(57)【要約】      （修正有）【課題】スロット数Ｎと永久磁石の個数（極数）Ｐとの関係が種々の場合においても、コギングトルクを低下できる永久磁石回転モータ及び永久磁石内蔵型回転モータを提供する。【解決手段】周方向に等間隔に配置されたＮ個のスロット６を有するステータ１と、ロータコア９の表面に周方向に等間隔に配置されたＰ個の永久磁石１１とを有してステータに対して回転するロータ３とを具備し、ステータ１と永久磁石１１の磁極面との間の間隙を一定とし、永久磁石１１の周方向両側に位置する一対の端面が平行に形成し、永久磁石１１の磁化方向が一対の端面と平行になるように永久磁石を磁化する。【選択図】図１
2005224089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に等間隔に配置されたＮ（Ｎは２以上の正の整数）個のスロットとＮ個の磁極部とを有するステータコアと、前記磁極部に巻装された励磁巻線とを有するステータと、
ロータコアまたはロータシャフトの表面に周方向に等間隔に配置されたＰ個の永久磁石を有して、前記ステータに対して回転するロータとを具備し、
前記ステータと前記ロータの前記Ｐ個（Ｐは２以上の正の整数）の永久磁石の磁極面との間の間隙が一定であり、
前記永久磁石の前記周方向両側に位置する一対の端面が平行に形成され、
前記永久磁石の磁化方向が前記一対の端面と平行になるように前記複数の永久磁石が磁化されている永久磁石回転モータにおいて、
前記永久磁石の極弧率Ψp（但し0＜Ψp＜1）が、
Ψp＝2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)
（但しLCM(P,Ｎ)はPとＮの最小公倍数、n及びmは任意の自然数、kは任意の整数であり、毎極スロット数(N/P）が０．７５の場合の極弧率Ψp０．７５と、毎極スロット数(N/P）が１．１２５の場合の極弧率Ψp０．９１７と、毎極スロット数(N/P）が１．５の場合の極弧率Ψp０．７５とを除く）
の関係を満たすように定められていることを特徴とする永久磁石回転モータ。
【請求項２】
周方向に等間隔に配置されたＮ（Ｎは２以上の正の整数）個のスロットとＮ個の磁極部とを有するステータコアと、前記磁極部に巻装された励磁巻線とを有するステータと、
ロータコアまたはロータシャフトの表面に周方向に等間隔に配置されたＰ個の永久磁石を有して、前記ステータに対して回転するロータとを具備し、
前記ステータと前記ロータの前記Ｐ個（Ｐは２以上の正の整数）の永久磁石の磁極面との間の間隙が一定であり、
前記永久磁石の前記周方向両側に位置する一対の端面が前記ロータの径方向に延びるように形成され、
前記永久磁石の磁化方向が前記ロータの径方向と一致するように前記複数の永久磁石が磁化されている永久磁石回転モータにおいて、
前記永久磁石の極弧率Ψp（但し0＜Ψp＜1）が、
Ψp＝2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)
（但しLCM(P,Ｎ)はPとＮの最小公倍数、n及びmは任意の自然数、kは任意の整数であり、毎極スロット数(N/P）が０．７５の場合の極弧率Ψp０．７５と、毎極スロット数(N/P）が１．１２５の場合の極弧率Ψp０．９１７と、毎極スロット数(N/P）が１．５の場合の極弧率Ψp０．７５とを除く）
の関係を満たすように定められていることを特徴とする永久磁石回転モータ。
【請求項３】
前記永久磁石の極弧率Ψpは、前記Ψp＝2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)の式で求めた有効数字３桁（有効数字第４桁以下は四捨五入）の±２．２％の範囲の値である請求項１または２に記載の永久磁石回転モータ。
【請求項４】
周方向に等間隔に配置されたＮ（Ｎは２以上の正の整数）個のスロットとＮ個の磁極部とを有するステータコアと、前記磁極部に巻装された励磁巻線とを有するステータと、
ロータコアまたはロータシャフトの表面に周方向に等間隔に配置されたＰ個の永久磁石を有して、前記ステータに対して回転するロータとを具備し、
前記ステータと前記ロータの前記Ｐ個（Ｐは２以上の正の整数）の永久磁石の磁極面との間の間隙が一定であり、
前記永久磁石の前記周方向両側に位置する一対の端面が前記ロータの径方向に延びるように形成され、
前記永久磁石の磁化方向が前記ロータの中心と前記永久磁石の中心とを通って径方向に延びる仮想中心線と平行になるように前記複数の永久磁石が磁化されている永久磁石回転モータにおいて、
前記永久磁石の極弧率Ψp（但し0＜Ψp＜1）が、
Ψp＝[2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)］×1.022
（但しLCM(P,Ｎ)はPとＮの最小公倍数、n及びmは任意の自然数、kは任意の整数であり、毎極スロット数(N/P）が０．７５の場合の極弧率Ψp０．７６７と、毎極スロット数(N/P）が１．１２５の場合の極弧率Ψp０．９３７と、毎極スロット数(N/P）が１．５の場合の極弧率Ψp０．７６７とを除く）
の関係を満たすように定められていることを特徴とする永久磁石回転モータ。
【請求項５】
前記永久磁石の極弧率Ψpは、前記Ψp＝[2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)］×1.022の式で求めた有効数字３桁（有効数字第４桁以下は四捨五入）の±２．２％の範囲の値である請求項４に記載の永久磁石回転モータ。
【請求項６】
周方向に等間隔に配置されたＮ（Ｎは２以上の正の整数）個のスロットとＮ個の磁極部とを有するステータコアと、前記磁極部に巻装された励磁巻線とを有するステータと、
ロータコアまたはロータシャフトの表面に周方向に等間隔に配置されたＰ個の永久磁石を有して、前記ステータに対して回転するロータとを具備し、
前記ステータと前記ロータの前記Ｐ個（Ｐは２以上の正の整数）の永久磁石の磁極面との間の間隙が一定であり、
前記永久磁石の前記周方向両側に位置する一対の端面が平行に形成され、
前記永久磁石の磁化方向が前記ロータの径方向と一致するように前記複数の永久磁石が磁化されている永久磁石回転モータにおいて、
前記永久磁石の極弧率Ψp（但し0＜Ψp＜1）が、
Ψp＝［2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)］×0.978
（但しLCM(P,Ｎ)はPとＮの最小公倍数、n及びmは任意の自然数、kは任意の整数であり、毎極スロット数(N/P）が０．７５の場合の極弧率Ψp０．７３４と、毎極スロット数(N/P）が１．１２５の場合の極弧率Ψp０．８９７と、毎極スロット数(N/P）が１．５の場合の極弧率Ψp０．７３４とを除く）
の関係を満たすように定められていることを特徴とする永久磁石回転モータ。
【請求項７】
前記永久磁石の極弧率Ψpは、前記Ψp＝［2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)］×0.978の式で求めた有効数字３桁（有効数字第４桁以下は四捨五入）の±２．２％の範囲の値である請求項６に記載の永久磁石回転モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石回転モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、移動磁界を発生する電機子と、移動磁界と作用して電磁力を発生させる永久磁石からなる界磁とで構成されている永久磁石回転モータが知られている。しかしながら、このように永久磁石を使用するモータにおいては、無負荷時において脈動（コギングトルク）を含むトルク及び推力が発生する。このようなコギングトルクは、円滑な回転または往復動を阻害し、振動や速度変動の原因となる。従来より、コギングトルクを低減する手法として、ステータやロータに斜め溝のスロット（以下、スキューという）を形成したり、扇形の内面の円弧の中心と外面の円弧の中心とが異なる永久磁石（以下、偏心形永久磁石という）を用いることが提案されている。しかしながら、スキューを形成すると、トルクが低下したり、モータの生産性が低下する。また、偏心形永久磁石を用いると、磁束密度を高くできず、高トルク密度化を図ることができない。そこで、特開２０００−２５３６３３号公報では、３相モータにおいて、スロット数Ｎと永久磁石の個数（極数）Ｐとの関係をＮ＝（３／４）Ｐ、Ｎ＝（９／８）Ｐ、Ｎ＝（３／２）Ｐ、Ｎ＝３Ｐの４つに分類し、それぞれの場合においてコギングトルクを低下させる永久磁石の極弧率を提案している。なお、これらの４つに分類における毎極スロット数（Ｎ／Ｐ）は、０．７５、１．１２５、１．５及び３である。
【特許文献１】特開２０００−２５３６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来のモータでは、スロット数Ｎと永久磁石の個数（極数）Ｐとの関係が前述の４つの場合における永久磁石の極弧率しか示されていない。そのため、このような４つの場合以外については、コギングトルクを低下させることができなかった。
【０００４】
本発明の目的は、スロット数Ｎと永久磁石の個数（極数）Ｐとの関係が種々の場合においても、コギングトルクを低下できる永久磁石回転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】
【０００５】
本発明が改良の対象とする永久磁石回転モータは、ステータコアと励磁巻線とを有するステータと、ステータに対して回転するロータとを具備している。ステータコアは、周方向に等間隔に配置されたＮ（Ｎは２以上の正の整数）個のスロットとＮ個の磁極部とを有している。励磁巻線は、磁極部に巻装されている。ロータは、ロータコアまたはロータシャフトの表面に周方向に等間隔に配置されたＰ個の永久磁石を有している。そして、ステータとロータのＰ個（Ｐは２以上の正の整数）の永久磁石の磁極面との間の間隙が一定であり、永久磁石の周方向両側に位置する一対の端面が平行に形成され、永久磁石の磁化方向が一対の端面と平行になるように複数の永久磁石が磁化されている。本発明では、永久磁石の極弧率Ψp（但し0＜Ψp＜1）を、Ψp＝2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)の関係を満たすように定める。但し、LCM(P,Ｎ)はPとＮの最小公倍数、n及びmは任意の自然数、kは任意の整数である。そして、毎極スロット数(N/P）が０．７５の場合の極弧率Ψp０．７５と、毎極スロット数(N/P）が１．１２５の場合の極弧率Ψp０．９１７と、毎極スロット数(N/P）が１．５の場合の極弧率Ψp０．７５とを除いている。
【０００６】
また、永久磁石の周方向両側に位置する一対の端面がロータの径方向に延びるように形成され、永久磁石の磁化方向がロータの径方向と一致するように複数の永久磁石が磁化されている永久磁石モータも永久磁石の極弧率Ψpを、上記式の関係を満たすように定める。
【０００７】
ここで、極弧率Ψpとは、永久磁石のロータコア表面側に位置する周方向両端部とロータの中心とをそれぞれ結ぶ線分の角度（永久磁石角度）をθppとし、全周角度（３６０°）を永久磁石の数（極数）で割った角度２π／Ｐをθpとした場合に、θpp／θpとなる値である（図２参照）。
【０００８】
ロータの一回転あたりのコギングトルクの波数は、一般的に、永久磁石の極数Ｐとスロット数Ｎの最小公倍数LCM(P,Ｎ)である。即ち、永久磁石の磁気エネルギーの変化は、最小公倍数LCM(P,Ｎ)回発生している。そこで、本発明者は、ロータの一回転あたりのコギングトルクの波数を最小公倍数LCM(P,Ｎ)の２倍にできれば、コギングトルクを低減できることを見いだした。通常、磁気エネルギーの変極点は、２π／LCM(P,Ｎ)の１／２毎に存在しているので、これを更に１／４毎に変極点を出現させればよい。即ち、スロットのピッチ角（２π／Ｎ）の偶数倍とコギングトルクが最小となる永久磁石角度θppの差の絶対値が永久磁石のピッチ角（２π／Ｐ）の偶数倍と２π／LCM(P,Ｎ)の１／４倍の差の絶対値とを等しくすればよい。これを定式化すると次のようになる。
【０００９】
｜2n×2π/Ｎ−θpp｜＝｜2m×2π/P−2π/[4×LCM(P,Ｎ)]｜
この式から極弧率Ψpを求めると下記式のようになる。
【００１０】
Ψp＝θpp/(2π/P)＝｛2n×2π/Ｎ＋2π/[4×LCM(P,Ｎ)]−2m×2π/P｝/(2π/P)
＝2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m
また、コギングトルク波形の位相が１８０°ずれるのは、上記式から±kP/LCM(P,Ｎ)とした場合なので極弧率Ψpは次のように求めることができる。
【００１１】
Ψp＝2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)
（LCM(P,Ｎ)は、PとＮの最小公倍数、n及びmは、任意の自然数、kは、任意の整数、但し0＜Ψp＜1）
上記式では、ｎ，ｍ，ｋの値は、無数に選択できるが、極弧率Ψpの値の範囲は、0＜Ψp＜1であるため、極数、スロット数を限定すれば、極弧率Ψpの好ましい値はいくつかに集約される。より具体的な極弧率Ψpは、前述のΨp＝2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)の式で求めた有効数字３桁（有効数字第４桁以下は四捨五入）の±２．２％の範囲の値とすればよい。このようにすれば、例えば、モータ容量が１ｋＷのモータでは、コギングトルクをほぼ０．１Ｎ・ｍ以下とすることができる。そのため、スロット数Ｎと永久磁石の個数（極数）Ｐとの関係が種々の場合においても、コギングトルクを低下できる永久磁石回転モータを得ることができる。
【００１２】
永久磁石の周方向両側に位置する一対の端面がロータの径方向に延びるように形成され、永久磁石の磁化方向がロータの中心と永久磁石の中心とを通って径方向に延びる仮想中心線と平行になるように複数の永久磁石が磁化されている永久磁石モータの極弧率Ψpは、前述の永久磁石の周方向両側に位置する一対の端面が平行に形成され、永久磁石の磁化方向が一対の端面と平行になるように複数の永久磁石が磁化されている永久磁石回転モータの極弧率Ψpの１．０２２倍にすればよい。即ち、極弧率Ψp（但し0＜Ψp＜1）はΨp＝［2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)］×1.022の関係を満たすように定める。但し、LCM(P,Ｎ)はPとＮの最小公倍数、n及びmは任意の自然数、kは任意の整数である。そして、毎極スロット数(N/P）が０．７５の場合の極弧率Ψp０．７６７と、毎極スロット数(N/P）が１．１２５の場合の極弧率Ψp０．９３７と、毎極スロット数(N/P）が１．５の場合の極弧率Ψp０．７６７とを除いている。
【００１３】
より具体的な極弧率Ψpは、前述のΨp＝[2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)］×1.022の式で求めた有効数字３桁（有効数字第４桁以下は四捨五入）の±２．２％の範囲の値とすればよい。このようにすれば、例えば、モータ容量が１ｋＷのモータでは、コギングトルクをほぼ０．１Ｎ・ｍ以下とすることができる。
【００１４】
永久磁石の周方向両側に位置する一対の端面が平行に形成され、永久磁石の磁化方向がロータの径方向と一致するように複数の永久磁石が磁化されている永久磁石モータの極弧率Ψpは、前述の永久磁石の周方向両側に位置する一対の端面が平行に形成され、永久磁石の磁化方向が一対の端面と平行になるように複数の永久磁石が磁化されている永久磁石回転モータの極弧率Ψpの０．９７８倍にすればよい。即ち、極弧率Ψp（但し0＜Ψp＜1）は、Ψp＝［2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)］×0.978の関係を満たすように定める。但し、LCM(P,Ｎ)はPとＮの最小公倍数、n及びmは任意の自然数、kは任意の整数である。そして、毎極スロット数(N/P）が０．７５の場合の極弧率Ψp０．７３４と、毎極スロット数(N/P）が１．１２５の場合の極弧率Ψp０．８９７と、毎極スロット数(N/P）が１．５の場合の極弧率Ψp０．７３４とを除いている。
【００１５】
より具体的な極弧率Ψpは、前述のΨp＝［2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)］×0.978の式で求めた有効数字３桁（有効数字第４桁以下は四捨五入）の±２．２％の範囲の値とすればよい。このようにすれば、例えば、モータ容量が１ｋＷのモータでは、コギングトルクをほぼ０．１Ｎ・ｍ以下とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のように永久磁石の極弧率Ψpを定めれば、スロット数Ｎと永久磁石の個数（極数）Ｐとの関係が種々の場合においても、コギングトルクを低下できる永久磁石回転モータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の永久磁石回転モータのステータ３０１及びロータ３０３の平面図を示している。ステータ３０１は、筒状のヨーク３０５とヨーク３０５の内周から中心に突出する１２個の磁極部３０７とを有している。１２個の磁極部３０７は、その先端部に磁極面３０７ａをそれぞれ有している。これにより、ステータ３０１は、それぞれの隣接する磁極部３０７の間に周方向に等間隔に配置されたＮ個（本例では１２個）のスロット３０６を有することになる。
【００１８】
ロータ３０３は、図２に示すように、円柱状のロータコア３０９と該ロータコア３０９の表面に周方向に等間隔に配置されたＰ個（本例では１０個）の板状の永久磁石３１１とを有している。このロータ３０３は、永久磁石３１１の表面がステータ３０１内に磁極部３０７の磁極面３０７ａと対向するようにステータ３０１内に該ステータ３０１と間隔を隔てて配置されている。永久磁石３１１は、ロータ３０３の周方向両側に位置する一対の端面３１１ａ，３１１ｂが平行に形成され、永久磁石３１１の磁化方向（矢印Ａ2）が一対の端面３１１ａ，３１１ｂと平行になるように磁化されている。また、永久磁石３１１の内側表面３１１ｃの円弧の中心と外側表面３１１ｄの円弧の中心とが一致している。このため、ステータ３０１と永久磁石３１１の磁極面との間の間隙は一定になっている。本例の永久磁石回転モータでは、永久磁石３１１の極弧率Ψpは、永久磁石３１１の外側表面３１１ｄの周方向両端部の角部とロータの中心とをそれぞれ結ぶ線分の角度（永久磁石角度）をθppとし、全周角度（３６０°）を永久磁石の数（極数）で割った角度２π／Ｐをθpとした場合に、θpp／θpとなる値である。なお、永久磁石の外側表面の周方向両端部の角部に面取り加工等が施されて、角部が円弧状を有している場合は、面取り加工等が施されていない場合を想定した場合の仮想上の角部が周方向両端部になる。そして、この極弧率Ψp（但し0＜Ψp＜1）は、Ψp＝2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)の関係を満たしている。但し、LCM(P,Ｎ)は、PとＮの最小公倍数であり、n及びmは任意の自然数であり、ｋは任意の整数である。
【００１９】
上記式では、ｋ，ｎ，ｍの値は、無数に選択できるが、0＜Ψp＜1であるため、毎極スロット数(N/P）＝１．２（１０極１２スロット等）の場合は、極弧率Ψpの値は次の６つに集約される。
【００２０】
(1)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（０，３，４）→ Ψp＝０．７０８
(2)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（０，４，５）→ Ψp＝０．３７５
(3)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（１，３，４）→ Ψp＝０．８７５
(4)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（１，４，５）→ Ψp＝０．５４２
(5)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（−１，４，５）→ Ψp＝０．２０８
(6)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（−２，４，５）→ Ψp＝０．０４１７
図３は、本例の永久磁石回転モータ（永久磁石極数Ｐ＝１０、スロット数Ｎ＝１２、毎極スロット数(N/P）＝１．２）の極弧率Ψpとコギングトルクとの関係を電磁界シミュレートにより求めたグラフである。通常の極弧率Ψpは、０．３以上となるため、図７より、極弧率Ψpを前述の極弧率Ψpの式で求めた有効数字３桁（有効数字第４桁以下は四捨五入）の±２．２％の範囲である０．３７５±２．２％（０．３６６〜０．３８３）、０．５４２±２．２％（０．５３０〜０．５５３）、０．７０８±２．２％（０．６９２〜０．７２３）、０．８７５±２．２％（０．８５５〜０．８９４）のいずれか一つとすれば、コギングトルクをほぼ０．１Ｎ・ｍ以下になるのが分かる。なお、極弧率をできるだけ大きくして磁石の磁束を多く利用するには、極弧率Ψpは、０．７０８±２．２％（０．６９２〜０．７２３）、０．８７５±２．２％（０．８５５〜０．８９４）のいずれか一つを採用するのが望ましい。
【００２１】
図４は、本発明の第２の実施の形態の永久磁石回転モータのロータ４０３の平面図を示している。本例の永久磁石回転モータは、永久磁石の構成を除いて、図１〜図３に示す永久磁石回転モータと同じ構造を有している。本例のモータでは、永久磁石４１１の周方向両端に位置する一対の端面４１１ａ，４１１ｂがロータ４０３の径方向に延びており、永久磁石４１１の磁化方向（矢印Ａ3）がロータ４０３の径方向（ロータ４０３の中心から放射状に延びる方向）と一致するように永久磁石４１１は磁化されている。本例の永久磁石回転モータも図１〜図３に示す永久磁石回転モータと同様に極弧率Ψp（但し0＜Ψp＜1）は、Ψp＝2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)の関係を満たしている。但し、LCM(P,Ｎ)は、PとＮの最小公倍数であり、n及びmは任意の自然数であり、ｋは任意の整数である。
【００２２】
図５は、本例の永久磁石回転モータ（永久磁石極数Ｐ＝１０、スロット数Ｎ＝１２、毎極スロット数(N/P）＝１．２）の極弧率Ψpとコギングトルクとの関係を電磁界シミュレートにより求めたグラフである。通常の極弧率Ψpは、０．３以上となるため、図９より、極弧率Ψpを前述の極弧率Ψpの式で求めた有効数字３桁（有効数字第４桁以下は四捨五入）の±２．２％の範囲である０．３７５±２．２％（０．３６６〜０．３８３）、０．５４２±２．２％（０．５３０〜０．５５３）、０．７０８±２．２％（０．６９２〜０．７２３）、０．８７５±２．２％（０．８５５〜０．８９４）のいずれか一つとすれば、コギングトルクをほぼ０．１Ｎ・ｍ以下になるのが分かる。なお、極弧率をできるだけ大きくして磁石の磁束を多く利用するには、極弧率Ψpは、０．７０８±２．２％（０．６９２〜０．７２３）、０．８７５±２．２％（０．８５５〜０．８９４）のいずれか一つを採用するのが望ましい。
【００２３】
図６は、本発明の第３の実施の形態の永久磁石回転モータの永久磁石５１１近傍の平面図を示している。本例の永久磁石回転モータは、永久磁石の構成を除いて、図１〜図３に示す永久磁石回転モータと同じ構造を有している。本例のモータでは、永久磁石５１１の周方向両端に位置する一対の端面５１１ａ，５１１ｂがロータ５０３の径方向に延びており、永久磁石５１１の磁化方向（矢印Ａ4）がロータ５０３の中心と永久磁石５１１の中心とを通って径方向に延びる仮想中心線Ｃ3と平行になるように永久磁石５１１が磁化されている。本例の永久磁石回転モータでは、極弧率Ψp（但し0＜Ψp＜1）は、Ψp＝［2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)］×1.022の関係を満たしている。但し、LCM(P,Ｎ)は、PとＮの最小公倍数であり、n及びmは任意の自然数であり、ｋは任意の整数である。即ち、図１〜図３に示す永久磁石回転モータの極弧率Ψpの１．０２２倍となっている。
【００２４】
上記式では、ｋ，ｎ，ｍの値は、無数に選択できるが、0＜Ψp＜1であるため、毎極スロット数(N/P）＝１．２（１０極１２スロット等）の場合は、極弧率Ψpの値は次の６つに集約される。
【００２５】
(1)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（０，３，４）→ Ψp＝０．７２４
(2)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（０，４，５）→ Ψp＝０．３８３
(3)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（１，３，４）→ Ψp＝０．８９４
(4)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（１，４，５）→ Ψp＝０．５５４
(5)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（−１，４，５）→ Ψp＝０．２１３
(6)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（−２，４，５）→ Ψp＝０．０４２６
図７は、本例の永久磁石回転モータ（永久磁石極数Ｐ＝１０、スロット数Ｎ＝１２、毎極スロット数(N/P）＝１．２）の極弧率Ψpとコギングトルクとの関係を電磁界シミュレートにより求めたグラフである。通常の極弧率Ψpは、０．３以上となるため、図７より、極弧率Ψpを前述の極弧率Ψpの式で求めた有効数字３桁（有効数字第４桁以下は四捨五入）の±２．２％の範囲である０．３８３±２．２％（０．３７４〜０．３９１）、０．５５４±２．２％（０．５４１〜０．５６６）、０．７２４±２．２％（０．７０８〜０．７３９）、０．８９４±２．２％（０．８７４〜０．９１３）のいずれか一つとすれば、コギングトルクをほぼ０．１Ｎ・ｍ以下になるのが分かる。なお、極弧率をできるだけ大きくして磁石の磁束を多く利用するには、極弧率Ψpは、０．７２４±２．２％（０．７０８〜０．７３９）、０．８９４±２．２％（０．８７４〜０．９１３）のいずれか一つを採用するのが望ましい。
【００２６】
図８は、本発明の第４の実施の形態の永久磁石回転モータの永久磁石６１１近傍の平面図を示している。本例の永久磁石回転モータは、永久磁石の構成を除いて、図１〜図３に示す永久磁石回転モータと同じ構造を有している。本例のモータでは、永久磁石６１１の周方向両側に位置する一対の端面６１１ａ，６１１ｂが平行に形成され、永久磁石６１１の磁化方向（矢印Ａ5）がロータ６０３の径方向（ロータ６０３の中心から放射状に延びる方向）と一致するように永久磁石６１１が磁化されている。本例の永久磁石回転モータでは、極弧率Ψp（但し0＜Ψp＜1）は、Ψp＝［2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)］×0.978の関係を満たしている。但し、LCM(P,Ｎ)は、PとＮの最小公倍数であり、n及びmは任意の自然数であり、ｋは任意の整数である。即ち、図１〜図３に示す永久磁石回転モータの極弧率Ψpの０．９７８倍となっている。
【００２７】
上記式では、ｋ，ｎ，ｍの値は、無数に選択できるが、0＜Ψp＜1であるため、毎極スロット数(N/P）＝１．２（１０極１２スロット等）の場合は、極弧率Ψpの値は次の６つに集約される。
【００２８】
(1)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（０，３，４）→ Ψp＝０．６９２
(2)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（０，４，５）→ Ψp＝０．３６７
(3)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（１，３，４）→ Ψp＝０．８５６
(4)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（１，４，５）→ Ψp＝０．５３０
(5)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（−１，４，５）→ Ψp＝０．２０３
(6)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（−２，４，５）→ Ψp＝０．０４０８
図９は、本例の永久磁石回転モータ（永久磁石極数Ｐ＝１０、スロット数Ｎ＝１２、毎極スロット数(N/P）＝１．２）の極弧率Ψpとコギングトルクとの関係を電磁界シミュレートにより求めたグラフである。通常の極弧率Ψpは、０．３以上となるため、図９より、極弧率Ψpを前述の極弧率Ψpの式で求めた有効数字３桁（有効数字第４桁以下は四捨五入）の±２．２％の範囲である０．３６７±２．２％（０．３５８〜０．３７５）、０．５３０±２．２％（０．５１８〜０．５４１）、０．６９２±２．２％（０．６７６〜０．７０７）、０．８５６±２．２％（０．８３７〜０．８７４）のいずれか一つとすれば、コギングトルクをほぼ０．１Ｎ・ｍ以下になるのが分かる。なお、極弧率をできるだけ大きくして磁石の磁束を多く利用するには、極弧率Ψpは、０．６９２±２．２％（０．６７６〜０．７０７）、０．８５６±２．２％（０．８３７〜０．８７４）のいずれか一つを採用するのが望ましい。
【００２９】
図１０（Ａ）は、本発明の参考となる永久磁石内蔵型回転モータのステータ１及びロータ３の平面図を示しており、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の部分拡大図である。両図に示すように、ステータ１は、筒状のヨーク５とヨーク５の内周から中心に突出する４８個の磁極部７とを有している。４８個の磁極部７は、その先端部に磁極面７ａをそれぞれ有している。これにより、ステータ１は、それぞれの隣接する磁極部７の間に周方向に等間隔に配置されたＮ個（本例では４８個）のスロット６を有することになる。
【００３０】
ロータ３は、円柱状のロータコア９と該ロータコア９内の表面部近傍に周方向に等間隔に埋設されたＰ個（本例では８個）の板状の永久磁石１１とを有している。本例では、一つの永久磁石１１が一つの永久磁石磁極部を形成することになる。永久磁石１１は、直方体の断面を有しており、永久磁石１１の磁化方向（矢印Ａ1）が平行となっている。永久磁石１１の周方向両端部には、空洞部から形成される一対のフラックスバリア２１がそれぞれ形成されている。このフラックスバリア２１は、空気等の非磁性体からなり、ステータへの磁束の流れを促進させるものである。図１０（Ｂ）に詳細に示すように、フラックスバリア２１は、横断面が４つの角部２１ａ〜２１ｄを有する四角形を有しており、４つの角部２１ａ〜２１ｄの内、２つの角部２１ｃ，２１ｄで結ばれる線分上には永久磁石１１の側面が位置している。また、角部２１ａ〜２１ｄの内、他の２つの角部２１ａ，２１ｂは、ロータコア９の表面側に位置している。本例の永久磁石内蔵型回転モータの永久磁石４１１の極弧率Ψpは、一対のフラックスバリア２１のロータコア９の表面側に位置する部分（角部２１ａと角部２１ｂとの間）におけるロータコア９の中心と永久磁石磁極部（永久磁石１１）の中心とを通って径方向に延びる仮想中心線Ｃ1寄りの位置（角部２１ａ）と、ロータの中心とをそれぞれ結ぶ線分で形成される角度をθppとし、全周角度（３６０°）を永久磁石の数（極数）で割った角度２π／Ｐをθpとした場合に、θpp／θpとなる値である。そして、この極弧率Ψp（但し0＜Ψp＜1）は、Ψp＝2nP/Ｎ＋P/4LCM(P,Ｎ)−2m＋kP/LCM(P,Ｎ)の関係を満たしている。但し、LCM(P,Ｎ)は、PとＮの最小公倍数であり、n及びmは任意の自然数であり、ｋは任意の整数である。
【００３１】
上記式では、ｋ，ｎ，ｍの値は、無数に選択できるが、極弧率Ψpの値の範囲は、0＜Ψp＜1であるため、毎極スロット数(N/P）＝６（８極４８スロット等）の場合は、極弧率Ψpの値は次の６つに集約される。
【００３２】
(1)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（０，１，８）→ Ψp＝０．７０８
(2)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（０，１，７）→ Ψp＝０．３７５
(3)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（１，１，８）→ Ψp＝０．８７５
(4)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（１，１，７）→ Ψp＝０．５４２
(5)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（１，１，６）→ Ψp＝０．２０８
(6)（ｋ，ｍ，ｎ）＝（０，１，６）→ Ψp＝０．０４１７
図１１は、本例の永久磁石内蔵型回転モータ（永久磁石極数Ｐ＝８、スロット数Ｎ＝４８、毎極スロット数(N/P）＝６）の極弧率Ψpとコギングトルクとの関係を電磁界シミュレートにより求めたグラフである。通常の極弧率Ψpは、０．５以上となるため、図１１より、極弧率Ψpを前述の極弧率Ψpの式で求めた有効数字３桁（有効数字第４桁以下は四捨五入）の±２．２％の範囲である０．５４２±２．２％（０．５３０〜０．５５３）、０．７０８±２．２％（０．６９２〜０．７２３９）のいずれか一つとすれば、コギングトルクをほぼ３Ｎ・ｍ以下になるのが分かる。
【００３３】
なお、上記例では、ロータコア内に永久磁石を埋設したモータにおいてフラックスバリアを用いた例を示したが、図１２に示すように、ロータコア１０９の軸線方向に延びる一対の溝１２３を永久磁石磁極部（永久磁石１１１）の周方向両端近傍におけるロータコア１０９の表面に形成した場合（第２の実施の形態）には、一対の溝１２３のロータコア表面に位置する部分におけるロータコア１０９の中心と永久磁石磁極部（永久磁石１１１）の中心とを通って径方向に延びる仮想中心線Ｃ2寄りの位置と、ロータ１０３の中心とをそれぞれ結ぶ線分の角度をθppとして極弧率Ψp（θpp／θp）を求める。また、図４に示すように、フラックスバリア及び溝を持たないモータ（第３の実施の形態）では、永久磁石磁極部（永久磁石２１１）のロータコア２０３表面側に位置する周方向両端部とロータ２０３の中心とをそれぞれ結ぶ線分の角度（永久磁石角度）をθppとして極弧率Ψp（θpp／θp）を求める。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態の永久磁石回転モータのステータ及びロータの平面図である。
【図２】図１に示すロータの拡大図である。
【図３】図１に示す永久磁石回転モータの極弧率Ψpとコギングトルクとの関係を電磁界シミュレートにより求めたグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態の永久磁石回転モータのロータの平面図である。
【図５】図４に示す永久磁石回転モータの極弧率Ψpとコギングトルクとの関係を電磁界シミュレートにより求めたグラフである。
【図６】本発明の第３の実施の形態の永久磁石回転モータの永久磁石近傍の平面図である。
【図７】図６に示す永久磁石内蔵型回転モータの極弧率Ψpとコギングトルクとの関係を電磁界シミュレートにより求めたグラフである。
【図８】本発明の第４の実施の形態の永久磁石回転モータの永久磁石近傍の平面図である。
【図９】図８に示す永久磁石回転モータの極弧率Ψpとコギングトルクとの関係を電磁界シミュレートにより求めたグラフである。
【図１０】（Ａ）は、本発明の参考となる永久磁石内蔵型回転モータのステータ及びロータの平面図であり、（Ｂ）は、図１０（Ａ）の部分拡大図である。
【図１１】図１０に示す永久磁石内蔵型回転モータの極弧率Ψpとコギングトルクとの関係を電磁界シミュレートにより求めたグラフである。
【図１２】永久磁石内蔵型回転モータのステータ及びロータの平面図である。
【図１３】永久磁石内蔵型回転モータのステータ及びロータの平面図である。
【符号の説明】
【００３５】
３０１  ステータ
３０３  ロータ
３０５  ヨーク
３０６  スロット
３０９  ロータコア
３１１  永久磁石（永久磁石磁極部）
【図１】
2005224089.tif 000003
【図２】
2005224089.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005224089.tif 000006
【図５】
2005224089.tif 000007
【図６】
2005224089.tif 000008
【図７】
2005224089.tif 000009
【図８】
2005224089.tif 000010
【図９】
2005224089.tif 000011
【図１０】
2005224089.tif 000012
【図１１】
2005224089.tif 000013
【図１２】
2005224089.tif 000014
【図１３】
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