JP2006230116A - 永久磁石型モータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 固定子鉄心のティースに補助溝を有するモータにおいて、補助溝の幅が理想形状から多少外れた場合でもプレス金型等の形状の変更無くコギングトルクの低減を図ることを目的とする。
【解決手段】 ティース２の永久磁石６と対向する位置に補助溝４が設けられた固定子鉄心１を積層して固定子５を形成する永久磁石型モータ１０において、補助溝４の溝幅をゼロを含めて固定子鉄心１の積層方向の位置により変化させることによりコギングトルクを低減する。例えば、回転子８の磁極数と固定子５のスロット数の比がｍ：ｎであって、コギングトルクの（ｌ×ｋ）ｆ成分（ｋはｍとｎの最小公倍数、ｌは１以上の整数、ｆは基本波成分）が最小となる補助溝４の溝幅角度をαとする時、補助溝４の溝幅角度がαより小さい固定子鉄心１と、補助溝４の溝幅角度がαより大きい固定子鉄心１とを組み合わせて積層することにより固定子５を形成する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、永久磁石を界磁に用いる永久磁石型モータおよびその製造方法に係り、特にトルク脈動を低減する技術に関するものである。

強力な磁石を用いた永久磁石型モータは、小型で高トルクを発生することができるというメリットがある。しかしながら、永久磁石の磁束と固定子スロットの相互作用によって無負荷時、負荷時を問わず脈動トルクが発生する。特に、無負荷時の脈動トルクをコギングトルクと呼び、位置決め精度や振動騒音などの問題を生じる。従来、コギングトルクを低減する技術として、例えば特開平１０−４２５３１号公報や特開２００２−１３６００１号公報に示されるように固定子のティース先端部に補助溝を設け、当該補助溝を所定の位置、所定の個数配置する方法が考えられている。

特開平１０−４２５３１号公報（図１） 特開２００２−１３６００１号公報（図５）

しかしながら、補助溝を理想的な位置に設けた場合においてはコギングトルクを有効に低減することができるものの、理想的な位置からずれると、適切にコギングトルクを低減することができないという問題がある。例えば、補助溝を有する固定子鉄心を積層して固定子を形成する場合、補助溝がプレス打ち抜き等で形成されるため、プレス金型の精度誤差からくる補助溝の形状のバラツキあるいは鉄心材料の磁気特性の違いなどによって、コギングトルクが発生してしまうという問題があった。

この発明は、上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、固定子鉄心のティースに補助溝を有するモータにおいて、鉄心材料のロット間のばらつきや加工誤差により補助溝の幅が理想形状から多少外れた場合でも、プレス金型等の形状の変更無くコギングトルクの低減を図ることができるモータ及びその製造方法を提供する。

この発明に係る永久磁石型モータは、複数の永久磁石の磁極を有する回転子と、この永久磁石と対向する複数のティースを有する固定子鉄心を積層して形成する固定子を備え、ティースの永久磁石と対向する面に補助溝を設け、コギングトルクが低減するように補助溝の溝幅をゼロを含めて固定子鉄心の積層方向の位置により変化させていることを特徴とする。

特に、回転子の磁極数と固定子のスロット数の比がｍ：ｎの場合において、コギングトルクの（ｌ×ｋ）ｆ成分（ｋはｍとｎの最小公倍数、ｌは１以上の整数、ｆは基本波成分）が問題となる。一方、コギングトルクの（ｌ×ｋ）ｆ成分が最小となる補助溝の溝幅角度をαとする時、コギングトルクは補助溝幅の角度αの前後において（ｌ×ｋ）ｆ成分の位相が変化し、正負の符号が反転可能であることを見出した。そこで、補助溝の溝幅角度がαより小さい固定子鉄心と、補助溝の溝幅角度がαより大きい固定子鉄心とを組み合わせて積層することにより、コギングトルクの低減を図る。

また、補助溝の無い固定子鉄心と、補助溝の溝幅角度がαより大きい固定子鉄心とを組み合わせて積層することにより、コギングトルクの低減を図る。

この発明に係る永久磁石型モータの製造方法は、ティース先端部に溝幅が異なる補助溝を設けた複数の固定子鉄心の単位厚さ当たりのコギングトルクを測定し、コギングトルクの各周波数成分の振幅・位相データを収集するステップと、複数の固定子鉄心を順次積層させた場合におけるコギングトルクの位相−周波数を測定するステップと、振幅・位相データに基づきそれぞれの固定子鉄心の積層枚数を調整するステップとを設けたことを特徴とする。

この発明に係る永久磁石型モータおよびその製造方法によれば、その溝幅がゼロを含めて異なる補助溝を有する固定子鉄心を組み合わせて積層するようにしているので、鉄心材料の相違や、補助溝の加工による深さ、角度のズレが発生して補助溝の幅が最適幅よりずれた場合でも、固定子鉄心の積層比を変えて調整しながら、コギングトルクを低減することができる。

すなわち、固定子鉄心の積層比の変更だけでコギングトルクを調整できるので、固定子鉄心を加工するプレス装置のプレス回数の調整だけでよく、高価なプレス金型自体を精密に調整する必要が無く、安価に低コギングトルクの永久磁石型モータを提供することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による永久磁石型モータの断面図である。また、図２は図１の固定子鉄心を拡大して示す図である。

図において、永久磁石型モータ１０は、固定子鉄心１を積層して形成した固定子５と、永久磁石６を磁極に持つ回転子８から構成されている。固定子鉄心１の内周側には、複数のティース２及び巻線用スロット３（巻線は図示せず）が形成されている。そして、固定子鉄心１のティース２の先端つまり永久磁石６と対向する位置には補助溝４が設けられている。なお、３ａはスロット開口部である。

一方、回転子８は永久磁石６と回転軸７を備えている。永久磁石６は回転子８の磁極を構成し、極性の異なる磁石が交互に等間隔に配置されている。

本実施の形態においては、回転子８の磁極数が２Ｐ（Ｐは１以上の整数）、固定子５のスロット数が３Ｐの場合を想定している。そして、図２に示すように、固定子鉄心１のティース２の先端部に、スロット開口部３ａの中心より周方向に機械角θで３等分した位置に補助溝４を２個設けている。さらに、図３に示すように、補助溝４の溝幅（ダミースロット角度）が異なる固定子鉄心１を複数枚軸方向に積み重ねて固定子５を形成している。

ここで、コギングトルクは、永久磁石６の起磁力成分と固定子ティース２のパーミアンスの変動成分を考察することにより、回転子８の一回転あたり回転子８の極数と固定子スロット数の最小公倍数の脈動を持っていることが知られている。言い換えれば、電気角１周期すなわち２極単位で生じる現象を基本波ｆとすると、回転子８の磁極数が２Ｐ、固定子５のスロット数が３Ｐの場合、６ｆ成分のコギングトルクが問題となる場合が多い。そこで、補助溝（ダミースロット）を用いてこれを低減することが考えられているので以下に説明する。

図２に示すように、補助溝４の周方向溝幅（以下、ダミースロット角度と呼ぶ）をα、スロット開口部の機械角をβで表すと、ダミースロット角度αとコギングトルク６ｆ成分との関係は図４に示すようになる。図４において、所定のダミースロット角度α１においてコギングトルク６ｆ成分の大きさが最小となる。従来においては、コギングトルクが最小となるダミースロット角度α１を理想の補助溝４の溝幅としてモータが設計されている。しかしながら、実際にはダミースロット角度α１（α１はスロット開口部角度βとほぼ等しい）の補助溝４は磁気飽和や微小な形状誤差の影響をうけるため、理想状態で安定して製作することは困難である。

そこで本実施の形態では、ダミースロット角度αとコギングトルクの関係を単なる絶対値ではなく位相を考慮して分析した。その結果、コギングトルクは図４に示すようにダミースロット角度α１の前後において６ｆ成分の位相が変化し、正負の符号が反転可能なことを見出した。そして、この関係を積極的に利用することを考える。すなわち、ダミースロット角度がα３の固定子鉄心Ａとダミースロット角度がα２の固定子鉄心Ｂのコギングトルクの単位積層長当りの大きさをそれぞれτ_ａ，τ_ｂとする時、下記の式（１）に示すようにコギングトルクの大きさに反比例させて固定子鉄心Ａ及びＢを積層する。

その結果、ダミースロット角度α１の前後のコギングトルクの位相が相殺され、コギングトルク６ｆ成分の大きさを低減することができる。固定子鉄心Ａ及びＢの積層の組み合わせ方法としては、図３に示すようにＡ１：Ｂ１：Ａ２（Ａ１、Ａ２は固定子鉄心Ａ、Ｂ１は固定子鉄心Ｂ）の比で積層する方法や、図５に示すようにＡ１：Ｂ２：Ａ２：Ｂ３（Ａ１、Ａ２は固定子鉄心Ａ、Ｂ１、Ｂ２は固定子鉄心Ｂ）の比で積層する方法がある。つまり、軸方向全体における固定子鉄心Ａ、Ｂの積層比率が式（１）を満たすのであればどのように組み合わせても良い。

以上のように本実施の形態によれば、回転子８の磁極数と固定子５のスロット数の比が２：３であって、コギングトルクの６ｆ成分（ｆは基本波成分）が最小となる補助溝４の溝幅角度をα１とする時、補助溝４の溝幅角度がα１より小さい角度α２の固定子鉄心Ｂと、補助溝４の溝幅角度がα１より大きい角度α３の固定子鉄心Ａとを積層している。そのため、鉄心材料等や金型精度の都合で補助溝の最適角度が理想値と異なる場合でもτ_ａ，τ_ｂが変化するだけであるので、（１）式で示される固定子鉄心Ａ及びＢの積層比率に調整することにより、コギングトルクを低減することが可能となる。

なお、上記実施の形態ではコギングトルク６ｆ成分に着目したが、コギングトルク１２ｆ成分についても同様の手法で低減することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、補助溝の溝幅角度（ダミースロット角度）が理想角度α１より大きい固定子鉄心Ａと理想角度α１より小さい固定子鉄心Ｂを組み合わせて積層したものを示したが、本実施の形態では、補助溝の溝幅角度（ダミースロット角度）が理想角度α１より大きい固定子鉄心Ｃとダミースロット角度がゼロすなわち補助溝が無い固定子鉄心Ｄを組み合わせて積層したものについて説明する。

図６はこの発明の実施の形態２による固定子鉄心の積層状態を示す図である。本実施の形態においては、実施の形態１と同様、回転子８の磁極数が２Ｐ（Ｐは１以上の整数）、固定子５のスロット数が３Ｐの場合を想定しており、固定子鉄心１のティース２の先端部に、スロット開口部３ａの中心より周方向に機械角θで３等分した位置に補助溝４を２個設けている。そして、図６に示すように、補助溝の溝幅角度（ダミースロット角度）が理想角度α１より大きい固定子鉄心Ｃとダミースロット角度がゼロすなわち補助溝が無い固定子鉄心Ｄを組み合わせて積層して固定子５を形成している。

ここで、コギングトルクは、図７に示すようにダミースロット角度α１の前後において６ｆ成分の位相が変化し、正負の符号が反転可能であるので、補助溝の溝幅角度（ダミースロット角度）が理想角度α１より大きいα４を有する固定子鉄心Ｃとダミースロット角度がゼロつまり補助溝が無い固定子鉄心Ｄのコギングトルクの単位積層長当りの大きさをそれぞれτ_ｃ，τ_ｄとする時、下記の式（２）に示すようにコギングトルクの大きさに反比例させて固定子鉄心Ｃ及びＤを積層する。

その結果、ダミースロット角度α１の前後のコギングトルクの位相が相殺され、コギングトルク６ｆ成分の大きさを低減することができる。固定子鉄心Ｃ及びＤの積層の組み合わせ方法としては、図６に示すようにＣ１：Ｄ１：Ｃ２（Ｃ１、Ｃ２は固定子鉄心Ｃ、Ｄ１は固定子鉄心Ｄ）の比で積層する方法のほか、積層方向全体における固定子鉄心Ｃ、Ｄの枚数比が式（２）を満たすのであればどのように組み合わせても良い。

以上のように本実施の形態によれば、回転子８の磁極数と固定子５のスロット数の比が２：３であって、コギングトルクの６ｆ成分（ｆは基本波成分）が最小となる補助溝４の溝幅角度をα１とする時、補助溝４の溝幅角度がα１より大きい角度α４の固定子鉄心Ｃと、補助溝４の溝幅角度がゼロの固定子鉄心Ｄとを積層している。

このように、補助溝の有る・無しの固定子鉄心を混成して作成する場合には、補助溝を形成するためのプレス金型のパンチ部をカム装置などで退避させることにより補助溝の有無の固定子鉄心を比較的容易に作成可能である。また、従来の方法であると理想的な位置に補助溝を配置するため、プレス金型等の精度誤差からくる補助溝の形状バラツキの問題、鉄心材料の磁気特性の違いなどによって微小なコギングトルクが発生してしまうという問題があったが、本実施の形態の場合は、工作誤差や鉄心の磁気特性の違いが生じても固定子鉄心Ｃ及びＤの積層比率を変えることによりコギングトルクを調整可能であるため、金型の工程を削減し量産性に優れた低コギングモータを提供することができるという効果がある。

なお、上記実施の形態ではコギングトルク６ｆ成分に着目したが、コギングトルク１２ｆ成分についても同様の手法で低減することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１及び２では、回転子８の磁極数が２Ｐ（Ｐは１以上の整数）、固定子５のスロット数が３Ｐの場合を想定したが、回転子の磁極数が４Ｐ（Ｐは１以上の整数）、固定子５のスロット数が３Ｐの場合でも同様に適用することが可能である。

すなわち、本実施の形態では、回転子８の磁極数が４Ｐ（Ｐは１以上の整数）、固定子５のスロット数が３Ｐの場合であり、固定子鉄心１のティース２の先端部に、スロット開口部３ａの中心より周方向に機械角θで３等分した位置に補助溝４を２個設けている。さらに、補助溝４の溝幅（ダミースロット角度）が異なる固定子鉄心１を複数枚軸方向に積み重ねて固定子５を形成している。

ここで、コギングトルクは、回転子８の一回転あたり回転子の極数と固定子スロット数の最小公倍数の脈動を持っていることが知られており、電気角１周期すなわち２極単位で生じる現象を基本波ｆとすると、回転子８の磁極数が４Ｐ、固定子５のスロット数が３Ｐの場合、１２ｆ成分のコギングトルクが問題となる場合が多い。また、コギングトルクは、上記実施の形態で説明したと同様、理想のダミースロット角度の前後において１２ｆ成分の位相が変化し、正負の符号が反転可能である。

そこで、本実施の形態では、上記実施の形態１で説明したように、補助溝４の溝幅角度が理想角度より小さい角度の固定子鉄心と、補助溝４の溝幅角度が理想角度より大きい角度の固定子鉄心とを積層する。また、上記実施の形態２で説明したように、補助溝４の溝幅角度が理想角度より大きい角度の固定子鉄心と、補助溝４の溝幅角度がゼロの固定子鉄心とを積層する。その結果、ダミースロットの理想角度の前後のコギングトルクの位相が相殺され、コギングトルク１２ｆ成分の大きさを低減することができる。

なお、ここではコギングトルク１２ｆ成分に着目したが、コギングトルク２４ｆ成分についても同様の手法で低減することができる。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４による永久磁石型モータの固定子と回転子の軸方向の構成を示す概念図である。

本実施の形態では、実施の形態１と同様、回転子８の磁極数が２Ｐ（Ｐは１以上の整数）、固定子５のスロット数が３Ｐの場合を想定しており、固定子鉄心１のティース２の先端部に、スロット開口部３ａの中心より周方向に機械角θで３等分した位置に補助溝４を２個設けている。

また、図８に示すように、回転子８の磁極である永久磁石６を軸方向に分割すると共に周方向にずらすことによりコギングトルクを低減する段スキューロータを用いている。そして、段スキューの角度（軸方向にずらした永久磁石のスキュー角度）がコギングトルク６ｆ成分または１２ｆ成分の一方が最小となるように設定している。

そして、本実施の形態においては、軸方向に分割した各永久磁石の段範囲内において、上記コギングトルク６ｆまたは１２ｆ成分の他方が最小となるように、式（３）を満たす固定子鉄心ＡおよびＢを軸方向に積層させる。

なお、固定子鉄心Ａ及びＢの積層方法の詳細は実施の形態１で説明したものと同様である。また、実施の形態２で説明した固定子鉄心の積層方法でも同様に適用可能である。

以上のように本実施の形態によれば、回転子８の磁極が軸方向に多段スキューされており、段スキューの角度はコギングトルク６ｆ成分又は１２ｆ成分のうち一方が最小となる角度に設定され、固定子鉄心の積層は上記段内においてコギングトルクの６ｆ成分又は１２ｆ成分のうち他方が最小となるように設定されているので、コギングトルクの６ｆ成分および１２ｆ成分の双方の低減が、段スキューの相対角度と補助溝有り無しの固定子鉄心の積層比率という独立した設計要素で構成され、各々独自に調整できるため、コギングトルクの低減を行うための調整や設計が容易になるという効果が得られる。

なお、回転子の磁極数が４Ｐ（Ｐは１以上の整数）、固定子５のスロット数が３Ｐの永久磁石型モータの場合でも同様に適用することができる。

さらに、本実施の形態を一般化すると次のようになる。すなわち、回転子８の磁極数と固定子５のスロット数の比がｍ：ｎであって、回転子８の磁極が軸方向に多段スキューされており、段スキューの角度はコギングトルクのｋｆ成分又は２ｋｆ成分（ｋはｍとｎの最小公倍数、ｆは基本波成分）のうち一方が最小となる角度に設定され、固定子鉄心の積層は上記段内においてコギングトルクのｋｆ成分又は２ｋｆ成分のうち他方が最小となるように設定されていることを特徴とする。その結果、コギングトルクのｋｆ成分又は２ｋｆ成分を同時に低減することができる。

実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５による永久磁石型モータの固定子と回転子の軸方向の構成を示す概念図である。

本実施の形態では、実施の形態１と同様、回転子８の磁極数が２Ｐ（Ｐは１以上の整数）、固定子５のスロット数が３Ｐの場合を想定しており、固定子鉄心１のティース２の先端部に、スロット開口部３ａの中心より周方向に機械角θで３等分した位置に補助溝４を２個設けている。

また、図９に示すように、回転子８の磁極である永久磁石６を軸方向に斜めにスキューすることによりコギングトルクを低減する斜めスキューロータを用いている。そして、斜めスキューの角度がコギングトルク６ｆ成分または１２ｆ成分の周波数成分の一方が最小となる角度になるように設定している。

この場合、コギングトルク６ｆ成分又は１２ｆ成分の周波数成分の他方が最小になるように、固定子鉄心を軸方向中心に対して対称であり、かつ上記実施の形態１および上記実施の形態２のような方法で積層させることにより固定子５を形成する。

また、図１０に示すように、軸方向に斜めスキューが複数個ある回転子８の場合、同一斜めスキュー内の軸方向中心に対して対称となるように固定子鉄心をそれぞれ組み合わせることによりコギングトルクを低減することもできる。

以上のように本実施の形態によれば、回転子８の磁極が軸方向に斜めスキューされており、斜めスキューの角度はコギングトルク６ｆ成分又は１２ｆ成分のうち一方が最小となる角度に設定され、かつ固定子鉄心の積層は軸方向中心に対して対称でありコギングトルクの６ｆ成分又は１２ｆ成分のうち他方が最小となるように設定されているので、コギングトルクの６ｆ成分および１２ｆ成分の双方の低減が、斜めスキューの角度と補助溝有り無しの固定子鉄心の積層比率という独立した設計要素で構成され、各々独自に調整できるため、コギングトルクの低減を行うための調整や設計が容易になるという効果が達成できる。

なお、回転子の磁極数が４Ｐ（Ｐは１以上の整数）、固定子５のスロット数が３Ｐの永久磁石型モータの場合でも同様に適用することが可能である。

さらに、本実施の形態を一般化すると次のようになる。すなわち、回転子８の磁極数と固定子５のスロット数の比がｍ：ｎであって、回転子８の磁極が軸方向に斜めスキューされており、斜めスキューの角度はコギングトルクのｋｆ成分又は２ｋｆ成分（ｋはｍとｎの最小公倍数、ｆは基本波成分）のうち一方が最小となる角度に設定され、固定子鉄心１の積層は斜めスキューの軸方向中心に対して対称でかつコギングトルクのｋｆ成分又は２ｋｆ成分のうち他方が最小となるように設定されていることを特徴とする。その結果、コギングトルクのｋｆ成分又は２ｋｆ成分を同時に低減することができる。

実施の形態６．
図１１はこの発明の実施の形態６による永久磁石型モータの固定子鉄心の一部を示す斜視図である。

本実施の形態において、回転子８の磁極数は２Ｐ（Ｐは１以上の整数）、固定子５のスロット数が３Ｐであり、固定子鉄心１のティース２の先端部に、スロット開口部３ａの中心より周方向に機械角θで３等分した位置に補助溝４を２個設けている。さらに、補助溝４の溝幅（ダミースロット角度）が異なる２種類の固定子鉄心Ａ”（ダミースロット角度θ２）及びＢ”（ダミースロット角度θ１）を複数枚軸方向に積み重ねて固定子５を形成している。

図１２は本実施の形態におけるコギングトルク６ｆ成分及び１２ｆ成分とダミースロット角度の関係を示す図である。図１２において、ダミースロット角度θ１及びθ２におけるコギングトルク６ｆ成分の大きさがＹ１及びＹ２、コギングトルク１２ｆ成分の大きさがＺ１及びＺ２であるとき、Ｙ２＝−δ×Ｙ１、Ｚ２＝−δ×Ｚ１（δは正の実数）となるようなダミースロット角度θ１の補助溝４を有する固定子鉄心Ｂ”およびダミースロット角度θ２の補助溝４を有する固定子鉄心Ａ”を用意する。そして、ダミースロット角度θ１の固定子鉄心Ｂ”とダミースロット角度θ２の固定子鉄心Ａ”をδ：１の比で軸方向に積層させることにより、コギングトルク６ｆ成分及び１２ｆ成分の双方を低減することができる。

６ｆ及び１２ｆの２種類のコギングトルク周波数成分がある場合、上記実施の形態では回転子８にスキューを施し、固定子５を補助溝有り無し固定子鉄心の積層比率でコギングトルクを低減するようにしたが、本実施の形態では、上記のように固定子鉄心の積層比率とダミースロット角度を適切に選択することによって、２種類の周波数成分をもつコギングトルクを低減できる。したがって、スキューを不要とすることが可能であり、スキュー実施に伴なう着磁性及びトルク低下等の問題を除去することができる。

なお、回転子の磁極数が４Ｐ（Ｐは１以上の整数）、固定子５のスロット数が３Ｐの永久磁石型モータの場合でも同様に適用することが可能である。

さらに、本実施の形態を一般化すると次のようになる。すなわち、回転子８の磁極数と固定子５のスロット数の比がｍ：ｎであって、補助溝４の溝幅角度がθ１及びθ２のコギングトルクのｋｆ成分（ｋはｍとｎの最小公倍数、ｆは基本波成分）の大きさがＹ１及びＹ２、コギングトルク２ｋｆ成分の大きさがＺ１及びＺ２であるとき、Ｙ２＝−δ×Ｙ１、Ｚ２＝−δ×Ｚ１（δは正の実数）となるような補助溝４の溝幅角度θ１及びθ２を有する２種類の固定子鉄心１を備え、ダミースロット角度θ１の固定子鉄心１とダミースロット角度θ２の固定子鉄心１をδ：１の比率で軸方向に積層させることを特徴とする。その結果、回転子８をスキューさせることなく、コギングトルクｋｆ成分及び２ｋｆ成分の双方を同時に低減することができる効果が得られる。

実施の形態７．
永久磁石型モータの永久磁石の保持方法として、永久磁石を回転子の鉄心内部に挿入した磁石埋め込み型（以下、ＩＰＭと称す）の場合と、回転子表面に永久磁石を貼付けた型（以下、ＳＰＭと称す）の２種類がある。ＩＰＭは、図１３に示すように、永久磁石６を回転子８の鉄心内部で保持するために機械強度に優れ、また永久磁石６の貼付け作業等も不要であるという特長がある。

しかしながら、図１４に示すように、ＩＰＭモータのコギングトルクはＳＰＭモータより大きい。また、回転子８の磁極数が２Ｐ（Ｐは１以上の整数）、固定子５のスロット数が３Ｐの場合、図１５に示すようにＳＰＭモータに比べてＩＰＭモータの方が特にコギングトルク１２ｆ成分の大きさが大きくなる。これは永久磁石６を保持する磁石両端部の鉄心に磁束が漏れることにより、固定子５とのエアギャップ部に基本波以外に高調波を含有するためである。

ところが、通常一般のスキューでは６ｆ成分もしくは１２ｆ成分の単一のコギングトルク成分しか低減できない。したがって、コギングトルク６ｆ成分を低減するようスキュー角度を設定してもＩＰＭモータにおいてはＳＰＭモータより１２ｆ成分の影響が大きいためトルク脈動を生じせしめて制御性能を悪化させるという問題があった。

そこで、上記実施の形態で説明した固定子積層構造をＩＰＭの回転子（回転子スキューを含めて）と組み合わせることにより、例えばコギングトルク６ｆ成分及び１２ｆ成分の２成分双方が比較的大きな場合でも、コギングトルクの２周波数成分を低減することが可能となる。

以上のように、ＩＰＭモータでもコギングトルクによる制御性悪化を抑制することができるため、高速域の磁石保持性能、磁石量の小さくした制御用モータが得られるという効果を得ることができる。

実施の形態８．
図１６はこの発明の実施の形態８による永久磁石型モータのコギングトルクの調整方法を示す図である。本実施の形態によるコギングトルクの調整方法は、まず、各固定子鉄心における単位厚さ当りのコギングトルクをあらかじめ測定しておき（ステップ１０１）、各固定子鉄心の各コギングトルク周波数成分の振幅・位相データを蓄積しておく（ステップ１０２）。その後、上記実施の形態で説明したようにコギングトルクが低減するように複数の固定子鉄心を組み合わせて積層した（ステップ１０３）後、コギングトルクの測定を行う（ステップ１０４）。その結果として、コギングトルクが小さくなっていればそのままの固定子鉄心の組み合わせにおいてモータを製造する（ステップ１０５）。コギングトルクが大きい場合は、位相−周波数分析を行った（ステップ１０６）後、あらかじめ測定した各周波数成分の振幅・位相の結果より各固定子鉄心における積層枚数を調整し（ステップ１０７）、新たな固定子鉄心を製作する。これを順次繰り返して所定のコギングトルク値以下となるようなモータの固定子鉄心を製造する。

以上のように本実施の形態によれば、各固定子鉄心のコギングトルクの測定データに基づき固定子鉄心の積層枚数を調整しながら製造工程を修正できるので、コギングトルクの悪化による歩留まり低下を防ぐことができる。

その他の実施の形態．
上記実施の形態において、固定子鉄心１のティース２の先端部に、スロット開口部３ａの中心より周方向に機械角θで３等分した位置に補助溝４を２個設けている例について説明しているが、補助溝４の数および位置はこれに限るものではない。例えば、図１７に示すように、スロット開口部３ａの中心より周方向に機械角でθ、θ／２、θ／２、θの位置に、補助溝幅α、γ、αの３個の補助溝４を設けた固定子鉄心に、本発明を適用しても同様の効果が得られる。また、その他の補助溝４の数および位置の場合にも同様に適用することができる。

また、以上説明した本発明は、永久磁石を用いたリニアモータに適用しても同様の効果が得られる。

図１８はこの発明の他の実施の形態によるリニアモータを示す概略斜視図である。図１８のリニアモータは、複数の永久磁石２６の磁極を有する固定子２８と、永久磁石２６と対向する複数のティース２２を有する鉄心２１を積層して形成する可動子２５を備え、ティース２２の永久磁石２６と対向する面に補助溝２４が設けられ、補助溝２４がコギングトルクを低減するように溝幅がゼロを含めて鉄心２８の積層方向の位置により変化させていることを特徴とする。

特に、永久磁石２６の磁極間ピッチＰ１とティース２２間のスロット２３のピッチＰ２の比（Ｐ１：Ｐ２）がｍ：ｎであって、コギングトルクの（ｌ×ｋ）ｆ成分（ｋはｍとｎの最小公倍数、ｌは１以上の整数、ｆは基本波成分）が最小となる補助溝２４の溝幅角度を電気角でαとする時、補助溝２４の溝幅角度が電気角でαより小さい鉄心２１と、補助溝２４の溝幅角度が電気角でαより大きい鉄心２１とを積層して成ることを特徴とする。

また、永久磁石２６の磁極間ピッチＰ１とティース２２間のスロット２３のピッチＰ２の比（Ｐ１：Ｐ２）がｍ：ｎであって、コギングトルクの（ｌ×ｋ）ｆ成分（ｋはｍとｎの最小公倍数、ｌは１以上の整数、ｆは基本波成分）が最小となる補助溝２４の溝幅角度を電気角でαとする時、補助溝２４の無い鉄心２１と、補助溝２４の溝幅角度が電気角でαより大きい鉄心２１とを積層して成ることを特徴とする。

さらに、永久磁石２６の磁極間ピッチＰ１とティース２２間のスロット２３のピッチＰ２の比（Ｐ１：Ｐ２）がｍ：ｎであって、補助溝２４の溝幅角度が電気角でθ１及びθ２のコギングトルクのｋｆ成分（ｋはｍとｎの最小公倍数、ｆは基本波成分）の大きさがＹ１及びＹ２、コギングトルク２ｋｆ成分の大きさがＺ１及びＺ２であるとき、Ｙ２＝−δ×Ｙ１、Ｚ２＝−δ×Ｚ１（δは正の実数）となるような補助溝２４の溝幅角度が電気角でθ１及びθ２を有する２種類の鉄心２１を備え、溝幅角度が電気角でθ１の鉄心２２と溝幅角度が電気角でθ２の鉄心２２をδ：１の比率で軸方向に積層させることを特徴とする。

このようなリニアモータによれば、その溝幅がゼロを含めて異なる補助溝を有する鉄心を組み合わせて積層するようにしているので、鉄心材料の相違や、補助溝の加工による深さ、角度のズレが発生して補助溝の幅が最適幅よりずれた場合でも、固定子鉄心の積層比を変えて調整しながら、コギングトルクを低減することができる。

すなわち、鉄心の積層比の変更だけでコギングトルクを調整できるので、鉄心を加工するプレス装置のプレス回数の調整だけでよく、高価なプレス金型自体を精密に調整する必要が無く、安価に低コギングトルクのリニアモータを提供することができる。

なお、図１８では、永久磁石２６の磁極を有する側を固定子２８と、複数のティース２２を有する鉄心２１を積層して形成する側を可動子２５としたが、永久磁石の磁極を有する側を可動子と、複数のティースを有する鉄心を積層して形成する側を固定子としても同様に適用できる。

この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの断面図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの固定子鉄心を拡大して示す図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの固定子鉄心の一部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１によるダミースロット角度とコギングトルク６ｆ成分の関係を示す図である。 この発明の実施の形態１による固定子鉄心の他の積層状態を示す図である。 この発明の実施の形態２による固定子鉄心の積層状態を示す図である。 この発明の実施の形態２によるダミースロット角度とコギングトルク６ｆ成分の関係を示す図である。 この発明の実施の形態４による永久磁石型モータの固定子と回転子の軸方向の構成を示す概念図である。 この発明の実施の形態５による永久磁石型モータの固定子と回転子の軸方向の構成を示す概念図である。 この発明の実施の形態５による永久磁石型モータの他の固定子と回転子の軸方向の構成を示す概念図である。 この発明の実施の形態６による永久磁石型モータの固定子鉄心の一部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態６によるコギングトルク６ｆ成分及び１２ｆ成分とダミースロット角度の関係を示す図である。 この発明の実施の形態７による永久磁石型モータの断面図である。 ＩＰＭモータとＳＰＭモータのコギングトルクを表した図である。 ＩＰＭモータとＳＰＭモータのコギングトルク１２ｆ成分の大きさを示す図である。 この発明の実施の形態８による永久磁石型モータのコギングトルクの調整方法を示す図である。 この発明の他の実施の形態による永久磁石型モータの固定子鉄心を拡大して示す図である。 この発明の他の実施の形態によるリニアモータを示す概略斜視図である。

符号の説明

１ 固定子鉄心、２ ティース、３ 巻線用スロット、４ 補助溝、５ 固定子、
６ 永久磁石、７ 回転軸、８ 回転子、１０ 永久磁石型モータ。

Claims (8)

1. 複数の永久磁石の磁極を有する回転子と、上記永久磁石と対向する複数のティースを有する固定子鉄心を積層して形成する固定子を備え、上記ティースの上記永久磁石と対向する面に補助溝が設けられ、コギングトルクを低減するように上記補助溝の溝幅をゼロを含めて上記固定子鉄心の積層方向の位置により変化させていることを特徴とする永久磁石型モータ。
2. 上記回転子の磁極数と上記固定子のスロット数の比がｍ：ｎであって、コギングトルクの（ｌ×ｋ）ｆ成分（ｋはｍとｎの最小公倍数、ｌは１以上の整数、ｆは基本波成分）が最小となる上記補助溝の溝幅角度をαとする時、上記補助溝の溝幅角度がαより小さい固定子鉄心と、上記補助溝の溝幅角度がαより大きい固定子鉄心とを積層して成る請求項１に記載の永久磁石型モータ。
3. 上記回転子の磁極数と上記固定子のスロット数の比がｍ：ｎであって、コギングトルクの（ｌ×ｋ）ｆ成分（ｋはｍとｎの最小公倍数、ｌは１以上の整数、ｆは基本波成分）が最小となる上記補助溝の溝幅角度をαとする時、上記補助溝の無い固定子鉄心と、上記補助溝の溝幅角度がαより大きい固定子鉄心とを積層して成る請求項１に記載の永久磁石型モータ。
4. 上記回転子の磁極が軸方向に多段スキューされており、上記段スキューの角度は上記コギングトルクのｋｆ成分又は２ｋｆ成分のうち一方が最小となる角度に設定され、上記固定子鉄心の積層は上記段内において上記コギングトルクのｋｆ成分又は２ｋｆ成分のうち他方が最小となるように組み合わされていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の永久磁石型モータ。
5. 上記回転子の磁極が軸方向に斜めスキューされており、上記斜めスキューの角度は上記コギングトルクのｋｆ成分又は２ｋｆ成分のうち一方が最小となる角度に設定され、上記固定子鉄心の積層は上記斜めスキューの軸方向中心に対して対称でかつ上記コギングトルクのｋｆ成分又は２ｋｆ成分のうち他方が最小となるように組み合わされていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の永久磁石型モータ。
6. 上記回転子の磁極数と上記固定子のスロット数の比がｍ：ｎであって、上記補助溝の溝幅角度がθ１及びθ２のコギングトルクのｋｆ成分（ｋはｍとｎの最小公倍数、ｆは基本波成分）の大きさがＹ１及びＹ２、コギングトルク２ｋｆ成分の大きさがＺ１及びＺ２であるとき、Ｙ２＝−δ×Ｙ１、Ｚ２＝−δ×Ｚ１（δは正の実数）となるような補助溝の溝幅角度θ１及びθ２を有する２種類の固定子鉄心を備え、上記溝幅角度θ１の固定子鉄心と上記溝幅角度θ２の固定子鉄心をδ：１の比率で軸方向に積層させることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型モータ。
7. 上記回転子は、上記永久磁石を回転子鉄心の内部に保持した磁石埋め込み型構造であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の永久磁石型モータ。
8. ティース先端部に溝幅が異なる補助溝を設けた複数の固定子鉄心の単位厚さ当たりのコギングトルクを測定し、当該コギングトルクの各周波数成分の振幅・位相データを収集するステップと、上記複数の固定子鉄心を順次積層させた場合におけるコギングトルクの位相−周波数を測定するステップと、上記振幅・位相データに基づきそれぞれの固定子鉄心の積層枚数を調整するステップとを備えたことを特徴とする永久磁石型モータの製造方法。

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