W JP2009056108 W JP 2009056108W WO 2009119734 A1 WO2009119734 A1 WO 2009119734A1
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WO
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protrusion
motor
cogging torque
circumferential
width
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/056108
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English (en)
French (fr)
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尚志 見城
央 片岡
良裕 内谷
佳明 山下
Original Assignee
日本電産株式会社
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Filing date
Publication date
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Priority to JP2010505772A priority patent/JPWO2009119734A1/ja
Priority to CN2009801100606A priority patent/CN101978574A/zh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles

Definitions

  • the present invention relates to a motor.
  • the electric power steering device is required not to transmit the vibration of the motor to the steering wheel so as not to cause discomfort to the operator who operates the steering wheel. Therefore, various motors with reduced cogging torque, which is one of the sources of motor vibration, have been developed (for example, JP-A-2003-61272).
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2003-61272 discloses a technique for reducing the magnitude of the cogging torque per rotation by using the auxiliary groove as a pseudo slot and increasing the number of times the cogging torque is generated per rotation of the rotating body. It is disclosed. In this case, the cogging torque cannot be reduced unless the permeance pulsation caused by the auxiliary groove and the permeance pulsation caused by the slot (winding slot) are equivalent. Therefore, it is necessary to increase the size and depth of the auxiliary groove. As a result, the electromotive force generated with the rotation of the rotating body is greatly reduced, and the rotational torque of the motor is reduced.
  • the motor of an example of the present invention includes a permanent magnet having M magnetic poles (M is a natural number) and an armature having N teeth (N is a natural number). On the facing surface of the teeth portion that faces the permanent magnet, a protrusion that protrudes toward the permanent magnet is provided. A slot opening that opens toward the permanent magnet is formed between adjacent teeth. The circumferential position where the protrusion is formed is set so that the phase of the cogging torque waveform generated by the protrusion is substantially opposite to the phase of the fundamental wave of the cogging torque waveform generated by the slot opening.
  • the motor of an example of the present invention can provide a motor that suppresses the reduction in rotational torque while achieving a reduction in cogging torque.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a motor according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the armature according to the first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic view of a part of the armature core according to the first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an enlarged part of the armature core shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the angle and the cogging torque.
  • FIG. 6 is an enlarged view schematically showing a part of the armature core according to the second preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing an enlarged part of the armature core shown in FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing an enlarged part of the armature core according to the third preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged schematic view of a part of the armature core shown in FIG.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically showing a part of the armature core according to the fourth preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing a part of an armature core according to another example of the fourth preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically showing a part of an armature core according to another example of the fourth preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing an armature manufacturing process according to the first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a motor 1 according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • the motor 1 includes a rotating body 2, a fixed body 3, and a bearing mechanism 4.
  • the rotating body 2 has a rotor magnet 23 made of a substantially annular permanent magnet centered on the central axis J1.
  • the fixed body 3 has an armature 31 that is arranged to face the rotor magnet 23 in the radial direction.
  • the bearing mechanism 4 supports the rotating body 2 so as to be rotatable with respect to the fixed body 3 about the central axis J1.
  • the motor 1 of this embodiment is a three-phase brushless motor.
  • the motor 1 of this embodiment is mounted in an electric power steering apparatus. As a result, it is possible to provide an electric power steering device that achieves a reduction in size while achieving a low cogging torque.
  • the rotating body 2 includes a shaft 21, a rotor core 22, and a rotor magnet 23.
  • the shaft 21 is formed in a substantially cylindrical shape and is arranged coaxially with the central axis J1.
  • the rotor core 22 is fixed to the outer peripheral surface of the shaft 21.
  • the rotor core 22 is formed by laminating a plurality of magnetic flat plate-like steel plates in the axial direction.
  • the rotor magnet 23 is fixed to the outer peripheral surface of the rotor core 22.
  • a rare earth magnet is used as a permanent magnet.
  • a neodymium magnet mainly composed of neodymium, iron, and boron is used.
  • the magnetic force per unit volume can be greatly improved as compared with a conventionally used ferrite magnet.
  • a small and high output motor can be provided.
  • the outer diameter of the rotor magnet 23 is constant over the entire circumference in the circumferential direction.
  • the fixed body 3 includes an armature 31, a housing 32, a bus bar unit 33, and a bracket 34.
  • the armature 31 is disposed to face the outer peripheral surface of the rotor magnet 23 in the radial direction.
  • the housing 32 includes a cylindrical portion 321 that holds the armature 31 and a bottom portion 322 that covers the armature 31 and the rotor core 22 from the lower side in the axial direction.
  • the bus bar unit 33 electrically connects the armature 31 and a control device (not shown).
  • the bracket 34 covers the armature 31, the rotor core 22, and the bus bar unit 33 from the upper side in the axial direction.
  • the bearing mechanism 4 includes two ball bearings 41 and a ball bearing 42 that are spaced apart in the axial direction.
  • the ball bearing 41 is fixed to the bottom 322 of the housing 32.
  • the ball bearing 42 is fixed to the bracket 34.
  • the ball bearing 41 and the ball bearing 42 are respectively fixed to the shaft 21 to support the rotating body 2 so as to be rotatable about the central axis J1 with respect to the fixed body 3.
  • the motor 1 of this embodiment when the motor 1 is operated at a constant speed, an electromotive force mainly having a substantially sine wave is generated in a conductive wire forming a coil 312 described later. Moreover, the electromotive force generated in this conductive wire includes the fifth harmonic and the seventh harmonic.
  • the contents of the fifth harmonic and the seventh harmonic with respect to the fundamental wave of the electromotive force are approximately 3% or less and approximately 2% or less, respectively.
  • skew magnetization is applied to the rotor magnet 23. Thereby, an electromotive force waveform becomes a substantially sine wave shape. Therefore, torque ripple can be easily reduced by making the waveform of the current supplied to the conductive wire a sine wave.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the armature 31.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing an enlarged part of the armature core 311.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an enlarged part of the armature core 311 shown in FIG.
  • the armature 31 includes an armature core 311, a coil 312, and an insulator 313.
  • the armature core 311 is formed by laminating a plurality of magnetic steel plates in the axial direction.
  • the coil 312 is formed by winding a conductive wire around the armature core 311.
  • the insulator 313 is made of a resin material, and is interposed between the armature core 311 and the coil 312 to achieve electrical insulation between the armature core 311 and the coil 312.
  • the armature core 311 includes a core back portion 314 and a teeth portion 315 integrally.
  • the core back part 314 is formed in a substantially annular shape centered on the central axis J1.
  • the teeth portion 315 extends from the core back portion 314 toward the central axis J1.
  • the armature core 311 is formed by stacking a plurality of core plates obtained by pressing a steel plate serving as a magnetic base material in the axial direction.
  • the armature core 311 is configured by arranging a plurality of dividing elements 316 in a substantially annular shape. Each division element 316 includes a part of the core back portion 314 and one tooth portion 315.
  • the coil 312 is formed by so-called concentrated winding in which a conductive wire is wound around each tooth portion 315. Moreover, the insulator 313 covers the site
  • the coil 312 is formed on the tooth portion 315 of each divided element 316 via an insulator 313.
  • the armature 31 is comprised by arrange
  • a plurality of teeth portions 315 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. In this embodiment, as shown in FIG. 2, twelve teeth portions 315 are arranged.
  • the teeth part 315 has a base 317 and a widened part 318.
  • the base portion 317 extends from the core back portion 314 toward the central axis J1.
  • the widened portion 318 is formed closer to the central axis J1 than the base portion 317, and is formed to be larger than the circumferential width of the base portion 317.
  • the circumferential width of the base portion 317 is substantially constant along the radial direction.
  • the base 317 and the widened portion 318 are integrally formed.
  • the widened portion 318 is formed so that the width in the circumferential direction widens toward the central axis J1.
  • the widened portion 318 is formed with a facing surface 319 that faces the rotor magnet 23 in the radial direction. The radial distance between the facing surface 319 and the outer circumferential surface of the rotor magnet 23 is constant over the circumferential direction of the facing surface 319.
  • a slot opening 320 that opens toward the rotor magnet 23 is formed between the widened portions 318 adjacent in the circumferential direction.
  • the width of the slot opening 320 in the circumferential direction is set to be equal to or smaller than the diameter of the conductive wire forming the coil 312.
  • the respective division elements 316 are arranged in a substantially annular shape, so that the circumferential width of the slot opening 320 can be reduced. Thereby, the cogging torque generated by the slot open 320 can be reduced.
  • the width of the slot opening 320 in the circumferential direction is defined as the minimum distance between the widened portions 318 adjacent in the circumferential direction, as shown in FIG.
  • the width W1 in the circumferential direction of the slot opening 320 of this embodiment is about 0.6 mm.
  • the pitch angle ⁇ 1 of the present embodiment is 30 degrees because the number of the tooth portions 315 is twelve.
  • the central angle ⁇ 1 between the slot openings 320 adjacent in the circumferential direction is referred to as a pitch angle ⁇ 1.
  • the circumferential width at the pitch angle ⁇ 1 is defined as one pitch.
  • a protrusion 50 that protrudes toward the rotor magnet 23 is formed at the substantially center in the circumferential direction of the facing surface 319.
  • the protrusion 50 has a first surface 51 and two inclined surfaces 52.
  • the first surface 51 is close to the rotor magnet 23.
  • the inclined surface 52 connects the first surface 51 and the facing surface 319.
  • the two inclined surfaces 52, the first surface 51, and the facing surface 319 are each connected by a smooth curved surface.
  • the two inclined surfaces 52 are inclined so that the circumferential width connecting each other increases radially outward.
  • the protrusion 50 is provided on the entire tooth portion along the central axis J1.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the angle and the cogging torque.
  • the two-dot chain line indicates the waveform of the cogging torque generated by the protrusion 50
  • the solid line indicates the waveform of the cogging torque generated by the tooth portion without the protrusion (that is, the waveform of the cogging torque generated by the slot open 320).
  • the broken line indicates the waveform of the cogging torque generated by the tooth portion 315 provided with the protrusion 50.
  • the tooth part without a protrusion is a difference only in the presence or absence of the protrusion, and the other shapes of the tooth part and the core back part are the same as the teeth part 315 and the core back part 314 of the present embodiment. .
  • the phase of the waveform of the cogging torque generated by the protrusion 50 is generated by the slot open 320 by providing the protrusion 50 at the substantially center in the circumferential direction of the facing surface 319.
  • the phase is substantially opposite to the phase of the fundamental wave of the cogging torque waveform.
  • the waveforms of the cogging torque generated by the slot open 320 and the waveform of the cogging torque generated by the protrusion 50 are overlapped to cancel each other, so that the teeth 315 provided with the protrusion 50 generate.
  • Cogging torque can be greatly reduced.
  • “the phase of the fundamental wave of the waveform of the cogging torque generated by the slot opening and the phase of the waveform of the cogging torque generated by the protrusion are opposite in phase” means that the waveform of the cogging torque generated by the slot opening and the protrusion Is a relationship in which the waveform of the cogging torque generated by is substantially line symmetric with respect to the reference line GL.
  • the waveform of the cogging torque generated by the slot open 320 differs between the maximum value of the positive side amplitude and the maximum value of the negative side amplitude from the reference line GL as shown in FIG. Therefore, when the phase of the fundamental wave of the waveform of the cogging torque generated by the slot open 320 becomes opposite to the phase of the cogging torque generated by the protrusion 50, the cogging generated by the slot open 320 and the protrusion 50 is generated.
  • the maximum value of the amplitude of the torque waveform from the reference line GL has substantially the same tendency with respect to the angle. Therefore, the waveform of the cogging torque generated by the protrusion 50 can efficiently cancel the waveform of the cogging torque generated by the slot open 320.
  • the width W2 of the protrusion 50 is larger than the width W1 of the slot opening 320 and not more than about half a pitch (hereinafter referred to as 1/2 pitch). That is, it is desirable that the pitch is 1 ⁇ 4 pitch or less on both sides in the circumferential direction with the protrusion 50 as the center.
  • the protrusion 50 has a shape that is symmetric about a position of 1/2 pitch.
  • the width W2 of the protrusion 50 is 1 ⁇ 2 pitch or less, the waveform of the cogging torque generated by the protrusion 50 is substantially in phase with the waveform of the cogging torque generated by the slot open 320.
  • the waveform of the cogging torque generated by the protrusion 50 and the waveform of the cogging torque generated by the slot open 320 are not in opposite phases. Therefore, the pitch of the cogging torque generated by the protrusion 50 and the cogging torque generated by the slot open 320 are substantially opposite to each other because the pitch is 1/4 pitch or less on both sides in the circumferential direction with the protrusion 50 as the center.
  • the protrusion 50 can efficiently cancel the cogging torque generated by the slot opening 320. That is, by providing the protrusion 50 with a width W2 that is larger than the width W1 of the slot opening 320 and 1 ⁇ 2 pitch or less, a high-efficiency motor is provided while efficiently reducing the cogging torque generated in the motor. can do.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing an enlarged part of the armature core 611.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing an enlarged part of the armature core 611 shown in FIG. Since the insulator and coil of this embodiment are the same as the armature 31 of the first preferred embodiment, description thereof is omitted.
  • the material of the armature core 611, each dimension, the number of laminated core plates, and the like are the same as those of the armature core 311 of the first preferred embodiment.
  • the armature core 611 includes a core back portion 614 and a teeth portion 615 integrally.
  • the core back portion 614 is formed in a substantially annular shape centered on the central axis J1.
  • the teeth part 615 extends from the core back part 614 toward the central axis J1.
  • the number of the tooth portions 615 is twelve.
  • the teeth part 615 has a base 617 and a widened part 618.
  • the base portion 617 extends from the core back portion 614 toward the central axis J1.
  • the widened portion 618 is formed closer to the central axis J1 than the base 617, and is formed to be larger than the circumferential width of the base 617.
  • the circumferential width of the base 617 is substantially constant along the radial direction.
  • the base 617 and the widened portion 618 are integrally formed.
  • the widened portion 618 is formed so that the circumferential width widens toward the central axis J1.
  • the widened portion 618 is provided with a facing surface 619 that faces the rotor magnet 23 in the radial direction.
  • Two protrusions 70 are formed on the opposing surface 619 of each tooth portion 615 so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction.
  • a slot opening 620 that opens toward the rotor magnet 23 is formed between the widened portions 618 adjacent in the circumferential direction.
  • the circumferential width W1a of the slot opening 620 is defined as the minimum distance between the widened portions 618 adjacent in the circumferential direction, as shown in FIG.
  • the width W1a in the circumferential direction of the slot opening 620 of this embodiment is about 0.6 mm.
  • the central angle ⁇ 2 between the slot openings 620 adjacent in the circumferential direction is 30 degrees because the number of the tooth portions 615 is twelve.
  • the central angle ⁇ 2 between the slot openings 620 adjacent in the circumferential direction is referred to as a pitch angle ⁇ 2.
  • a circumferential width at the pitch angle ⁇ 2 is defined as one pitch.
  • the two protrusions 70 are formed at both ends of the facing surface 619 in the circumferential direction. As a result, the waveform of the cogging torque generated by the protrusion 70 is substantially opposite to the phase of the waveform of the cogging torque generated by the slot open 620.
  • the circumferential width W2a of the protrusion 70 and the height H2a from the facing surface 619 are the magnitude of the amplitude of the waveform of the cogging torque generated by the slot open 620 and the amplitude of the waveform of the cogging torque generated by the protrusion 70.
  • the size is set to be approximately equal.
  • the circumferential width W2a of the protrusion 70 is approximately half the size of the circumferential width W2 of the protrusion 50.
  • the height H2a of the protrusion 70 from the facing surface 619 is substantially the same as the height H2 of the protrusion 50.
  • the amplitude of the waveform of the cogging torque generated by the slot open 620 is substantially equal to the amplitude of the waveform of the cogging torque generated by the protrusion 70. Thereby, the cogging torque generated by the slot open 620 can be efficiently reduced.
  • the width W2a of the protrusion 70 is larger than the width W1a of the slot opening 620 and not more than about 1/4 of one pitch (hereinafter referred to as 1/4 pitch).
  • the width W2a of the protrusion 70 can be lowered. As a result, the radial gap between the rotor magnet 23 and the facing surface 619 of the tooth portion 615 can be reduced. Therefore, a highly efficient motor can be provided. Further, since the width W2a of the protrusion 70 is equal to or less than 1 ⁇ 4 pitch, the waveform of the cogging torque generated by the protrusion 70 is substantially in phase with the waveform of the cogging torque generated by the slot open 620. As a result, the protrusion 70 can efficiently cancel the cogging torque generated by the slot opening 620.
  • the protrusion 70 by providing the protrusion 70 with a width W2a larger than the width W1a of the slot opening 620 and equal to or less than 1 ⁇ 4 pitch, the cogging torque generated in the motor is efficiently reduced and a high-efficiency motor is provided. can do.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing an enlarged part of the armature core 711.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing an enlarged part of the armature core 711 shown in FIG. Since the insulator and coil of this embodiment are the same as the armature 31 of the first preferred embodiment, description thereof is omitted.
  • the material of the armature core 711, each dimension, the number of stacked core plates, and the like are the same as those of the armature core 311 of the first preferred embodiment.
  • the armature core 711 includes a core back portion 714 and a teeth portion 715 integrally.
  • the core back portion 714 is formed in a substantially annular shape centering on the central axis J1.
  • the teeth portion 715 extends from the core back portion 714 toward the central axis J1.
  • the number of the tooth portions 715 is twelve.
  • the teeth part 715 has a base 717 and a widened part 718.
  • the base portion 717 extends from the core back portion 714 toward the central axis J1.
  • the widened portion 718 is formed closer to the central axis J1 than the base portion 717, and is formed larger than the circumferential width of the base portion 717.
  • the circumferential width of the base 717 is substantially constant along the radial direction.
  • the base 717 and the widened portion 718 are integrally formed.
  • the widened portion 718 is formed so that the circumferential width increases toward the central axis J1.
  • the widened portion 718 is formed with a facing surface 719 that faces the rotor magnet 23 in the radial direction.
  • each tooth portion 715 has a first protrusion 80 provided at the substantially center in the circumferential direction of the opposing surface 719 and two second protrusions 81 provided at both ends of the opposing surface in the circumferential direction. Is formed.
  • a slot opening 720 that opens toward the rotor magnet 23 is formed between the widened portions 718 adjacent in the circumferential direction.
  • the circumferential width W1b of the slot opening 720 is defined as the minimum size of the distance between the widened portions 718 adjacent in the circumferential direction, as shown in FIG.
  • the width W1b in the circumferential direction of the slot opening 720 of this embodiment is about 0.6 mm.
  • the central angle ⁇ 3 between the slot openings 720 adjacent in the circumferential direction is 30 degrees because the number of the tooth portions 715 is twelve.
  • the central angle ⁇ 3 between the slot openings 720 adjacent in the circumferential direction is referred to as a pitch angle ⁇ 3.
  • the width in the circumferential direction at the pitch angle ⁇ 3 is defined as one pitch.
  • the cogging torque generated by each of the first protrusion 80 and the second protrusion 81 is reduced.
  • the phase of the waveform and the phase of the combined cogging torque waveform obtained by superimposing these cogging torques are substantially opposite to the phase of the waveform of the cogging torque generated by the slot open 720.
  • the circumferential width of the first protrusion 80 and the second protrusion 81 and the height H1b from the facing surface 719 are determined by the magnitude of the amplitude of the cogging torque generated by the slot opening 720 and the first protrusion 80 and the second protrusion 81.
  • the amplitude of the combined cogging torque generated by the protrusion 81 is set to be approximately equal.
  • the cogging torque generated by the slot open 720 can be canceled by the cogging torque generated by the first protrusion 80 and the second protrusion 81. Therefore, the cogging torque generated in the motor can be reduced.
  • the circumferential width of the first protrusion 80 and the circumferential width of the second protrusion 81 are set within the range of the width W2 of the protrusion 50 and the width W2a of the protrusion 70, respectively.
  • the first protrusion 80 and the second protrusion 81 are formed smaller than the width W2 of the protrusion 50 and the width W2a of the protrusion 70, respectively.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically showing a part of the armature core 81a.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing a part of the armature core 81b.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically showing a part of the armature core 81c. Since the insulator and coil of this embodiment are the same as the armature 31 of the first preferred embodiment, description thereof is omitted.
  • the armature core 81a is integrally provided with a core back portion 814 and a teeth portion 815.
  • the core back portion 814 is formed in a substantially annular shape centered on the central axis J1.
  • the teeth portion 815 extends from the core back portion 814 toward the central axis J1.
  • the tooth portion 815 has a base portion 815 and a widened portion 818.
  • the base portion 815 extends from the core back portion 814 toward the central axis J1.
  • the widened portion 818 is formed closer to the central axis J1 than the base portion 815, and is formed to be larger than the circumferential width of the base portion 815.
  • the base 815 and the widened portion 818 are integrally formed.
  • the widened portion 818 is provided with a facing surface 819 that faces the rotor magnet 23 in the radial direction.
  • a projecting portion 90a is formed at substantially the center of the facing surface 819 in the circumferential direction.
  • the armature core 81b is obtained by changing the position, shape, and number of protrusions 90a provided on the facing surface 819 of the armature core 81a. Therefore, hereinafter, the protrusion 90b of the armature core 81b will be described, and the same reference numerals will be used for the other portions and the description thereof will be omitted.
  • the protrusions 90b of the armature core 81b are respectively provided at both ends in the circumferential direction of the facing surface 819.
  • the armature core 81c is obtained by changing the shape and number of protrusions 90a provided on the facing surface 819 of the armature core 81a. Therefore, hereinafter, the first projecting portion 90c and the second projecting portion 91c of the armature core 81c will be described, and the same reference numerals will be used for the other portions, and the description thereof will be omitted.
  • the opposing surface 819 of the armature core 81c is provided with a first projecting portion 90c at the substantially center in the circumferential direction and second projecting portions 91c at both ends in the circumferential direction.
  • the armature cores 81a, 81b, 81c are formed by laminating two kinds of core plates in the axial direction, a core plate having a protrusion and a core plate having no protrusion. In this embodiment shown in FIGS. 10 to 12, these two kinds of core plates are alternately laminated. These two types of core plates are formed by pressing a steel plate that is the same base material. Therefore, since it can respond only by changing the punch (not shown) of the press machine, it is not necessary to change the steel plate as the base material depending on the type of the core plate. As a result, the production efficiency of the armature core can be improved.
  • the protrusion 90a when the protrusion 90a is equal to the width W2 and the height H2 of the protrusion 50 of the armature 31, the amplitude of the waveform of the cogging torque generated by the protrusion 90a is applied to all the core plates.
  • the protrusion When the protrusion is provided, it becomes approximately half the amplitude of the waveform of the cogging torque generated by the protrusion. Therefore, the circumferential width of the protrusion 90a and the height with respect to the facing surface 819 are generated by the protrusion when the amplitude of the waveform of the cogging torque generated by the protrusion 90a is provided on all the core plates. It is set to be approximately the same as the amplitude of the cogging torque waveform.
  • At least one of the circumferential width of the protrusion 90a and the height with respect to the opposing surface 819 is formed larger than the circumferential width and height when the protrusions are provided on all the core plates.
  • at least one of the circumferential width of the protrusion 90b of the armature core 81b and the height from the facing surface 819 shown in FIG. 11 is determined from the circumferential width W2a of the protruding portion 70 of the armature core 611 and the facing surface. It is formed to be larger than the height H2a.
  • the protrusion 80 and the second protrusion 81 are formed so as to be larger than the circumferential width and the height from the facing surface.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the manufacturing process of the armature 31.
  • the circumferential position of the protrusion 50 is determined so that the phase of the cogging torque waveform having an approximately opposite phase to the phase of the fundamental wave of the cogging torque waveform generated by the slot opening 320 of the armature 31 is obtained. (Step S11).
  • the value of the height H2 with respect to W2 and the opposing surface 319 is set (step S12).
  • the circumferential width W2 so that the amplitude of the cogging torque waveform obtained by superimposing the cogging torque waveform generated by the protrusion 50 and the cogging torque waveform generated by the slot open 320 is minimized.
  • the value of the height H2 may be set by simulation using the value as a parameter. That is, the values of the width W2 and the height H2 in the circumferential direction of the protrusion 50 may be set as parameters so that the cogging torque generated in the armature core 311 is minimized by simulation.
  • the armature core 311 is formed by pressing a steel plate as a base material (step S13).
  • an insulator 313 for electrically insulating the armature core 311 and the coil 312 is attached to the armature core 311 (step S14).
  • the insulator 313 is attached in two parts that are divided in the axial direction from both sides of the armature core 311 in the axial direction.
  • the coil 312 is formed by winding a conductive wire around the base portion 317 of the teeth portion 315 (step S15). Thereby, the armature 31 is completed.
  • the armature 31 of the first preferred embodiment of the present invention has twelve teeth 315, but the present invention is not limited to this. In the case of a three-phase brushless motor, the number of teeth may be a multiple of three. Moreover, although the rotor magnet 23 according to the first preferred embodiment of the present invention has eight poles, the present invention is not limited to this. The number of poles of the rotor magnet may be a multiple of two.
  • the protrusions are arranged in the circumferential center of the facing surface of the teeth portion, both ends of the facing surface in the circumferential direction, or the circumferential center of the facing surface in the circumferential direction. Although provided at both ends, the present invention is not limited to this.
  • the circumferential position of the protrusion may be set so that the phase of the waveform of the cogging torque generated by the protrusion is substantially opposite to the phase of the waveform of the cogging torque generated by the slot opening.
  • filling the relationship of M: N 4: 2n + 1 (n is a natural number).
  • the protrusions are provided at approximately 1/4 pitch positions on the opposing surface of the tooth portion.
  • the number of protrusions may be at least one.
  • the circumferential width of the protrusion is larger than the circumferential width of the slot opening and is approximately 1 ⁇ 4 pitch or less.
  • the circumferential position of the protrusion of the armature of this embodiment is set so that the phase of the cogging torque waveform generated by the protrusion is opposite to the cogging torque waveform generated by the slot opening.
  • it is not strictly limited to antiphase.
  • the cogging torque waveform generated by the slot open and the cogging torque waveform generated by the protrusion cancel each other, the cogging torque of the motor can be effectively reduced and the circumferential direction of the protrusion can be reduced.
  • a position may be provided.
  • the circumferential width of the protrusion of the armature of the present embodiment and the height from the facing surface are such that the amplitude of the waveform of the cogging torque generated by the protrusion is equal to the amplitude of the waveform of the cogging torque generated by the slot opening.
  • Generated by slot opening within a range where the cogging torque waveform generated by the slot and the cogging torque waveform generated by the protrusions cancel each other, and the effect of greatly reducing the cogging torque of the motor can be exhibited.
  • the amplitude of the waveform of the cogging torque may be different from the amplitude of the waveform of the cogging torque generated by the protrusion.
  • the armature core of each embodiment was comprised by arrange
  • the armature may form an armature core by previously forming a linear dividing element and bending it into a substantially annular shape.
  • the dividing element may be constituted by a substantially annular core back portion and a plurality of teeth portions separate from the core back portion.
  • the coil 312 of each embodiment is concentrated winding
  • the present invention is not limited to this.
  • so-called distributed winding in which a conductive wire is wound over a plurality of tooth portions may be used.
  • the motor of the present invention can be applied not only to a brushless motor but also to a motor having a brush.
  • the armature of this invention was provided in the stationary body 3 side, an armature core may be provided in the rotary body side as an armature.
  • the rotor magnet 23 is provided on the fixed body side as a permanent magnet.
  • the motor 1 of the present invention is a so-called inner rotor type motor in which the rotor magnet 23 is arranged on the inner side in the radial direction of the armature 31 and the rotating body 2 rotates about the central axis J1.
  • the invention is not limited to this.
  • a so-called outer rotor type motor in which the rotor magnet 23 is disposed on the outer side in the radial direction of the armature 31 may be used.
  • the armature core 81a is formed by alternately laminating the core plate provided with the protrusions and the core plate not provided with the protrusions.
  • a plurality of core plates provided with protrusions may be continuously stacked.
  • the core plate provided with the protrusions is not necessarily provided on the end face in the axial direction of the armature core.
  • a plurality of sheets may be stacked in the central portion of the armature core in the axial direction. The same applies to the armature cores 81b and 81c.
  • the electromotive force waveform is substantially sinusoidal by applying skew magnetization to the rotor magnet 23, but the present invention is not limited to this.
  • the electromotive force waveform may be a substantially sine wave by skewing the opposing surface of the tooth portion of the armature.
  • the armature manufacturing method of the present invention has been described, but the present invention is not limited to this.
  • the armature manufacturing method of the first preferred embodiment can be similarly applied to the armatures of the second to fourth preferred embodiments.
  • the motor 1 of the present invention is applied to a motor mounted on an electric power steering apparatus, the present invention is not limited to this.
  • the present invention may be applied to a motor mounted on a device that requires low vibration such as industrial equipment and office equipment.

Landscapes

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Abstract

　ティース部（３１５）の対向面（３１９）には、ロータマグネット（２３）に向かい突出する突部（５０）が設けられる。この突部（５０）は、対向面（３１９）の周方向の略中央に設けられる。これにより、スロットオープン（３２０）によって発生するコギングトルクの波形の基本波の位相に対して、突部（５０）によって発生するコギングトルクの波形の位相は略逆位相となる。これにより、スロットオープン（３２０）によって発生するコギングトルクは、突部（５０）によって発生するコギングトルクによって低減される。

Description

モータ
　本発明は、モータに関する。
　近年、ステアリングホイールの操作を補助するパワーステアリング装置の駆動源を油圧から、モータへと置き換えた電動パワーステアリング装置の開発が行われている。油圧式のパワーステアリング装置から電動パワーステアリング装置に置き換えることによって、車両の燃費が数％向上する。
　電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操作を行う操縦者に不快感を生じさせないように、モータの振動をステアリングホイールに伝達させないことが求められる。そこで、モータの振動の発生源の一つであるコギングトルクを低減したモータが種々開発されている（例えば、特開２００３－６１２７２号公報）。
　また、車両の電装化に伴い、従来の車両と比較して多くの電子部品が車両に搭載されている。さらに、搭乗者の搭乗スペースの大型化に伴い、電子部品を搭載するスペースは減少している。その結果、各電子部品を小型化する要求が高まっている。この要求に伴い、電動パワーステアリング装置の駆動源であるモータに対しても小型化の要求が高まっている。
特開２００３－６１２７２号公報
　特開２００３－６１２７２号公報には、補助溝を擬似スロットとして、回転体の１回転当たりのコギングトルクを発生させる回数を大きくすることによって、１回当たりのコギングトルクの大きさを小さくする技術が開示されている。この場合、補助溝によるパーミアンスの脈動とスロット（巻線用スロット）によるパーミアンスの脈動とを等価にしなければ、コギングトルクを低減することができない。そのため、補助溝の大きさや深さを大きくする必要がある。その結果、回転体の回転に伴い発生する起電力が大幅に低下し、モータの回転トルクが低下する。
　本発明の一例のモータは、Ｍ個（Ｍは自然数）の磁極を有する永久磁石と、Ｎ個（Ｎは自然数）のティース部を有する電機子を備える。
ティース部の永久磁石と対向する対向面には、永久磁石に向かい突出する突部が設けられる。隣接するティース部の間には、永久磁石に向かい開口するスロットオープンが形成される。突部が形成される周方向の位置は、突部によって発生するコギングトルクの波形の位相がスロットオープンによって発生するコギングトルクの波形の基本波の位相に対して略逆位相となるように設定される。
　本発明の一例のモータは、コギングトルクの低減を達成しつつ、回転トルクの低減を抑えたモータを提供することができる。
図１は、本発明の第１の好ましい実施形態に係るモータを模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の第１の好ましい実施形態に係る電機子を模式的に示す断面図である。 図３は、本発明の第１の好ましい実施形態に係る電機子コアの一部を拡大して模式的に示す図である。 図４は、図３に示す電機子コアの一部を拡大して模式的に示す図である。 図５は、角度とコギングトルクとの関係を示した図である。 図６は、本発明の第２の好ましい実施形態に係る電機子コアの一部を拡大して模式的に示す図である。 図７は、図６に示す電機子コアの一部を拡大して模式的に示す図である。 図８は、本発明の第３の好ましい実施形態に係る電機子コアの一部を拡大して模式的に示す図である。 図９は、図８に示す電機子コアの一部を拡大して模式的に示す図である。 図１０は、本発明の第４の好ましい実施形態に係る電機子コアの一部を模式的に示す斜視図である。 図１１は、本発明の第４の好ましい実施形態の他の例に係る電機子コアの一部を模式的に示す斜視図である。 図１２は、本発明の第４の好ましい実施形態の他の例に係る電機子コアの一部を模式的に示す斜視図である。 図１３は、本発明の第１の好ましい実施形態に係る電機子の製造工程を示した図である。
符号の説明
１　　モータ
２　　回転体
３　　固定体
３１　　電機子
３１１、６１１、７１１、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ　　電機子コア
５０、７０、９０ａ、９０ｂ　　突部
８０、９０ｃ　　第１突部
８１、９１ｃ　　第２突部
３２０、６２０、７２０　　スロットオープン
Ｈ１、Ｈ１ａ、Ｈ１ｂ　　スロットオープンの径方向の幅
Ｈ２、Ｈ２ａ　　突部の対向面に対する高さ
Ｊ１　　中心軸
Ｗ１、Ｗ１ａ、Ｗ１ｂ　　スロットオープンの周方向の幅
Ｗ２、Ｗ２ａ　　突部の周方向の幅
θ１、θ２、θ３　　ピッチ角
Ｓ１１～Ｓ１７　　ステップ（工程）
　以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明の好ましい実施形態において、各部材の位置関係や方向を上下左右で説明するときは、図面における位置関係や方向を示し、実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を示すものではない。
＜第１の好ましい実施形態＞
　図１は、本発明の第１の好ましい実施形態に係るモータ１を模式的に示す断面図である。図１に示すように、モータ１は、回転体２、固定体３、および、軸受機構４を備える。回転体２は、中心軸Ｊ１を中心とする略環状の永久磁石からなるロータマグネット２３を有する。固定体３は、ロータマグネット２３と径方向に対向して配置される電機子３１を有する。軸受機構４は、回転体２を固定体３に対して中心軸Ｊ１を中心に回転可能に支持する。本実施形態のモータ１は、３相のブラシレスモータである。また、本実施形態のモータ１は、電動パワーステアリング装置に搭載される。これにより、低コギングトルクを達成しつつ、小型化を達成した電動パワーステアリング装置を提供することができる。
　回転体２は、シャフト２１、ロータコア２２、および、ロータマグネット２３を備える。シャフト２１は、略円柱状に形成され、中心軸Ｊ１と同軸に配置される。ロータコア２２は、シャフト２１の外周面に固定される。また、ロータコア２２は、磁性を有する平板状の鋼板を軸方向に複数枚積層することによって形成される。ロータマグネット２３は、ロータコア２２の外周面に固定される。
　ロータマグネット２３には、永久磁石として希土類磁石が用いられる。特に、本実施形態においては、ネオジム、鉄およびホウ素を主成分とするネオジム磁石が用いられる。ロータマグネット２３にネオジム磁石を用いることによって、従来用いられていたフェライト磁石と比較して、単位体積当たりの磁力を大幅に向上させることができる。その結果、小型、且つ、高出力のモータを提供することができる。また、ロータマグネット２３の外径は、周方向の全周に亘り一定である。
　固定体３は、電機子３１、ハウジング３２、バスバーユニット３３、および、ブラケット３４を備える。電機子３１は、ロータマグネット２３の外周面と径方向に対向して配置される。ハウジング３２は、電機子３１を保持する円筒部３２１と、電機子３１およびロータコア２２を軸方向下側から覆う底部３２２とを有する。バスバーユニット３３は、電機子３１と制御装置（不図示）とを電気的に接続する。ブラケット３４は、電機子３１、ロータコア２２、および、バスバーユニット３３を軸方向上側から覆う。
　軸受機構４は、軸方向に離間した２つのボールベアリング４１、および、ボールベアリング４２を備える。ボールベアリング４１は、ハウジング３２の底部３２２に固定される。また、ボールベアリング４２は、ブラケット３４に固定される。そして、ボールベアリング４１、および、ボールベアリング４２は、シャフト２１にそれぞれ固定されることによって、回転体２を固定体３に対し中心軸Ｊ１を中心に回転可能に支持する。
　本実施形態のモータ１において、モータ１の定速運転時には、後述するコイル３１２を形成する導電線に、主として略正弦波となる起電力が発生する。また、この導電線に発生する起電力は、５次高調波および７次高調波を含む。ここで、特に本実施形態のモータ１では、起電力の基本波に対する５次高調波および７次高調波の含有率を、それぞれ略３％以下、および、略２％以下とすることが望ましい。具体的には、ロータマグネット２３に対してスキュー着磁を施す。これにより、起電力波形が略正弦波形状になる。したがって、導電線に供給する電流の波形を正弦波とすることにより、容易にトルクリップルを低減することができる。
　図１～図４を用いて、本実施形態に係る電機子３１の構造について説明する。図２は、電機子３１を模式的に示す断面図である。図３は、電機子コア３１１の一部を拡大して模式的に示す図である。図４は、図３に示す電機子コア３１１一部を拡大して模式的に示す図である。
　図１および図２に示すように、電機子３１は、電機子コア３１１、コイル３１２、および、インシュレータ３１３を備える。電機子コア３１１は、磁性を有する鋼板を軸方向に複数枚積層して形成される。コイル３１２は、電機子コア３１１に導電線を巻きつけることにより形成される。インシュレータ３１３は、樹脂材料からなり、電機子コア３１１とコイル３１２との間に介在し、電機子コア３１１とコイル３１２との電気的絶縁を図る。
　図３に示すように、電機子コア３１１は、コアバック部３１４、および、ティース部３１５を一体に備える。コアバック部３１４は、中心軸Ｊ１を中心とする略環状に形成される。ティース部３１５は、コアバック部３１４から中心軸Ｊ１に向かって伸びる。また、電機子コア３１１は、磁性を有する基材となる鋼板をプレス加工したコアプレートを軸方向に複数枚重ねることによって形成される。電機子コア３１１は、複数の分割要素３１６を略環状に配置することによって構成される。各分割要素３１６は、コアバック部３１４の一部、および、１つのティース部３１５を有する。
　コイル３１２は、導電線が各ティース部３１５に巻きつけられる、いわゆる集中巻によって形成される。また、インシュレータ３１３は、各ティース部３１５の導電線が巻きつけられる部位を覆う。さらに、インシュレータ３１３は、コアバック部３１４の内周面の一部を覆う。
　コイル３１２は、各分割要素３１６のティース部３１５にインシュレータ３１３を介して形成される。そして、コイル３１２が形成された複数の分割要素３１６を略環状に配置することにより、電機子３１は構成される。
　図３および図４に示すように、ティース部３１５は、周方向に等間隔に離間して複数配置される。本実施形態では、図２に示すように、ティース部３１５は１２個配置される。
　ティース部３１５は、基部３１７、および、拡幅部３１８を有する。基部３１７は、コアバック部３１４より中心軸Ｊ１に向かって伸びる。拡幅部３１８は、基部３１７より中心軸Ｊ１側に形成され、基部３１７の周方向の幅より大きく形成される。なお、基部３１７の周方向の幅は、径方向に沿って略一定である。また、基部３１７と拡幅部３１８とは、一体に形成されている。拡幅部３１８は、中心軸Ｊ１に向かい周方向の幅が広がるように形成される。そして、拡幅部３１８には、ロータマグネット２３と径方向に対向する対向面３１９が形成される。この対向面３１９とロータマグネット２３の外周面との径方向の距離は、対向面３１９の周方向に亘り一定である。
　また、周方向に隣接する拡幅部３１８の間には、ロータマグネット２３に向かい開口するスロットオープン３２０が形成される。このスロットオープン３２０の周方向の幅の大きさは、コイル３１２を形成する導電線の直径以下に設けられる。本実施形態では、各分割要素３１６のティース部３１５にコイル３１２を形成した後、それぞれの分割要素３１６を略環状に配置するため、スロットオープン３２０の周方向の幅を小さくすることができる。これにより、スロットオープン３２０によって発生するコギングトルクを低減することができる。
　ここで、スロットオープン３２０の周方向の幅の大きさは、図４に示すように、周方向に隣接する拡幅部３１８間の距離の最小の大きさとして規定する。本実施形態のスロットオープン３２０の周方向の幅Ｗ１は、約０．６ｍｍである。また、周方向に隣接するスロットオープン３２０間の中心角θ１は、ティース部３１５の数をＮとすると、θ１＝３６０／Ｎ（度）として規定される。本実施形態のピッチ角θ１は、ティース部３１５の数が１２個であるため、３０度となる。以下、周方向に隣接するスロットオープン３２０間の中心角θ１を、ピッチ角θ１とする。そして、ピッチ角θ１における周方向の幅を１ピッチと定義する。
　対向面３１９の周方向の略中央には、ロータマグネット２３に向かい突出する突部５０が形成される。突部５０は、第１面５１、および、２つの傾斜面５２を有する。第１面５１は、ロータマグネット２３に近接する。傾斜面５２は、第１面５１と対向面３１９とを連結する。ここで、２つの傾斜面５２、第１面５１、および、対向面３１９は、それぞれ滑らかな曲面にて接続される。また、２つの傾斜面５２は、互いを結んだ周方向の幅が径方向外側に向かい大きくなるように傾斜する。また、突部５０は、中心軸Ｊ１に沿ってティース部の全体に設けられる。
　次に、コギングトルク低減の原理について、図５を用いて説明する。図５は、角度とコギングトルクとの関係を示した図である。図５において、二点鎖線は突部５０によって発生するコギングトルクの波形を示し、実線は突部なしのティース部によって発生するコギングトルクの波形（すなわち、スロットオープン３２０によって発生するコギングトルクの波形）を示し、破線は突部５０を設けたティース部３１５によって発生するコギングトルクの波形を示す。ここで、突部なしのティース部は、突部の有無のみの差異であり、ティース部およびコアバック部のその他の形状は、本実施形態のティース部３１５およびコアバック部３１４と同じ形状である。
　ティース部３１５が１２個の電機子３１では、対向面３１９の周方向の略中央に突部５０を設けることによって、突部５０によって発生するコギングトルクの波形の位相は、スロットオープン３２０によって発生するコギングトルクの波形の基本波の位相に対して、略逆位相となる。
　したがって、スロットオープン３２０によって発生するコギングトルクの波形と突部５０によって発生するコギングトルクの波形とを重ね合わせることによって、互いの波形を打ち消し合うので、突部５０を設けたティース部３１５によって発生するコギングトルクを大幅に低減することができる。ここで、「スロットオープンによって発生するコギングトルクの波形の基本波の位相と突部によって発生するコギングトルクの波形の位相とが逆位相」とは、スロットオープンによって発生するコギングトルクの波形と突部によって発生するコギングトルクの波形とが基準線ＧＬに対して略線対称となる関係をいう。すなわち、スロットオープンによって発生するコギングトルクの波形の振幅が図５中の＋側に最大となる場合、突部によって発生するコギングトルクの波形の振幅が図５中の－側に最大となり、スロットオープンによって発生するコギングトルクの波形の振幅が図５中の－側に最大となる場合、突部によって発生するコギングトルクの波形の振幅が図５中の＋側に最大となる関係である。
　特に、スロットオープン３２０によって発生するコギングトルクの波形は、図５に示すように基準線ＧＬからの＋側の振幅の最大値と－側の振幅の最大値とが異なる。したがって、突部５０によって発生するコギングトルクの波形のように、スロットオープン３２０によって発生するコギングトルクの波形の基本波の位相に対して逆位相となると、スロットオープン３２０および突部５０によって発生するコギングトルクの波形の基準線ＧＬからの振幅の最大値が角度に対して実質的に同じ傾向となる。したがって、突部５０によって発生するコギングトルクの波形は、スロットオープン３２０によって発生するコギングトルクの波形を効率よく打ち消すことができる。
　また、突部５０の幅Ｗ２は、スロットオープン３２０の幅Ｗ１よりも大きく、且つ、１ピッチの略半分の大きさ（以下、１／２ピッチという）以下であることが望ましい。すなわち、突部５０を中心として、周方向両側に１／４ピッチ以下であることが望ましい。本実施形態では、突部５０は、１／２ピッチの位置を中心として対称となる形状である。
　また、突部５０の幅Ｗ２をスロットオープン３２０の幅Ｗ１より大きくすることによって、突部５０の高さＨ２を低くすることができる。その結果、ロータマグネット２３とティース部３１５の対向面３１９との径方向の間隙を小さくすることができる。したがって、高効率のモータを提供することができる。また、突部５０の幅Ｗ２が、１／２ピッチ以下であることによって、突部５０によって発生するコギングトルクの波形は、スロットオープン３２０によって発生するコギングトルクの波形と略逆位相となる。すなわち、突部５０を中心として周方向両側に１／４ピッチより大きい部分では、突部５０によって発生するコギングトルクの波形とスロットオープン３２０によって発生するコギングトルクの波形とは逆位相とならない。したがって、突部５０を中心として周方向両側に１／４ピッチ以下であることによって、突部５０によって発生するコギングトルクの波形とスロットオープン３２０によって発生するコギングトルクとは略逆位相となる。その結果、突部５０は効率よくスロットオープン３２０によって発生するコギングトルクを打ち消すことができる。すなわち、突部５０の幅Ｗ２を、スロットオープン３２０の幅Ｗ１より大きく、且つ、１／２ピッチ以下とすることによって、モータに発生するコギングトルクを効率よく低減しつつ、高効率のモータを提供することができる。
＜第２の好ましい実施形態＞
　本発明の第２の好ましい実施形態について、図６および図７を参照して説明する。図６は、電機子コア６１１の一部を拡大して模式的に示す図である。図７は、図６に示す電機子コア６１１の一部を拡大して模式的に示す図である。本実施形態のインシュレータおよびコイルについては、第１の好ましい実施形態の電機子３１と同様であるためその説明を省略する。また、電機子コア６１１の材料、各寸法、コアプレートの積層枚数等は、第１の好ましい実施形態の電機子コア３１１と同様である。
　図６に示すように、電機子コア６１１は、コアバック部６１４、および、ティース部６１５を一体に備える。コアバック部６１４は、中心軸Ｊ１を中心とする略環状に形成される。ティース部６１５は、コアバック部６１４から中心軸Ｊ１に向かって伸びる。本実施形態では、電機子コア３１１と同様に、ティース部６１５の数は１２個である。
　ティース部６１５は、基部６１７、および、拡幅部６１８を有する。基部６１７は、コアバック部６１４より中心軸Ｊ１に向かって伸びる。拡幅部６１８は、基部６１７より中心軸Ｊ１側に形成され、基部６１７の周方向の幅より大きく形成される。なお、基部６１７の周方向の幅は、径方向に沿って略一定である。また、基部６１７と拡幅部６１８とは、一体に形成されている。拡幅部６１８は、中心軸Ｊ１に向かい周方向の幅が広がるように形成される。そして、拡幅部６１８には、ロータマグネット２３と径方向に対向する対向面６１９が形成される。
　各ティース部６１５の対向面６１９には、周方向に離間して、２つの突部７０が形成される。また、周方向に隣接する拡幅部６１８の間には、ロータマグネット２３に向かい開口するスロットオープン６２０が形成される。
　ここで、スロットオープン６２０の周方向の幅Ｗ１ａは、図７に示すように、周方向に隣接する拡幅部６１８間の距離の最小の大きさとして規定する。本実施形態のスロットオープン６２０の周方向の幅Ｗ１ａは、約０．６ｍｍである。また、周方向に隣接するスロットオープン６２０間の中心角θ２は、ティース部６１５の数が１２個であるため、３０度である。以下、周方向に隣接するスロットオープン６２０間の中心角θ２を、ピッチ角θ２とする。そして、ピッチ角θ２における周方向の幅を１ピッチと定義する。
　２つの突部７０は、対向面６１９の周方向の両端に形成される。これにより、スロットオープン６２０によって発生するコギングトルクの波形の位相に対して、突部７０によって発生するコギングトルクの波形は略逆位相となる。
　また、突部７０の周方向の幅Ｗ２ａおよび対向面６１９からの高さＨ２ａは、スロットオープン６２０によって発生するコギングトルクの波形の振幅の大きさと突部７０によって発生するコギングトルクの波形の振幅の大きさとが略等しくなるように設定する。具体的には、突部７０の周方向の幅Ｗ２ａは、突部５０の周方向の幅Ｗ２の大きさの約半分である。そして、突部７０の対向面６１９からの高さＨ２ａは、突部５０の高さＨ２と略同一である。
　これにより、スロットオープン６２０によって発生するコギングトルクの波形の振幅の大きさと突部７０によって発生するコギングトルクの波形の振幅の大きさが略等しくなる。これにより、スロットオープン６２０によって発生するコギングトルクを効率よく低減することができる。
　また、突部７０の幅Ｗ２ａは、スロットオープン６２０の幅Ｗ１ａよりも大きく、且つ、１ピッチの略１／４（以下、１／４ピッチという）の大きさ以下であることが望ましい。
　ここで、突部７０の幅Ｗ２ａをスロットオープン６２０の幅Ｗ１ａより大きくすることによって、突部７０の高さＨ２ａを低くすることができる。その結果、ロータマグネット２３とティース部６１５の対向面６１９との径方向の間隙を小さくすることができる。したがって、高効率のモータを提供することができる。また、突部７０の幅Ｗ２ａが、１／４ピッチ以下であることによって、突部７０によって発生するコギングトルクの波形は、スロットオープン６２０によって発生するコギングトルクの波形と略逆位相となる。その結果、突部７０は効率よくスロットオープン６２０によって発生するコギングトルクを打ち消すことができる。すなわち、突部７０の幅Ｗ２ａを、スロットオープン６２０の幅Ｗ１ａより大きく、且つ、１／４ピッチ以下とすることによって、モータに発生するコギングトルクを効率よく低減しつつ、高効率のモータを提供することができる。
＜第３の好ましい実施形態＞
　本発明の第３の好ましい実施形態について、図８および図９を用いて説明する。図８は、電機子コア７１１の一部を拡大して模式的に示す図である。図９は、図８に示す電機子コア７１１の一部を拡大して模式的に示す図である。本実施形態のインシュレータおよびコイルについては、第１の好ましい実施形態の電機子３１と同様であるためその説明を省略する。また、電機子コア７１１の材料、各寸法、コアプレートの積層枚数等は、第１の好ましい実施形態の電機子コア３１１と同様である。
　図８に示すように、電機子コア７１１は、コアバック部７１４、および、ティース部７１５を一体に備える。コアバック部７１４は、中心軸Ｊ１を中心とする略環状に形成される。ティース部７１５は、コアバック部７１４から中心軸Ｊ１に向かって伸びる。本実施形態では、電機子コア３１１と同様に、ティース部７１５の数は１２個である。
　ティース部７１５は、基部７１７、および、拡幅部７１８を有する。基部７１７は、コアバック部７１４より中心軸Ｊ１に向かって伸びる。拡幅部７１８は、基部７１７より中心軸Ｊ１側に形成され、基部７１７の周方向の幅より大きく形成される。なお、基部７１７の周方向の幅は、径方向に沿って略一定である。また、基部７１７と拡幅部７１８とは、一体に形成されている。拡幅部７１８は、中心軸Ｊ１に向かい周方向の幅が広がるように形成される。そして、拡幅部７１８には、ロータマグネット２３と径方向に対向する対向面７１９が形成される。
　各ティース部７１５の対向面７１９には、対向面７１９の周方向の略中央に設けられた第１突部８０、および、対向面の周方向の両端に設けられた２つの第２突部８１が形成される。
　また、周方向に隣接する拡幅部７１８の間には、ロータマグネット２３に向かい開口するスロットオープン７２０が形成される。
　ここで、スロットオープン７２０の周方向の幅Ｗ１ｂは、図９に示すように、周方向に隣接する拡幅部７１８の間の距離の最小の大きさとして規定する。本実施形態のスロットオープン７２０の周方向の幅Ｗ１ｂは、約０．６ｍｍである。また、周方向に隣接するスロットオープン７２０間の中心角θ３は、ティース部７１５の数が１２個であるため、３０度である。以下、周方向に隣接するスロットオープン７２０間の中心角θ３を、ピッチ角θ３とする。そして、ピッチ角θ３における周方向の幅を１ピッチと定義する。
　上述のように、第１突部８０、および、２つの第２突部８１が対向面７１９に形成されることによって、第１突部８０および第２突部８１のそれぞれによって発生するコギングトルクの波形の位相、および、これらのコギングトルクを重ね合わせた合成のコギングトルクの波形の位相は、スロットオープン７２０によって発生するコギングトルクの波形の位相に対して略逆位相となる。
　また、第１突部８０および第２突部８１の周方向の幅および対向面７１９からの高さＨ１ｂは、スロットオープン７２０によって発生するコギングトルクの振幅の大きさと第１突部８０および第２突部８１によって発生する合成のコギングトルクの振幅の大きさとが略同等となるように設定される。
　これにより、スロットオープン７２０によって発生するコギングトルクを第１突部８０および第２突部８１によって発生するコギングトルクにて打ち消すことができる。したがって、モータに発生するコギングトルクを低減することができる。
　また、第１突部８０の周方向の幅および第２突部８１の周方向の幅は、それぞれ、突部５０の幅Ｗ２および突部７０の幅Ｗ２ａの範囲内にて設定される。しかしながら、第１突部８０および第２突部８１は、突部５０の幅Ｗ２および突部７０の幅Ｗ２ａよりもそれぞれ小さく形成される。
＜第４の好ましい実施形態＞
　本発明の第４の好ましい実施形態について、図１０～図１２を用いて説明する。図１０は、電機子コア８１ａの一部を模式的に示す斜視図である。図１１は、電機子コア８１ｂの一部を模式的に示す斜視図である。図１２は、電機子コア８１ｃの一部を模式的に示す斜視図である。本実施形態のインシュレータおよびコイルについては、第１の好ましい実施形態の電機子３１と同様であるためその説明を省略する。
　図１０に示すように、電機子コア８１ａは、コアバック部８１４、および、ティース部８１５を一体に備える。コアバック部８１４は、中心軸Ｊ１を中心とする略環状に形成される。ティース部８１５は、コアバック部８１４から中心軸Ｊ１に向かって伸びる。また、ティース部８１５は、基部８１５、および、拡幅部８１８を有する。基部８１５は、コアバック部８１４から中心軸Ｊ１に向かって伸びる。拡幅部８１８は、基部８１５より中心軸Ｊ１側に形成され、基部８１５の周方向の幅より大きく形成される。また、基部８１５と拡幅部８１８とは、一体に形成される。そして拡幅部８１８には、ロータマグネット２３と径方向に対向する対向面８１９が形成される。また対向面８１９の周方向の略中央には、突部９０ａが形成される。
　図１１に示すように、電機子コア８１ｂは、電機子コア８１ａの対向面８１９に設けられた突部９０ａの位置、形状および個数を変更したものである。したがって、以下、電機子コア８１ｂの突部９０ｂについて説明し、他の部位については同一の図番を用いその説明を省略する。
　電機子コア８１ｂの突部９０ｂは、対向面８１９周方向の両端にそれぞれ設けられる。
　図１２に示すように、電機子コア８１ｃは、電機子コア８１ａの対向面８１９に設けられた突部９０ａの形状、および個数を変更したものである。したがって、以下、電機子コア８１ｃの第１突部９０ｃ、第２突部９１ｃについて説明し、他の部位については同一の図番を用いその説明を省略する。
　電機子コア８１ｃの対向面８１９には、周方向の略中央の第１突部９０ｃ、および、周方向の両端の第２突部９１ｃがそれぞれ設けられる。
　ここで、電機子コア８１ａ、８１ｂ、８１ｃは、突部を備えるコアプレート、および、突部を備えないコアプレートの２種類のコアプレートを軸方向に積層することによって形成される。図１０～図１２に示す本実施形態では、これら２種類のコアプレートを交互に積層する。これら２種類のコアプレートは、同じ基材となる鋼板をプレス加工することに形成される。したがって、プレス加工機のパンチ（不図示）の変更のみで対応可能なため、コアプレートの種類によって基材となる鋼板を変更しなくてよい。その結果、電機子コアの生産効率を向上させることができる。
　また、図１０において、突部９０ａが、電機子３１の突部５０の幅Ｗ２および高さＨ２と同等である場合、突部９０ａによって発生するコギングトルクの波形の振幅は、全てのコアプレートに突部を設けた場合に突部によって発生するコギングトルクの波形の振幅の略半分となる。したがって、突部９０ａの周方向の幅および対向面８１９に対する高さは、突部９０ａによって発生するコギングトルクの波形の振幅が、全てのコアプレートに突部を設けた場合に突部によって発生するコギングトルクの波形の振幅と略同等となるように設定する。その結果、突部９０ａの周方向の幅および対向面８１９に対する高さの少なくとも一方は、全てのコアプレートに突部を設けた場合の周方向の幅および高さと比較して大きく成形される。また、図１１に示す電機子コア８１ｂの突部９０ｂの周方向の幅および対向面８１９からの高さの少なくとも一方は、電機子コア６１１の突部７０の周方向の幅Ｗ２ａおよび対向面からの高さＨ２ａより大きくなるように形成される。そして、図１２の電機子コア８１ｃの第１突部９０ｃ、および、第２突部９１ｃのそれぞれの周方向の幅および対向面８１９からの高さの少なくとも一方は、電機子コア７１１の第１突部８０、および、第２突部８１の周方向の幅および対向面からの高さより大きくなるように形成される。
＜電機子の製造方法＞
　次に、電機子３１の製造方法について、図１３を参照して説明する。図１３は、電機子３１の製造工程を示したフロー図である。
　まず、電機子３１のスロットオープン３２０によって発生するコギングトルクの波形の基本波の位相に対して略逆位相を有するコギングトルクの波形の位相となるように、突部５０の周方向の位置を決定する（ステップＳ１１）。
　次に、突部５０によって発生するコギングトルクの波形の振幅の大きさが、スロットオープン３２０によって発生するコギングトルクの波形の振幅の大きさと略同等となるように、突部５０の周方向の幅Ｗ２および対向面３１９に対する高さＨ２の値を設定する（ステップＳ１２）。ここで、突部５０によって発生するコギングトルクの波形とスロットオープン３２０によって発生するコギングトルクの波形とを重ね合わせたコギングトルクの波形の振幅の大きさが最小となるように、周方向の幅Ｗ２および高さＨ２の値をパラメータとしてシミュレーションによって設定すればよい。すなわち、シミュレーションにより、電機子コア３１１に発生するコギングトルクが最小となるように、突部５０の周方向の幅Ｗ２および高さＨ２の値をそれぞれパラメータとして設定すればよい。
　次に、基材となる鋼板をプレス加工することによって、電機子コア３１１を形成する（ステップＳ１３）。
　次に、電機子コア３１１とコイル３１２との電気的絶縁を図るインシュレータ３１３を電機子コア３１１に装着する（ステップＳ１４）。インシュレータ３１３は、軸方向に２分割されたものを電機子コア３１１の軸方向両側からそれぞれ装着する。
　次に、ティース部３１５の基部３１７に導電線を巻きつけることによってコイル３１２を形成する（ステップＳ１５）。これにより、電機子３１が完成する。
　以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
　本発明の第１の好ましい実施形態の電機子３１は、ティース部３１５の数が１２個であったが、本発明はこれに限定されることはない。３相のブラシレスモータである場合、ティース部の数は３の倍数であればよい。また、本発明の好ましい第１の実施形態のロータマグネット２３は、８極であったが、本発明はこれに限定されることはない。ロータマグネットの極数は２の倍数であればよい。
　また、本発明の各実施形態の電機子では、突部をティース部の対向面の周方向の略中央、対向面の周方向の両端、または、対向面の周方向の略中央および周方向の両端に設けられたが、本発明はこれに限定されることはない。突部によって発生するコギングトルクの波形の位相が、スロットオープンによって発生するコギングトルクの波形の位相に対して略逆位相となるように突部の周方向の位置を設定すればよい。上述の各実施形態の電機子に設けられた突部は、ロータマグネット２３の磁極の数をＭとし、ティース部の数をＮとした場合、Ｍ：Ｎ＝２：２ｎ＋１（ｎは自然数）、または、Ｍ：Ｎ＝４：２ｎ＋１（ｎは自然数）の関係を満たす場合に限定される。
　また、Ｍ：Ｎ＝４：２ｎ＋１（ｎは自然数）の関係を満たす場合、ティース部の対向面における略１／４ピッチの位置に突部が設けられるとよい。この突部の個数は、少なくとも１個以上あればよい。また、突部の周方向の幅は、スロットオープンの周方向の幅より大きく、略１／４ピッチ以下であることが望ましい。この関係を満たすことによって、突部の対向面に対する高さを低くすることができ、スロットオープンによって発生するコギングトルクを効率よく打ち消すことができる。したがって、コギングトルクの低減を実現しつつ、高効率のモータを提供することができる。
　また、本実施形態の電機子の突部の周方向の位置は、突部によって発生するコギングトルクの波形の位相が、スロットオープンによって発生するコギングトルクの波形に対して逆位相となるように設定されるが、厳密に逆位相と限定されることはない。スロットオープンによって発生するコギングトルクの波形と突部によって発生するコギングトルクの波形とが互いに打ち消し合うことによって、モータのコギングトルクが大幅に低減される効果が発揮できる範囲において、突部の周方向の位置が設けられてもよい。
　また、本実施形態の電機子の突部の周方向の幅および対向面からの高さは、突部によって発生するコギングトルクの波形の振幅が、スロットオープンによって発生するコギングトルクの波形の振幅と等しくなるように設定されるが、厳密に等しくある必要はない。スロットオープンによって発生するコギングトルクの波形と突部によって発生するコギングトルクの波形とが、互いに打ち消し合うことによって、モータのコギングトルクが大幅に低減される効果が発揮できる範囲において、スロットオープンによって発生するコギングトルクの波形の振幅と突部によって発生するコギングトルクの波形の振幅とは異なってもよい。
　また、各実施形態の電機子コアは、コアバック部とティース部とが一体に構成された複数の分割要素を略環状に配置することによって構成されていたが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、電機子は、直線状の分割要素を予め形成し、それを略円環状に屈曲することによって、電機子コアを形成してもよい。また、分割要素は、略円環状のコアバック部およびコアバック部とは別体の複数のティース部から構成されてもよい。
　また、各実施形態のコイル３１２は、集中巻であったが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、複数のティース部に跨って導電線を巻きつける、いわゆる分布巻であってもよい。
　また、本発明のモータは、ブラシレスモータのみでなく、ブラシを有するモータにも適用することができる。また、本発明の電機子は固定体３側に設けられたが、電機子コアは電機子として回転体側に設けられてもよい。この場合、ロータマグネット２３は永久磁石として固定体側に設けられる。
　また、本発明のモータ１は、ロータマグネット２３が電機子３１の径方向内側に配置され、回転体２が中心軸Ｊ１を中心に回転する、いわゆる、インナーロータ型のモータであったが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、ロータマグネット２３が電機子３１の径方向外側に配置される、いわゆる、アウターロータ型のモータであってもよい。
　また、本発明の第４の好ましい実施形態では、突部を設けたコアプレートと突部を設けないコアプレートとを交互に積層することによって電機子コア８１ａを形成したが、本発明はこれに限定されることはない。突部を設けたコアプレートを連続して複数枚積層してもよい。また、突部を設けたコアプレートは、必ずしも電機子コアの軸方向の端面に設けられる必要はない。電機子コアの軸方向の中央部に複数枚積層してもよい。これは、電機子コア８１ｂ、８１ｃについても同様である。
また、本発明のモータ１では、ロータマグネット２３に対してスキュー着磁を施すことによって、起電力波形を略正弦波としたが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、電機子のティース部の対向面をスキューさせることによって、起電力波形を略正弦波としてもよい。
　また、例えば、本発明の電機子の製造方法では、第１の好ましい実施形態の電機子の製造方法について示したが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、第１の好ましい実施形態の電機子の製造方法は、第２～第４の好ましい実施形態の電機子についても同様に適用することができる。
　また、本発明のモータ１は、電動パワーステアリング装置に搭載されるモータに適用したが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、産業機器や事務機器等の低振動を要求される機器に搭載されるモータに本発明を適用してもよい。

Claims (17)

  1. モータであって、
    所定の中心軸の周囲に配置されるＭ個（Ｍは自然数）の磁極を有する永久磁石と、前記永久磁石と間隙を介して対向するＮ個（Ｎは自然数）のティース部を有する電機子と、
    を備え、
    前記電機子は、前記ティース部に導電線を巻きつけることによって形成されるコイルを備え、
    前記ティース部の前記永久磁石と対向する対向面には、前記永久磁石に向かい突出する突部が設けられ、
    前記中心軸を中心とした周方向に隣接するティース部の間には、前記永久磁石に向かい開口するスロットオープンが形成され、
    前記突部が形成される前記周方向の位置は、前記突部によって発生するコギングトルクの波形の位相が前記スロットオープンによって発生するコギングトルクの波形の基本波の位相に対して略逆位相となるように設定されることを特徴とするモータ。
  2. 請求項１に記載のモータであって、
    前記突部の前記周方向の幅および前記対向面に対する高さは、前記スロットオープンによって発生するコギングトルクの波形の振幅と前記突部によって発生するコギングトルクの波形の振幅とが略等しくなるように設定されることを特徴とするモータ。
  3. 請求項１または請求項２に記載のモータであって、
    前記永久磁石の磁極の数と前記ティース部の個数とは、Ｍ：Ｎ＝２：２n＋１（nは自然数）の関係を満たし、
    前記突部は、前記対向面の前記周方向の略中央に設けられることを特徴とするモータ。
  4. 請求項１または請求項２に記載のモータであって、
    前記永久磁石の磁極の数と前記ティース部の個数とは、Ｍ：Ｎ＝２：２n＋１（nは自然数）の関係を満たし、
    前記突部は、前記対向面の前記周方向の両側に設けられることを特徴とするモータ。
  5. 請求項１または請求項２に記載のモータであって、
    前記永久磁石の磁極の数と前記ティース部の個数とは、Ｍ：Ｎ＝２：２n＋１（nは自然数）の関係を満たし、
    前記突部は、前記対向面の前記周方向の略中央に設けられる第１突部と、前記対向面の前記周方向の両側に設けられる第２突部と、
    を含むことを特徴とするモータ。
  6. 請求項１または請求項２に記載のモータであって、
    前記永久磁石の磁極の数と前記ティース部の個数とは、Ｍ：Ｎ＝４：２n＋１（nは自然数）の関係を満たし、
    前記周方向に隣接する前記スロットオープンを互いに結ぶ前記周方向の幅を１ピッチと定義した際に、前記突部は前記ティース部の前記対向面における前記スロットオープンから略１／４ピッチとなる複数の位置のうち少なくとも１つ設けられることを特徴とするモータ。
  7. 請求項１～請求項６のいずれかに記載のモータであって、
    前記突部の前記周方向の幅は、前記スロットオープン自体の前記周方向の幅よりも大きく形成されることを特徴とするモータ。
  8. 請求項３に記載のモータであって、
    前記周方向に隣接する前記スロットオープンを互いに結ぶ前記周方向の幅を１ピッチと定義した際に、前記突部の前記周方向の幅は、前記スロットオープン自体の前記周方向の幅よりも大きく、略１／２ピッチ以下であることを特徴とするモータ。
  9. 請求項４に記載のモータであって、
    前記周方向に隣接する前記スロットオープンを互いに結ぶ前記周方向の幅を１ピッチと定義した際に、前記突部の前記周方向の幅は、前記スロットオープン自体の前記周方向の幅よりも大きく、略１／４ピッチ以下であることを特徴とするモータ。
  10. 請求項５に記載のモータであって、
    前記周方向に隣接する前記スロットオープンを互いに結ぶ前記周方向の幅を１ピッチと定義した際に、前記第１突部の前記周方向の幅は、
    前記スロットオープン自体の前記周方向の幅よりも大きく、略１／２ピッチ以下であり、
    前記第２突部の前記周方向の幅は、
    前記スロットオープン自体の前記周方向の幅よりも大きく、略１／４ピッチ以下であることを特徴とするモータ。
  11. 請求項６に記載のモータであって、
    前記周方向に隣接する前記スロットオープンを互いに結ぶ前記周方向の幅を１ピッチと定義した際に、前記突部の幅は、前記スロットオープン自体の前記周方向の幅よりも大きく、略１／４ピッチ以下であることを特徴とするモータ。
  12. 請求項１～請求項１１のいずれかに記載のモータであって、
    前記突部の軸方向の長さは、前記ティース部の軸方向の長さと異なることを特徴とするモータ。
  13. 請求項１～請求項１２のいずれかに記載のモータであって、モータの定速運転時に、前記導電線に発生する起電力が略正弦波であることを特徴とするモータ。
  14. 請求項１３に記載のモータであって、
    前記導電線に発生する前記起電力は、
    ５次高調波を前記起電力の基本波の略３％以下含み、
    ７次高調波を該基本波の略２％以下含むことを特徴とするモータ。
  15. 請求項１４に記載のモータであって、
    前記ロータマグネットおよび前記対向面の少なくとも一方をスキューさせることを特徴とするモータ。
  16. 請求項１～請求項１５のいずれかに記載のモータであって、
    前記電機子は、複数の分割要素が略環状に配置されることによって構成され、
    前記分割要素は、それぞれ１つの前記ティース部を備えることを特徴とするモータ。
  17. 請求項１６に記載のモータであって、前記スロットオープンの前記周方向の幅は、前記導電線の直径以下であることを特徴とするモータ。
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