(57)【要約】【課題】ステータにおける高磁束密度範囲の拡大が図れ、より高効率なモータを提供する。【解決手段】モータ１は、磁石部５３を有するロータ１５と、ロータ１５の外周側に設けられているステータ１３と、ステータコアの軸方向両端部に設けられている補助コア部６６とを備える。補助コア部６６は径内側においてロータ１５に対向するように軸方向外側に延びるロータ対向部６５を有する。ロータ１５は、ロータ対向部６５に径方向に対向する部位に設けられた低磁束密度部５３２と、ステータコア１６に径方向に対向する部位に設けられて、低磁束密度部５３２よりも高い表面磁束密度を発生する高磁束密度部５３１とを備える。【選択図】図１
2020115728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石部（５３；１５３；２５３）を有し、回転自在に支持されているロータ（１５；１１５；２１５）と、
ステータコア（１６）とコイル（１７）とを有し、前記ロータの外周側に設けられているステータ（１３）と、
前記ステータコアの軸方向両端部に設けられて、径内側において前記ロータに対向するように軸方向外側に延びるロータ対向部（６５）を有する補助コア部（６６）と、
を備え、
前記ロータは、外部に伝わる表面磁束密度を発生する低磁束密度部（５３２；１５３２；２５３２）と、前記低磁束密度部より高い表面磁束密度を発生し、前記低磁束密度部よりも前記ロータの軸方向中央部側に設けられた高磁束密度部（５３１）とを有し、
前記高磁束密度部は、前記ステータコアに径方向に対向し、
前記ロータ対向部は、前記低磁束密度部に径方向に対向する部分を有するモータ。
【請求項２】
前記ロータ対向部の全体は、前記低磁束密度部に径方向に対向している請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記低磁束密度部は、軸方向について前記ロータ対向部と前記ステータコアの両方にわたって径方向に対向している請求項１または請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記低磁束密度部は、前記ロータ対向部の軸方向端部よりも軸方向の外側に突出している請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項５】
前記高磁束密度部と前記低磁束密度部は軸方向に離間し、互いの間には隙間（５３１ａ）が形成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項６】
前記低磁束密度部は、前記ロータの表面に磁石を設置した表面磁石を有し、
前記高磁束密度部は、前記ロータの内部に磁石を組み込んだ埋込磁石を有し、
前記ロータの軸方向一端側に位置する前記低磁束密度部と前記ロータの軸方向他端側に位置する前記低磁束密度部は、前記高磁束密度部に対して周方向に逆側にずれた位置に設けられ、
前記軸方向一端側の前記低磁束密度部と前記軸方向他端側の前記低磁束密度部のそれぞれは、前記高磁束密度部に対して、前記高磁束密度部のトルクが最大となる最適進角度分、周方向にずれた位置に設けられている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項７】
前記ロータの軸方向一端側に位置する前記低磁束密度部と前記ロータの軸方向他端側に位置する前記低磁束密度部は、前記高磁束密度部に対して周方向に逆側にずれた位置に設けられ、
前記軸方向一端側の前記低磁束密度部と前記軸方向他端側の前記低磁束密度部は、１８０度を基本次数で除算して求めた角度分、周方向にずれている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項８】
前記低磁束密度部は、前記ロータの表面に磁石を設置した表面磁石を有し、
前記高磁束密度部は、前記ロータの内部に磁石を組み込んだ埋込磁石を有し、
前記低磁束密度部は、前記高磁束密度部のトルクが最大となる最適進角度を極対数で除算して求めた角度分、前記高磁束密度部に対して回転方向にずれた位置に設けられている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項９】
前記低磁束密度部はフェライト磁石を有し、前記高磁束密度部はネオジム磁石を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１０】
前記低磁束密度部はフェライト磁石を有し、前記高磁束密度部はＳｍＦｅＮボンド磁石を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１１】
前記低磁束密度部はＳｍＦｅＮボンド磁石を有し、前記高磁束密度部はネオジム磁石を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１２】
前記低磁束密度部と前記高磁束密度部は、前記ロータの表面に磁石を設置した表面磁石を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１３】
前記低磁束密度部は前記ロータの表面に磁石を設置した表面磁石を有し、前記高磁束密度部は前記ロータの内部に磁石を組み込んだ埋込磁石を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１４】
前記低磁束密度部と前記高磁束密度部は、前記ロータの内部に磁石を組み込んだ埋込磁石を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、断面Ｌ字形状の鍔部を、ステータコアの軸方向の外側において永久磁石の外周面に対向するように設けたモータを開示している。この鍔部によれば、永久磁石とステータティースとの対向面積を大きくすることができ、モータの効率を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２０２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の開示によれば、鍔部に多くの磁束を取り込むことにより、鍔部近傍のステータコアには高い磁束密度を形成できるが、鍔部から離れた部位のステータコアには、高い磁束密度を形成しにくい。このため、特許文献１のモータは出力向上の観点において改良の余地がある。
【０００５】
この明細書に開示する目的は、ステータにおける高磁束密度範囲の拡大が図れ、より高効率なモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。また、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、技術的範囲を限定するものではない。
【０００７】
開示されたモータの一つは、磁石部（５３）を有し、回転自在に支持されているロータ（１５；１１５；２１５）と、ステータコア（１６）とコイル（１７）とを有し、ロータの外周側に設けられているステータ（１３）と、ステータコアの軸方向両端部に設けられて、径内側においてロータに対向するように軸方向外側に延びるロータ対向部（６５）を有する補助コア部（６６）と、を備え、
ロータは、外部に伝わる表面磁束密度を発生する低磁束密度部（５３２；１５３２；２５３２）と、低磁束密度部より高い表面磁束密度を発生し、低磁束密度部よりもロータの軸方向中央部側に設けられた高磁束密度部（５３１）とを有し、
高磁束密度部は、ステータコアに径方向に対向し、
ロータ対向部は、低磁束密度部に径方向に対向する部分を有する。
【０００８】
このモータによれば、補助コア部に比較的低い表面磁束密度を発生する部分を対向させ、ステータコアに高い表面磁束密度を発生する部分を対向させる構成により、高い磁束密度分布が補助コア部付近に偏在する状態を抑制できる。これにより、ステータコアにおいて、補助コア部から軸方向中央側に離間した部分に高い磁束密度分布を形成でき、ステータコアの広範囲に有効な磁束を流すことができる。この開示によれば、ステータにおける高磁束密度範囲の拡大が図れ、より高効率なモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態のモータの構成を示した縦断面図である。
【図２】第１実施形態のロータおよびステータコアの構成を示した部分縦断面図である。
【図３】第１実施形態のロータを示した概要図である。
【図４】第１実施形態のステータにおける磁束密度分布を示した図である。
【図５】従来のステータにおける磁束密度分布を示した図である。
【図６】第２実施形態のロータを示した概要図である。
【図７】第２実施形態のロータの一例に関して、機械角が互いに３度ずれている２つの低磁束密度部によるコギング振幅波形を示した図である。
【図８】第３実施形態のロータを示した概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１１】
（第１実施形態）
明細書に開示の目的を達成可能なモータの一実施形態である第１実施形態について図１〜図５を参照しながら説明する。モータ１は、例えば、車両用機器、家電製品等に用いられるブラシレスモータに適用することができる。
【００１２】
図１に示すように、モータ１は、第１エンドフレーム１１と第２エンドフレーム１２とによってステータ１３を回転軸方向に挟持した構成を有している。第１エンドフレーム１１と第２エンドフレーム１２とは、ステータ１３の外周に設置される複数のスルーボルト１４を用いて固定されている。ステータ１３の内側には、ロータ１５が回転可能に設置されている。
【００１３】
ステータ１３は、円筒状のステータコア１６と、ステータコア１６に巻装されたコイル１７とを備える。ステータコア１６は、環状をなす外周縁部と、それぞれ外周縁部から径内側へ延び周方向に並ぶ複数のティース部とを備える。外周縁部は、その外周面が円筒面をなし、軸方向の両端面が軸方向と直交する平面状をなすように形成されている。コイル１７は複数のティース部に跨って巻装されている。コイル１７は各ティース部にインシュレータを介して巻装されている。コイル１７は、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相コイルである。コイル１７が制御装置によって通電制御されることにより、ティース部の励磁状態が切り替えられる。励磁されたティース部に、磁石部５３に設けられた磁極が磁気吸引、磁気反発されることにより、ロータ１５の回転状態が制御される。
【００１４】
ステータコア１６は、複数枚のステータコアプレート１８を軸方向に積層してかしめて一体化することによって形成されている。ステータコア１６のティース部は、軸方向に積層されたステータコアプレート１８のティース部によって構成されている。ステータコアプレート１８は、電磁鋼板材をプレス加工により打ち抜いて形成されている。ステータコア１６の軸方向の両端部には、縦断面Ｌ字状の補助コア部６６が固定されている。補助コア部６６は、磁性を有する部材であり、同形状のものがステータコア１６の軸方向両側に１個ずつ設けられている。
【００１５】
第１エンドフレーム１１、第２エンドフレーム１２は、金属材料によって形成され、鋳造により形成されている。第１エンドフレーム１１は、円盤状の第１本体部２１と、第１本体部２１から軸方向に延出された円筒状の第１ステータ保持部２２を備える。第１エンドフレーム１１は、第１ステータ保持部２２の外周面および第１本体部２１に一体に設けられた複数の第１ボルト締結部２３を備える。第２エンドフレーム１２は、円盤状の第２本体部３１と、第２本体部３１から軸方向に延出された円筒状の第２ステータ保持部３２を備える。第２エンドフレーム１２は、第２ステータ保持部３２の外周面および第２本体部３１に一体に設けられた複数の第２ボルト締結部３３を備える。第２エンドフレーム１２は、螺子によってモータ１を外部の固定場所に固定するための固定部を有する。この固定部は、第２本体部３１において２つの第２ボルト締結部３３から周方向にずれた２箇所から径方向外側に延設されている。モータ１は、例えば、第１エンドフレーム１１に対して第２エンドフレーム１２が下方に位置するように固定場所に固定される。
【００１６】
第１ステータ保持部２２の先端部には、ステータコア１６の軸方向の一端部が径内側に嵌合された第１嵌合部２５が設けられている。第２ステータ保持部３２の先端部には、ステータコア１６の軸方向の他端部が径内側に嵌合された第２嵌合部３５が設けられている。第１嵌合部２５と第２嵌合部３５は、軸方向と平行に延出されるとともに、軸方向に視て周方向に沿った円弧状をなしている。
【００１７】
第１エンドフレーム１１は、第１ステータ保持部２２の中心軸線と直交する方向に第１嵌合部２５の基端部と隣り合う第１当接面２６を有する。第２エンドフレーム１２は、第２ステータ保持部３２の中心軸線と直交する方向に第２嵌合部３５の基端部と隣り合う第２当接面３６を有する。第１当接面２６には、第１嵌合部２５に嵌入されたステータコア１６の外周縁部における軸方向の一端面が軸方向に当接している。第２当接面３６には、第２嵌合部３５に嵌入されたステータコア１６の外周縁部における軸方向の他端面が軸方向に当接している。この状態において、第１エンドフレーム１１と第２エンドフレーム１２は、第１ステータ保持部２２と第２ステータ保持部３２によってステータ１３を挟持しつつスルーボルト１４によって一体に固定されている。
【００１８】
第１本体部２１の中央部には、軸方向の外側に凹む軸受収容部２９が形成されている。軸受収容部２９は、ロータコア５２側からボールベアリング１９を装着可能に形成されている。軸受収容部２９は内周面が軸方向に延びる円筒状をなしている。軸受収容部２９の底部中央には、軸受収容部２９の底部を軸方向に貫通する貫通孔が形成されている。第１本体部２１における貫通孔の径外側の部分とボールベアリング１９との間には、ボールベアリング１９をステータ１３側に軸方向に付勢するウェーブワッシャ４１が介在されている。
【００１９】
第２本体部３１の中央部には、軸方向の内側に凹む軸受収容部４０が形成されている。軸受収容部４０は、第２エンドフレーム１２の軸方向外側からボールベアリング２０を装着可能に形成されている。第２エンドフレーム１２は、軸受収容部４０内に設置されたボールベアリング２０を、第１エンドフレーム１１に保持されたボールベアリング１９と同軸となるように保持している。軸受収容部４０の底部中央には、軸受収容部４０の底部を軸方向に貫通する貫通孔が形成されている。
【００２０】
ロータ１５は、ボールベアリング１９およびボールベアリング２０に回転可能に支持された回転軸部５１と、回転軸部５１に固定されたロータコア５２と、ロータコア５２の外周に設けられた磁石部５３とを備える。ロータ１５は、さらに磁石部５３の外表面を覆って保持する筒状の非磁性カバー５４を備える。磁石部５３は、ステータコア１６の内周面と非磁性カバー５４を介して径方向に対向している。回転軸部５１の一端部、例えば上端部は、第１エンドフレーム１１の外部に突出している。第１エンドフレーム１１の突出部分には、固定部材５６を介してセンサマグネット５７が固定されている。
【００２１】
第１エンドフレーム１１の外側面には制御部６１が固定されている。制御部６１は、第１エンドフレーム１１に固定されているカバー６２と、カバー６２内に収容されている回路基板６３とを備える。回路基板６３には、センサマグネット５７と対向する磁気センサ６３ａ等を含む種々の素子が実装されている。回路基板６３には、コイル１７の端部が電気的に接続されている。回路基板６３には、モータ１に給電するための外部コネクタが接続されるコネクタ部６４が固定されている。コネクタ部６４はカバー６２の外部に露出している。外部コネクタから供給された電源が回路基板６３を介してコイル１７に供給されることにより、ロータ１５は回転する。
【００２２】
ロータコア５２は、複数枚のロータコアプレートの積層体である第１積層体５２１と、複数枚のロータコアプレートの積層体である第２積層体５２２とを含んでいる。第２積層体５２２は、第１積層体５２１の軸方向両端部のそれぞれに一体に設けられている。第２積層体５２２は、ロータコア５２における軸方向両端部に位置している。第１積層体５２１は、２個の第２積層体５２２によって軸方向に挟持する構成により、ロータコア５２における中央部に位置している。ロータコア５２の軸方向長さは、ステータコア１６と補助コア部６６とを組み合わせた一体物の軸方向長さと同程度に設定されている。第１積層体５２１に含まれるロータコアプレートは、例えばプレス加工されたＳＰＣＣなどの冷間圧延鋼板によって構成されている。第２積層体５２２に含まれるロータコアプレートは、例えばプレス加工されたケイ素鋼板などの電磁鋼板によって構成されている。
【００２３】
補助コア部６６は、ステータコア１６の軸方向両端に位置するステータコアプレート１８に積層された環状盤部６７を備える。環状盤部６７は、ステータコアプレート１８に対して平行かつ同軸となるように積層されている。環状盤部６７には、それぞれ径方向内側に延びる複数のティース部が形成されている。環状盤部６７のティース部は、軸方向視においてステータコアプレート１８のティース部と同形状をなしている。補助コア部６６は、環状盤部６７およびティース部がステータコアプレート１８の外周縁部およびティース部とそれぞれ軸方向に重なるように設けられている。
【００２４】
ロータ対向部６５は、補助コア部６６において、環状盤部６７の径内側端部から軸方向外側へ延出されている。ロータ対向部６５は、ティース部を形成する径内側端部が軸方向外側に直角に屈曲されて形成された部分である。ロータ対向部６５の内径面は、ステータコア１６の内径面と同径となるように形成されている。ロータ対向部６５は、ロータ対向部６５に対して離間する非磁性カバー５４を間に介在させた構成で低磁束密度部５３２に径方向に対向している。
【００２５】
磁石部５３は、外部に伝わる表面磁束密度を発生する低磁束密度部５３２と、低磁束密度部５３２よりも高い表面磁束密度を発生する高磁束密度部５３１とを含んでいる。低磁束密度部５３２と高磁束密度部５３１のそれぞれには、Ｎ極、Ｓ極である複数の磁極が周方向に交互に設けられている。
【００２６】
高磁束密度部５３１は、ステータコア１６に径方向に対向する位置に設けられている。高磁束密度部５３１は、ロータ対向部６５に対して、径方向に対向しない、軸方向にずれた位置に設けられている。低磁束密度部５３２は、少なくともロータ対向部６５に径方向に対向する位置に設けられている。低磁束密度部５３２は、ロータ対向部６５に径方向に対向しステータコア１６には径方向に対向しない位置に設けられている構成でもよい。この構成の場合には、ステータコア１６は、後述する端部側コア部１６２を備えない構成となる。
【００２７】
低磁束密度部５３２は、高磁束密度部５３１の軸方向両端部のそれぞれに一体に設けられている。低磁束密度部５３２は、磁石部５３における軸方向両端部に位置している。高磁束密度部５３１は、２個の低磁束密度部５３２によって軸方向に挟持されている構成により、磁石部５３における軸方向中央部を含む位置に設けられている。磁石部５３の軸方向長さは、ステータコア１６と補助コア部６６とを組み合わせた一体物の軸方向長さと同程度に設定されている。図３に示すように、低磁束密度部５３２と高磁束密度部５３１とは、周方向位置が揃っており、軸方向に整列するように設けられている。
【００２８】
低磁束密度部５３２は、ロータコア５２の表面に磁石を設置した表面磁石形であるＳＰＭ（Surface  Permanent  Magnet）を有して形成されている。ＳＰＭタイプに用いられる磁石は、ロータコア５２の表面を取り囲む１個の円筒状体、周方向に並ぶ複数のセグメントが一体化されて円筒状体を形成する構成、によって提供することができる。低磁束密度部５３２に含まれる磁石は、高磁束密度部５３１に含まれる磁石よりも磁気エネルギが小さい焼結体であり、この焼結体として例えばフェライト磁石を用いることができる。
【００２９】
低磁束密度部５３２は、いわゆるボンド磁石によって形成してもよい。低磁束密度部５３２は、磁性体粉を含有した樹脂材料を金型内で成形して製造することができる。低磁束密度部５３２の磁極部は、金型内で成形する際に着磁されることにより、低磁束密度部５３２の外周面における所定の位置に設置されることになる。この場合、低磁束密度部５３２の成型工程では、金型のキャビティに磁性体粉を含有した溶融状態の樹脂を注入し、所定の磁場配向を行う磁場配向工程を実施する。所定の磁場配向が完了した低磁束密度部５３２を固化し、型開きをして低磁束密度部５３２を取り出す。取り出された低磁束密度部５３２は、第２積層体５２２の外周面に固定されることにより、ロータ１５において、ロータ対向部６５に径方向に対向する位置に設置されることになる。
【００３０】
また、低磁束密度部５３２は、サマリウム、鉄および窒素を含有するＳｍＦｅＮボンド磁石によって形成する構成でもよい。この場合、高磁束密度部５３１は、低磁束密度部５３２よりも磁気エネルギが大きい焼結体としてのネオジム磁石を用いることができる。
【００３１】
図２に示すように、低磁束密度部５３２は、ロータ対向部６５とステータコア１６の軸方向端部を含む端部側コア部１６２との両方に径方向に対向する範囲に設けられている。低磁束密度部５３２は、ロータ対向部６５と端部側コア部１６２との両方に径方向に対向する範囲に設けられている。低磁束密度部５３２は、ロータ対向部６５よりも軸方向に長く、ロータ対向部６５よりもステータコア１６の軸方向中央部側に突出する形状である。
【００３２】
低磁束密度部５３２は、ロータ対向部６５の軸方向端部よりも軸方向の外側に突出する構成でもよい。ロータ対向部６５の全体は、低磁束密度部５３２に径方向に対向する構成でもよい。低磁束密度部５３２とロータ対向部６５は、軸方向長さが一致する構成であってもよい。また、低磁束密度部５３２の軸方向長さ全体は、ロータ対向部６５に径方向に対向する構成であってもよい。
【００３３】
端部側コア部１６２は、ステータコア１６における軸方向両端部のそれぞれから中央部側へ所定の軸方向長さを有する部分である。ステータコア１６において軸方向中央部を含む、端部側コア部１６２と端部側コア部１６２との間には、中央側コア部１６１が設けられている。
【００３４】
高磁束密度部５３１は、中央側コア部１６１に径方向に対向する範囲に設けられている。高磁束密度部５３１は、ロータ対向部６５に対して径方向に対向する範囲には設けられていない。高磁束密度部５３１は、ステータコア１６よりも軸方向長さが短い形状であり、ロータ対向部６５よりもステータコア１６の軸方向中央部寄りに設けられている。
【００３５】
高磁束密度部５３１は、ロータ１５の鉄心内部に磁石を組み込んだ埋込磁石形であるＩＰＭ（Interior  Permanent  Magnet）を有して形成されている。ＩＰＭタイプに用いられる磁石は、ロータ１５の外周縁近傍において円筒状に埋め込まれた、それぞれ横断面扇状である複数のセグメントによって提供することができる。ＩＰＭタイプに用いられる磁石は、ロータ１５の内部において周方向に並ぶように埋め込まれた、それぞれ横断面直方体状である複数のセグメントによって提供することができる。高磁束密度部５３１に含まれる磁石は、低磁束密度部５３２に含まれる磁石よりも磁気エネルギが大きい焼結体であり、この焼結体として例えばネオジム磁石を用いることができる。
【００３６】
高磁束密度部５３１は、ステータ１３の中央部を含む範囲に伝わる磁束密度を高めることに寄与する。ＩＰＭタイプの高磁束密度部５３１によれば、高回転のモータ１において好適であり、リラクタンストルクを活用できるため、このトルクが磁石トルクと合成することによって、大きな総トルクを提供できる。
【００３７】
また、高磁束密度部５３１は、ＳＰＭタイプであり、かつサマリウム、鉄および窒素を含有するＳｍＦｅＮボンド磁石によって形成することが好ましい。この構成の高磁束密度部５３１によれば、ステータ１３の中央部を含む範囲に伝わる磁束量を大きく形成することができ、モータ１のトルク変動の低減に寄与する。
【００３８】
高磁束密度部５３１と低磁束密度部５３２は、ロータコア５２の表面に磁石を設置した表面磁石形であるＳＰＭを有する構成でもよい。この構成によれば、モータ１のトルクリップルを抑え、コギングの低減に寄与する。
【００３９】
高磁束密度部５３１と低磁束密度部５３２は、ロータ１５の鉄心内部に磁石を組み込んだ埋込磁石形であるＩＰＭを有する構成でもよい。この構成によれば、埋込磁石によって、モータ１のトルク変動の抑制が図れ、磁石部５３の材料コストを低減できるとともにリラクタンストルクの活用によりトルクアップが図れる。またこの構成によれば、モータ１のトルクリップルを抑え、コギングの低減に寄与する。
【００４０】
図２に示すように、低磁束密度部５３２と高磁束密度部５３１とは、軸方向に離間して設けられている。ロータ１５の中央部側に位置する低磁束密度部５３２の端部と軸方向外側に位置する高磁束密度部５３１の端部とは離間し、両者間には隙間５３１ａが形成されている。低磁束密度部５３２と高磁束密度部５３１とは、直接的に接触しないように設けられていることが好ましい。
【００４１】
第１実施形態のモータ１によって得られるステータ１３における磁束密度分布について図４を参照して説明し、従来のモータによるステータ１３における磁束密度分布について図５を参照して説明する。
【００４２】
図５に図示するように、従来においては、ロータコア５２０の外周に設けられた磁石部５３０は、軸方向全体にわたって同程度の表面磁束密度を発生する構成であるため、補助コア部６６とステータコア１６０の軸方向端部付近とに磁束が集中する。このため、ステータコア１６０において、高磁束密度範囲１６４Ｈが軸方向端部に集中し、低磁束密度範囲１６４Ｌが軸方向端部よりも中央部寄りの広範囲に形成されることになる。つまり、ステータコア１６０には、まだ有効磁束を流すことが可能な範囲が大きく、ステータコア１６０を有効に使用できているとはいえない。
【００４３】
これに対して、第１実施形態のモータ１においては、磁石部５３は、低磁束密度部５３２によって補助コア部６６およびその付近に対して低い表面磁束密度を発生し、高磁束密度部５３１によってステータコア１６に対して高い表面磁束密度を発生する。このため、補助コア部６６とステータコア１６の軸方向端部付近とに高い磁束密度が集中することがなく、図４に図示するように、端部側コア部１６２と中央側コア部１６１とにわたって軸方向に延びる高磁束密度範囲１６４Ｈが形成されることになる。つまり、ステータコア１６には、補助コア部６６側だけでなく軸方向の広範囲にわたって高い磁束が流れており、ステータコア１６の広範囲に有効な磁束が形成されて、ステータ１３における高磁束密度範囲の拡大が図れている。
【００４４】
第１実施形態のモータ１がもたらす作用効果について説明する。モータ１は、磁石部５３を有するロータ１５と、ロータ１５の外周側に設けられているステータ１３と、ステータコア１６の軸方向両端部に設けられる補助コア部６６とを備える。補助コア部６６は、径内側においてロータ１５に対向するように軸方向外側に延びるロータ対向部６５を有する。ロータ１５は、外部に伝わる表面磁束密度を発生する低磁束密度部５３２と、低磁束密度部５３２より高い表面磁束密度を発生し低磁束密度部５３２よりもロータ１５の軸方向中央部側に設けられた高磁束密度部５３１とを有する。高磁束密度部５３１はステータコア１６に径方向に対向する。ロータ対向部６５は低磁束密度部５３２に径方向に対向する部分を有する。
【００４５】
このモータ１によれば、補助コア部６６に比較的低い表面磁束密度を発生する部分を対向させ、ステータコア１６に高い表面磁束密度を発生する部分を対向させる構成により、高い磁束密度分布が補助コア部６６付近に偏在する状態を抑制できる。これにより、ステータコア１６において、補助コア部６６から軸方向中央側に離間した部分に高い磁束密度分布を形成でき、ステータコア１６の広範囲に有効な磁束を形成することができる。この構成によれば、ステータコア１６における高磁束密度範囲の拡大が図れるモータ１を提供できる。
【００４６】
図５に示すように、従来の補助コア部における飽和磁束密度を考慮した磁石部では、ステータコアに十分な磁束が流れていないが、第１実施形態のモータ１によれば、従来と同じ体格であっても、トルクアップを図ることができる。
【００４７】
ロータ対向部６５の全体は、低磁束密度部５３２に径方向に対向している。この構成によれば、低磁束密度部５３２からの低磁束密度がロータ対向部６５を通る支配的な磁束になるため、補助コア部６６における高磁束密度の影響を抑えることができる。
【００４８】
低磁束密度部５３２は、軸方向についてロータ対向部６５とステータコア１６の両方にわたって径方向に対向している。この構成によれば、高磁束密度の磁束が補助コア部６６に向けて流れにくいため、磁気飽和を抑制でき、コギングを抑制できる。
【００４９】
低磁束密度部５３２は、ロータ対向部６５の軸方向端部よりも軸方向の外側に突出している。この構成によれば、低磁束密度部５３２から補助コア部６６に入っていく磁束量を確実に増やすことに寄与する。
【００５０】
低磁束密度部５３２と高磁束密度部５３１とは軸方向に離間し、互いの間には隙間５３１ａが形成されている。この構成によれば、低磁束と高磁束とが軸方向に混在することを抑制できるため、ステータコア１６側に対して、低磁束密度形成エリアと高磁束密度形成エリアとに明確に区分けされた磁束を提供することができる。
【００５１】
低磁束密度部５３２はロータ１５の表面に磁石を設置した表面磁石を有する。高磁束密度部５３１はロータ１５の内部に磁石を組み込んだ埋込磁石を有する。この構成によれば、ロータ１５の軸方向端部側に表面磁石を用いることでトルク変動の抑制が図れ、埋込磁石によって、高磁束密度部の材料コストを低減できるとともにリラクタンストルクの活用によりトルクアップが図れる。
【００５２】
（第２実施形態）
第２実施形態について図６および図７を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対して、低磁束密度部１５３２ａと低磁束密度部１５３２ｂとは高磁束密度部５３１に対して異なるスキュー着磁を有している点が相違する。第２実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下、異なる点についてのみ説明する。
【００５３】
図６に示すように、第２実施形態のロータ１１５は、ロータコア５２の外周に設けられた磁石部１５３を備える。磁石部１５３は、低磁束密度部１５３２と、低磁束密度部１５３２よりも高い表面磁束密度を発生する高磁束密度部５３１とを含んでいる。低磁束密度部１５３２は、軸方向一端側に位置する低磁束密度部１５３２ａと、軸方向他端側に位置する低磁束密度部１５３２ｂとを備える。
【００５４】
低磁束密度部１５３２ａと低磁束密度部１５３２ｂとは、高磁束密度部５３１に対して、周方向に逆側にずれた位置に設けられている。低磁束密度部１５３２ａの磁極と低磁束密度部１５３２ｂの磁極とは、高磁束密度部５３１に対して、周方向に逆側にずれた位置に設けられている。この構成により、低磁束密度部１５３２ａと高磁束密度部５３１と低磁束密度部１５３２ｂは、ロータ１１５の一端側から他端側にかけて、軸方向に対して斜めに延びるように設けられている。これにより、ロータ１１５は、回転方向に対して斜めに設けられた斜溝を備えるロータと同様のスキュー効果を奏し、トルクむらを低減することができる。
【００５５】
第２実施形態のモータ１における低磁束密度部１５３２ａと低磁束密度部１５３２ｂとの高磁束密度部５３１に対する周方向のずれ量について説明する。低磁束密度部１５３２ａと低磁束密度部１５３２ｂは、ロータ１５の軸方向両端部において、中央の高磁束密度部５３１に対してコギングトルクを発生する。このコギングトルクを相殺するために、低磁束密度部１５３２ａと低磁束密度部１５３２ｂのそれぞれは、高磁束密度部５３１に対して、高磁束密度部５３１のトルクが最大となる最適進角度分、逆向きにずれた位置に設けられていることが好ましい。
【００５６】
第２実施形態のモータ１における低磁束密度部１５３２ａと低磁束密度部１５３２ｂとの周方向のずれ量について説明する。コギング低減の観点において、軸方向一端側の低磁束密度部１５３２ａと軸方向他端側の低磁束密度部１５３２ｂとは、以下の数式で求められたスキュー角度分、互いに周方向にずれた位置に設けられていることが好ましい。
【００５７】
モータ１の基本次数をｎ、基本次数の波形をキャンセルするためのスキュー角度をｄ（度）とすると、ｄ＝３６０÷２÷ｎを用いて求められる。基本次数は、モータ１における極数とスロット数との最小公倍数である。
【００５８】
図７は、第２実施形態のロータの一例として、機械角が互いに３度ずれている２つの低磁束密度部によるスキュー着磁効果を示している。例えば、極数が１０、スロット数が６０であるモータ１においては、基本次数は６０であり、前述の数式を用いて、スキュー角度は３度に求められる。
【００５９】
この場合、低磁束密度部１５３２ａと低磁束密度部１５３２ｂの周方向のずれ量は、機械角が互いに３ｄｅｇずれていることが好ましい。図７に示すように、一点鎖線で示した低磁束密度部１５３２ａによるコギング振幅波形と二点鎖線で示した低磁束密度部１５３２ａによるコギング振幅波形とは半周期ずれているため、山と谷が打ち消し合って、実線で示す合成波形が得られる。このようにして求められたスキュー角度の設定によれば、スキュー効果のない基本次数波形と同様の周期の波形同士を打ち消し合う効果を奏する。
【００６０】
第２実施形態によれば、低磁束密度部１５３２は表面磁石を有し、高磁束密度部５３１は埋込磁石を有する。ロータ１１５の軸方向一端側に位置する低磁束密度部１５３２ａとロータ１１５の軸方向他端側に位置する低磁束密度部１５３２ｂは、高磁束密度部５３１に対して周方向に逆側にずれた位置に設けられている。低磁束密度部１５３２ａと低磁束密度部１５３２ｂのそれぞれは、高磁束密度部５３１に対して、高磁束密度部５３１のトルクが最大となる最適進角度分、周方向にずれた位置に設けられている。この構成によれば、モータ１のトルク低下を抑えつつ、一端側の低磁束密度部１５３２ａと他端側の低磁束密度部１５３２ｂとに起因するコギングを相殺することに寄与する。
【００６１】
ロータ１１５の軸方向一端側に位置する低磁束密度部１５３２ａとロータ１１５の軸方向他端側に位置する低磁束密度部１５３２ｂは、高磁束密度部５３１に対して周方向に逆側にずれた位置に設けられている。低磁束密度部１５３２ａと低磁束密度部１５３２ｂとは、１８０度を基本次数で除算して求めた角度分、周方向にずれている。この構成によれば、低磁束密度部によるコギング増加分を、軸方向一端側と他端側との機械角のずれによってキャンセルでき、コギングトルクの低減が図れるモータ１を提供できる。
【００６２】
（第３実施形態）
第３実施形態について図８を参照して説明する。第３実施形態は、第１実施形態に対して、低磁束密度部２５３２が高磁束密度部５３１に対してスキュー着磁を有している点が相違する。第３実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下、異なる点についてのみ説明する。
【００６３】
図８に示すように、第３実施形態のロータ２１５は、ロータコア５２の外周に設けられた磁石部２５３を備える。磁石部２５３は、低磁束密度部２５３２と、低磁束密度部１５３２よりも高い表面磁束密度を発生する高磁束密度部５３１とを含んでいる。低磁束密度部２５３２は、軸方向の一端側と軸方向の他端側とにそれぞれ設けられている。高磁束密度部５３１は、２個の低磁束密度部２５３２によって軸方向に挟まれている構成となっている。低磁束密度部２５３２は、ロータ２１５の表面に磁石を設置した表面磁石形であるＳＰＭを有して形成されている。高磁束密度部５３１は、ロータ２１５の内部に磁石を組み込んだ埋込磁石形であるＩＰＭを有して形成されている。
【００６４】
一端側の低磁束密度部２５３２と他端側の低磁束密度部２５３２は、高磁束密度部５３１に対して、周方向に同じ側にずれた位置に設けられている。一端側の低磁束密度部２５３２と他端側の低磁束密度部２５３２とは、周方向位置が揃っており、軸方向に整列するように設けられている。
【００６５】
低磁束密度部２５３２は、高磁束密度部５３１のトルクが最大となる最適進角度Ｔを極対数Ｐで除算して求めた角度（＝Ｔ／Ｐ）分、高磁束密度部５３１に対して回転方向にずれた位置に設けられていることが好ましい。この構成によれば、ＩＰＭ部の最適進角時にＳＰＭ部側も最大トルクになるように、ＩＰＭ部に対してＳＰＭ部を回転方向にスキューさせることができる。これにより、ＩＰＭ部の最適進角時にＳＰＭ部のトルク低下を改善でき、ＩＰＭ部の進角による回転数アップ、トルクアップ効果を最大限得ることが可能になる。
【００６６】
（他の実施形態）
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品、要素の組み合わせに限定されず、種々変形して実施することが可能である。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品、要素が省略されたものを包含する。開示は、一つの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【００６７】
前述の実施形態では、低磁束密度部と高磁束密度部について、磁石材料の選択によって高磁束密度と低磁束密度を発生する構成について開示している。明細書に明示の目的を達成可能なモータ１は、磁石材料自身が持つ磁場強度、同様の磁石材料を用いた着磁配向の相違、磁石部の構造の相違等によって、低磁束密度部と高磁束密度部を構成する。着磁配向の相違を実現する一例として、モータ１の磁石部５３は、特定の方向における磁場強度を向上するために、高磁束密度部を構成するハルバッハ配向の磁石を備える。ハルバッハ配向は、例えば、両主面に磁極が現れるとともに、磁極間において主面に沿った配向を含んでいる。磁石部の構造の相違を実現する一例として、モータ１は、ランデル型構造のロータを備える。ランデル型構造のロータは、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされた対となるロータコアを備え、これらの間に界磁磁石を設置して各爪状磁極を交互に異なる磁極として機能させる。
【００６８】
明細書に明示の目的を達成可能なモータ１は、非磁性カバー５４を備えていない構成でもよい。この場合、ロータ対向部６５は、ロータ対向部６５と離間する低磁束密度部５３２に径方向に対向している。
【００６９】
明細書に明示の目的を達成可能なモータ１が備えるロータは、前述の実施形態に記載された磁石部に関する構成を有するものに限定されない。前述のロータコア５２は、軸方向に一体に設けられた第１積層体５２１と第２積層体５２２とを含む構成の他、同様の素材によって形成されたロータコアプレートの積層体を有する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１３…ステータ、  １５，１１５，２１５…ロータ、  １６…ステータコア
１７…コイル、  ５３，１５３，２５３…磁石部
６５…ロータ対向部、  ６６…補助コア部
５３１…高磁束密度部、  ５３１ａ…隙間
５３２，１５３２，２５３２…低磁束密度部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020115728.tif 000009
【図８】
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