(57)【要約】【課題】突極比の低下を抑制できるモータを提供する。【解決手段】ロータ１４が１周するうちのその時々のロータコア２１と各ティースＴとの径方向の対向関係を見たとき、磁石磁極部２３と対向し、かつ疑似磁極部２４と対向しないティースＴの数が、周方向に隣り合う磁石磁極部２３と疑似磁極部２４とに同時に対向するティースＴの数よりも多くなるタイミングが存在するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に対して同軸に固定されたロータコアを有するロータと、
周方向に沿って複数設けられ前記ロータコアの外周面と径方向に対向するティース、及び該各ティースに巻回された巻線を有するステータと
を備え、
前記ロータコアはその外周部において、永久磁石が埋め込まれてなる磁石磁極部と、前記ロータコアの一部位からなり前記磁石磁極部との間に空隙を以て設けられた疑似磁極部とを周方向に交互にそれぞれ複数備え、
前記各磁石磁極部が互いに同極とされ、前記各疑似磁極部が前記磁石磁極部とは異極の磁極として機能するモータであって、
前記ロータが１周するうちのその時々の前記ロータコアと前記各ティースとの径方向の対向関係を見たとき、前記磁石磁極部と対向し、かつ前記疑似磁極部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う前記磁石磁極部と前記疑似磁極部とに同時に対向するティースの数よりも多くなるタイミングが存在するように構成された、モータ。
【請求項２】
前記ロータが１周するうちのその時々の前記ロータコアと前記各ティースとの径方向の対向関係を見たとき、前記磁石磁極部と対向し、かつ前記疑似磁極部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う前記磁石磁極部と前記疑似磁極部とに同時に対向するティースの数よりも常に多い、請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記各磁石磁極部の開角度θｒは互いに等しく設定され、
前記各疑似磁極部の開角度θｄは互いに等しく設定され、
前記各ティースにおける前記ロータコアと径方向に対向する対向面の開角度θｓは互いに等しく設定され、
前記各開角度θｒ，θｄ，θｓの関係が、θｓ＜θｄ＜θｒを満たすように構成されている、請求項１又は２に記載のモータ。
【請求項４】
前記ティースは、軸方向視において径方向の外側端部から内側端部に亘って一定幅を有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンシクエントポール型のロータを備えたモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されるコンシクエントポール型（ハーフマグネット型）のロータは、ロータコアの外周部において、永久磁石が埋め込まれてなる磁石磁極部と、ロータコアの一部位からなり磁石磁極部との間に空隙を以て設けられた疑似磁極部とを周方向に交互にそれぞれ複数備えている。そして、各磁石磁極部（各永久磁石）は互いに同極に設定され、各疑似磁極部は周方向に隣り合う磁石磁極部の永久磁石の磁束によって、磁石磁極部とは異極の磁極として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１３１３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のようなロータを備えたモータでは、ｑ軸インダクタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬｄとの比である突極比（Ｌｑ／Ｌｄ）が大きい程、リラクタンストルクを大きくすることができる。しかしながら、同モータでは、ステータのティースが磁石磁極部及び疑似磁極部と同時に対向することで、磁石磁極部と疑似磁極部とを短絡する磁路が形成されてｑ軸インダクタンスＬｑが低下し、その結果、突極比が低下してしまう問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、突極比の低下を抑制できるモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するモータは、回転軸と、前記回転軸に対して同軸に固定されたロータコアを有するロータと、周方向に沿って複数設けられ前記ロータコアの外周面と径方向に対向するティース、及び該各ティースに巻回された巻線を有するステータとを備え、前記ロータコアはその外周部において、永久磁石が埋め込まれてなる磁石磁極部と、前記ロータコアの一部位からなり前記磁石磁極部との間に空隙を以て設けられた疑似磁極部とを周方向に交互にそれぞれ複数備え、前記各磁石磁極部が互いに同極とされ、前記各疑似磁極部が前記磁石磁極部とは異極の磁極として機能するモータであって、前記ロータが１周するうちのその時々の前記ロータコアと前記各ティースとの径方向の対向関係を見たとき、前記磁石磁極部と対向し、かつ前記疑似磁極部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う前記磁石磁極部と前記疑似磁極部とに同時に対向するティースの数よりも多くなるタイミングが存在するように構成されている。
【０００７】
上記態様によれば、ロータが１周するうちのその時々のロータコアと各ティースとの径方向の対向関係を見たとき、磁石磁極部と対向し、かつ疑似磁極部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う磁石磁極部と疑似磁極部とに同時に対向するティースの数よりも多くなるタイミングが存在する。これにより、突極比の低下を抑制できる。
【０００８】
上記モータにおいて、前記ロータが１周するうちのその時々の前記ロータコアと前記各ティースとの径方向の対向関係を見たとき、前記磁石磁極部と対向し、かつ前記疑似磁極部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う前記磁石磁極部と前記疑似磁極部とに同時に対向するティースの数よりも常に多い。
【０００９】
上記態様によれば、磁石磁極部と対向し、かつ疑似磁極部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う磁石磁極部と疑似磁極部とに同時に対向するティースの数よりも常に多いため、突極比の低下をより好適に抑制できる。
【００１０】
上記モータにおいて、前記各磁石磁極部の開角度θｒは互いに等しく設定され、前記各疑似磁極部の開角度θｄは互いに等しく設定され、前記各ティースにおける前記ロータコアと径方向に対向する対向面の開角度θｓは互いに等しく設定され、前記各開角度θｒ，θｄ，θｓの関係が、θｓ＜θｄ＜θｒを満たすように構成されている。
【００１１】
上記態様によれば、磁石磁極部と対向し、かつ疑似磁極部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う磁石磁極部と疑似磁極部とに同時に対向するティースの数よりも多くなるタイミングが存在するように構成可能となる。
【００１２】
上記モータにおいて、前記ティースは、軸方向視において径方向の外側端部から内側端部に亘って一定幅を有している。
上記態様によれば、ティースにおける磁気飽和を抑制可能となり、モータ出力の確保に寄与できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のモータによれば、突極比の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）実施形態のモータの断面図、（ｂ）同形態のロータを一部拡大して示す平面図。
【図２】同形態におけるロータの回転角度毎のロータコアと各ティースとの対向関係を示す表図。
【図３】比較例のモータの断面図。
【図４】実施形態及び比較例における電流変化に応じた突極比変化を示すグラフ。
【図５】実施形態及び比較例におけるトルク変化に応じた出力変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、モータの一実施形態について説明する。
図１（ａ）に示す本実施形態のモータ１０はブラシレスモータである。モータ１０は、モータハウジング１１の内周面に固定された円環状のステータ１２と、ステータ１２と同軸に配置された回転軸１３と、回転軸１３に一体回転可能に設けられ、ステータ１２の径方向内側に配置されたコンシクエントポール型のロータ１４とを備えている。なお、回転軸１３は、モータハウジング１１に対し軸受（図示略）を介して回転可能に支持されている。
【００１６】
ステータ１２は、円環状のステータコア１５を有し、該ステータコア１５の外周面がモータハウジング１１に固定されている。なお、ステータコア１５は、例えば電磁鋼板からなる複数のコアシートが軸方向に積層されて構成されている。ステータコア１５は、モータハウジング１１の内周面に固定された円筒状の環状部Ｒと、その環状部Ｒの内周面から径方向内側に延設された複数のティースＴとを備えている。本実施形態のティースＴの数（すなわちスロット数）は１２個で構成され、互いに同一形状をなしている。つまり、各ティースＴの先端部（径方向内側端部）の後述の開角度θｓは互いに等しくなっている。また、各ティースＴは周方向において等間隔（本実施形態では３０度間隔）に設けられている。なお、本実施形態のステータコア１５は、ティースＴ毎に分割されてなる１２個の分割コア１５ａから構成されている。各分割コア１５ａは１つのティースＴと環状部Ｒの一部を有するように構成されている。
【００１７】
各ティースＴは、軸方向視において、径方向の基端部（外側端部）から先端部（内側端部）にかけて一定幅をなすストレート形状をなしている。詳しくは、図１（ｂ）に示すように、ティースＴは、その周方向中心線Ｃ１（回転軸１３の軸線Ｌと直交しティースＴの周方向中心を通る直線）と直交する幅寸法Ｗが、径方向に亘って一定をなしている。つまり、本実施形態のティースＴは、例えばティースＴの径方向内側端部から周方向両側に延出する延出部（例えば図３に示す延出部Ｔｘを参照）を有しない構成となっている。また、各ティースＴの径方向内側面（延出方向の先端面）は、ロータ１４の外周面と径方向に対向する対向面Ｔａである。各ティースＴの対向面Ｔａは、回転軸１３の軸線Ｌを中心とする同心円の円弧を軸線方向に延在させた円弧面となっている。
【００１８】
各ティースＴには、３相の巻線１６が集中巻きにて巻回されている。そして、各相の巻線１６に３相電源電圧を印加してステータ１２に回転磁界を形成し、該回転磁界とロータ１４側の磁界との相互作用によりロータ１４が回転されるようになっている。
【００１９】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、ステータ１２の内側に配置されたロータ１４は、回転軸１３に対して同軸に固定された略円柱状のロータコア２１を備えている。ロータコア２１は、例えば電磁鋼板からなる複数のコアシートが軸方向に積層されて構成されている。
【００２０】
ロータコア２１はその外周部において、永久磁石２２が埋め込まれてなる磁石磁極部２３と、ロータコア２１の一部位からなり磁石磁極部２３との間に空隙Ｋを以て設けられた疑似磁極部２４とを、周方向において交互に備える。本実施形態では、磁石磁極部２３及び疑似磁極部２４はそれぞれ５個ずつ設けられている。すなわち、ロータ１４の極数（磁石磁極部２３の数）は１０極とされている。
【００２１】
各磁石磁極部２３は、ロータコア２１における径方向外側に突出する部位（空隙Ｋ間の部位）に永久磁石２２が埋め込まれて形成される。各磁石磁極部２３の形状（永久磁石２２の形状及び該永久磁石２２が埋設された付近のロータコア２１の部位の形状）は互いに同一形状をなしている。つまり、各磁石磁極部２３の後述する開角度θｒは互いに等しくなっている。また、各磁石磁極部２３は、周方向における磁極中心線Ｌ１が周方向等間隔（７２度間隔）に設定されている。
【００２２】
各磁石磁極部２３の永久磁石２２は略直方体状をなし、その最も広い面がロータ１４の径方向と直交するように設けられている。また、各永久磁石２２は、径方向外側の磁極面が互いに同極（例えばＮ極）となるように構成されている。これにより、各磁石磁極部２３が互いに同極（例えばＮ極）として構成される。なお、各永久磁石２２は、例えば焼結磁石や、磁石粉を樹脂と混合して成型固化したボンド磁石（プラスチックマグネットやゴムマグネット等）などからなる。
【００２３】
周方向における各磁石磁極部２３の間に形成された疑似磁極部２４は、ロータコア２１において径方向外側に突出形成された部位からなる。疑似磁極部２４とその周方向の両隣の磁石磁極部２３との間には径方向内側に窪む凹部２５がそれぞれ形成されている。つまり、疑似磁極部２４と磁石磁極部２３とは、周方向において凹部２５内の空隙Ｋを介して隣り合っている。各疑似磁極部２４は互いに同一形状をなすとともに、周方向等間隔（７２°間隔）に設けられている。
【００２４】
各疑似磁極部２４は、周方向に隣り合う磁石磁極部２３の磁束（永久磁石２２の磁束）によって、磁石磁極部２３とは異極の磁極（例えばＳ極）として機能する。磁石磁極部２３の磁極中心線Ｌ１及び疑似磁極部２４の磁極中心線Ｌ２は、周方向等間隔（３６度間隔）で交互に設けられている。
【００２５】
次に、磁石磁極部２３、疑似磁極部２４、及びティースＴの各々における周方向の寸法設定（開角度）について説明する。
図１（ｂ）に示すように、磁石磁極部２３の開角度θｒは、軸線Ｌを中心とする磁石磁極部２３の外周面の周方向一端と他端との間の角度幅である。疑似磁極部２４の開角度θｄは、軸線Ｌを中心とする疑似磁極部２４の外周面の周方向一端と他端との間の角度幅である。また、ティースＴの開角度θｓは、軸線Ｌを中心とする対向面Ｔａの周方向一端と他端との間の角度幅である。そして、各開角度θｒ，θｄ，θｓの関係は、θｓ＜θｄ＜θｒを満たすように構成されている。なお、開角度θｒを規定する磁石磁極部２３の外周面の周方向一端及び他端は、周方向に隣接する磁気抵抗部（本実施形態では凹部２５の空隙Ｋ）との境界部に設定されることが望ましい。同様に、開角度θｄを規定する疑似磁極部２４の外周面の周方向一端及び他端は、周方向に隣接する磁気抵抗部（本実施形態では凹部２５の空隙Ｋ）との境界部に設定されることが望ましい。
【００２６】
図２は、本実施形態のモータ１０において、ロータ１４を周方向一方（図１（ａ）における反時計回り方向）に回転させたときのその時々ロータコア２１と各ティースＴ（対向面Ｔａ）との径方向の対向関係を示す表である。なお、各ティースＴを個別に特定して説明するため、図１（ａ）に示すように、各ティースＴに対して、周方向の反時計回りに順に「１」〜「１２」のティース番号を付しており、同ティース番号は、図２の表におけるティース番号と対応している。
【００２７】
図２の表では、ロータ１４を反時計回り方向に電気角で６度（機械角で１．２度）ずつ回転させたときの各位置において、番号「１」〜「１２」までの各ティースＴが、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」のいずれのパターンとなっているかをそれぞれ示すとともに、位置毎（回転角度毎）の各パターンＡ〜Ｃのティース数を示している。パターンＡは、ティースＴの対向面Ｔａが磁石磁極部２３と対向し、かつ疑似磁極部２４と対向しないパターンである。パターンＢは、ティースＴの対向面Ｔａが疑似磁極部２４と対向し、かつ磁石磁極部２３と対向しないパターンである。そして、パターンＣは、ティースＴの対向面Ｔａが周方向に隣り合う磁石磁極部２３と疑似磁極部２４とに同時に対向するパターンである。
【００２８】
図１（ａ）は、ロータ１４の回転角度（電気角）が６度のときのモータ１０を示している。このとき、番号「１」のティースＴは、磁石磁極部２３と真正面で対向（ティースＴ及び磁石磁極部２３の周方向中心同士が一致）している。また、番号「７」のティースＴは、疑似磁極部２４と真正面で対向（ティースＴ及び疑似磁極部２４の周方向中心同士が一致）している。そして、このときの各ティースＴのロータコア２１との対向関係について各パターンＡ〜Ｃで説明すると、番号「１」、「３」、「６」、「８」、「１１」のティースＴがパターンＡとなり、番号「２」、「５」、「７」、「１２」のティースＴがパターンＢとなり、番号「４」、「９」、「１０」のティースＴがパターンＣとなっている。すなわち、各パターンＡ〜Ｃのティース数は「５」−「４」−「３」の関係となっている。そして、この各パターンＡ〜Ｃのティース数は、ロータ１４が電気角で１周（３６０度）回転する中で常に変わらず同じとなっている。なお、本実施形態のロータ１４は１０極で構成されているため、電気角５周分（１８００度）でロータ１４の機械角１周分となる。
【００２９】
図３には、ティースＴの対向面Ｔａの開角度θｓを本実施形態よりも大きくした構成を比較例として示している。同比較例におけるロータ１４には、本実施形態と同様のロータ１４としている。そして、同比較例の構成において、磁石磁極部２３の開角度θｒ、疑似磁極部２４の開角度θｄ、及びティースＴの開角度θｓの関係は、θｄ＜θｓ＜θｒとなっている。また、同比較例の各ティースＴは、径方向内側端部から周方向両側に延出する延出部Ｔｘを有し、これにより、ロータコア２１との対向面Ｔａ（開角度θｓ）が広く確保されている。
【００３０】
図３に示す状態において、各ティースＴのロータコア２１との対向関係について各パターンＡ〜Ｃで説明すると、番号「１」、「６」、「８」の３個のティースＴがパターンＡとなり、番号「７」の１個のティースＴがパターンＢとなり、番号「２」、「３」、「４」、「５」、「９」、「１０」、「１１」、「１２」の８個のティースＴがパターンＣとなっている。そして、この各パターンＡ〜Ｃのティース数「３」−「１」−「８」は、ロータ１４が１周回転する中で常に変わらず同じとなっている。
【００３１】
本実施形態の作用について説明する。
磁石磁極部２３及び疑似磁極部２４と同時に対向するティースＴ（パターンＣ）は、磁石磁極部２３と疑似磁極部２４とを短絡する磁路を形成するため、パターンＣのティース数が多い比較例では、ｄ軸電流の入力時においてｑ軸インダクタンスＬｑが低下する傾向がある。一方、本実施形態では、パターンＣのティース数を減らしてパターンＡのティース数を増やした構成となっているため、ｄ軸電流の入力時におけるｑ軸インダクタンスＬｑの低下を抑制でき、その結果、突極比の低下が抑えられる。
【００３２】
図４に示すように、巻線１６に供給する電流を大きくしていったとき、ｑ軸インダクタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬｄとの比である突極比（Ｌｑ／Ｌｄ）の低下度合いが、本実施形態は比較例に比べて少なくなっている。
【００３３】
また、図５に示すように、本実施形態では、比較例に比べて出力（トルクが同じときの回転数）が向上されている。これは、本実施形態では、電流値を大きくしていったときの突極比の低下度合いが比較例に比べて抑えられていることが影響していると考えられる。
【００３４】
本実施形態の効果について説明する。
（１）ロータ１４が１周するうちのその時々のロータコア２１と各ティースＴとの径方向の対向関係を見たとき、磁石磁極部２３と対向し、かつ疑似磁極部２４と対向しないティースＴ（パターンＡのティースＴ）の数が、周方向に隣り合う磁石磁極部２３と疑似磁極部２４とに同時に対向するティースＴ（パターンＣのティースＴ）の数よりも多くなるタイミングが存在する。これにより、突極比（Ｌｑ／Ｌｄ）の低下を抑制できる（図４参照）。その結果、リラクタンストルクの向上に寄与できる。また、弱め界磁電流（ｄ軸電流）の入力時に疑似磁極部２４への磁束の漏れを抑制できるため、好適な高回転駆動が実現できる。
【００３５】
（２）ロータ１４が１周するうちのその時々のロータコア２１と各ティースＴとの径方向の対向関係を見たとき、磁石磁極部２３と対向し、かつ疑似磁極部２４と対向しないティースＴの数が、周方向に隣り合う磁石磁極部２３と疑似磁極部２４とに同時に対向するティースＴの数よりも常に多い。このため、突極比の低下をより好適に抑制できる。
【００３６】
（３）磁石磁極部２３の開角度θｒ、疑似磁極部２４の開角度θｄ及びティースＴの対向面Ｔａの開角度θｓの関係が、θｓ＜θｄ＜θｒを満たすように構成されている。この態様によれば、磁石磁極部２３と対向し、かつ疑似磁極部２４と対向しないティースＴの数が、周方向に隣り合う磁石磁極部２３と疑似磁極部２４とに同時に対向するティースＴの数よりも多くなるタイミングが存在するように構成可能となる。
【００３７】
（４）ティースＴは、軸方向視において径方向の外側端部から内側端部に亘って一定幅を有している（ストレート形状）。すなわち、本実施形態のティースＴは、比較例のような、ティース先端が周方向に拡がる形状（延出部Ｔｘを有する形状）ではない。これにより、ティースＴにおけるロータコア２１と対向する先端部（径方向内側端部）において、磁気飽和する箇所が変化しにくい構成とすることが可能となり、その結果、突極比の低下をより好適に抑制可能となる。また、比較例のような延出部Ｔｘを有するティースＴで対向面Ｔａの開角度θｓが同じである構成と比較した場合、上記実施形態のようなストレート形状のティースＴでは、ティースＴの径方向中間部の幅を確保できるため、ティースＴでの磁気飽和自体を抑制でき、出力の向上に寄与できる。
【００３８】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、ロータコア２１における永久磁石２２の周方向両側の部位２１ａ（永久磁石２２と空隙Ｋとの間の部位）に対し、例えば軸方向や径方向に潰し（塑性変形）を施すことで、当該部位２１ａの磁気抵抗を高めた構成としてもよい。
【００３９】
・上記実施形態では、各ティースＴをストレート形状（径方向の外側端部から内側端部に亘って一定幅をなす形状）としたが、これに限らず、対向面Ｔａの開角度θｓを変えずに比較例のような延出部Ｔｘを設けてもよい。
【００４０】
・ステータコア１５をティースＴの数と同数で分割した構成（各分割コア１５ａからなる構成）としたが、これに限らず、環状部Ｒ及び各ティースＴを含めてステータコア１５を一体に形成してもよい。
【００４１】
・上記実施形態では、ロータ１４の回転時における各パターンＡ〜Ｃのティース数が「５」−「４」−「３」となるように構成されたが、これに特に限らず、各パターンＡ〜Ｃのティース数が例えば「４」−「５」−「３」となるように構成してもよい。
【００４２】
・上記実施形態におけるロータ１４の極数（磁石磁極部２３の数）及びステータ１２のスロット数（ティースＴの数）は例示であり、１４極：１２スロットなどに適宜変更可能である。
【００４３】
上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）前記ロータが１周するうちのその時々の前記ロータコアと前記各ティースとの径方向の対向関係を見たとき、前記疑似磁極部と対向し、かつ前記磁石磁極部と対向しないティースの数が、周方向に隣り合う前記磁石磁極部と前記疑似磁極部とに同時に対向するティースの数よりも多くなるタイミングが存在するように構成されている。これにより、突極比の低下をより好適に抑制できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…モータ、１２…ステータ、１３…回転軸、１４…ロータ、１５…ステータコア、Ｔ…ティース、Ｔａ…対向面、１６…巻線、２１…ロータコア、２２…永久磁石、２３…磁石磁極部、２４…疑似磁極部、Ｋ…空隙。
【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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