(57)【要約】【課題】ロータコア内の磁束の流れをコントロールすることによって該ロータコアにおける磁気アンバランスを改善し、これにより、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルを低減可能な構成を実現する。【解決手段】ロータ２は、径方向に突出する複数の突極部２３を有し、且つ、中心軸Ｐに沿って延びる円筒状のロータコア１１と、ロータコア１１の外周面上に周方向に突極部２３と交互に並んで配置された複数のロータ磁石１２と、を備える。ロータコア１１は、円筒状のコア部２１と、コア部２１を軸方向に貫通し、突極部２３に対してコア部２１の径方向内方に位置する第一空間２４と、コア部２１を軸方向に貫通し、ロータ磁石１２に対してコア部２１の径方向内方に位置する第二空間２５と、第一空間２４から突極部２３の外周面２３ａに延び、且つ、外表面２３ａに開口するスリット２６と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に突出する複数の突極部を有し、且つ、中心軸に沿って延びる円筒状のロータコアと、
前記ロータコアの表面上に周方向に前記突極部と交互に並んで配置された複数のロータ磁石と、
を備えたロータであって、
前記突極部は、前記ロータの一方の磁極であり、
前記ロータ磁石は、前記ロータの他方の磁極であり、
前記ロータコアは、
前記中心軸に沿って延びる円筒状のコア部と、
前記コア部を軸方向に貫通し、前記突極部に対して前記コア部の径方向の内部に位置する第一空間と、
前記コア部を軸方向に貫通し、前記ロータ磁石に対して前記コア部の径方向の内部に位置する第二空間と、
前記第一空間から前記突極部の外表面に延び、且つ、前記突極部の外表面に開口するスリット部と、
を有する、ロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータにおいて、
前記ロータコアは、
前記中心軸に直交する断面において、
前記ロータ磁石の前記周方向の中央位置における、前記コア部の前記第二空間に向く内面と前記ロータ磁石の外表面との径方向距離は、
前記ロータ磁石の前記周方向の端部位置における、前記コア部の前記第二空間に向く内面と前記ロータ磁石の外表面との径方向距離と、同じ、もしくは短い、ロータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のロータにおいて、
前記ロータ磁石と前記第二空間との間には、前記コア部の一部が位置する、ロータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載のロータにおいて、
前記第一空間及び前記第二空間は、それぞれ、コア部の一部によって区画され、
前記突極部及び前記ロータ磁石は、前記中心軸に直交する断面において、前記周方向に等間隔に配置され、
前記第一空間および前記第二空間は、前記中心軸に直交する断面において、前記周方向に等間隔に配置されている、ロータ。
【請求項５】
請求項４に記載のロータにおいて、
前記第一空間および前記第二空間は、前記中心軸に直交する断面において、前記径方向の外端の径方向位置が同じである、ロータ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載のロータにおいて、
前記中心軸に沿って延びる回転軸をさらに備え、
前記ロータコアは、前記第一空間及び前記第二空間よりも前記径方向の内方において、前記ロータコアの軸方向に貫通する貫通孔を有するリング部をさらに有し、
前記貫通孔内に前記回転軸が配置される、ロータ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一つに記載のロータにおいて、
前記第一空間は、
前記中心軸に直交する断面において、
前記突極部の前記周方向の中央部に対する前記径方向に頂点が位置する五角形状であり、
前記第二空間は、
前記中心軸に直交する断面において、
前記突極部の前記周方向の中央部に対する前記径方向に頂点が位置する五角形状である、ロータ。
【請求項８】
外周面に複数の突極部を有し、且つ、中心軸に沿って延びる円筒状のロータコアと、
前記ロータコアの外周面上に周方向に前記突極部と交互に並んで配置された複数のロータ磁石と、
を備えたロータであって、
前記突極部は、前記ロータの一方の磁極であり、
前記ロータ磁石は、前記ロータの他方の磁極であり、
前記ロータコアは、
コア部と、
前記コア部を軸方向に貫通し、前記突極部に対して前記コア部の径方向内方に位置する空間を有し、
前記空間は、
前記中心軸に直交する断面において、
前記径方向の外方側における前記周方向の長さが、前記径方向の内方側における前記周方向の長さよりも小さく、
前記突極部の外表面に向かって延び、且つ、前記外表面に開口する、ロータ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一つに記載のロータを備えたモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ及びそれを用いたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、モータに用いられるロータとして、ロータコア及びロータ磁石を有する構成が知られている。近年のレアアースの価格高騰に伴うロータ磁石の価格上昇により、ロータ磁石の使用量を減らしたロータの構成の検討が進められている。ロータにおけるロータ磁石の使用量を減らしたモータとして、例えば特許文献１に開示されるように、ロータコアの一部を擬似極として使用するコンシクエント型モータが提案されている。
【０００３】
一般的に、ロータコアの一部を擬似極として使用するコンシクエント型モータでは、全ての磁極がロータ磁石によって構成されている通常のモータに比べて、磁極毎の磁気特性のアンバランスが大きい。すなわち、コンシクエント型モータのロータでは、ロータコアの一部を磁極として使用しているため、ロータ磁石によって構成された磁極とロータコアの一部によって構成された磁極とに、磁気的なアンバランスが生じる。このようにロータに磁気的なアンバランスが生じた場合、モータにコギングトルク及びトルクリップルが生じる。
【０００４】
コンシクエント型モータにおいて、磁極毎に磁気的なアンバランスが生じる理由は、以下のとおりである。
【０００５】
ロータコアの一部（突極部）によって構成された磁極は、磁束を誘導する強制力を有しないため、ロータ磁石の背面側に生じた磁束が、ロータコアにおいて磁気抵抗の小さい部分を流れる。よって、ロータコアの突極部の形状によっては、複数の突極部に対して均等に磁束が流れない場合がある。すなわち、ロータコアの突極部を流れる磁束の方向や磁束量が、前記突極部の形状に依存するため、ロータに磁気的なアンバランスを生じる。
【０００６】
これに対し、前記特許文献１には、ロータコアに、スリットを形成することにより、マグネット及びその周方向両側にある突極部における磁束の流れの偏りを抑える構成が開示されている。
【０００７】
具体的には、前記特許文献１に開示されている構成では、ロータコアにおけるマグネットの径方向内側に、該マグネットを径方向外側端部として前記ロータコアの径方向内側端部まで径方向に延びる磁石側スリットが形成されている。また、前記特許文献１に開示されている構成では、ロータコアにおける突極の径方向内側に、該ロータコアの径方向内側端部まで径方向に延びる突極側スリットが形成されている。
【０００８】
なお、前記特許文献１に開示されているロータコアは、直線状に連続したロータコア用板材を円形状に曲げることにより形成される。そのため、前記突極側スリットは、前記ロータコアにおける突極の外周面で開口することなく、前記ロータコアの内部に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１６１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の特許文献１に開示されるように、ロータコアの内部に形成されたスリットが、前記ロータコアにおける突極（突極部）の外表面で開口していない場合、すなわち、前記ロータコアにおける突極部の外表面が周方向に繋がっている場合、その繋がっている部分で磁束の流れが乱れるため、磁束を設計どおりにコントロールすることが難しい。
【００１１】
本発明の目的は、ロータコア内の磁束の流れをコントロールすることによって該ロータコアにおける磁気アンバランスを改善し、これにより、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルを低減可能な構成を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施形態に係るロータは、径方向に突出する複数の突極部を有し、且つ、中心軸に沿って延びる円筒状のロータコアと、前記ロータコアの表面上に周方向に前記突極部と交互に並んで配置された複数のロータ磁石と、を備えたロータである。前記突極部は、前記ロータの一方の磁極である。前記ロータ磁石は、前記ロータの他方の磁極である。前記ロータコアは、前記中心軸に沿って延びる円筒状のコア部と、前記コア部を軸方向に貫通し、前記突極部に対して前記コア部の径方向の内部に位置する第一空間と、前記コア部を軸方向に貫通し、前記ロータ磁石に対して前記コア部の径方向の内部に位置する第二空間と、前記第一空間から前記突極部の外表面に延び、且つ、前記突極部の外表面に開口するスリットと、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一実施形態に係るロータによれば、ロータコア内の磁束の流れをコントロールすることによって該ロータコアにおける磁気アンバランスを改善し、これにより、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態に係るモータの概略構成を示す図である。
【図２】図２は、モータの一部を拡大して示す部分拡大図である。
【図３】図３は、解析に用いたロータのモデルの一部の構成を示す図である。
【図４】図４は、（ａ）コギングトルクの計算結果、（ｂ）トルクリップルの計算結果を、それぞれ示す表である。
【図５】図５は、ＩＰＭモータの場合の図３相当図である。
【図６】図６は、ＩＰＭモータの場合の図４相当図である。
【図７】図７は、その他の実施形態に係るモータの図１相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。また、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００１６】
なお、以下の説明では、ロータの中心軸と平行な方向を「軸線方向」、中心軸に直交する方向を「径方向」、中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。ただし、この方向の定義により、本発明に係るロータ及びモータの使用時の向きを限定する意図はない。
【００１７】
（全体構成）
図１に、本発明の実施形態に係るモータ１の概略構成を示す。モータ１は、ロータ２と、ステータ３とを備える。モータ１は、後述するように、ロータ２の磁極の一部が、ロータコア１１によって構成された、いわゆるコンシクエント型モータである。モータ１は、ステータ３に対して、ロータ２が中心軸Ｐを中心として回転する。本実施形態では、モータ１は、円筒状のステータ３内に、円柱状のロータ２が回転可能に配置された、いわゆるインナーロータ型のモータである。
【００１８】
ロータ２は、ロータコア１１と、ロータ磁石１２と、回転軸１３とを備える。
【００１９】
ロータコア１１は、中心軸Ｐに沿って延びる円筒状である。ロータコア１１は、所定の形状に形成された電磁鋼板を、厚み方向に複数枚、積層することによって構成されている。
【００２０】
ロータコア１１は、コア部２１とリング部３１とを有する。コア部２１及びリング部３１は、それぞれ円筒状である。リング部３１は、中心軸Ｐに沿って延びるとともに、回転軸１３が貫通する貫通孔１１ａを有する。すなわち、回転軸１３は、貫通孔１１ａ内に配置されている。貫通孔１１ａは、ロータコア１１を軸方向に貫通している。リング部３１は、ロータコア１１の周方向に繋がった断面円環状である。リング部３１は、コア部２１に設けられた後述の第一空間２４及び第二空間２５よりも、ロータコア１１の径方向内方に位置する。
【００２１】
これにより、回転軸１３に対してロータコア１１のリング部３１が直接、接続されるため、ロータコア１１の剛性の低下を防止できる。しかも、リング部３１は、ロータコア１１の周方向に繋がっているため、リング部３１によってロータコア１１の剛性を向上することができる。
【００２２】
コア部２１は、中心軸Ｐに沿って延び、且つ、リング部３１の径方向外方に位置する円筒状である。すなわち、コア部２１は、リング部３１と同心状に配置されている。コア部２１及びリング部３１は、一体に形成されていて、ロータコア１１を構成する。
【００２３】
コア部２１は、外周面に、複数のロータ磁石取付部２２及び複数の突極部２３を有する。複数のロータ磁石取付部２２及び複数の突極部２３は、それぞれ、コア部２１の径方向外方に突出している。ロータ磁石取付部２２及び突極部２３は、コア部２１の周方向、すなわちロータコア１１の周方向に、交互に並んで配置されている。
【００２４】
ロータ磁石取付部２２には、ロータ磁石１２が固定されている。具体的には、ロータ磁石取付部２２は、コア部２１の径方向外方に突出しており、先端部分が平面状である。ロータ磁石１２は、ロータ磁石取付部２２の先端部分に固定されている。すなわち、本実施形態におけるモータ１は、ロータ磁石１２がロータコア１１の外周面（表面）上に配置された、いわゆるＳＰＭモータ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｍｏｔｏｒ）である。コア部２１のロータ磁石１２が、ロータ２における他方の磁極である。
【００２５】
突極部２３は、ロータコア１１の径方向において外側に位置する先端部分が、ロータコア１１の径方向外方に向かうほどロータコア１１の周方向における長さが小さいテーパ状である。突極部２３が、ロータ２における一方の磁極である。
【００２６】
なお、ロータコア１１の周方向において、ロータ磁石取付部２２と突極部２３との間には、スリット１１ｂが構成されている。
【００２７】
ロータコア１１は、コア部２１に囲まれた複数の第一空間２４及び複数の第二空間２５を有する。ロータコア１１は、各第一空間２４から各突極部２３の外表面２３ａに延び、且つ、各突極部２３の外表面２３ａで開口するスリット２６（スリット部）を有する。このようにロータコア１１の突極部２３に外表面２３ａで開口するスリット２６を設けることにより、後述するように、ロータ磁石１２によってロータコア１１の突極部２３に生じる磁束を、精度良くコントロールすることができる。これらの第一空間２４、第二空間２５及びスリット２６の詳しい構成は、後述する。
【００２８】
ステータ３は、円筒状である。ステータ３の内方に、ロータ２が中心軸Ｐを中心として回転可能に配置されている。ステータ３は、ステータコア５１と、ステータコイル５２とを備える。ステータコア５１は、中心軸Ｐに直交する断面において、円筒状のヨーク５１ａと、ヨーク５１ａの内面から径方向内方に延びる複数のティース５１ｂとを有する。ステータコア５１は、隣り合うティース５１ｂの間に、それぞれ、スロット５３を有する。複数のティース５１ｂには、それぞれ、ステータコイル５２が巻かれている。すなわち、複数のスロット５３内には、ティース５１ｂに巻かれたステータコイル５２が位置付けられている。
【００２９】
特に図示しないが、複数のティース５１ｂにそれぞれ巻かれたステータコイル５２は、モータ１の各相のステータコイルとして機能する。よって、ステータコイル５２に対して通電を行った場合、ステータコイル５２によって生じた磁界とロータ２に生じた磁界とによって、ロータ２に回転駆動力が発生する。
【００３０】
（第一空間、第二空間及びスリットの構成）
ロータコア１１は、コア部２１に囲まれた複数の第一空間２４及び複数の第二空間２５を有する。複数の第一空間２４及び複数の第二空間２５は、それぞれ、円筒状のコア部２１を、軸方向に貫通している。すなわち、複数の第一空間２４および複数の第二空間２５は、それぞれ、コア部２１の一部によって区画されている。各第一空間２４及び各第二空間２５は、それぞれ、中心軸Ｐに直交する断面において、五角形状である。複数の第一空間２４及び複数の第二空間２５は、ロータコア１１の周方向に、交互に等間隔に並んで配置されている。
【００３１】
第一空間２４は、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、突極部２３に対してコア部２１の径方向内方に位置する。第一空間２４は、前記断面において、頂点２４ａが、コア部２１の周方向における突極部２３の中央部に対してコア部２１の径方向内方に位置する五角形状である。
【００３２】
第二空間２５は、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータ磁石１２に対してコア部２１の径方向内方に位置する。第二空間２５は、前記断面において、頂点２５ａが、コア部２１の周方向におけるロータ磁石１２の中央部に対してコア部２１の径方向内方に位置する五角形状である。ロータ磁石１２と第二空間２５との間には、コア部２１の一部が位置する。すなわち、ロータ磁石１２と第二空間２５との間には、後述するスリットが設けられていない。
【００３３】
すなわち、第一空間２４及び第二空間２５は、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、それらの頂点２４ａ，２５ａが、第一空間２４及び第二空間２５におけるロータコア１１の径方向外側に位置する。
【００３４】
第一空間２４及び第二空間２５を上述の構成にすることで、ロータ磁石１２によってロータコア１１内に生じる磁束のばらつきをより低減することができる。よって、ロータコア１１内に生じる磁束をより精度良くコントロールすることができる。
【００３５】
本実施形態では、第一空間２４と第二空間２５とは、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、同じ形状及び大きさである。また、上述のように、複数の第一空間２４及び複数の第二空間２５は、ロータコア１１の周方向に、交互に等間隔に並んで配置されている。すなわち、第一空間２４及び第二空間２５は、前記断面において、ロータコア１１の周方向における第一空間２４の中心と、ロータコア１１の周方向における第二空間２５の中心とが、ロータコア１１の周方向に等間隔である。これにより、ロータコア１１における磁束の流れをコントロールしやすくなるため、ロータコア１１の周方向の磁気アンバランスを抑制することができる。
【００３６】
第一空間２４の頂点２４ａ（外端）及び第二空間２５の頂点２５ａ（外端）は、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータコア１１の径方向における位置が同じである。これにより、ロータコア１１における磁束の流れをコントロールしやすくなるため、ロータコア１１の周方向の磁気アンバランスを抑制することができる。ここで、第一空間２４及び第二空間２５の外端とは、ロータコア１１の径方向において、最も外側に位置する部分、すなわち頂点２４ａ，２５ａを意味する。
【００３７】
前記径方向の位置は、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータコア１１の径方向における位置を意味する。すなわち、径方向位置が同じとは、前記断面において、ロータコア１１の径方向における中心軸Ｐからの距離が同じであることを意味する。
【００３８】
図２にモータ１の一部を拡大して示す。図２に示すように、モータ１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータコア１１（コア部２１）の周方向においてロータ磁石１２の中央位置における、コア部２１の第二空間２５に向く内面２１ａとロータ磁石１２の外表面１２ａとの径方向距離Ｘが、前記周方向においてロータ磁石１２の端部位置における、ロータコア１１の第二空間２５に向く内面２１ａとロータ磁石１２の外表面１２ａとの径方向距離Ｙよりも短い。なお、径方向距離Ｘは、径方向距離Ｙと同じであってもよい。
【００３９】
上述の構成により、第二空間２５によって、ロータコア１１の内部に、ロータ磁石１２と突極部２３とを結ぶように磁束が発生する領域を形成することができる。すなわち、上述の構成により、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータ磁石１２の端部位置においてコア部２１に磁束が流れる領域を、ロータ磁石１２の中央位置においてコア部２１に磁束が流れる領域よりも大きくすることによって、ロータ磁石１２から突極部２３に磁束をより効率良く流すことができる。したがって、ロータ磁石１２によって、ロータコア１１内に、効率良く且つコントロールされた状態で磁束を生じさせることができる。
【００４０】
ここで、内面２１ａは、第二空間２５を区画するコア部２１の面である。すなわち、内面２１ａによって囲まれた領域によって、第二空間２５が構成される。
【００４１】
前記径方向距離は、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータコア１１の径方向における二点間の距離を意味する。
【００４２】
図１及び図２に示すように、ロータコア１１は、突極部２３内に、第一空間２４からロータコア１１の径方向に延びるスリット２６（スリット部）を有する。スリット２６は、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、第一空間２４の頂点２４ａから突極部２３の外周面に延び、且つ、該外周面で開口している。これにより、突極部２３は、スリット２６によって、ロータコア１１の周方向に２分割されている。
【００４３】
上述のようなスリット２６が突極部２３に設けられていることにより、ロータ磁石１２によってロータコア１１の突極部２３に生じる磁束を精度良くコントロールすることができる。すなわち、ロータコア１１の突極部２３に、第一空間２４から突極部２３の外表面２３ａに延び、且つ、外表面２３ａに開口するスリット２６が設けられていることにより、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータ磁石１２によって突極部２３に磁束が生じる範囲をより確実にコントロールすることができる。
【００４４】
したがって、ロータコア１１に突極部２３とロータ磁石１２とが交互に並んで配置された、いわゆるコンシクエント型モータにおいて、ロータコア１１に生じる磁束の方向及び磁束量をコントロールすることができる。よって、ロータコア１１に生じる磁束をより確実にコントロールして、モータ１に生じるコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。
【００４５】
本実施形態では、スリット２６は、中心軸Ｐに直交する断面において、突極部２３におけるロータコア１１の周方向の中央に位置する。よって、突極部２３は、スリット２６によって、ロータコア１１の周方向に、半分に分割されている。これにより、前記断面において、スリット２６によって分割された突極部２３の２つの領域では、隣り合うロータ磁石１２によって生じる磁束の磁束密度を、均等にすることができる。したがって、ロータ２の回転方向に影響されることなく、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。
【００４６】
スリット２６は、ロータコア１１の径方向における内方側が第一空間２４に繋がっている。スリット２６及び第一空間２４によって、一つの空間４０が形成されている。この空間４０では、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータコア１１の径方向における外方側の部分は、ロータコア１１の径方向における内方側の部分に比べて、ロータコア１１の周方向における長さが小さい。しかも、空間４０は、その一部が突極部２３の外表面２３ａに向かって延び、且つ、外表面２３ａに開口する。
【００４７】
なお、スリット２６は、ロータコア１１の周方向の幅が０．３ｍｍ以上であることが好ましい。スリット２６における前記幅を０．３ｍｍ以上にすることで、突極部２３をロータコア１１の周方向に分断可能なスリット２６を、ロータコア１１に容易に形成することができる。
【００４８】
ここで、第一空間２４及び第二空間２５は、それぞれ、空気層を有する。空気層は、ロータコア１１よりも透磁率が低いため、第一空間２４及び第二空間２５によって磁束の流れが妨げられる。第一空間２４及び第二空間２５は、必ずしも空気が存在する必要はなく、ロータコア１１において、他の部分よりも磁気抵抗が大きい領域であればよい。例えば、空間内に、空気以外の物質が存在してもよい。スリット２６も同様に、スリット２６内に空気層を有していてもよいし、空気以外の物質が存在していてもよい。
【００４９】
（第一空間、第二空間及びスリットによる効果）
次に、上述のようにロータコア１１に設けられた第一空間２４、第二空間２５及びスリット２６の効果について説明する。
【００５０】
図３に示すようにロータ磁石１２が外周面上に配置されたロータコア１１に、スリットＡ１，Ｃ１、スリット開口部Ｂ１、第二空間Ｄ１及び第一空間Ｅ１を、それぞれ設けた場合と設けなかった場合とで、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルの観点から、効果の違いを確認した。
【００５１】
ここで、スリットＡ１は、第二空間とロータ磁石とを繋ぐスリットである。スリットＣ１は、第一空間と磁極部の外表面とを繋ぐスリットである。スリット開口部Ｂ１は、第一空間と磁極部の外表面とを繋ぐスリットの開口部分である。スリット開口部Ｂ１及びスリットＣ１は、図１及び図２におけるスリット２６に相当する。第一空間Ｅ１及び第二空間Ｄ１は、それぞれ、図１及び図２における第一空間２４及び第二空間２５に相当する。
【００５２】
なお、以下の説明では、図３に示すモータのモデルを作成し、該モデルを用いた有限要素法のシミュレーションによって、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルの各計算値を求めた。
【００５３】
図４に、解析結果を示す。この図４は、スリットＡ１，Ｃ１、スリット開口部Ｂ１、第二空間Ｄ１及び第一空間Ｅ１が、それぞれ、“空気”である場合と、金属である場合（空間またはスリットが設けられていない状態）との組み合わせのうち、合計１１パターンについて、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルを求めた結果である。図４において、１１のパターンを、それぞれ、丸付き数字で示す。以下の説明では、図４において、丸付き数字の１から１１の各パターンを、それぞれ、パターン１からパターン１１と呼ぶ。
【００５４】
図４（ａ）にモータに生じるコギングトルクの計算結果を示す。図４（ｂ）にモータに生じるトルクリップルの計算結果を示す。なお、図４（ａ）及び（ｂ）において、表中の空欄は、各構成が金属である場合、すなわち、空間またはスリットがロータコアに設けられていない場合を示している。また、図４（ａ）において、コギングトルクの欄における各数字は、コギングトルクの値が小さい順番を示す。同様に、図４（ｂ）において、トルクリップルの欄における各数字は、トルクリップルの値が小さい順番を示す。
【００５５】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ロータコアに、スリットＡ１を設けずに、スリットＣ１、スリット開口部Ｂ１、第二空間Ｄ１及び第一空間Ｅ１を設けたパターン２の場合に、モータに発生するコギングトルク及びトルクリップルが最小である。
【００５６】
したがって、上述の本実施形態の構成、すなわち以下の構成が、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルを抑制する観点から、最も好ましい。
【００５７】
ロータコア１１は、突極部２３に対してロータコア１１の径方向内方に位置する第一空間２４と、ロータ磁石１２に対してロータコア１１の径方向内方に位置する第二空間２５とを有する。そして、第一空間２４から突極部２３の外表面２３ａに延び、且つ、突極部２３の外表面２３ａに開口するスリット２６を設ける。一方、ロータ磁石１２と第二空間２５との間にはスリットを設けない、すなわち、ロータ磁石１２と第二空間２５との間にはロータコア１１のコア部２１の一部が位置する。
【００５８】
上述の構成により、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルを最も抑制することができる。
【００５９】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、突極部２３の外表面２３ａにスリット２６の開口が設けられていない場合（図３におけるＢが設けられていない場合、図４におけるパターン３）には、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルが比較的大きい。よって、上述のように、第一空間２４から突極部２３の外表面に延びるスリット２６を、突極部２３の外表面に開口させる必要がある。
【００６０】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、スリットＡ１を設けた場合（図４におけるパターン１）でも、モータに生じるコギングトルクを抑制可能なため、ロータ磁石１２と第二空間２５との間に、スリットを設けてもよい。
【００６１】
次に、本実施形態との比較として、図５に示すようにロータコア１１１内にロータ磁石１２が配置された構成（ＩＰＭモータ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｍｏｔｏｒ）についても、同様にコギングトルク及びトルクリップルを算出する解析を行った。
【００６２】
図５に示すロータ１０２は、ロータ磁石１２がロータコア１１１内に配置されている点と、ロータコア１１１の径方向における突極部１２３の突出長さが上述の図１から図３に示すロータ２に比べて小さい点で、上述の図１から図３に示すロータ２とは構成が異なる。その他の構成は、上述の図１から図３に示すロータ２と同様であるため、詳しい説明を省略する。
【００６３】
図５に示す構成についても、ロータコア１１１に、スリットＡ２，Ｃ２、スリット開口部Ｂ２、第二空間Ｄ２及び第一空間Ｅ２を、それぞれ設けた場合と設けなかった場合とで、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルの観点から、効果の違いを確認した。
【００６４】
ここで、スリットＡ２は、第二空間とロータ磁石とを繋ぐスリットである。スリットＣ２は、第一空間と磁極部の外表面とを繋ぐスリットである。スリット開口部Ｂ２は、第一空間と磁極部の外表面とを繋ぐスリットの開口部分である。
【００６５】
なお、解析の条件等は、上述の図３に示す構成と同様である。
【００６６】
図６に、解析結果を示す。この図６は、図４と同様、スリットＡ２，Ｃ２、スリット開口部Ｂ２、第二空間Ｄ２及び第一空間Ｅ２が、それぞれ、“空気”である場合と、金属である場合（空間またはスリットが設けられていない状態）との組み合わせのうち、合計１１パターンについて、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルを求めた結果である。図６においても、１１のパターンを、丸付き数字で示す。以下の説明では、図６において、丸付き数字の１から１１の各パターンを、それぞれ、パターン１からパターン１１と呼ぶ。
【００６７】
図６（ａ）にモータに生じるコギングトルクの計算結果を示す。図６（ｂ）にモータに生じるトルクリップルの計算結果を示す。なお、図６（ａ）及び（ｂ）において、表中の空欄は、図４と同様、各構成が金属である場合、すなわち、空間またはスリットがロータコアに設けられていない場合を示している。また、図６（ａ）においても、コギングトルクの欄における各数字は、コギングトルクの値が小さい順番を示す。同様に、図６（ｂ）においても、トルクリップルの欄における各数字は、トルクリップルの値が小さい順番を示す。
【００６８】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ロータコア１１１内にロータ磁石１２が配置された構成では、スリットＣ２及びスリット開口部Ｂ２を設けることによって得られる効果（モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルが抑制される効果）が、図３に示す構成よりも小さい（パターン１、２、８参照）。一方、スリットＣ２を設けない場合（パターン４）には、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルがより低減される。
【００６９】
このように、スリット２６を有する本実施形態の構成は、ロータコアの表面上にロータ磁石が配置された構成（ＳＰＭモータ）において、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルをより効果的に抑制することができる。
【００７０】
以上のようにロータコア１１の突極部２３にスリット２６を設けることにより、ロータ磁石１２によってロータコア１１の突極部２３に生じる磁束を、精度良くコントロールすることができる。すなわち、ロータコア１１の突極部２３に、第一空間２４から突極部２３の外表面２３ａに延び、且つ、外表面２３ａに開口するスリット２６を設けることによって、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータ磁石１２によって突極部２３に磁束が生じる範囲をより確実にコントロールすることができる。
【００７１】
したがって、ロータコア１１に突極部２３とロータ磁石１２とが交互に並んで配置された、いわゆるコンシクエント型モータにおいて、ロータコア１１に生じる磁束の方向及び磁束量をコントロールすることができる。よって、ロータコア１１に生じる磁束をより確実にコントロールして、モータ１に生じるコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。
【００７２】
本実施形態の場合、スリット２６は、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータコア１１の周方向において突極部２３の半分の位置に設けられている。よって、前記断面において、スリット２６によって分割された突極部２３の２つの領域では、隣り合うロータ磁石１２によって生じる磁束の磁束密度を、均等にすることができる。したがって、ロータ２の回転方向に影響されることなく、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。
【００７３】
また、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータコア１１の周方向においてロータ磁石１２の中央位置における、コア部２１の第二空間２５に向く内面２１ａとロータ磁石１２の外表面１２ａとの径方向距離Ｘが、前記周方向においてロータ磁石１２の端部位置における、コア部２１の第二空間２５に向く内面２１ａとロータ磁石１２の外表面１２ａとの径方向距離Ｙよりも短い。
【００７４】
これにより、第二空間２５によって、ロータコア１１の内部に、ロータ磁石１２と突極部２３とを結ぶように磁束が発生する領域を形成することができる。すなわち、上述の構成により、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータ磁石１２の端部位置においてコア部２１に磁束が流れる領域を、ロータ磁石１２の中央位置においてコア部２１に磁束が流れる領域よりも大きくすることによって、ロータ磁石１２から突極部２３に磁束をより効率良く流すことができる。
【００７５】
したがって、ロータ磁石１２によって、ロータコア１１内に、効率良く且つコントロールされた状態で磁束を生じさせることができる。
【００７６】
上述の構成では、ロータ２において、ロータ磁石１２と第二空間２５との間に、コア部２１の一部が位置する。これにより、ロータ磁石１２によってロータコア１１内に生じる磁束を、より精度良くコントロールすることができる。したがって、モータ１に生じるコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。
【００７７】
上述の構成では、第一空間２４及び第二空間２５は、それぞれ、コア部２１の一部によって区画されている。突極部２３及びロータ磁石１２は、中心軸Ｐに直交する断面において、ロータコア１１の周方向に等間隔に配置されている。第一空間２４および第二空間２５は、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータコア１１の周方向に等間隔に配置されている。
【００７８】
これにより、ロータ磁石１２によってロータコア１１内に生じる磁束のばらつきをより低減することができる。よって、ロータコア１１内に生じる磁束をより精度良くコントロールすることができる。
【００７９】
上述の構成では、第一空間２４及び第二空間２５は、中心軸Ｐに直交する断面において、ロータコア１１の径方向における外端の径方向位置が同じである。これにより、ロータ磁石１２によってロータコア１１内に生じる磁束のばらつきをより低減することができる。よって、ロータコア１１内に生じる磁束をより精度良くコントロールすることができる。
【００８０】
上述の構成では、モータ１は、中心軸Ｐに沿って延びる回転軸１３をさらに備えている。ロータコア１１は、第一空間２４及び第二空間２５よりもロータコア１１の径方向内方において、ロータコア１１の軸方向に貫通する貫通孔１１ａを備えたリング部３１をさらに有する。貫通孔１１ａ内には、回転軸１３が配置されている。
【００８１】
これにより、回転軸１３に対してロータコア１１のリング部３１が直接、接続されるため、ロータコア１１の剛性の低下を防止できる。しかも、リング部３１は、ロータコア１１の周方向に繋がっているため、リング部３１によってロータコア１１の剛性を向上することができる。
【００８２】
上述の構成では、第一空間２４は、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータコア１１の周方向における突極部２３の中央部に対してロータコア１１の径方向内方に頂点２４ａが位置する、五角形状である。第二空間２５は、前記断面において、ロータコア１１の周方向における突極部２３の中央部に対してロータコア１１の径方向内方に頂点２５ａが位置する、五角形状である。
【００８３】
これにより、ロータ磁石１２によってロータコア１１内に生じる磁束のばらつきをより低減することができる。よって、ロータコア１１内に生じる磁束をより精度良くコントロールすることができる。
【００８４】
（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【００８５】
前記実施形態では、ロータコア１１が、突極部２３に対してロータコア１１の径方向内方に位置する第一空間２４と、ロータ磁石１２に対してロータコア１１の径方向内方に位置する第二空間２５とを有する。しかしながら、第一空間が、突極部２３及びロータ磁石１２に対してロータコアの径方向内方に位置し、第二空間が、突極部２３及びロータ磁石１２に対してロータコアの径方向内方に位置していてもよい。
【００８６】
具体的には、図７に示すように、ロータ２０２において、第一空間２２４は、突極部２２３及びロータ磁石１２に対してロータコア２１１の径方向内方に位置し、第二空間２２５は、突極部２２３及びロータ磁石１２に対してロータコア２１１の径方向内方に位置する。
【００８７】
すなわち、第一空間２２４は、ロータコア２１１の周方向における中央部が、ロータ磁石１２及び突極部２２３におけるロータコア２１１の周方向の中間に対して、ロータコア２１１の径方向内方に位置する。また、第二空間２２５は、ロータコア２１１の周方向における中央部が、突極部２２３及びロータ磁石１２におけるロータコア２１１の周方向の中間に対して、ロータコア２１１の径方向内方に位置する。
【００８８】
第一空間２２４及び第二空間２２５は、それぞれ、ロータコア２１１の中心軸Ｐに直交する断面において、ロータコア２１１の周方向における両端部が中央部よりもロータコア２１１の径方向外方に位置する形状を有する。
【００８９】
第一空間２２４には、第一空間２２４から突極部２２３の外表面２２３ａに延び、且つ、突極部２２３の外表面２２３ａに開口するスリット２２６（スリット部）が繋がっている。すなわち、スリット２２６は、突極部２２３を、ロータコア２１１の周方向に２分している。なお、スリット２２６は、ロータコア２１１の径方向における内方側が、第一空間２２４だけでなく第二空間２２５にも繋がっている。すなわち、スリット２２６は、ロータコア２１１の径方向における内方側が２つに分岐していて、分岐した先端部分がそれぞれ第一空間２２４及び第二空間２２５に繋がっている。
【００９０】
これにより、ロータ磁石１２から生じた磁束は、突極部２２３においてスリット２２６によって区画された領域内を流れる。よって、ロータコア２１１内の磁束の流れをコントロールすることができる。したがって、ロータコア２１１における磁気アンバランスを改善することができ、モータに生じるコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。
【００９１】
なお、スリット２２６は、ロータコア２１１の径方向における内方側が、分岐することなく第一空間２２４に繋がっていてもよい。すなわち、スリット２２６は、中心軸Ｐを軸線方向から見て、突極部２２３を斜めに分断していてもよい。なお、この場合、複数のスリット２２６は、それぞれ、ロータコア２１１の周方向において同じ方向に傾いている。これにより、モータの一方向の回転において、ロータコア２１１内の磁気アンバランスを改善することができる。したがって、前記一方向に回転するモータに生じるコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。
【００９２】
前記実施形態では、ロータコア１１の第一空間２４及び第二空間２５は、ロータコア１１の中心軸Ｐに直交する断面において、コア部２１によって区画された五角形状である。しかしながら、第一空間及び第二空間は、前記断面において、五角形状以外の形状であってもよい。第一空間及び第二空間は、例えば、曲面によって囲まれていてもよい。また、第一空間及び第二空間は、前記断面において、異なる形状及び大きさであってもよい。第一空間及び第二空間は、連結されていてもよい。なお、第一空間及び第二空間における外端は、それぞれ、ロータコアの径方向において最も外側に位置する部分を意味する。
【００９３】
前記実施形態では、ロータコア１１の第一空間２４及び第二空間２５は、ロータコア１１の周方向に交互に並び、且つ、第一空間２４の中心と第二空間２５の中心とが等間隔である。しかしながら、第一空間２４及び第二空間２５は、第一空間２４の中心と第二空間２５の中心とが等間隔でなくてもよい。
【００９４】
前記実施形態では、モータ１は、円筒状のステータ３内に、円柱状のロータ２が回転可能に配置されたインナーロータ型のモータである。しかしながら、モータは、円筒状のロータ内に、円柱状のステータが配置されたアウターロータ型のモータであってもよい。この場合にも、円筒状のロータコアが、第一空間、第二空間及びスリットを有することにより、前記実施形態と同様の作用効果が得られる。なお、この場合、第一空間及び第二空間における径方向の外端は、ロータコアの径方向において、最も内側に位置する部分を意味する。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、外表面にロータ磁石と突極部とが交互に配置されたロータを有するモータに利用可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１  モータ
２、１０２、２０２  ロータ
３  ステータ
１１、１１１、２１１  ロータコア
１１ａ  貫通孔
１２  ロータ磁石
１２ａ  外周面
１３  回転軸
２１  コア部
２１ａ  内面
２３、１２３、２２３  突極部
２３ａ、２２３ａ  外表面
２４、２２４  第一空間
２４ａ  頂点（外端）
２５、２２５  第二空間
２５ａ  頂点（外端）
２６、２２６  スリット（スリット部）
３１  リング部
４０  空間
Ｐ  中心軸
【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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