JP2012254001A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】磁極に永久磁石を使用する電動機においてコギングトルクを極小化することを目的とする。
【解決手段】回転子２と固定子３とが、磁極の中心線Ｏがティース１５ａの幅方向中心に重なる位置関係である場合に、永久磁石８は、第１角部２１が、第１ティース２２の中心線Ｐと、第１ティース２２のネック部１８の回転方向前方の縁部を通る仮想線Ｑとの間に位置し、第２角部２３が、第２ティース２４の中心線Ｒと、第２ティース２４のネック部１８の回転方向後方の縁部を通る仮想線Ｓとの間に位置するように配置されている。なお、第１角部２１とは、中心線Ｏよりも回転方向前方で固定子３に最も近い永久磁石８の角部であり、第１ティース２２は第１角部２１に最も近いティース１５であり、第２角部２３とは、中心線Ｏよりも回転方向後方で固定子３に最も近い永久磁石８の角部であり、第２ティース２４は第２角部２３に最も近いティース１５である。
【選択図】図２

Description

本発明は、産業用、家電用、自動車用の各種ブラシレスモータ、特に自動車用のコンプレッサ駆動やサーボモータに適する電動機に関する。

近年、磁極に永久磁石を使用する電動機では、磁石性能の向上に伴い、コギングトルクが発生しやすくなっている。
そこで、磁極形状そのものを工夫してコギングトルクを低減しようとする技術が実施されているが、高精度なプレス技術が必要であったり、スクラップが多数発生してしまうという問題があった。

なお、特許文献１には、ティースに対する磁極の配置を工夫して、コギングトルク及びトルクリップルを低減する技術が開示されている。この特許文献１に記載の発明では、１つの磁極が２つの永久磁石をＶ字配置することで形成されており、１つの磁極を形成する２つの永久磁石が、磁極中心と対向するティースから数えて左右２番目のティースの中心線同士の間で囲われた範囲内に配置されている。

特開２０１１−５０２１６号公報

しかし、特許文献１の技術はトルクリップルの低減を主目的とするもので、コギングトルクの低減効果は低い。また、１つの磁極が２つの永久磁石をＶ字配置して形成するタイプ（Ｖ字配置型）にしか適用できない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、Ｖ字配置型に限らず、磁極に永久磁石を使用する電動機においてコギングトルクを極小化することを目的とする。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の電動機は、永久磁石による磁極を有する回転子、および、回転子に対してエアギャップを介して配され、永久磁石と対向するティースを有する固定子鉄心と、この固定子鉄心に巻回される固定子巻線とを備えた固定子を具備し、ティースは固定子巻線が巻かれるネック部を有する。

そして、ｍを固定子巻線の相数、ｎを１磁極１相当たりのティース数、ｊを０以上ｎ未満の整数とすると、１磁極に対向するティース数ｋは、
ｋ＝ｍ×ｎ−（ｎ−ｊ）
で定義される。

ｋが奇数である場合で、回転子と固定子との位置関係が、磁極の中心線Ｏが所定のティースの幅方向中心に重なる位置関係である場合に、磁極において、中心線Ｏよりも回転方向前方で、固定子に最も近い永久磁石の角部を第１角部とし、第１角部に最も近いティースを第１ティースとする。また、磁極において、中心線Ｏよりも回転方向後方で、固定子に最も近い永久磁石の角部を第２角部とし、第２角部に最も近いティースを第２ティースとする。

第１角部は、第１ティースの幅方向中心を通る中心線Ｐと、第１ティースのネック部の回転方向前方の縁部を通る仮想線Ｑとの間に位置し、第２角部は、第２ティースの幅方向中心を通る中心線Ｒと、第２ティースのネック部の回転方向後方の縁部を通る仮想線Ｓとの間に位置する。

これによれば、固定子巻線へ通電しない無通電状態で回転子を回すと、回転方向前方の領域では、回転子の回転に伴って鎖交磁束が増加し、回転方向後方の領域では、回転子の回転に伴って鎖交磁束が減少する。つまり、無通電状態で回転子を外力によって定速回転させた場合のトルクの時間変動は、回転方向前方の領域と回転方向後方の領域とで位相がずれ、回転方向前方の領域で発生するトルクが極大のときには、回転方向後方の領域で発生するトルクが極小になる。このため、回転方向前方の領域で発生するトルクと回転方向後方の領域で発生するトルクとの合成トルクが小さくなり、コギングトルクが低減される。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の電動機によれば、ｋが偶数である場合で、回転子と固定子との位置関係が、磁極の中心線Ｏが所定のティース同士の間のスロットの幅方向中心に重なる位置関係である場合に、第１角部は、第１ティースの幅方向中心を通る中心線Ｐと、第１ティースのネック部の回転方向前方の縁部を通る仮想線Ｑとの間に位置する。
また、第２角部は、第２ティースの幅方向中心を通る中心線Ｒと、第２ティースのネック部の回転方向後方の縁部を通る仮想線Ｓとの間に位置する。
本手段によっても、請求項１と同様の作用効果を奏する。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の電動機によれば、回転子は、それぞれ磁極を有する２つのブロックが軸方向に同軸的に積層されて構成されており、一方のブロックは、他方のブロックに対して磁極の位置が周方向にずれるように積層されている。すなわち、回転子は段スキューが施されている。
そして、一方のブロックの磁極の第１角部と第２角部が請求項１と同様の条件を満たす。
これによれば、段スキューが施されたタイプの回転子においても、請求項１と同様の作用効果を奏することができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の電動機によれば、回転子は、それぞれ磁極を有する２つのブロックが軸方向に同軸的に積層されて構成されており、一方のブロックは、他方のブロックに対して磁極の位置が周方向にずれるように積層されている。すなわち、回転子は段スキューが施されている。
そして、一方のブロックの磁極の第１角部と第２角部が請求項２と同様の条件を満たす。
これによれば、段スキューが施されたタイプの回転子においても、請求項２と同様の作用効果を奏することができる。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の電動機によれば、磁極は、１磁極が２つの永久磁石によって形成されている。そして、２つの永久磁石のうち、回転方向前方側の永久磁石を第１磁石とし、回転方向後方側の永久磁石を第２磁石とすると、第１磁石において、回転方向前方で固定子に最も近い角部が磁極における第１角部をなし、第２磁石において、回転方向後方で固定子に最も近い角部が磁極における第２角部をなす。本手段は、磁極の一態様を示すものである。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の電動機によれば、第１磁石において、磁化方向に垂直な方向に第１角部と対向し、回転方向後方に位置する角部を第３角部とし、第２磁石において、磁化方向に垂直な方向に第２角部と対向し、回転方向前方に位置する角部を第４角部とすると、ｋが奇数である場合に、第３角部と第４角部は、中心線Ｏが重なる所定のティースの回転方向前後に隣接する非磁性部と径方向に対向している。
これによれば、１磁極が２つの永久磁石で構成されている場合において、回転方向前方の領域で発生するトルクと回転方向後方の領域で発生するトルクとの合成トルクの高調波成分を低減することができる。
また、特に回転子に段スキューが施されている場合には、２つのブロックの合成トルクの高調波成分をより低減することができる。

〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の電動機によれば、磁極は、１磁極が２つの永久磁石によって形成されている。そして、２つの永久磁石のうち、回転方向前方側の永久磁石を第１磁石とし、回転方向後方側の永久磁石を第２磁石とすると、第１磁石において、回転方向前方で固定子に最も近い角部が磁極における第１角部をなし、第２磁石において、回転方向後方で固定子に最も近い角部が磁極における第２角部をなす。本手段は、磁極の一態様を示すものである。

〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の電動機によれば、第１磁石において、磁化方向に垂直な方向に第１角部と対向し、回転方向後方に位置する角部を第３角部とし、第２磁石において、磁化方向に垂直な方向に第２角部と対向し、回転方向前方に位置する角部を第４角部とすると、ｋが偶数である場合に、第３角部と第４角部は、中心線Ｏが重なるスロットの回転方向前後に隣接するティースと径方向に対向している。
これによれば、１磁極が２つの永久磁石で構成されている場合において、回転方向前方の領域で発生するトルクと回転方向後方の領域で発生するトルクとの合成トルクの高調波成分を低減することができる。
また、特に回転子に段スキューが施されている場合には、２つのブロックの合成トルクの高調波成分をより低減することができる。

〔請求項９の手段〕
請求項９に記載の電動機によれば、ティースは、ネック部の回転子側で、回転方向前方及び後方に延びる鍔部を有しており、隣接するティースの鍔部同士の間の距離は、エアギャップのギャップ長よりも大きい。
これによれば、出力向上と、固定子巻線の巻きやすさと、コギングトルクの低減の３つの効果のバランスを取ることができる。

〔請求項１０の手段〕
請求項１０に記載の電動機によれば、固定子巻線は、全節巻で固定子鉄心に巻回されている。
これによれば、固定子巻線の通電時に生じるトルクリップルを低減できる。

電動機の構成図である（実施例１）。 （ａ）は電動機の部分拡大図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である（実施例１）。 （ａ）は鎖交磁束の時間変化を示す波形図であり、（ｂ）は無通電時のトルクの時間変化を示す図である（実施例１）。 （ａ）は電動機の部分拡大図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である（実施例２）。 （ａ）は電動機の部分拡大図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である（実施例３）。 （ａ）は電動機の部分拡大図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である（実施例４）。 固定子及び回転子の周方向展開図である（実施例５）。 （ａ）は電動機の部分拡大図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である（実施例６）。 （ａ）は回転方向前方の領域及び後方の領域の無通電時のトルク、及び前方の領域と後方の領域の合成トルクの時間変化を示す図であり、（ｂ）は合成トルクの部分のみ拡大した図である（実施例６）。 段スキュー構造の回転子の斜視図である（実施例７）。 実施例７及び比較例において、段スキュー構造の２つのブロックでのトルクを合成した合成トルクの波形を示す図である（実施例７、比較例）。 （ａ）は電動機の部分拡大図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である（実施例８）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
〔実施例１の構成〕
実施例１の電動機１を、図１〜図３を用いて説明する。
電動機１は、３相交流モータであって、回転可能に支持された回転子２と、回転子２の外周側に回転子２を取り囲むように配置された固定子３とを備える。

回転子２は、永久磁石型であって、積層電磁鋼板により円筒状に形成された回転子鉄心５と、回転子鉄心５に形成された磁石挿入孔６に埋め込まれて磁極を形成する永久磁石８とを有している。回転子鉄心５の中心には回転軸となるシャフト９が固定されている。
本実施例では、１つの磁極が１つの永久磁石８によって形成されており、外側にＮ極が向く永久磁石８と外側にＳ極が向く永久磁石８とが周方向等間隔に交互に配置されている。本実施例では、磁極数ｐ＝１０である。
永久磁石８は、軸方向断面が矩形状の平板型であり、回転子２の軸方向から見て、短手方向が磁化方向となっており、磁化方向が径方向に沿うように配置されている。

固定子３は、回転子２に対してエアギャップ１１を介して配される固定子鉄心１２と、固定子鉄心１２に巻装された固定子巻線１４とを有し、固定子巻線１４に３相交流電流を流すことにより回転磁界を形成し、回転磁界内に配される回転子２を回転させる。

固定子３は、積層電磁鋼板により円筒状に形成された固定子鉄心１２に３相コイルからなる固定子巻線１４を全節分布巻き方式で巻装してなる。
固定子鉄心１２は、先端が回転子２に対向する複数のティース１５と、ティース１５同士を外周側で磁気的に接続するバックヨーク部１６とを有している。
そして、隣合うティース１５同士とバックヨーク部１６とで囲われる空間は、固定子巻線１４が配置されるスロット１７となっている。

本実施例では、ティース１５が周方向に等間隔に６０個配置されている。すなわち、ティース総数が６０であって、巻線相数ｍが３、磁極数ｐが１０であるから、１磁極１相当たりのティース数ｎは２である。

各ティース１５は、固定子巻線１４が巻かれるネック部１８と、ネック部１８の回転子２側で、回転方向両側に延びる鍔部１９を有している。ネック部１８は、バックヨーク部１６から内周側に延び、ネック部１８の幅方向両側面はテーパ面１８ａとなっており、内周側に向かうにつれて幅方向（回転方向両側）が小さくなるように設けられている。そして、ネック部１８の先端部では、幅が広くなることにより鍔部１９が形成されている。

〔実施例１の特徴〕
本実施例では、１磁極に対向するティース数ｋが、
ｋ＝ｍ×ｎ−（ｎ−ｊ）・・・（式１）
で定義される。但し、ｊは０以上ｎ未満の整数である。

上述のように、本実施例では、固定子巻線１４の相数ｍが３、１磁極１相当たりのティース数ｎが２であり、整数ｊを１として、１磁極に対向するティース数ｋが５となるように回転子２と固定子３が設定されている。つまり、１磁極に対向するティース数ｋが奇数となっている。

回転子２と固定子３との位置関係が、磁極の中心線Ｏが１つのティース１５ａの幅方向中心に重なる位置関係である場合における、永久磁石８の配置を図２を用いて説明する。
本実施例の磁極の中心線Ｏとは、永久磁石８の長手方向（磁化垂直方向）の中心と回転子２の回転中心とを結ぶ線である。

ここで、ティース１５ａの正面に対向する磁極を形成する永久磁石８において、中心線Ｏよりも回転方向前方で、固定子３に最も近い角部を第１角部２１とし、第１角部２１に最も近いティース１５を第１ティース２２とし、中心線Ｏよりも回転方向後方で、固定子３に最も近い角部を第２角部２３とし、第２角部２３に最も近いティース１５を第２ティース２４とする。

本実施例では、回転方向前方かつ固定子３側にある永久磁石８の角部が第１角部２１となり、回転方向後方かつ固定子３側にある永久磁石８の角部が第２角部２３となる。
また、永久磁石８に対向する５つのティース１５を、それぞれ、ティース１５ａ、ティース１５ａの回転方向前方１つ目にあるティース１５ｂ、ティース１５ａの回転方向前方２つ目にあるティース１５ｃ、ティース１５ａの回転方向後方１つ目にあるティース１５ｄ、ティース１５ａの回転方向後方２つ目にあるティース１５ｅとすると、ティース１５ｃが、第１角部２１に最も近い第１ティース２２となる。また、ティース１５ｅが、第２角部２３に最も近い第２ティース２４となる。

そして、回転子２と固定子３との位置関係が、磁極の中心線Ｏが１つのティース１５ａの幅方向中心に重なる位置関係である場合に、回転子２を軸方向から見て、永久磁石８は、第１角部２１が、第１ティース２２の幅方向中心を通る中心線Ｐと、第１ティース２２のネック部１８の回転方向前方の縁部を通る仮想線Ｑとの間に位置し、第２角部２３が、第２ティース２４の幅方向中心を通る中心線Ｒと、第２ティース２４のネック部１８の回転方向後方の縁部を通る仮想線Ｓとの間に位置するように配置されている。

なお、中心線Ｐは、第１ティース２２の幅方向中心と回転子２の回転中心を結ぶ線であり、仮想線Ｑは、第１ティース２２のネック部１８の回転方向前方側のテーパ面１８ａに沿って延びる線である。また、中心線Ｒは、第２ティース２４の幅方向中心と回転子２の回転中心を結ぶ線であり、仮想線Ｓは、第２ティース２４のネック部１８の回転方向後方側のテーパ面１８ａに沿って延びる線である。

また、本実施例では、中心線Ｐ、Ｒが永久磁石８の磁化方向ステータ側の側面２７と交差しており、仮想線Ｑ、Ｓが磁化垂直方向に延びる側面２８と交差している。

〔実施例１の作用効果〕
固定子巻線１４に通電をしない無通電時で、図２（ａ）に示す位置関係にある状態から、回転子２を外力によって回転方向前方に角速度一定で回転させた場合に、鎖交磁束の変化とそれに伴うトルク変化について説明する。

ここで、中心線Ｏから、第１ティース２２の回転方向前方隣のティース１５の中心線Ｘまでの間の角度範囲の領域を前方エリア３０と呼ぶ。そして、中心線Ｏから、第２ティース２４の回転方向後方隣のティース１５の中心線Ｙまでの間の角度範囲の領域を後方エリア３１と呼ぶ。

図３（ａ）の実線波形は、前方エリア３０が及ぼす鎖交磁束の時間変化を示す。
図２（ａ）の状態では、前方エリア３０のティース１５ａ、１５ｂが永久磁石２に完全に対向しており、回転子２が前方へ微小に回転しても固定子鉄心１２を周回する磁束量に変化はない。一方、ティース１５ｃが永久磁石８に部分的にしか対向しておらず、この状態での磁束量は最小値と最大値の略半分の量であり、永久磁石８に完全に対向する位置まで回転子２が回転した時点で磁束量が最大になる。

このため、前方エリア３０では、図２（ａ）の状態から回転子２が前方へ微小に回転するとティース１５ｃと永久磁石８との対向面積が増加し、固定子鉄心１２を周回する鎖交磁束が増えていき、前方エリア３０が及ぼす鎖交磁束の時間変化は、図３（ａ）の実線に示すような波形となる。

無通電時に回転子２と固定子３の間に働くトルク（コギングトルク）の大きさは鎖交磁束の回転方向の角度勾配、すなわち、角度微分に比例する。本実施例では、角速度一定で回転させているため、トルクは鎖交磁束の時間微分に比例する。このため、トルクの時間変化は、図３（ｂ）の実線波形に示すように、図３（ａ）の実線波形で示す鎖交磁束の時間変化と同期して略正弦波状に脈動する。

また、後方エリア３１では、ティース１５ａ、１５ｄが永久磁石８に完全に対向しており、回転子２が前方へ微小に回転しても固定子鉄心１２を周回する磁束量に変化はない。一方、ティース１５ｅが永久磁石８に部分的にしか対向しておらず、この状態での磁束量は最小値と最大値の略半分の量であり、永久磁石８から完全に外れた位置まで回転子２が回転した時点で磁束量が最小になる。

このため、後方エリア３１では、図２（ａ）の状態から回転子２が前方へ微小に回転するとティース１５ｅと永久磁石８との対向面積が減少し、固定子鉄心１２を周回する鎖交磁束が減っていき、後方エリア３１が及ぼす鎖交磁束の時間変化は、図３（ａ）の二点鎖線に示すような波形となる。
そして、トルクの時間変化は、図３（ｂ）の二点鎖線の波形に示すように、図３（ａ）の二点鎖線の波形で示す鎖交磁束の時間変化と同期して略正弦波状に脈動する。

図３（ｂ）に示すように、前方エリア３０に起因するトルク脈動（実線）と後方エリア３１に起因するトルク脈動（二点鎖線）は互いにほぼ反転位相の関係になっている。つまり、無通電状態で回転子２を外力によって定角速度回転させた場合のトルクの時間変動は、前方エリア３０と後方エリア３１とで位相がずれ、前方エリア３０に起因するトルクが極大のときには、後方エリア３１に起因するトルクが極小になる。
このため、前方エリア３０に起因するトルクと後方エリア３１に起因するトルクとの合成トルクが小さくなり、コギングトルクが低減される。
また、固定子巻線１４が全節分布巻きで巻かれているため、トルクリップルも低減できる。

〔実施例２〕
実施例２の電動機１を、実施例１とは異なる点を中心に図４を用いて説明する。
本実施例では、１磁極に対向するティース数ｋが偶数である。

具体的には、巻線相数ｍが３、１磁極１相当たりのティース数ｎが２、磁極数ｐが１０で、（式１）において整数ｊを０とし、１磁極に対向するティース数ｋを４としている。

この場合は、回転子２と固定子３との位置関係が、磁極の中心線Ｏが所定のティース１５同士の間の中央（つまり、所定のスロット１７ａの幅方向中心）に重なる位置関係である場合に、第１角部２１が中心線Ｐと仮想線Ｑとの間に位置し、第２角部２３が中心線Ｒと仮想線Ｓとの間に位置するように、永久磁石８の位置大きさを設定する。
これにより、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

〔実施例３〕
実施例３の電動機１を、実施例１とは異なる点を中心に図５を用いて説明する。
本実施例では、１磁極に２つの永久磁石８が使用されており、２つの永久磁石８が軸方向から見て直線的に並ぶように配置されている。つまり、実施例１の１磁極を形成する１つの永久磁石８を分割したような態様となっている。
この場合、磁極の中心線Ｏは、１つの磁極を形成する永久磁石８同士の中央と回転子２の回転中心とを結ぶ線となる。

そして、１磁極を形成する２つの永久磁石８のうち、回転方向前方にある永久磁石８を第１磁石８Ａとし、回転方向後方にある永久磁石８を第２磁石８Ｂとすると、本実施例では、第１磁石８Ａの磁化垂直方向の回転方向前方かつ固定子３側にある角部が、回転方向前方において固定子３に最も近い第１角部２１であり、第２磁石８Ｂの磁化垂直方向の回転方向後方かつ固定子３側にある角部が、回転方向後方において固定子３に最も近い第２角部２３である。

そして、実施例１と同様に、回転子２と固定子３との位置関係が、磁極の中心線Ｏが１つのティース１５ａの幅方向中心に重なる位置関係である場合に、回転子２を軸方向から見て、第１角部２１が中心線Ｐと仮想線Ｑとの間に位置し、第２角部２３が中心線Ｒと仮想線Ｓとの間に位置するように、永久磁石８（８Ａ、８Ｂ）の位置および大きさが設定されている。

〔実施例４〕
実施例４の電動機１を、実施例３とは異なる点を中心に図６を用いて説明する。
本実施例では、１磁極に２つの永久磁石８（８Ａ、８Ｂ）が使用されており、２つの永久磁石８Ａ、８Ｂは、外周側に開口するＶ字状に配置されている。

〔実施例５〕
実施例５の電動機１を、実施例１とは異なる点を中心に図７を用いて説明する。
本実施例では、隣接するティース１５の鍔部１９同士の間の距離Ｗが、エアギャップ１１のギャップ長δよりも大きい。

固定子巻線１４の巻装作業のしやすさの観点では、鍔部１９間の隙間の距離Ｗが大きい方が好ましいが、鍔部１９間の隙間を広げてしまうと無通電時の磁束変動が激しくなりコギングトルクが大きくなる傾向にある。一方、電動機１の出力向上の観点では、エアギャップ１１のギャップ長δが小さい方が好ましいが、ギャップ長δを小さくすると、エアギャップ１１の磁束密度が増大し磁束変化に起因するコギングトルクが顕著になる。

本実施例では、実施例１のような磁極形状を適用することに加えて、隣接するティース１５の鍔部１９同士の間の距離Ｗを、エアギャップ１１のギャップ長δよりも大きくすることで、出力向上と、固定子巻線１４の巻きやすさと、コギングトルクの低減の３つの効果のバランスを取っている。
これによれば、実施例１の磁極形状に起因するコギングトルクの極小化効果があるため、ギャップ長δをある程度小さくしても、また、鍔部１９間の隙間の距離Ｗを大きくしても、コギングトルクを抑えることができる。このため、固定子巻線１４の作業性向上及び出力向上を図ることができる。

〔実施例６〕
実施例６の電動機１を、実施例１とは異なる点を中心に図８を用いて説明する。
本実施例では、実施例３と同様に、１磁極が２つの永久磁石８（第１磁石８Ａ、第２磁石８Ｂ）により構成されている。また、実施例１と同様に、１磁極に対向するティース数ｋが奇数である。

そして、回転子２と固定子３との位置関係が、磁極の中心線Ｏが１つのティース１５ａの幅方向中心に重なる位置関係である場合に、回転子２を軸方向から見て、第１角部２１が中心線Ｐと仮想線Ｑとの間に位置し、第２角部２３が中心線Ｒと仮想線Ｓとの間に位置するように、永久磁石８（８Ａ、８Ｂ）の位置および大きさが設定されている。

また、第１磁石８Ａにおいて、磁化方向に垂直な方向に第１角部２１と対向し、回転方向後方に位置する角部を第３角部３５とし、第２磁石８Ｂにおいて、磁化方向に垂直な方向に第２角部２３と対向し、回転方向前方に位置する角部を第４角部３６とする。本実施例では、第１、２磁石８Ａ、８Ｂはそれぞれ断面矩形状であり、短手方向が磁化方向である。このため、第１磁石８Ａにおいて、第１角部２１と長手方向に対向する角部が第３角部３５であり、第２磁石８Ｂにおいて、第２角部２３と長手方向に対向する角部が第４角部３６である。

そして、第３角部３５と第４角部３６は、中心線Ｏが重なるティース１５ａの回転方向前後に隣接する非磁性部３８と径方向に対向している。なお、非磁性部３８とはティース間の磁性体が存在しない領域であり、例えば本実施例ではティース間の空隙部である。

これによれば、１磁極が２つの永久磁石８（８Ａ、８Ｂ）で構成されている場合において、前方エリア３０で発生するトルクと後方エリア３１で発生するトルクとの合成トルクの高調波成分を低減することができる。以下、図９を用いて、実施例６の作用効果を説明する。

第３角部３５及び第４角部３６が非磁性部３８に対向していない場合（例えば、実施例３）にも、前方エリア３０に起因するトルクと後方エリア３１に起因するトルクとの合成トルクが小さくなり、コギングトルクが低減されるが、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、前方エリア３０に起因するトルクと後方エリア３１に起因するトルクとの合成トルクに高調波成分が生じる場合がある。なお、図９（ａ）、（ｂ）の縦軸は、トルクの最大値を１とした場合のトルク比を表している。

しかし、本実施例のように、ｋが奇数である場合に、第３角部３５と第４角部３６とが中心線Ｏが重なるティース１５ａの回転方向前後に隣接する非磁性部３８と径方向に対向しているならば、合成トルクの高調波成分を低減することができる。従って、コギングトルクをより低減することができる。

〔実施例７〕
実施例７の電動機を、実施例６とは異なる点を中心に図１０を用いて説明する。
本実施例によれば、回転子２は、２つのブロック２Ａ、２Ｂが軸方向に同軸的に積層されて構成されている。そして、ブロック２Ａ、２Ｂのそれぞれに永久磁石８（８Ａ、８Ｂ）が埋め込まれている。

そして、ｋが奇数であって、ブロック２Ａと固定子３との位置関係が、図８に示すのと同様に、磁極の中心線Ｏが１つのティース１５ａの幅方向中心に重なる位置関係である場合に、回転子２を軸方向から見て、第１角部２１が中心線Ｐと仮想線Ｑとの間に位置し、第２角部２３が中心線Ｒと仮想線Ｓとの間に位置するように、永久磁石８（８Ａ、８Ｂ）の位置および大きさが設定されている。
また、ブロック２Ａの永久磁石８Ａ、８Ｂは、第３角部３５と第４角部３６が、それぞれ、中心線Ｏが重なるティース１５ａの回転方向前後に隣接する非磁性部３８と径方向に対向するように配置されている。

なお、ブロック２Ｂの永久磁石８Ａ、８Ｂは、ブロック２Ａの永久磁石８Ａ、８Ｂと同じ大きさであり、同じピッチで埋め込まれている。
そして、図１０に示すように、ブロック２Ｂは、ブロック２Ａに対して磁極の位置が周方向にずれるように積層されている。すなわち、回転子２には段スキューが施されている。
具体的には、ブロック２Ｂの磁極の中心線Ｏ´は、ブロック２Ａの磁極の中心線Ｏに対して電気角で１５°回転方向前方にずれている。

本実施例によれば、２つのブロック２Ａ、２Ｂで生じる合成トルクを低減できる。また、高調波成分をより低減することができ、よりなめらかな波形となる。
以下、図１１を用いて、本実施例の作用効果を説明する。

ブロック２Ａにおいて、第３角部３５及び第４角部３６が非磁性部３８に対向していない場合（比較例）には、段スキューをしたことによる合成トルク、すなわち、ブロック２Ａで生じるトルクとブロック２Ｂで生じるトルクとの合成トルク（以下、スキュー後トルクと呼ぶ）に高調波成分が残ってしまうため、段スキューを施すと、スキュー後トルクに高調波成分が残留してしまい、波形形状に歪みが生じてしまう（図１１の破線波形参照）。

しかし、本実施例では、第３角部３５及び第４角部３６が非磁性部３８に対向しているため、ブロック２Ａにおける前方エリア３０と後方エリア３１との合成トルクの高調波成分を低減できる（実施例６の作用効果を参照）。このため、図１１の実線波形に示すように、スキュー後トルクにおいても高調波成分が低減され、スキュー後トルク自体も小さくなる。従って、コギングトルクをより低減することができる。

〔実施例８〕
実施例８の電動機を、実施例６とは異なる点を中心に図１２を用いて説明する。
本実施例では、１磁極に対向するティース数ｋが偶数である。
そして、回転子２と固定子３との位置関係が、磁極の中心線Ｏが所定のティース１５同士の間の中央（つまり、所定のスロット１７ａの幅方向中心）に重なる位置関係である場合に、第１角部２１が中心線Ｐと仮想線Ｑとの間に位置し、第２角部２３が中心線Ｒと仮想線Ｓとの間に位置するように、永久磁石８（８Ａ、８Ｂ）の位置および大きさを設定する。

さらに、永久磁石８（８Ａ、８Ｂ）は、第３角部３５と第４角部３６が、それぞれ、中心線Ｏが重なるスロット１７ａの回転方向前後に隣接するティース１５ｘ、１５ｙと径方向に対向するように配置されている。
これにより、実施例６と同様の作用効果を奏することができる。

〔変形例〕
本発明の実施態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の電動機１は内側に回転子２を有するインナーロータタイプであったが、アウターロータタイプのものに本発明を適用してもよい。
また、実施例では、固定子巻線１４が３相コイルとなっていたが、巻線相数ｍは３に限られない。
また、実施例では、永久磁石８の軸方向断面が矩形状を呈する平板型であったが、軸方向断面が円弧状や台形等であってもよい。また、永久磁石８の角部に面取りが施されていてもよい。

また、実施例１のような１磁極が１つの永久磁石８で構成されている回転子２を段スキュー構造にしてもよい。

１ 電動機
２ 固定子
３ 回転子
８ 永久磁石
８Ａ 第１磁石
８Ｂ 第２磁石
１１ エアギャップ
１２ 固定子鉄心
１４ 固定子巻線
１５ ティース
１７ スロット
１８ ネック部
１９ 鍔部
２１ 第１角部
２２ 第１ティース
２３ 第２角部
２４ 第２ティース
３５ 第３角部
３６ 第４角部
３８ 非磁性部
Ｏ 中心線（磁極の中心線）
Ｐ 中心線（第１ティースの中心線）
Ｑ 仮想線（第１ティースのネック部の回転方向前方の縁部を通る仮想線）
Ｒ 中心線（第２ティースの中心線）
Ｓ 仮想線（第２ティースのネック部の回転方向後方の縁部を通る仮想線）

Claims (10)

1. 永久磁石による磁極を有する回転子、
   および、前記回転子に対してエアギャップを介して配され、前記永久磁石と対向するティースを有する固定子鉄心と、この固定子鉄心に巻回される固定子巻線とを備えた固定子を具備し、
   前記ティースは、前記固定子巻線が巻かれるネック部を有する電動機であって、
   ｍを前記固定子巻線の相数、ｎを１磁極１相当たりのティース数、ｊを０以上ｎ未満の整数とすると、１磁極に対向する前記ティース数ｋは、
   ｋ＝ｍ×ｎ−（ｎ−ｊ）
   で定義され、
   前記ｋが奇数である場合で、
   前記回転子と前記固定子との位置関係が、前記磁極の中心線Ｏが所定の前記ティースの幅方向中心に重なる位置関係である場合に、
   前記磁極において、前記中心線Ｏよりも回転方向前方で、前記固定子に最も近い前記永久磁石の角部を第１角部とし、
   前記第１角部に最も近い前記ティースを第１ティースとし、
   前記磁極において、前記中心線Ｏよりも回転方向後方で、前記固定子に最も近い前記永久磁石の角部を第２角部とし、
   前記第２角部に最も近い前記ティースを第２ティースとすると、
   前記第１角部が、前記第１ティースの幅方向中心を通る中心線Ｐと、前記第１ティースの前記ネック部の回転方向前方の縁部を通る仮想線Ｑとの間に位置し、
   前記第２角部が、前記第２ティースの幅方向中心を通る中心線Ｒと、前記第２ティースの前記ネック部の回転方向後方の縁部を通る仮想線Ｓとの間に位置することを特徴とする電動機。
2. 永久磁石による磁極を有する回転子、
   および、前記回転子に対してエアギャップを介して配され、前記永久磁石と対向するティースを有する固定子鉄心と、この固定子鉄心に巻回される固定子巻線とを備えた固定子を具備し、
   前記ティースは、前記固定子巻線が巻かれるネック部を有する電動機であって、
   ｍを前記固定子巻線の相数、ｎを１磁極１相当たりのティース数、ｊを０以上ｎ未満の整数とすると、１磁極に対向する前記ティース数ｋは、
   ｋ＝ｍ×ｎ−（ｎ−ｊ）
   で定義され、
   前記ｋが偶数である場合で、
   前記回転子と前記固定子との位置関係が、前記磁極の中心線Ｏが所定の前記ティース同士の間のスロットの幅方向中心に重なる位置関係である場合に、
   前記磁極において、前記中心線Ｏよりも回転方向前方で、前記固定子に最も近い前記永久磁石の角部を第１角部とし、
   前記第１角部に最も近い前記ティースを第１ティースとし、
   前記磁極において、前記中心線Ｏよりも回転方向後方で、前記固定子に最も近い前記永久磁石の角部を第２角部とし、
   前記第２角部に最も近い前記ティースを第２ティースとすると、
   前記第１角部が、前記第１ティースの幅方向中心を通る中心線Ｐと、前記第１ティースの前記ネック部の回転方向前方の縁部を通る仮想線Ｑとの間に位置し、
   前記第２角部が、前記第２ティースの幅方向中心を通る中心線Ｒと、前記第２ティースの前記ネック部の回転方向後方の縁部を通る仮想線Ｓとの間に位置することを特徴とする電動機。
3. 永久磁石による磁極を有する回転子、
   および、前記回転子に対してエアギャップを介して配され、前記永久磁石と対向するティースを有する固定子鉄心と、この固定子鉄心に巻回される固定子巻線とを備えた固定子を具備し、
   前記ティースは、前記固定子巻線が巻かれるネック部を有する電動機であって、
   前記回転子は、それぞれ前記磁極を有する２つのブロックが軸方向に同軸的に積層されて構成されており、
   一方のブロックは、他方のブロックに対して前記磁極の位置が周方向にずれるように積層されており、
   ｍを前記固定子巻線の相数、ｎを１磁極１相当たりのティース数、ｊを０以上ｎ未満の整数とすると、１磁極に対向する前記ティース数ｋは、
   ｋ＝ｍ×ｎ−（ｎ−ｊ）
   で定義され、
   前記ｋが奇数である場合で、
   前記一方のブロックと前記固定子との位置関係が、前記磁極の中心線Ｏが所定の前記ティースの幅方向中心に重なる位置関係である場合に、
   前記磁極において、前記中心線Ｏよりも回転方向前方で、前記固定子に最も近い前記永久磁石の角部を第１角部とし、
   前記第１角部に最も近い前記ティースを第１ティースとし、
   前記磁極において、前記中心線Ｏよりも回転方向後方で、前記固定子に最も近い前記永久磁石の角部を第２角部とし、
   前記第２角部に最も近い前記ティースを第２ティースとすると、
   前記第１角部が、前記第１ティースの幅方向中心を通る中心線Ｐと、前記第１ティースの前記ネック部の回転方向前方の縁部を通る仮想線Ｑとの間に位置し、
   前記第２角部が、前記第２ティースの幅方向中心を通る中心線Ｒと、前記第２ティースの前記ネック部の回転方向後方の縁部を通る仮想線Ｓとの間に位置することを特徴とする電動機。
4. 永久磁石による磁極を有する回転子、
   および、前記回転子に対してエアギャップを介して配され、前記永久磁石と対向するティースを有する固定子鉄心と、この固定子鉄心に巻回される固定子巻線とを備えた固定子を具備し、
   前記ティースは、前記固定子巻線が巻かれるネック部を有する電動機であって、
   前記回転子は、それぞれ前記磁極を有する２つのブロックが軸方向に同軸的に積層されて構成されており、
   一方のブロックは、他方のブロックに対して前記磁極の位置が周方向にずれるように積層されており、
   ｍを前記固定子巻線の相数、ｎを１磁極１相当たりのティース数、ｊを０以上ｎ未満の整数とすると、１磁極に対向する前記ティース数ｋは、
   ｋ＝ｍ×ｎ−（ｎ−ｊ）
   で定義され、
   前記ｋが偶数である場合で、
   前記一方のブロックと前記固定子との位置関係が、前記磁極の中心線Ｏが所定の前記ティース同士の間のスロットの幅方向中心に重なる位置関係である場合に、
   前記磁極において、前記中心線Ｏよりも回転方向前方で、前記固定子に最も近い前記永久磁石の角部を第１角部とし、
   前記第１角部に最も近い前記ティースを第１ティースとし、
   前記磁極において、前記中心線Ｏよりも回転方向後方で、前記固定子に最も近い前記永久磁石の角部を第２角部とし、
   前記第２角部に最も近い前記ティースを第２ティースとすると、
   前記第１角部が、前記第１ティースの幅方向中心を通る中心線Ｐと、前記第１ティースの前記ネック部の回転方向前方の縁部を通る仮想線Ｑとの間に位置し、
   前記第２角部が、前記第２ティースの幅方向中心を通る中心線Ｒと、前記第２ティースの前記ネック部の回転方向後方の縁部を通る仮想線Ｓとの間に位置することを特徴とする電動機。
5. 請求項１または３に記載の電動機において、
   前記磁極は、１磁極が２つの永久磁石によって形成されており、
   前記２つの永久磁石のうち、回転方向前方側の永久磁石を第１磁石とし、回転方向後方側の永久磁石を第２磁石とすると、
   前記第１磁石において、回転方向前方で前記固定子に最も近い角部が前記磁極における前記第１角部をなし、
   前記第２磁石において、回転方向後方で前記固定子に最も近い角部が前記磁極における前記第２角部をなすことを特徴とする電動機。
6. 請求項５に記載の電動機において、
   前記第１磁石において、磁化方向に垂直な方向に前記第１角部と対向し、回転方向後方に位置する角部を第３角部とし、
   前記第２磁石において、磁化方向に垂直な方向に前記第２角部と対向し、回転方向前方に位置する角部を第４角部とすると、
   前記第３角部と前記第４角部は、前記中心線Ｏが重なる前記所定のティースの回転方向前後に隣接する非磁性部と径方向に対向していることを特徴とする電動機。
7. 請求項２または４に記載の電動機において、
   前記磁極は、１磁極が２つの永久磁石によって形成されており、
   前記２つの永久磁石のうち、回転方向前方側の永久磁石を第１磁石とし、回転方向後方側の永久磁石を第２磁石とすると、
   前記第１磁石において、回転方向前方で前記固定子に最も近い角部が前記磁極における前記第１角部をなし、
   前記第２磁石において、回転方向後方で前記固定子に最も近い角部が前記磁極における前記第２角部をなすことを特徴とする電動機。
8. 請求項７に記載の電動機において、
   前記第１磁石において、磁化方向に垂直な方向に前記第１角部と対向し、回転方向後方に位置する角部を第３角部とし、
   前記第２磁石において、磁化方向に垂直な方向に前記第２角部と対向し、回転方向前方に位置する角部を第４角部とすると、
   前記第３角部と前記第４角部は、前記中心線Ｏが重なる前記スロットの回転方向前後に隣接する前記ティースと径方向に対向していることを特徴とする電動機。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の電動機において、
   前記ティースは、前記ネック部の回転子側で、回転方向前方及び後方に延びる鍔部を有しており、
   隣接する前記ティースの前記鍔部同士の間の距離は、前記エアギャップのギャップ長よりも大きいことを特徴とする電動機。
10. 請求項１〜９のいずれか１つに記載の電動機において、
    前記固定子巻線は、全節巻で前記固定子鉄心に巻回されていることを特徴とする電動機。
    

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