JP5359192B2 - 異方性永久磁石型モータ - Google Patents

Description

本発明は、異方性永久磁石を有する異方性永久磁石型モータに関する。

近年、家庭用電化製品に使用される永久磁石型モータは、更なる高出力および小型化が求められてきている。これに併せて、さらに低振動、低騒音であることも求められてきている。

このような状況から、これまで使用されてきた最大エネルギー積が２ＭＧＯｅ（１６ｋＪ／ｍ^３）程度となるフェライトボンド磁石、最大エネルギー積が５ＭＧＯｅ（４０ｋＪ／ｍ^３）程度のフェライト焼結磁石、または、最大エネルギー積が９ＭＧＯｅ（７２ｋＪ／ｍ^３）程度の等方性希土類ボンド磁石では、求められる仕様に間に合わなくなりつつある。そこで、最大エネルギー積が上記磁石よりも大きい異方性永久磁石の利用が考えられるようになってきている。

しかしながら、この異方性永久磁石は、配向する段階で磁束の方向が決定されてしまう。したがって、これまで異方性永久磁石を配向して着磁する場合には、ラジアル配向して着磁、または極異方配向して着磁をすることが通常であった。

図１５は、従来のラジアル配向（ラジアル着磁）の場合の磁束方向と、極異方配向（極違方着磁）の場合の磁束方向とを示す概念図である。

ラジアル配向（ラジアル着磁）の場合には、配向及び着磁を単にラジアル方向に設定するだけであるため、配向や着磁が容易である。しかし、磁極間の境界部で急激に磁束が変化するために、コギングトルクが大きいという課題が生じていた。

一方、極異方配向（極異方着磁）の場合には、磁極間の境界部での磁束の変化は正弦波的であり、コギングトルクを低減することができる。しかし、磁石の厚さを１磁極の幅の１／２程度とする必要があり、磁石が肉厚化してモータが大型化するという課題が生じていた。

そこで、このような課題を回避するため、例えば、下記の特許文献１に記載の発明が提案されている。この特許文献１には、ラジアル着磁をされた磁極の中央部と、極異方着磁をされた磁極間の境界部と、で構成される異方性永久磁石を有するモータが記載されている。このようなモータによれば、コギングトルクを低減することができるとともに、モータを高トルク化することができる。
国際公開第２００５／００８８６２号パンフレット

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、磁極間の境界部において極異方着磁がされるため、磁石を肉薄にすることが困難となり、モータの小型軽量化が困難という課題があった。

そこで、本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、肉薄でありながらコギングトルクを低減することができる異方性永久磁石を有する異方性永久磁石型モータを提供することを目的とする。

本発明に係る異方性永久磁石型モータは、環状のステータヨークと、前記ステータヨークから径方向に突出した複数のティースと、前記ティースの間に構成されたスロットとを有するステータコアと、前記ティースに巻回された複数のコイルとを備えたステータと、円筒状のロータヨークと、前記ロータヨークの表面に配置された異方性永久磁石とを有し、前記ティースに空隙を介して対向したロータと、を備える異方性永久磁石型モータであって、前記異方性永久磁石は、その配向方向を磁極中央から両側θｒ°／２の範囲において外周面の法線方向に有し、磁極端部に向かって連続的に外周面の法線方向から傾きを有し、１極当たりの角度をθｐ°、前記異方性永久磁石モータに発生するコギングトルク１周期の角度をθｃ°、自然数をａとして、
θｐ／θｃ＝３×ａであり、
θｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−２｝の範囲におけるコギングトルクの極大値をコギングトルクの許容最大値としたとき、
θｒ／θｃが｛（θｐ／θｃ）−２｝≦θｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−１｝となる範囲において、前記許容最大値に等しいコギングトルク値に対応するθｒ／θｃを求め、求めたθｒ／θｃをＰとするとき、θｒ／θｃが前記Ｐ以下となるように、前記θｒの角度を設定したことを特徴とする。

本発明によれば、異方性永久磁石を肉薄としてモータの小型軽量化と共に、コギングトルクの低減と高効率化を実現することができる。

本発明の実施の形態に係る異方性永久磁石型モータは、環状のステータヨークと、前記ステータヨークから径方向に突出した複数のティースと、前記ティースの間に構成されたスロットとを有するステータコアと、前記ティースに巻回された複数のコイルとを備えたステータと、円筒状のロータヨークと、前記ロータヨークの表面に配置された異方性永久磁石とを有し、前記ティースに空隙を介して対向したロータと、を備える異方性永久磁石型モータであって、
前記異方性永久磁石は、その配向方向を磁極中央から両側θｒ°／２の範囲において外周面の法線方向に有し、磁極端部に向かって連続的に外周面の法線方向から傾きを有し、１極当たりの角度をθｐ°、前記異方性永久磁石モータに発生するコギングトルク１周期の角度をθｃ°、自然数をａとして、
θｐ／θｃ＝３×ａであり、
θｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−２｝の範囲におけるコギングトルクの極大値をコギングトルクの許容最大値としたとき、
θｒ／θｃが｛（θｐ／θｃ）−２｝≦θｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−１｝となる範囲において、前記許容最大値に等しいコギングトルク値に対応するθｒ／θｃを求め、求めたθｒ／θｃをＰとするとき、θｒ／θｃが前記Ｐ以下となるように、前記θｒの角度を設定するものである。

この構成により、異方性永久磁石を肉薄としてモータの小型軽量化と共に、コギングトルクの低減と高効率化を実現することができる。

さらに、前記異方性永久磁石の磁極中央から両側θｒ／２°の範囲に対応する前記異方性永久磁石の幅をｌｒ、前記ティースの幅をｌｔとしたとき、ｌｔ／ｌｒ≧ａの関係が成立することが好ましい。

さらに、θｒ／θｃが｛（θｐ／θｃ）−２｝以下における自然数となるように、前記θｒの角度を設定することが好ましい。

さらに、前記許容最大値以下の範囲でθｒ／θｃが最大の値をとるように、前記θｒの角度を設定することが好ましい。

さらに、前記ティースが径方向内側に向かって突出していることが好ましい。

以下、本発明の実施形態に係る異方性永久磁石型モータについて、図面に基づいて詳細に説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る異方性永久磁石モータの概略断面図である。

本発明の実施の形態に係る異方性永久磁石型モータは、ステータ７とロータ８を備える。

ステータ７は、ステータコア６と、このステータコア６に巻回された複数のコイル（図示を省略する）とを備える。また、ステータコア６は、環状のステータヨーク４と、このステータヨーク４から径方向内側に向かって突出した複数のティース３と、このティース３の間に構成されたスロット５とを有する。

ロータ８は、円筒状のロータヨーク１と、このロータヨーク１の外周に配置された異方性永久磁石２と、このロータヨーク１の中央に配置された回転軸１０とを備える。そして、このロータ８は、ステータ７のティース３と空隙を介して対向している。

なお、以下、ステータの内周にロータが配置される図１のようなインナーロータ型のモータの一例を挙げて説明するが、本発明はこのインナーロータ型モータに限定されるものではなく、アウターロータ型モータにも適用できる。アウターロータ型モータとする場合は、ステータはステータヨークから外周側にティースが突出し、それらのティースに対向して、内周側に異方性永久磁石を備えたロータが配置される。

図２は異方性永久磁石２の１磁極に対応するティース３とロータ８とを示す断面図である。また、図３は図２の一部分を拡大して示す部分拡大図である。

異方性永久磁石２は、その配向方向９を磁極中央から両側θｒ°／２の範囲において外周面の法線方向に有し、磁極端部に向かって連続的に外周面の法線方向から傾きを有する。すなわち、図２および図３に示すように、異方性永久磁石２は、磁極中央から両側θｒ°／２の範囲内において、外周面の法線方向となる配向方向９を有する。さらに、この両側θｒ°／２を超えた範囲においては、異方性永久磁石２は、磁極端部に向かって連続的に外周面の法線方向から傾きを持った配向方向９を有する。また、この傾きを持った配向方向９は、それぞれ磁極中央方向へと傾く。そして、この法線方向からの傾きは、磁極中央からθｒ°／２においてはゼロであり、磁極端部に向かう程次第に大きくなる。また、磁極端部におけるこの法線方向からの傾きは、９０°を超えない範囲とすることが好ましい。

本実施の形態では、図２および図３に示すθｒ（以下、境界角と呼ぶ）を適切に設定することにより、コギングトルクの低減を図っている。以下、上述したような磁極中央から両側θｒ°／２の範囲を決定するための境界角θｒについて説明する。

まず、異方性永久磁石の磁極数とスロット数とに基づくコギングトルクの１周期あたりの角度であるコギング角θｃ、異方性永久磁石の１極当たりの角度である磁極角θｐについて、磁極数とスロット数と組み合わせが異なる数例を挙げて説明する。

コギングトルクは、１回転（３６０°）につき極数とスロット数との最小公倍数だけ発生する。このため、例えば、１６極１２スロットの場合には１回転（３６０）°につき４８回発生する。１２極１８スロットの場合には１回転（３６０）°につき３６回発生する。１０極１２スロットの場合には１回転（３６０）°につき６０回発生する。また、８極９スロットの場合には１回転（３６０）°につき７２回発生する。

すなわち、１６極１２スロットのモータの場合、コギングトルク１周期の角度であるコギング角θｃは、７．５°である。同様に、１２極１８スロットの場合、コギング角θｃは１０°であり、１０極１２スロットの場合のコギング角θｃは６°であり、８極９スロットの場合のコギング角θｃは５°である。

また、１６極１２スロットのモータの場合、１極当たりの角度である磁極角θｐは２２．５°である。同様に、１２極１８スロットの場合の磁極角θｐは３０°であり、１０極１２スロットの場合の磁極角θｐは３６°であり、８極９スロットの場合の磁極角θｐは４５°である。

次に、本実施の形態における境界角θｒについて説明する。なお、以下、境界角θｒについて、コギング角θｃに対する境界角θｒであるコギング角―境界角度比（以下、適宜、単に角度比と呼ぶ）θｒ／θｃを主に用いて説明する。

図４は異方性永久磁石型モータを１６極１２スロットとした場合のコギングトルクと角度比θｒ／θｃとの関係を示す図である。図５は１２極１８スロットとした場合のコギングトルクと角度比θｒ／θｃとの関係を示す図である。図６は１０極１２スロットとした場合のコギングトルクと角度比θｒ／θｃとの関係を示す図である。図７は８極９スロットとした場合のコギングトルクと角度比θｒ／θｃとの関係を示す図である。なお、図４乃至図７に示す角度比θｒ／θｃがＰやＱとなる点については、以下で説明する。

ここで、図４乃至図７をみると、１６極１２スロットの場合および１２極１８スロットの場合には、角度比θｒ／θｃが１のときにコギングトルクが極小となることが分かる。同様に、１０極１２スロットの場合には角度比θｒ／θｃが１、２、３、４のときにコギングトルクが極小となる。８極９スロットの場合には角度比θｒ／θｃが１、２、３、４、５、６、７のときにコギングトルクが極小となっていることが分かる。すなわち、図２および図３に示すような構成において、コギングトルクの低減を図るには、このようにコギングトルクが極小となる角度比θｒ／θｃを選択することが最適である。例えば、１６極１２スロットの場合には、角度比θｒ／θｃが１のときにコギングトルクが極小となるため、境界角θｒがコギング角θｃと等しくなるように設定すればよい。一方、８極９スロットの場合には、境界角θｒは、コギング角θｃの１、２、３、４、５、６あるいは７倍のいずれかでよい。

ところで、このように、コギングトルクが極小となる個数が磁極数とスロット数と組み合わせによって異なっている。このため、コギングトルクが極小となる角度比θｒ／θｃは次のようにして求めることができる。

すなわち、本実施の形態の異方性永久磁石２は、上述したように１極当たりの角度を磁極角θｐ°、異方性永久磁石モータに発生するコギングトルク１周期の角度をコギング角θｃ°とし、自然数をａとすると、下記の関係が成立する。

θｐ／θｃ＝３×ａ
θｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−２｝
θｒ／θｃ＝自然数
まず、コギング角θｃに対する磁極角θｐにおいて、θｐ／θｃ＝３×ａとしている。すなわち、本実施の形態では、θｐ／θｃが３の倍数となるような磁極数とスロット数とを有したモータに適用される。このため、例えば、８極４スロットの場合にはθｐ／θｃ＝２となるため適用外である。一方、図４乃至図７の場合は、θｐ／θｃが３の倍数となるため、本発明に適用される。

次に、角度比θｒ／θｃをθｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−２｝とする範囲とし、その範囲において自然数とする角度比θｒ／θｃを選択することで、コギングトルクが極小となる角度比θｒ／θｃを求めることができる。

すなわち、上記の磁極角θｐおよびコギング角θｃの値から角度比θｒ／θｃを求めると、１６極１２スロットおよび１２極１８スロットの場合には角度比θｒ／θｃが１となる。また、１０極１２スロットの場合には角度比θｒ／θｃが１、２、３、４となる。また、８極９スロットの場合には角度比θｒ／θｃが１、２、３、４、５、６、７となる。

これにより、角度比θｒ／θｃを自然数として、θｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−２｝の条件の場合には、コギングトルクが極小となることが分かる。

なお、いずれの場合においても角度比θｒ／θｃがゼロのときにコギングトルクがゼロとなっている。しかし、この場合にはその配向方向９を異方性永久磁石２の外周面の法線方向とする領域がないため、磁束量を多く獲得することができない。このため、角度比θｒ／θｃがゼロの場合には、この発明の効果を得ることができない。このため、角度比θｒ／θｃを、０＜θｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−２｝の範囲における自然数とすることがより好ましい。

以上説明したように、本実施の形態の異方性永久磁石型モータは、θｐ／θｃが３の倍数となるような磁極数とスロット数とを有したモータである。そして、角度比θｒ／θｃが０を超え、かつ｛（θｐ／θｃ）−２｝以下となる範囲において、自然数となる角度比θｒ／θｃを選択する。本モータは、この選択に基づき異方性永久磁石２の境界角θｒを設定しており、これによって、コギングトルクが最小となるようにコギングトルクを抑制できる。

なお、本実施の形態において、コギングトルクを抑制するための好適な条件について、さらに、以下説明する。

ここで、もう1度図４乃至図７をみると、１６極１２スロットの場合および１２極１８スロットの場合には角度比θｒ／θｃが１以下のときにコギングトルクが低減し、１０極１２スロットの場合には角度比θｒ／θｃが４以下のときにコギングトルクが低減し、８極９スロットの場合には角度比θｒ／θｃが７以下のときにコギングトルクが低減していることが分かる。すなわち、コギングトルクは、角度比θｒ／θｃが各図に示すＰ以下となる領域では低く抑えられているが、角度比θｒ／θｃがＰを超えると急激に増加していることがわかる。

したがって、１６極１２スロットの場合および１２極１８スロットの場合には、コギングトルクが、角度比θｒ／θｃが１以下のときのコギングトルクの極大値以下であれば、十分にコギングトルクを低減できる。また、１０極１２スロットの場合には角度比θｒ／θｃが４以下のときのコギングトルクの極大値、８極９スロットの場合には角度比θｒ／θｃが７以下のときのコギングトルクの極大値に対しても同様のことが言える。図４乃至図７に、０＜θｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−２｝の範囲におけるコギングトルクの極大値を許容最大値Ｃｍａｘとし、その極大値に対応する角度比θｒ／θｃを極大角度比Ｑとして示す。

このようなコギングトルクが許容最大値Ｃｍａｘ以下となる角度比θｒ／θｃの範囲は、図４乃至図７から分かるように、０＜θｒ／θｃ≦Ｐとなる。すなわち、図４に示す１２極１８スロットの場合、角度比θｒ／θｃがゼロ以上Ｐ以下の範囲では、コギングトルクは許容最大値Ｃｍａｘ以下に抑制されている。よって、角度比θｒ／θｃがゼロ以上かつＰ以下となる範囲においての境界角θｒを設定すれば、コギングトルクを許容値以下となるように好適に抑制することができ、本発明の効果を達成することができる。

このようなＰとなる角度比θｒ／θｃは、次のようにして求めることができる。まず、上述した０＜θｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−２｝の範囲におけるコギングトルクの極大値を求める。次に、｛（θｐ／θｃ）−２｝＜θｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−１｝範囲において、コギングトルク値がこの極大値に等しい許容最大値Ｃｍａｘとなる角度比θｒ／θｃを求める。このようにして求めた角度比θｒ／θｃが、角度比における許容最大値を示す許容最大角度比Ｐとなる。

以上説明したように、角度比θｒ／θｃが｛（θｐ／θｃ）−２｝≦θｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−１｝となる範囲において、許容最大値Ｃｍａｘに等しいコギングトルク値に対応する角度比θｒ／θｃを求め、求めた角度比θｒ／θｃを許容最大角度比Ｐとするとき、角度比θｒ／θｃがこの許容最大角度比Ｐ以下となるように、境界角θｒの角度を設定することにより、肉薄でありながらコギングトルクを低減することができる。さらに、角度比θｒ／θｃが許容最大値Ｃｍａｘ以下の範囲で最大の値をとるように境界角θｒの角度を設定することにより、ステータに鎖交する磁束量を増大させ高トルク化とすることができ、モータの効率を上げることができる。

また、図２に示すように、異方性永久磁石２の磁極中央から両側θｒ°／２の範囲に対応する異方性永久磁石２の外周部の幅をｌｒとし、ティース３の幅をｌｔしたとき、異方性永久磁石２は、ｌｔ／ｌｒ≧ａとなることが好ましい。このようにｌｔ／ｌｒ≧ａが好ましいとする理由について説明する。

図８は１６極１２スロットとした場合のコギングトルクとｌｔ／ｌｒとの関係を示す図である。図９は１２極１８スロットとした場合のコギングトルクとｌｔ／ｌｒとの関係を示す図である。図１０は１０極１２スロットとした場合のコギングトルクとｌｔ／ｌｒとの関係を示す図である。図１１は８極９スロットとした場合のコギングトルクとｌｔ／ｌｒとの関係を示す図である。

これら図８乃至図１１をみると、１６極１２スロットの場合および１２極１８スロットの場合にはｌｔ／ｌｒが１以上のときにコギングトルクが極小となることが分かる。また、１０極１２スロットの場合にはｌｔ／ｌｒが２以上のときにコギングトルクが極小となり、８極９スロットの場合にはｌｔ／ｌｒが３以上のときにコギングトルクが極小となっていることが分かる。

ここで、上記の磁極角θｐおよびコギング角θｃの値から自然数ａを求めると、１６極１２スロットおよび１２極１８スロットの場合には１、１０極１２スロットの場合には２、８極９スロットの場合には３となる。これにより、ｌｔ／ｌｒ≧ａの場合には、コギングトルクが極小となることが分かる。

次に、この発明に係る異方性永久磁石２の製造工程について説明する。図１２および図１３は、製造段階の異方性永久磁石２を示す断面図である。

まず、図１２のように、一様な配向磁界Ｈを施しておく。そして、異方性永久磁石２を製造するための材料を、磁極中央部周辺においては配向方向が外周面の法線方向に、磁極端部においては配向方向が外周面の接線方向に配向するように配置する。そして、圧延等により荷重Ｆにて、図１３のような円弧状の磁極に変形する。これにより、配向方向９を磁極中央から両側θｒ°／２の範囲において外周面の法線方向に有し、磁極端部に向かって連続的に外周面の法線方向から傾きを有するように調製できる。ただし、図１２および図１３は磁極の中心から右半分の断面形状を表している。

次に、本発明の実施の形態に係る異方性永久磁石型モータと、従来型のモータとを比較する。図１４は、比較例と本発明の実施の形態に係る異方性永久磁石型モータとを比較した図である。

図１４においては、比較例とは１６極１２スロットのラジアル配向および着磁をした永久磁石を用いたモータである。一方、実施例１とは１６極１２スロット、角度比θｒ／θｃが１、ｌｔ／ｌｒが１の異方性永久磁石を用いたモータである。実施例２とは８極９スロット、角度比θｒ／θｃが１、ｌｔ／ｌｒが３の異方性永久磁石を用いたモータである。更に、実施例３とは８極９スロット、角度比θｒ／θｃが６、ｌｔ／ｌｒが３の異方性永久磁石を用いたモータである。

実施例１と比較例とを比較すると、コギングトルクについては実施例１が比較例に対して９５％程度低減していることが分かる。また、トルク定数については実施例１が比較例に対して２％程度向上していることが分かる。

次に、実施例２と比較例とを比較すると、コギングトルクについては実施例２が比較例に対して９９．９％程度低減していることが分かる。

次に、実施例３と比較例とを比較すると、コギングトルクについては実施例３が比較例に対して９９．５％程度低減していることが分かる。また、トルク定数については実施例３が比較例に対して１２％程度向上していることが分かる。

以上から、本発明に係る異方性永久磁石２は、肉薄でありながらコギングトルクを低減することができる。

ここで、上記の角度比θｒ／θｃの条件により、コギングトルクが低減されていることについて、以下の式により確認する。式１は、磁極の非対称性に起因するコギングトルクの発生条件を示す式である。なお、μｏは真空の透磁率、ｌｇは空隙長、ｌｓは軸長、ｒｇは空隙の半径、θはロータの回転角、φは空隙部の周方向位置、（Λ²）_k・_ZstはΛ²（φ）の空間第ｋ・Ｚｓｔ次成分の振幅、δ_k・_ZstはΛ²（φ）の空間第ｋ・Ｚｓｔ次成分の初期位相、（Ｆ²）ｊは空隙部起磁力分布の空間第ｊ次成分の振幅、Ｚｓｔはステータのスロット数を表す。

（式１）

この式１から、ｃｏｓ（ｊ−ｋ・Ｚｓｔ）＝１が成立するときに、コギングトルクが発生することがわかる。つまり、ｊ＝ｋ・Ｚｓｔのとき、コギングトルクが発生する。

そこで、図１４において、実施例１と比較例とを比較すると、ｊ＝１・Ｚｓｔ次の起磁力成分については比較例が２３５．０であるのに対し、実施例１が１．０であり、比較例に対し実施例１の方が飛躍的に低減していることがわかる。また、ｊ＝２・Ｚｓｔ次の起磁力成分については比較例が５２０００．０であるのに対し、実施例１が３０００．０であり、比較例に対し実施例１の方が飛躍的に低減していることがわかる。また、ｊ＝３・Ｚｓｔ次の起磁力成分については比較例が１７４０．０であるのに対し、実施例１が１２８．０であり、比較例に対し実施例１の方が飛躍的に低減していることがわかる。ｊ＝４・Ｚｓｔ次の起磁力成分については比較例が２１００００．０であるのに対し、実施例１が６００．０であり、比較例に対し実施例１の方が飛躍的に低減していることがわかる。そして、コギングトルクについては実施例１が比較例に対して９５％程度低減していることが分かる。また、トルク定数については実施例１が比較例に対して２％程度向上していることが分かる。

次に、実施例２と比較例とを比較すると、ｊ＝１・Ｚｓｔ次の起磁力成分については比較例が２３５．０であるのに対し、実施例２が０．４であり、比較例に対し実施例２の方が飛躍的に低減していることがわかる。また、ｊ＝２・Ｚｓｔ次の起磁力成分については比較例が５２０００．０であるのに対し、実施例２が１０６．０であり、比較例に対し実施例２の方が飛躍的に低減していることがわかる。また、ｊ＝３・Ｚｓｔ次の起磁力成分については比較例が１７４０．０であるのに対し、実施例２が０．１であり、比較例に対し実施例２の方が飛躍的に低減していることがわかる。ｊ＝４・Ｚｓｔ次の起磁力成分については比較例が２１００００．０であるのに対し、実施例２が９．４であり、比較例に対し実施例２の方が飛躍的に低減していることがわかる。そして、コギングトルクについては実施例２が比較例に対して９９．９％程度低減していることが分かる。

次に、実施例３と比較例とを比較すると、ｊ＝１・Ｚｓｔ次の起磁力成分については比較例が２３５．０であるのに対し、実施例３が２．８であり、比較例に対し実施例３の方が飛躍的に低減していることがわかる。また、ｊ＝２・Ｚｓｔ次の起磁力成分については比較例が５２０００．０であるのに対し、実施例３が１８８．０であり、比較例に対し実施例３の方が飛躍的に低減していることがわかる。また、ｊ＝３・Ｚｓｔ次の起磁力成分については比較例が１７４０．０であるのに対し、実施例３が０．９であり、比較例に対し実施例３の方が飛躍的に低減していることがわかる。ｊ＝４・Ｚｓｔ次の起磁力成分については比較例が２１００００．０であるのに対し、実施例３が１４．８であり、比較例に対し実施例３の方が飛躍的に低減していることがわかる。

そして、コギングトルクについては実施例３が比較例に対して９９．５％程度低減していることが分かる。また、トルク定数については実施例３が比較例に対して１２％程度向上していることが分かる。

以上から、上記の角度比θｒ／θｃの条件により、コギングトルクが低減されていることが確認できる。

本発明に係る異方性永久磁石型モータは、コギングトルクの低減と高効率化が求められるモータに適している。

本発明の実施の形態に係るモータの概略断面図 本発明の実施の形態に係るモータの異方性永久磁石の１磁極に対応するティースとロータとを示す断面図 図２の一部分を拡大して示す部分拡大図 本発明の実施の形態に係るモータの１６極１２スロットとした場合のコギングトルクとθｒ／θｃとの関係を示す図 本発明の実施の形態に係るモータの１２極１８スロットとした場合のコギングトルクとθｒ／θｃとの関係を示す図 本発明の実施の形態に係るモータの１０極１２スロットとした場合のコギングトルクとθｒ／θｃとの関係を示す図 本発明の実施の形態に係るモータの８極９スロットとした場合のコギングトルクとθｒ／θｃとの関係を示す図 本発明の実施の形態に係るモータの１６極１２スロットとした場合のコギングトルクとｌｔ／ｌｒとの関係を示す図 本発明の実施の形態に係るモータの１２極１８スロットとした場合のコギングトルクとｌｔ／ｌｒとの関係を示す図 本発明の実施の形態に係るモータの１０極１２スロットとした場合のコギングトルクとｌｔ／ｌｒとの関係を示す図 本発明の実施の形態に係るモータの８極９スロットとした場合のコギングトルクとｌｔ／ｌｒとの関係を示す図 本発明の実施の形態に係るモータの製造段階の異方性永久磁石を示す部分断面図 本発明の実施の形態に係るモータの製造段階の異方性永久磁石を示す部分断面図 比較例と本発明の実施の形態に係るモータとを比較した図 従来のラジアル配向、着磁の場合の磁束方向と、極異方配向、着磁の場合の磁束方向とを示す概念図

符号の説明

１ ロータコア
２ 異方性永久磁石
３ ティース
４ ステータヨーク
５ スロット
６ ステータコア
７ ステータ
８ ロータ
９ 配向方向

Claims (5)

1. 環状のステータヨークと、前記ステータヨークから径方向に突出した複数のティースと、前記ティースの間に構成されたスロットとを有するステータコアと、前記ティースに巻回された複数のコイルとを備えたステータと、円筒状のロータヨークと、前記ロータヨークの表面に配置された異方性永久磁石とを有し、前記ティースに空隙を介して対向したロータと、を備える異方性永久磁石型モータであって、
   前記異方性永久磁石は、
   回転軸を中心とした角度が、磁極中央から両側θｒ／２の角度範囲では、配向方向を外周面の法線方向に有し、かつ、
   前記角度が、前記磁極中央から両側θｒ／２の角度位置から、磁極端部までの角度範囲では、配向方向の法線方向からの傾きが、前記磁極中央からθｒ／２の角度位置から前記磁極端部に向かう程、次第に大きくなり、この傾きを持った配向方向はそれぞれ前記磁極中央方向へ傾き、
   １極当たりの角度をθｐ、前記異方性永久磁石モータに発生するコギングトルク１周期の角度をθｃ、自然数をａとして、
   θｃは、３６０°／（極数とスロット数との最小公倍数）で定義され、
   θｐ／θｃ＝３×ａであり、
   θｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−２｝の範囲におけるコギングトルクの極大値をコギングトルクの許容最大値としたとき、
   θｒ／θｃが｛（θｐ／θｃ）−２｝≦θｒ／θｃ≦｛（θｐ／θｃ）−１｝となる範囲において、前記許容最大値に等しいコギングトルク値に対応するθｒ／θｃを求め、求めたθｒ／θｃをＰとするとき、θｒ／θｃが前記Ｐ以下となるように、前記角度θｒを設定したことを特徴とする異方性永久磁石型モータ。
2. 請求項１に記載の異方性永久磁石型モータにおいて、
   前記異方性永久磁石の磁極中央から両側θｒ／２の角度範囲に対応する前記異方性永久磁石の幅をｌｒ、前記ティースの幅をｌｔとしたとき、
   ｌｔ／ｌｒ≧ａの関係が成立する異方性永久磁石型モータ。
3. 請求項１または請求項２に記載の異方性永久磁石型モータにおいて、
   θｒ／θｃが｛（θｐ／θｃ）−２｝以下における自然数となるように、前記角度θｒを設定したことを特徴とする異方性永久磁石型モータ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の異方性永久磁石型モータにおいて、
   前記許容最大値以下の範囲でθｒ／θｃが最大の値をとるように、前記角度θｒを設定したことを特徴とする異方性永久磁石型モータ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の異方性永久磁石型モータにおいて、
   前記ティースが径方向内側に向かって突出していることを特徴とする異方性永久磁石型モータ。