(57)【要約】【課題】低イナーシャ、大トルクで且つ回転が滑らかで、高速領域でも損失を抑える。【解決手段】同期電動機（１０）は、十二個のスロット（２１）が形成された集中巻ステータ（２０）と、集中巻きステータの内側に配置されていて八つの磁石が半径方向に配置された八極のロータ（３０）とを具備し、ロータの一極分の外形形状の一部分または全体を、三角関数の曲線およびこれに近似した曲線で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
十二個のスロットが形成された集中巻ステータと、
該集中巻きステータの内側に配置されていて八つの磁石が半径方向に配置された八極のロータと、を具備し、前記ロータの一極分の外形形状の一部分または全体を、三角関数の曲線およびこれに近似した曲線で構成した同期電動機。
【請求項２】
前記ロータの一極分の外形形状の前記一部分が前記ロータの一極分の外形形状の中心部分であるようにした請求項１に記載の同期電動機。
【請求項３】
前記ロータは、半径方向に配置された八つの磁石からなる第一磁石群と、前記同期電動機の軸線方向において前記第一磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第二磁石群とを含んでおり、
前記第一磁石群と前記第二磁石群とが前記同期電動機の軸線方向周りに互いに７．５°だけズレているようにした請求項１または２に記載の同期電動機。
【請求項４】
前記ロータは、半径方向に配置された八つの磁石からなる第一磁石群と、前記同期電動機の軸線方向において前記第一磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第二磁石群と、前記同期電動機の軸線方向において前記第二磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第三磁石群とを含んでおり、前記同期電動機の軸線方向において前記第三磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第四磁石群とを含んでおり、
前記第一磁石群から前記第四磁石群のうち互いに隣接する二つの磁石群は前記同期電動機の軸線方向周りに互いに３．７５°だけズレているようにした請求項１または２に記載の同期電動機。
【請求項５】
前記ロータにおける前記第一磁石群の第一ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りに３．７５°だけズレた位置に第一締結穴が形成されており、
前記ロータにおける前記第二磁石群の第二ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴とは反対方向に３．７５°だけズレた位置に第二締結穴が形成されている、請求項３に記載の同期電動機。
【請求項６】
前記ロータにおける前記第一磁石群の第一ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りに５．６２５°だけズレた位置に第一締結穴が形成されており、
前記ロータにおける前記第二磁石群の第二ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴と同一方向に１．８７５°だけズレた位置に第二締結穴が形成されており、
前記ロータにおける前記第三磁石群の第三ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴と反対方向に１．８７５°だけズレた位置に第三締結穴がそれぞれ形成されており、
前記ロータにおける前記第四磁石群の第四ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴と反対方向に５．６２５°だけズレた位置に第四締結穴がそれぞれ形成されている、請求項４に記載の同期電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機、特に高い応答性を有する同期電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータにおいては、予め巻かれたコイルをステータのスロットに挿入する分布巻方式が採用されていた。これに対し、近年では、コイルを絶縁物を介してステータティースに直接的に巻付ける集中巻方式が採用されている。
【０００３】
集中巻きステータにおいては、コイルを直接的に巻付けているので、ステータコア端面におけるコイルを少なくし、その結果、コイルの周長を大幅に短くできる。このため、太い電線を高密度で巻付けることにより、電気抵抗は小さくなる。さらに、コイルエンドの寸法を小さくできるので、モータをコンパクトにしつつ大トルクを得ることができる。
【０００４】
特許文献１には、磁極とステータ内周面との間のギャップ長をロータの一極分の部分の中心付近において小さくすると共に、ロータの一極分の部分の両端付近で大きくすることが開示されている。これにより、コギングトルクを低減させられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2002-10541号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、高頻度、高速でのピックアンドプレイス動作が要求される高速高応答のロボットに使用されるモータは、イナーシャを極力小さく抑えると共に、連続して長時間使用できる連続定格トルクが大きいことが要求される。つまり、ロボットに使用されるモータは、トルク対イナーシャの比が極めて大きいことが要求される。
【０００７】
この目的のために、モータのロータ径を極力小さくすると共に、モータのステータを集中巻構造にしてスロット数を少なくするのが有利である。しかしながら、そのような場合には、コギングトルクを抑えることが難しい。このため、集中巻きステータを備えたモータは車載用モータ、家電用モータなどの用途に限定され、円滑な回転が要求されるロボットのサーボモータにはほとんど適用されない。
【０００８】
また、磁石が半径方向に配置されたロータはギャップ磁束密度を高められるので、大トルクを実現することができ、このような構造の十極のロータと十二スロットの集中巻きステータとを組合わせたモータが存在している。しかしながら、十極のロータと十二スロットの集中巻きステータとを組合わせたモータにおいては、高速で負荷電流が流れたときにロータに発生する渦電流損が大きくなる。このため、そのようなモータを高速で頻繁に使用されるロボットの分野で使用するのは難しい。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、低イナーシャ、大トルクで且つ回転が滑らかで、高速領域でも損失を抑えることのできる同期電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、十二個のスロットが形成された集中巻ステータと、該集中巻きステータの内側に配置されていて八つの磁石が半径方向に配置された八極のロータと、を具備し、前記ロータの一極分の外形形状の一部分または全体を、三角関数の曲線およびこれに近似した曲線で構成した同期電動機が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記ロータの一極分の外形形状の前記一部分が前記ロータの一極分の外形形状の中心部分であるようにした。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記ロータは、半径方向に配置された八つの磁石からなる第一磁石群と、前記同期電動機の軸線方向において前記第一磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第二磁石群とを含んでおり、前記第一磁石群と前記第二磁石群とが前記同期電動機の軸線方向周りに互いに７．５°だけズレているようにした。
４番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記ロータは、半径方向に配置された八つの磁石からなる第一磁石群と、前記同期電動機の軸線方向において前記第一磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第二磁石群と、前記同期電動機の軸線方向において前記第二磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第三磁石群とを含んでおり、前記同期電動機の軸線方向において前記第三磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第四磁石群とを含んでおり、前記第一磁石群から前記第四磁石群のうち互いに隣接する二つの磁石群は前記同期電動機の軸線方向周りに互いに３．７５°だけズレているようにした。
５番目の発明によれば、３番目の発明において、前記ロータにおける前記第一磁石群の第一ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りに３．７５°だけズレた位置に第一締結穴が形成されており、前記ロータにおける前記第二磁石群の第二ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴とは反対方向に３．７５°だけズレた位置に第二締結穴が形成されている。
６番目の発明によれば、４番目の発明において、前記ロータにおける前記第一磁石群の第一ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りに５．６２５°だけズレた位置に第一締結穴が形成されており、前記ロータにおける前記第二磁石群の第二ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴と同一方向に１．８７５°だけズレた位置に第二締結穴が形成されており、前記ロータにおける前記第三磁石群の第三ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴と反対方向に１．８７５°だけズレた位置に第三締結穴がそれぞれ形成されており、前記ロータにおける前記第四磁石群の第四ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴と反対方向に５．６２５°だけズレた位置に第四締結穴がそれぞれ形成されている。
【発明の効果】
【００１１】
１番目および２番目の発明においては、八極十二個スロットの構成を採用すると共に、ロータの外径形状を三角関数の曲線で構成しているので、低イナーシャ、大トルクで且つ回転が滑らかで、高速領域でも損失を抑えることができる。従って、本発明の同期電動機を高頻度、高速でのピックアンドプレイス動作が要求される高速高応答のロボットに適用することができる。
３番目の発明においては、コギングトルクのメイン成分が排除されるので、回転をより円滑にすることができる。
４番目の発明においては、コギングトルクの高調波成分およびメイン成分の両方が排除されるので、回転を更に円滑にすることができる。
５番目の発明においては、単一種類のロータヨークを作成することのみにより、第一磁石群と第二磁石群とを軸線方向周りに互いに７．５°だけ容易にズレさせることができる。
６番目の発明においては、比較的簡単な構成で、隣接する二つの磁石群を軸線方向周りに互いに７．５°だけ容易にズレさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に基づく同期電動機の端面図である。
【図２】図１に示される同期電動機の部分拡大図である。
【図３】ロータの第一斜視図である。
【図４】一極分のロータ部分の拡大図である。
【図５】回転角度とコギングトルクとの間の関係を示す第一の図である。
【図６】ロータヨークの第一の拡大図である。
【図７】ロータの第二斜視図である。
【図８】回転角度とコギングトルクとの間の関係を示す第二の図である。
【図９】ロータヨークの第二の拡大図である。
【図１０】ロータヨークの第三の拡大図である。
【図１１】ロータの第三斜視図である。
【図１２】回転角度とコギングトルクとの間の関係を示す第三の図である。
【図１３】電流とロータ渦電流損との間の関係を示す図である。
【図１４】最大ギャップ／最小ギャップとコギングトルクとの間の関係を示す図である。
【図１５】連続定格トルクとトルク／イナーシャとの間の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく同期電動機の端面図である。図１に示される同期電動機１０は、ステータ２０と、ステータ２０内に配置されたロータ３０とを主に含んでいる。ステータ２０は複数の電磁鋼板が積層されたステータコアを含んでいる。ステータ２０の内周面には十二個のスロット２１が等間隔で形成されている。隣接するスロット２１の間のステータティース２２には、コイル（図示しない）が絶縁紙を介して巻回されている。
【００１４】
図２は図１に示される同期電動機の部分拡大図である。図１および図２に示されるように、ロータ３０は、八つの磁石ｍ１と、これら磁石ｍ１の間に配置されたロータヨーク３１とを含んでいる。図２に示されるように、これら八つの磁石ｍ１のそれぞれは断面矩形形状であり、それぞれが同期電動機１０の半径方向に延びるよう配置されている。磁石ｍ１の数は同期電動機１０の極数に相当する。また、ロータヨーク３１は一般に電磁鋼板の積層体からなり、これらを一体的に固定するためのタイロッド（図示しない）用の締結穴４１がロータヨーク３１の中心近傍に形成されている。
【００１５】
図３はロータの第一斜視図である。図３に示されるように、他の磁石ｍ２が磁石ｍ１に隣接して同期電動機１０の軸線方向下側に配置されている。磁石ｍ２は磁石ｍ１と同一形状および同一磁力を有しており、その数は八つである。そのような八つの磁石ｍ２は、磁石ｍ１と同様に同期電動機１０の軸線方向に延びるように配置されており、それぞれが磁石ｍ１に隣接している。
【００１６】
また、他の磁石ｍ３が、磁石ｍ２に隣接して同期電動機１０の軸線方向下側に配置されており、さらに別の磁石ｍ４が、磁石ｍ３に隣接して同期電動機１０の軸線方向下側に配置されている。これら磁石ｍ３、ｍ４も磁石ｍ２と同様に配置されている。以下、八つの磁石ｍ１およびその関連部材を適宜、第一磁石群Ｍ１と呼ぶと共に、磁石ｍ２、ｍ３、ｍ４およびその関連部材を適宜、第二磁石群Ｍ２、第三磁石群Ｍ３、第四磁石群Ｍ４とそれぞれ呼ぶこととする。後述するように、これら磁石群Ｍ１〜Ｍ４は同期電動機１０の軸線方向周りに所望の角度位置で位置決めされるものとする。
【００１７】
このような同期電動機１０において、ロータ３０の磁石ｍ１等の磁束がステータコアに磁界を発生させる。また、ステータ２０のスロット２１に巻回されたコイル（図示しない）に電流が流れると、電磁誘導により磁界が発生する。磁石ｍ１等およびコイルには、角度に応じた磁束が発生し、これら磁束を乗算すると、一定のトルクが得られ、同期電動機１０のロータ３０が回転するようになる。
【００１８】
ところで、図４は一極分のロータ部分の拡大図である。図４においては、ロータ３０のうちの一極分のロータヨーク３１を示している。また、簡潔にする目的で、ステータ２０の内周面２９におけるスロット２１の図示を省略している。図４に示されるように、同期電動機１０の回転中心Ｏからロータヨーク３１の中心を通る中心線を直線Ｘ０とする。そして、回転中心Ｏ周りに反時計回りに直線Ｘ０から角度θだけ回転させた直線を直線Ｘ１とする。
【００１９】
図４から分かるように、ロータヨーク３１の外周面３３は、その中心線Ｘ０近傍においてステータ２０の内周面２９に最接近し、ロータヨーク３１の周方向両縁部近傍においてステータ２０の内周面２９から離間するように形成されている。具体的には、ロータヨーク３１の外周面３３の形状は以下の式（１）で示される三角関数により表される。
【００２０】
Ｌｇ＝Ｇ０／ｃｏｓ（Ｋｃ×θ）                                （１）
＠  式（１）において、Ｌｇは、直線Ｘ１におけるロータヨーク３１の外周面３３とステータ２０の内周面２９との間のギャップ長である。Ｇ０は、中心線Ｘ０上におけるロータヨーク３１の外周面３３とステータ２０の内周面２９との間の最小ギャップである。また、Ｋｃは曲率を定める係数である。なお、三角関数以外の関数を用いてロータヨーク３１の外周面３３を形成してもよい。また、ロータヨーク３１の外周面３３の一部分のみ、例えば中心部分のみを、そのような関数を用いて形成してもよい。そのような場合であっても、本発明の範囲に含まれる。
【００２１】
本発明では、ロータ３０の外径形状を三角関数の曲線で構成しているので、低イナーシャ、大トルクで且つ回転が滑らかで、高速領域でも損失を抑えることができる。従って、本発明の同期電動機１０を高頻度、高速でのピックアンドプレイス動作が要求される高速高応答のロボットに適用することも可能である。
【００２２】
ここで、図５は、同期電動機を回転させたときの回転角度とコギングトルクとの間の関係を示す第一の図である。図５における横軸は回転角度θであり、縦軸はコギングトルクを示している。後述する他の図８、図１２も同様である。また、図５で使用された同期電動機１０は図１等に示される十二個スロットのステータ２０と、図３に示されるロータ３０とを含むものとする。つまり、図５で使用された同期電動機１０のロータ３０は、互いに同一角度で配置された第一磁石群Ｍ１から第四磁石群Ｍ４を含んでいる。
【００２３】
このような八極十二個スロットの同期電動機１０の場合には、図５に示されるように、一回転２４回のメイン成分Ｐを含むコギングトルクが得られる。また、図５には、メイン成分Ｐに付随して２倍の４８回成分である高調波成分Ｑも示されている。これらメイン成分Ｐおよび高調波成分Ｑが存在するために、同期電動機１０を円滑に回転させるのは困難である。
【００２４】
これらメイン成分Ｐおよび高調波成分Ｑの大きさは、式（１）に示される係数Ｋｃの値を変更することにより、調整される。しかしながら、係数Ｋｃを変更した場合であっても、メイン成分Ｐおよび高調波成分Ｑの存在自体は解消することはできない。従って、同期電動機１０を円滑に回転させるために、メイン成分Ｐおよび高調波成分Ｑの存在自体を解消する必要がある。
【００２５】
本発明の同期電動機１０は八つの極と十二個のスロットとを備えており、それらの最小公倍数は２４である。一回転３６０°を２４で除算すると角度１５°である。従って、図３に示される磁石群を１５°の半分である７．５°だけ軸線方向周りに互いに離間させることにより、コギングトルクのメイン成分Ｐを排除することができる。
【００２６】
ここで、図６はロータヨークの第一の拡大図である。図６に示されるロータヨーク３１ａの締結穴４１ａは中心線Ｘ０から偏倚して形成されている。図示されるように、締結穴４１ａの中心と回転中心Ｏとを結ぶ線分Ｘ２と中心線Ｘ０とのなす角度θは３．７５°である。本発明の第一の実施形態においては、このような締結穴４１ａが形成されたロータヨーク３１ａを使用する。
【００２７】
図７はロータの第二斜視図である。図７においては第一磁石群Ｍ１および第二磁石群Ｍ２においては締結穴４１ａが形成された八つのロータヨーク３１ａを用いて磁石ｍ１、ｍ２を固定する。これに対し、第三磁石群Ｍ３および第四磁石群Ｍ４においては、同一のロータヨーク３１ａをその表裏を逆にして磁石ｍ３、ｍ４を固定するのに使用する。
【００２８】
その結果、図７に示されるように、第一磁石群Ｍ１および第二磁石群Ｍ２は一体的に、第三磁石群Ｍ３および第四磁石群Ｍ４に対して軸線方向周りに７．５°だけ回転して位置決めされるようになる。この回転角度７．５°は、第一磁石群Ｍ１および第二磁石群Ｍ２にて使用されるロータヨーク３１ａの締結穴４１ａの角度θ（＝３．７５°）の絶対値と、第三磁石群Ｍ３および第四磁石群Ｍ４にて使用されるロータヨーク３１ａの締結穴４１ａの角度θ（＝−３．７５°）の絶対値との和である。
【００２９】
このようなロータ３０と前述したステータ２０とが組合わされた同期電動機１０を使用した場合には、図５または図８に示される回転角度とコギングトルクとの間の関係が得られる。図５はメイン成分Ｐである1回転当り24回の成分とその倍の48回の高調波Ｑが載った図であり、図８はメイン成分Ｐの24回の成分のみが載った図である。磁極の形状などに応じて図5の波形または図8の波形が得られる。いずれの波形の場合でも三角関数の係数を変えることにより図１４に示すようにコギングトルクの大きさが変化する。
図１４において波形の振幅を最小にした場合でもまだ若干のコギングが残る。図７に示されるロータを採用することにより、コギングトルクをほとんど零にでき、従って、そのようなロータを備えた電動機をより円滑に回転させることができる。これにより1回転24回のメイン成分Ｐをほとんど零にすることができる。
さらに、第一の実施形態においては、ロータヨーク３１ａをその表裏を逆にして使用しているので、単一種類のロータヨーク３１ａのみでもって、７．５°だけズレたロータ３０を作成することができる。なお、図６に示されるロータヨーク３１ａを用いることにより第一磁石群Ｍ１および第三磁石群Ｍ３を作成すると共に、同じロータヨーク３１ａをその表裏を逆にして用いることにより第二磁石群Ｍ２および第四磁石群Ｍ４を作成してもよい。
【００３０】
次に、第二の実施形態について説明する。図９はロータヨークの第二の拡大図である。図９に示されるロータヨーク３１ｂの締結穴４１ｂは中心線Ｘ０から偏倚して形成されている。図示されるように、締結穴４１ｂの中心と回転中心Ｏとを結ぶ線分Ｘ３と中心線Ｘ０とのなす角度θは１．８７５°である。
【００３１】
さらに、図１０はロータヨークの第三の拡大図である。図１０に示されるロータヨーク３１ｃの締結穴４１ｃは中心線Ｘ０から偏倚して形成されている。図示されるように、締結穴４１ｃの中心と回転中心Ｏとを結ぶ線分Ｘ４と中心線Ｘ０とのなす角度θは５．６２５°である。本発明の第二の実施形態においては、このような締結穴４１ａ、４１ｂが形成された二種類のロータヨーク３１ｂ、３１ｃを使用する。
【００３２】
図１１はロータの第三斜視図である。図１１においては第一磁石群Ｍ１においては締結穴４１ｃが形成された八つのロータヨーク３１ｃを図１０の状態から表裏を逆にして用いることにより磁石ｍ１を固定する。また、第二磁石群Ｍ２においては締結穴４１ｂが形成された八つのロータヨーク３１ｂを図９の状態から表裏を逆にして用いることにより磁石ｍ２を固定する。
【００３３】
さらに、第三磁石群Ｍ３においては締結穴４１ｂが形成された八つのロータヨーク３１ｂを用いて磁石ｍ３を固定する。また、第四磁石群Ｍ４においては締結穴４１ｃが形成された八つのロータヨーク３１ｃを用いて磁石ｍ４を固定する。
【００３４】
その結果、図１１に示されるように、第一磁石群Ｍ１は、第二磁石群Ｍ２に対して軸線方向周りに３．７５°（＝−５．６２５°−（−１．８７５°）だけ回転して位置決めされる。同様に、第二磁石群Ｍ２は、第三磁石群Ｍ３に対して軸線方向周りに３．７５°（＝（−１．８７５°）−１．８７５°）だけ回転して位置決めされる。また、第三磁石群Ｍ３は、第四磁石群Ｍ４に対して軸線方向周りに３．７５°（＝１．８７５°−５．６２５°）だけ回転して位置決めされる。
【００３５】
このようなロータ３０と前述したステータ２０とが組合わされた第二の実施形態の同期電動機１０を使用した場合には、図１２に示される回転角度とコギングトルクとの間の関係が得られる。図１２においては、メイン成分Ｐおよび高調波成分Ｑが排除され、その結果、コギングトルクは発生しないようになる。従って、図５および図８の場合と比較すると、図１１に示されるロータ３０を備えた同期電動機１０を更に円滑に回転させられるのが分かるであろう。
【００３６】
さらに、図１３は電流とロータ渦電流損との間の関係を示す図である。図１３において横軸は電流を示すと共に、縦軸はロータ渦電流損を示している。また、図１３における実線Ａ１は本発明における八極十二個スロットの同期電動機１０の挙動を示すと共に、破線Ａ２は十極十二個スロットの同期電動機の挙動を示している。
【００３７】
図１３で破線Ａ２によりに示されるように、電流が大きくなると、十極十二個スロットの同期電動機のロータ渦電流損も大きくなる。これに対し、実線Ａ１で示されるように、本発明の八極十二個スロットの同期電動機１０においては、電流が大きくなったとしても、ロータ渦電流損はほとんど変化しない。従って、八極十二個スロットの構成は、ロータ渦電流損の増加を抑えるのに極めて有利であるのが分かるであろう。
【００３８】
ここで、図４を再び参照すると、図４にはステータ２０の内周面２９とロータヨーク３１の外周面３３との間の最大ギャップＧｍも示されている。そして、図１４は最大ギャップ／最小ギャップとコギングトルクとの間の関係を示す図である。図１４においては横軸は比Ｇｍ／Ｇ０を表すと共に、縦軸はコギングトルクを示している。ここで、本願明細書においては、最大ギャップＧｍと最小ギャップＧ０との比Ｇｍ／Ｇ０を曲率と呼ぶ場合がある。
【００３９】
図１４に示されるように、比Ｇｍ／Ｇ０が数値５に向かって増大するにつれて、コギングトルクは減少する。そして、比Ｇｍ／Ｇ０が数値５から更に増大すると、コギングトルクは増大する。つまり、比Ｇｍ／Ｇ０が数値５であるときに、コギングトルクは最小値となる。従って、比Ｇｍ／Ｇ０が数値５になるように最大ギャップ量Ｇｍおよび最小ギャップ量Ｇ０が設定されたロータ３０を使用することにより、コギングトルクを最小限に抑えることができる。
【００４０】
ところで、高頻度、高速でのピックアンドプレイス動作が要求される高速高応答のロボット内で同期電動機１０が使用される場合には、同期電動機１０の連続定格トルクとイナーシャとの比（トルク／イナーシャ）が大きいことが要求される。図１５は連続定格トルクとトルク／イナーシャとの間の関係を示す図である。図１５においては横軸は連続定格トルクを表すと共に、縦軸はトルク／イナーシャを表している。また、図１５においては、点Ｃは本発明の同期電動機１０を示しており、実線Ｄは既存のモータの挙動を示している。
【００４１】
図１５においては、本発明の同期電動機１０のトルク／イナーシャを示す点Ｃは、既存のモータの挙動を示す実線Ｄよりも高い値を示している。つまり、本発明の同期電動機１０は既存のモータよりも大幅に性能が高いことが分かるであろう。従って、本発明の同期電動機１０を高頻度、高速でのピックアンドプレイス動作が要求される高速高応答のロボット内で使用することも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０    同期電動機
２０    ステータ
２１    スロット
２２    ステータティース
２９    内周面
３０    ロータ
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ    ロータヨーク
３３    外周面
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ    締結穴
ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４    磁石
Ｍ１    第一磁石群
Ｍ２    第二磁石群
Ｍ３    第三磁石群
Ｍ４    第四磁石群
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年7月23日(2014.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、十二個のスロットが形成された集中巻ステータと、該集中巻きステータの内側に配置されていて八つの磁石が半径方向に配置された八極のロータと、を具備し、前記ロータの一極分の外形形状の一部分または全体を、三角関数の曲線で構成しており、前記ロータの半径方向に延びるロータヨークの中心線に沿った前記ロータヨークの外周面と前記ステータの内周面との間の最小距離に対する、前記ロータの半径方向における前記ロータヨークの前記外周面と前記ステータの前記内周面との間の最大距離の比はコギングトルクが最小になるように選択されるようにした同期電動機が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記ロータの一極分の外形形状の前記一部分が前記ロータの一極分の外形形状の中心部分であるようにした。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記ロータは、半径方向に配置された八つの磁石からなる第一磁石群と、前記同期電動機の軸線方向において前記第一磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第二磁石群とを含んでおり、前記第一磁石群と前記第二磁石群とが前記同期電動機の軸線方向周りに互いに７．５°だけズレているようにした。
４番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記ロータは、半径方向に配置された八つの磁石からなる第一磁石群と、前記同期電動機の軸線方向において前記第一磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第二磁石群と、前記同期電動機の軸線方向において前記第二磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第三磁石群とを含んでおり、前記同期電動機の軸線方向において前記第三磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第四磁石群とを含んでおり、前記第一磁石群から前記第四磁石群のうち互いに隣接する二つの磁石群は前記同期電動機の軸線方向周りに互いに３．７５°だけズレているようにした。
５番目の発明によれば、３番目の発明において、前記ロータにおける前記第一磁石群の第一ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りに３．７５°だけズレた位置に第一締結穴が形成されており、前記ロータにおける前記第二磁石群の第二ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴とは反対方向に３．７５°だけズレた位置に第二締結穴が形成されている。
６番目の発明によれば、４番目の発明において、前記ロータにおける前記第一磁石群の第一ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りに５．６２５°だけズレた位置に第一締結穴が形成されており、前記ロータにおける前記第二磁石群の第二ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴と同一方向に１．８７５°だけズレた位置に第二締結穴が形成されており、前記ロータにおける前記第三磁石群の第三ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴と反対方向に１．８７５°だけズレた位置に第三締結穴がそれぞれ形成されており、前記ロータにおける前記第四磁石群の第四ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴と反対方向に５．６２５°だけズレた位置に第四締結穴がそれぞれ形成されている。
７番目の発明によれば、１番目の発明において、前記比は４．５と５．５の間の値であるようにした。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
十二個のスロットが形成された集中巻ステータと、
該集中巻きステータの内側に配置されていて八つの磁石が半径方向に配置された八極のロータと、を具備し、前記ロータの一極分の外形形状の一部分または全体を、三角関数の曲線で構成しており、
前記ロータの半径方向に延びるロータヨークの中心線に沿った前記ロータヨークの外周面と前記ステータの内周面との間の最小距離に対する、前記ロータの半径方向における前記ロータヨークの前記外周面と前記ステータの前記内周面との間の最大距離の比はコギングトルクが最小になるように選択されるようにした同期電動機。
【請求項２】
前記ロータの一極分の外形形状の前記一部分が前記ロータの一極分の外形形状の中心部分であるようにした請求項１に記載の同期電動機。
【請求項３】
前記ロータは、半径方向に配置された八つの磁石からなる第一磁石群と、前記同期電動機の軸線方向において前記第一磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第二磁石群とを含んでおり、
前記第一磁石群と前記第二磁石群とが前記同期電動機の軸線方向周りに互いに７．５°だけズレているようにした請求項１または２に記載の同期電動機。
【請求項４】
前記ロータは、半径方向に配置された八つの磁石からなる第一磁石群と、前記同期電動機の軸線方向において前記第一磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第二磁石群と、前記同期電動機の軸線方向において前記第二磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第三磁石群とを含んでおり、前記同期電動機の軸線方向において前記第三磁石群に隣接して配置されていて半径方向に配置された八つの磁石からなる第四磁石群とを含んでおり、
前記第一磁石群から前記第四磁石群のうち互いに隣接する二つの磁石群は前記同期電動機の軸線方向周りに互いに３．７５°だけズレているようにした請求項１または２に記載の同期電動機。
【請求項５】
前記ロータにおける前記第一磁石群の第一ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りに３．７５°だけズレた位置に第一締結穴が形成されており、
前記ロータにおける前記第二磁石群の第二ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴とは反対方向に３．７５°だけズレた位置に第二締結穴が形成されている、請求項３に記載の同期電動機。
【請求項６】
前記ロータにおける前記第一磁石群の第一ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りに５．６２５°だけズレた位置に第一締結穴が形成されており、
前記ロータにおける前記第二磁石群の第二ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴と同一方向に１．８７５°だけズレた位置に第二締結穴が形成されており、
前記ロータにおける前記第三磁石群の第三ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴と反対方向に１．８７５°だけズレた位置に第三締結穴がそれぞれ形成されており、
前記ロータにおける前記第四磁石群の第四ロータヨークには、前記ロータの各極に対応する部分の中心線から前記同期電動機の軸線方向周りで且つ前記第一締結穴と反対方向に５．６２５°だけズレた位置に第四締結穴がそれぞれ形成されている、請求項４に記載の同期電動機。
【請求項７】
前記比は４．５と５．５の間の値であるようにした請求項１に記載の同期電動機。