(57)【要約】【課題】コギングトルクの小さい内部磁石埋込型のブラシレスモータを安価に提供する。【解決手段】環状のヨークとそのヨークの内周側に複数のティースを有するステータと、上記ステータの内周に回転可能に保持され、永久磁石が埋め込まれた円筒状のロータとからなるモータにおいて、上記ステータ材の透磁率（μＳ）が５０００〜２００００、ロータ材の透磁率（μＲ）が５００〜１００００であり、ステータ材とロータ材の透磁率の比（μＳ／μＲ）が１．０超えであることを特徴とする内部磁石埋込型モータ。【選択図】図２
2010193617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のヨークとそのヨークの内周側に複数のティースを有するステータと、上記ステータの内周に回転可能に保持され、永久磁石が埋め込まれた円筒状のロータとからなるモータにおいて、上記ステータ材の透磁率（μＳ）が５０００〜２００００、ロータ材の透磁率（μＲ）が５００〜１００００であり、ステータ材とロータ材の透磁率の比（μＳ／μＲ）が１．０超えであることを特徴とする内部磁石埋込型モータ。
【請求項２】
ステータ材とロータ材の透磁率の比（μＳ／μＲ）が１．１以上であることを特徴とする請求項１に記載の内部磁石埋込型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コギングトルクの小さい内部磁石埋込型のモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石をロータコアの内部に埋め込んだブラシレスモータは、高効率で制御性にも優れていることから、近年、多くの分野で使用されるようになってきている。特に、内部磁石埋込型モータ（ＩＰＭ）は、リラクタンストルクを利用できることから、電気自動車用のモータやサーボモータ等に広く使用されている。
【０００３】
ところで、永久磁石式のモータでは、ロータコア内の永久磁石が、ステータのティース部に対向しているときと、スロット部に対向しているときとでは、磁気抵抗が大きく異なる。そのため、コギングと呼ばれるトルクの脈動が発生することが知られている。コギングトルクは、突極性を有する永久磁石形モータに必ず発生する力であり、このコギングトルクが発生すると、モータの速度変動を生じて回転むらが大きくなったり、モータの位置決め精度が低下したり、さらには、ロータの軸を伝わり振動や騒音の原因となるとともに、静止トルクのように作用してモータの始動トルクを増大させたりする。また、ロータの回転によって磁束が変化するため、ヒステリシス損および渦電流損が存在する場合には、固体摩擦および粘性摩擦のように作用する。
【０００４】
そこで、モータの構造面から、このようなコギングトルクを低減しようとする技術が幾つか開示されている。例えば、特許文献１には、ロータシャフトの周方向に並んだ複数のセグメント磁石を、ロータシャフトの軸方向の途中で少なくとも２つに横割り分割し、それら横割り分割された一方と他方のセグメント磁石群を、周方向に所定角ずらして配置するとともに、それらのセグメント磁石群の間に、スキュー着磁を施したリング磁石を設けることによりコギングトルクを低減しようとするモータが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６６５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１のモータは、コギングトルクを抑制した、コンパクトな構造のものであるが、モータの構造が複雑であり、かつ、磁石の着磁も特殊なものとなることから、製造コストの上昇が避けられないという問題がある。
【０００７】
本発明は、従来技術が抱える上記問題点を解決するために開発されたものであって、その目的は、従来と同じ構造であってもコギングトルクの小さい内部磁石埋込型のブラシレスモータを安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、内部磁石埋込型モータの構造面からコギングトルクの低減を図ろうとする従来技術とは発想を転換し、モータコアを構成する電磁鋼板の特性面から、コギングトルクの低減を図るべく、鋭意検討を重ねた。その結果、内部磁石埋込型モータのステータコア用材料である電磁鋼板（以降、「ステータ材」と称す）とロータコア用材料である電磁鋼板（以降、「コア材」と称す）とで磁気特性に差を設ける、具体的には、ステータ材には、コア材よりも透磁率の高い材料を使用することにより、負荷トルクを損なうことなく、コギングトルクの低減が可能であることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は、環状のヨークとそのヨークの内周側に複数のティースを有するステータと、上記ステータの内周に回転可能に保持され、永久磁石が埋め込まれた円筒状のロータとからなるモータにおいて、上記ステータ材の透磁率（μＳ）が５０００〜２００００、ロータ材の透磁率（μＲ）が５００〜１００００であり、ステータ材とロータ材の透磁率の比（μＳ／μＲ）が１．０超えであることを特徴とする内部磁石埋込型モータである。ここで、上記μＳおよびμＲは、ロータ材およびステータ材を、５０Ｈｚで１．０Ｔに励磁したときの透磁率である。
【００１０】
本発明の内部磁石埋込型モータは、上記ステータ材とロータ材の透磁率の比（μＳ／μＲ）が１．１以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コギングトルクの小さいモータを安価に提供することができる。このモータは、コギングトルクが小さいので、電気自動車用モータの低速時におけるトルク変動や電動パワーステアリング（ＥＰＳ）用モータ空転時のトルク変動を低減することができる。さらに、サーボモータにおける位置決め精度の向上を図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】１２極１８スロットの内部磁石埋込型モータの回転軸に垂直な断面の模式図である。
【図２】ステータ材とロータ材の透磁率の比（μＳ／μＲ）が、コギングトルクおよび負荷トルクに及ぼす影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、本発明を開発する契機となった実験について説明する。
内部磁石埋込型モータのコギングトルクに及ぼす素材の影響を調査するため、Ｓｉを２．５ｍａｓｓ％含有する板厚が０．３０ｍｍの電磁鋼板を製造するに際して、仕上焼鈍温度を変えて結晶粒径の大きさを変化させることにより、低〜中磁場域の透磁率を広範囲に変化させた材料を得た。ここで、上記低〜中磁場域の透磁率とは、ＪＩＳ  Ｃ２５５０に準拠し、５０Ｈｚで１．０Ｔまで磁化したときの透磁率のことである。これは、高効率モータで一般的に使用される磁石の磁束密度が１．０Ｔ程度であるためである。
次いで、これらの材料を、表１に示したような組み合わせでステータ材およびロータ材として用いて、図１に示したような１２極１８スロットの内部磁石埋込型モータ（ＩＰＭ）を作製した。上記モータは、ステータの外形が１５０ｍｍφ、ロータの外形が８５ｍｍφ、積み厚が６０ｍｍの大きさのものである。
このようにして製作したモータについて、無負荷の状態で、１０ｒｐｍで回転させたときのトルクの変動（コギングトルク）と、電流を７０Ａ流し、８００ｒｐｍで回転させたときの負荷トルクを測定した。
【００１４】
上記測定の結果を表１に併記して示した。また、図２は、表１の結果について、ステータ材とロータ材の透磁率の比（μＳ／μＲ）と、コギングトルクおよび負荷トルクとの関係を示したものである。これらの結果から、ステータ材およびロータ材の透磁率を共に高めた場合には、コギングトルクは低下するものの、その割合は小さい。しかし、ステータ材とロータ材の透磁率の比（μＳ／μＲ）を１．０よりも大きくした場合には、コギングトルクが大きく低下しており、特に、（μＳ／μＲ）を１．１以上としたときには、その効果が大きい、つまり、ステータ材とロータ材の透磁率の比（μＳ／μＲ）が、コギングトルクおよび負荷トルクに大きく影響していることがわかる。
【００１５】
（μＳ／μＲ）がコギングトルクに影響を及ぼす理由は、今のところ明確ではないが、ステータ材の磁束密度を高くした場合には、ステータを磁化した際のヒステリシス面積が小さくなり、ヒステリシストルクが低下するため、コギングトルクが小さくなるが、ロータ材の透磁率を高めた場合には、ロータからステータに流れる磁束が多くなり、永久磁石がステータとステータ間に対向したときの磁気抵抗の差がより顕著になるため、コギングトルクが大きくなるものと考えられる。これらのことから、ステータ材の透磁率を高め、ロータ材の透磁率を低くすることにより、負荷トルクの低下を抑制しつつ、コギングトルクを効果的に低減できるものと考えられる。
そこで、本発明のモータにおいては、ステータ材とロータ材の透磁率の比（μＳ／μＲ）を１．０超え、好ましくは、１．１以上とする。
【００１６】
【表１】
2010193617.tif 000003
【００１７】
また、本発明のモータに用いるステータ材およびロータ材は、５０Ｈｚで１．０Ｔに磁化したときの透磁率が、ステータ材は５０００〜２００００、ロータ材は５００〜１００００であることが必要である。
ステータ材の透磁率が５０００以下になると、負荷トルクが大きく低下してしまう。逆に、透磁率を高くするほど負荷トルクを高めることができるものの、２００００超とするには、高温で長時間の焼鈍が必要となり、いたずらにコストアップを招くだけである。よって、ステータ材の透磁率（μＳ）は、５０００〜２００００の範囲とする。
一方、ロータ材の透磁率は、コギングトルクを小さくする観点からは、低い方が好ましいため、上限を１００００に制限する。しかし、透磁率が５００未満になると、負荷トルクが著しく低下してしまう。よって、ステータ材の透磁率（μＲ）は、５００〜１００００の範囲とする。
【００１８】
上記のように、本発明のモータにおいては、永久磁石式を埋め込んだロータには透磁率の低い材料（電磁鋼板）を、一方のステータには透磁率の高い材料（電磁鋼板）を用いる必要がある。これらの鋼板を製造する方法については、特に限定されるものではなく、通常公知の方法を用いることができる。なお、磁束密度１．０Ｔにおいて透磁率の低い材料を得る方法としては、例えば、鋼板の結晶粒径を１００μｍ以下とする方法、鋼板に圧延等の加工を施す方法、あるいは、鋼板中に析出物を微細に分散させる方法等、いずれの方法を用いてもよい。
【実施例】
【００１９】
転炉で吹練した溶鋼に脱ガス処理を施し、所定の成分組成に調整して３．５％Ｓｉ鋼を溶製し、連続鋳造してスラブとした。次いで、このスラブを、１１４０℃で１ｈｒ加熱後、熱延仕上温度を８００℃とする熱間圧延を行って板厚２．０ｍｍの熱延鋼板とし、６１０℃で巻き取った。この熱延鋼板に１０００℃×３０ｓｅｃの熱延板焼鈍を施した後、酸洗し、冷間圧延して板厚０．３５ｍｍの冷間鋼板とした。その後、この冷延鋼板に、表２に示したように、焼鈍温度を７００〜１０５０℃の範囲で変えた仕上焼鈍を施し、透磁率の異なる電磁鋼板を作製した。なお、一部鋼板については、透磁率を低下させるため、仕上焼鈍後、冷間圧延を施した。また、これら鋼板からは、２５ｃｍのエプスタイン試験片を採取し、ＪＩＳ  Ｃ２５５０に準拠して、５０Ｈｚ、１．０Ｔでの透磁率を測定するとともに、組織観察用の試験片を採取し、Ｌ方向（圧延方向）断面の平均結晶粒径を測定し、これらの結果を表２に併記した。
【００２０】
【表２】
2010193617.tif 000004
【００２１】
上記のようにして得た表２の各種材料を、ステータ材およびロータ材として表３に示したように組み合わせて、図１に示したような１２極１８スロットのＩＰＭモータを作製した。このモータは、ステータ外形が１５０ｍｍφ、ロータ外形が８５ｍｍφ、積み厚が６０ｍｍの大きさのものである。
これらのモータについて、無負荷の状態で、１０ｒｐｍで回転させたときのトルクの変動（コギングトルク）と、電流を７０Ａ流し、８００ｒｐｍで回転させたときの負荷トルクを測定し、その結果を表３に併記して示した。
【００２２】
表３から、素材の透磁率とコギングトルク、負荷トルクの関係を示す。これよりステータ素材の透磁率をロータ素材の透磁率の１．０超え、特に１．１倍以上とした場合には、負荷トルクの低下を抑制しつつ、効果的にコギングトルクの低減が可能であることがわかる。
【００２３】
【表３】
2010193617.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明によれば、コギングトルクの小さなモータを作製することができ、電気自動車用モータの低速時のトルク変動や、ＥＰＳモータの空回り時のトルク変動を低減することができ、さらには、サーボモータの位置決め精度の向上を図ることも可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１：ロータ
２：永久磁石
３：ステータ
４：ヨーク
５：ティース
６：スロット
【図１】
2010193617.tif 000006
【図２】
2010193617.tif 000007