(57)【要約】  【課題】本発明は、振動や騒音の原因となるコギングトルクを低減することが可能な永久磁石式モータを提供することを目的とする。  【解決手段】本発明に係る永久磁石式モータにおいて、永久磁石２２の周方向長さ、及び、ティース１２の先端部分の周方向長さは、永久磁石２２の両端と回転子２０の回転中心Ｏとで形成される角度、及び、ティース１２の先端部分の両端と回転中心Ｏとで形成される角度を各々電気角でθｍ、θｔとしたとき、θｍ＋θｔ＝１６０〜１９０°となるように調整された構成としている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線が施された複数のティースを有する固定子と、前記ティースと所定のギャップを隔てて対向する複数の永久磁石を有する回転子と、を有して成り、前記巻線に通電することで前記回転子を回転駆動させる永久磁石式モータにおいて、
前記永久磁石の周方向長さ、及び、前記ティースにおいて前記回転子に対向する先端部分の周方向長さは、前記永久磁石の両端と前記回転子の回転中心とで形成される角度、及び、前記ティース先端部分の両端と前記回転子の回転中心とで形成される角度を各々電気角でθｍ、θｔとしたときに、θｍ＋θｔ＝１６０〜１９０°となるように調整されていることを特徴とする永久磁石式モータ。
【請求項２】
前記永久磁石の周方向長さ、及び、前記ティース先端部分の周方向長さは、θｍ＝７０〜９０°、θｔ＝８０〜１００°となるように調整されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式モータ。
【請求項３】
前記永久磁石の個数と前記ティースの個数との比が２：３であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石式モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石式モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、巻線が施された複数のティースを有する固定子と、前記ティースと所定のギャップを隔てて対向する複数の永久磁石を有する回転子と、を有して成り、前記巻線に通電することで前記回転子を回転駆動させる永久磁石式モータにおいては、コギングトルク（永久磁石とティース間の磁気吸引力によって生じるトルク脈動）に起因する無負荷時の振動や騒音が課題となっていた。
【０００３】
なお、上記課題を解決する従来技術としては、スロット開口部分（隣接するティース間で巻線が施される空間において回転子と対向する部分）の周方向長さよりも広く、かつ、ティース先端部分（ティースにおいて回転子と対向する部分）の周方向長さよりも狭い間隔で永久磁石を配設することにより、コギングトルクの低減が図られた永久磁石式モータが開示・提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２０００−３３３３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
確かに、上記構成から成る永久磁石式モータであれば、何ら対策を講じない場合に比べてコギングトルクを低減することが可能である。
【０００５】
しかしながら、上記構成から成る永久磁石式モータでは、永久磁石の周方向長さとティース先端部分の周方向長さとの関係について何ら考慮されておらず、その用途によってはコギングトルクの低減が十分でない場合があった。
【０００６】
なお、上記課題を解決する他の従来技術としては、スロット開口部分の周方向長さを極力狭くする方法も考えられるが、このような構成では、ティースへの巻線作業が困難となる上、隣接するティース先端部分相互間での磁束漏れが大きくなる、といった別の課題が生じるため、現実的な解決方法ではなかった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑み、振動や騒音の原因となるコギングトルクを低減することが可能な永久磁石式モータ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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る永久磁石式モータは、巻線が施された複数のティースを有する固定子と、前記ティースと所定のギャップを隔てて対向する複数の永久磁石を有する回転子と、を有して成り、前記巻線に通電することで前記回転子を回転駆動させる永久磁石式モータにおいて、前記永久磁石の周方向長さ、及び、前記ティースにおいて前記回転子に対向する先端部分の周方向長さは、前記永久磁石の両端と前記回転子の回転中心とで形成される角度、及び、前記ティース先端部分の両端と前記回転子の回転中心とで形成される角度を各々電気角でθｍ、θｔとしたときに、θｍ＋θｔ＝１６０〜１９０°となるように調整された構成としている。
【０００９】
なお、上記構成から成る永久磁石式モータにおいて、前記永久磁石の周方向長さ、及び前記ティース先端部分の周方向長さは、θｍ＝７０〜９０°、θｔ＝８０〜１００°となるように調整するとよい。
【００１０】
また、上記構成から成る永久磁石式モータは、前記永久磁石の個数と前記ティースの個数との比が２：３である構成にするとよい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成から成る永久磁石式モータであれば、回転子の回転に伴って磁束が急激に変化する永久磁石端部付近の応力を隣接する永久磁石相互間で互いに相殺し、コギングトルクを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明に係る永久磁石式モータを回転軸方向から見た際の断面図である。本図に示すように、本発明に係る永久磁石式モータは、固定子１０と、該固定子１０の内側に回転自在に配設された回転子２０と、を有して成る内転型モータである。
【００１３】
固定子１０は、電磁鋼板を積層して成る固定子鉄心１１と、該固定子鉄心１１の内周面に等間隔で配設された１８個のティース１２と、各ティース１２に施された巻線１３と、を有して成る。なお、ティース１２において回転子２０に対向する先端部分（以下、ティース先端部分１２ａと呼ぶ）は、その曲率が回転子２０の外径より大きくなるように（例えばティース先端部分が直線形状となるように）形成されている。このような構成とすることにより、ティース１２と回転子２０との間を隔てるギャップを不均一化することができるので、両者間に働く磁気吸引力の変化を平滑化してコギングトルクを低減することが可能となる。また、固定子鉄心１１及びティース１２については、一体成形としてもよいし、巻線１３の占積率を高めるべく分割パーツを組み合わせて成る構成としてもよい。
【００１４】
回転子２０は、電磁鋼板を積層して成る回転子鉄心２１と、ティース先端部分１２ａと所定のギャップを隔てて対向するように、回転子鉄心２１の外周面に沿って等間隔で配設或いは埋設された１２個の永久磁石２２と、を有して成る。永久磁石２２の極性は、隣り同士でＮ、Ｓ交互とされており、磁化の強度は各々略同一とされている。なお、本図では各極毎に永久磁石２２を１つずつ設けた構成を例示したが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、各極毎に永久磁石２２を複数個ずつ設けても構わない。
【００１５】
上記構成から成る１２極１８スロットの永久磁石式モータでは、ティース１２に施された巻線１３に３相交流が通電され、永久磁石２２と巻線１３との間に生じる吸引力及び反発力（マグネットトルク）と、隣接した永久磁石２２に挟まれた部分の回転子鉄心２１であって磁気的な突極性を有する部分（以下、磁気突極部２１ａと呼ぶ）が巻線１３に引き付けられる力（リラクタンストルク）の両方を利用して、回転子２０が回転駆動される。
【００１６】
次に、本発明の特徴部分である永久磁石２２の周方向長さとティース先端部分１２ａの周方向長さとの相関関係について、図２を参照しながら、詳細な説明を行うことにする。図２は、図１中の一点鎖線Ａで示された範囲の拡大図である。
【００１７】
本図に示す通り、本発明に係る永久磁石モータにおいて、永久磁石２２の周方向長さ、及び、ティース先端部分１２ａの周方向長さは、永久磁石２２の両端（複数の永久磁石を用いて１つの磁極を形成する場合には、当該磁極の両端）と回転子２０の回転中心Ｏとで形成される角度、及び、ティース先端部分１２ａの両端と回転中心Ｏとで形成される角度を各々電気角（信号正弦波の１周期を３６０［°］にとって表現したときの位相角）でθｍ、θｔとしたときに、θｍ＋θｔ＝１６０〜１９０°（１／２周期近傍）となるように調整されている。
【００１８】
このような構成とすることにより、永久磁石２２が配設される間隔は、ティース先端部分１２ａの周方向長さと略同一となるので、回転子２０の回転に伴って磁束が急激に変化する永久磁石２２端部付近の応力は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、隣接する永久磁石２２相互間で相殺されることになり、コギングトルクを低減することが可能となる。
【００１９】
図４は、θｍ、θｔとコギングトルクとの相関関係を示す図である。なお、本図の縦軸にはコギングトルクの大きさが示されており、横軸にはθｍの大きさが示されている。また、図中の凡例で示すように、本図の丸マーカ、三角マーカ、四角マーカは、各々θｔが１００°、９０°、８０°であるときのコギングトルクの大きさを示している。本図から明らかなように、永久磁石２２の周方向長さ、及びティース先端部分１２ａの周方向長さは、θｍ＋θｔ＝１６０〜１９０°という関係を満たすθｍ、θｔの中でも、θｍ＝７０〜９０°、θｔ＝８０〜１００°となるように調整することが望ましいことが分かる。
【００２０】
なお、上記した１２極１８スロットの永久磁石式モータにつき、スロット開口部分とティース先端部分の各周方向長さに基づいて永久磁石の配設間隔を決定する前述の従来技術をそのまま適用した場合、例えばθｔを９０°とすると、θｍは９０〜１５０°に制限されることになる。すなわち、当該従来技術では、θｍ＝１３０°近傍の極小値までしかコギングトルクを低減することができないことになる。
【００２１】
それに対して、本発明に係る永久磁石式モータであれば、θｍ＝８０°、θｔ＝９０°となるように永久磁石２２及びティース先端部分１２ａの周方向長さを調整することで、コギングトルクをより小さい値にまで低減することができる。
【００２２】
また、本発明に係る永久磁石式モータは、図２に示す通り、リラクタンストルクの最適化を図るべく、永久磁石２２の両端に回転子鉄心２１が存在しない空隙部２３を有して成る。ここで、空隙部２３の大きさは、該空隙部２３を除いた磁気突極部２１ａの両端と回転中心Ｏとで形成される角度を電気角でθｐとしたときに、θｐ＝７０〜９０°となるように調整することが望ましい。
【００２３】
なお、上記の実施形態では、永久磁石２２とティース１２の個数比が２：３である永久磁石式モータ（１２極１８スロット）を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、両者の個数比が上記と異なる永久磁石式モータについても、広く適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、永久磁石式モータのコギングトルク低減を図る上で有用な技術であり、例えば、補助駆動手段として永久磁石式モータを搭載した電動アシスト自転車の手押し時における振動や騒音の低減に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】は、本発明に係る永久磁石式モータを回転軸方向から見た際の断面図である。
【図２】は、図１中の一点鎖線Ａで示された範囲の拡大図である。
【図３】は、コギングトルクの低減メカニズムを説明するための模式図である。
【図４】は、θｍ、θｔとコギングトルクとの相関関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０    固定子
１１    固定子鉄心
１２    ティース
１２ａ    ティース先端部分
１３    巻線
２０    回転子
２１    回転子鉄心
２２    永久磁石
２３    空隙部（磁気突極調整部）
Ｏ    回転子の回転中心
θｍ    永久磁石の両端と回転中心とで形成される角度
θｔ    ティース先端部分の両端と回転中心とで形成される角度
θｐ    空隙部を除いた磁気突極部の両端と回転中心とで形成される角度
【図１】
2005278268.tif 000003
【図２】
2005278268.tif 000004
【図３】
2005278268.tif 000005
【図４】
2005278268.tif 000006