特開 2023-180834 モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023180834

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/22 20060101AFI20231214BHJP

   H02K 21/14 20060101ALI20231214BHJP

【ＦＩ】

H02K1/22 A

H02K21/14 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022094453

(22)【出願日】2022-06-10

(71)【出願人】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】ニデック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】奥村 将徳

【テーマコード（参考）】

5H601

5H621

【Ｆターム（参考）】

5H601AA22

5H601CC01

5H601CC15

5H601DD01

5H601DD09

5H601DD11

5H601DD18

5H601EE03

5H601EE18

5H601EE34

5H601FF04

5H601GA02

5H601GA24

5H601GB05

5H601GB12

5H601GB33

5H601GB49

5H601GC02

5H601GC12

5H621AA02

5H621BB07

5H621BB10

5H621GA11

(57)【要約】      （修正有）

【課題】出力トルクを低下させることなく、コギングトルクを低減することができる同期型のモータを提供する。
【解決手段】モータであって、ロータコアのマグネット挿入孔２４の径方向外方の面は、第１マグネット２２及び第２マグネット２３のそれぞれの端部と対向する一対のマグネット対向面２４５と、マグネット対向面２４５の周方向の端部からロータコアの外周面に沿って延びる一対の周側端面２４６と、を有し、（０．９２≦ＲＴ／ＳＴ≦０．９６）を満たす。
ＲＴ：前記マグネット対向面２４５と前記周側端面２４６との各交点の中心角度。
ＳＴ：ティース３２の総数を第１マグネット２２及び第２マグネット２３で構成される磁極の総数で除して磁極対応数とし、周方向に並んだ磁極対応数のティース３２の周方向の両端のティース３２のコイル３３が取り付けられるティース基部３２１の径方向内端の周方向内側３２１ａ同士の中心角度。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心軸に沿って延びるシャフトと、
前記シャフトに固定されて前記シャフトとともに中心軸を中心として回転可能なロータと、
前記ロータと径方向に対向するステータと、を有し、
前記ステータは、
前記ロータの径方向外方に配置される環状のステータコアから径方向内方に延びるとともにコイルが取り付けられたティース基部を有する複数のティースを有し、
前記ロータは、
径方向外方に向かうにつれて周方向に離れて配置される第１マグネット及び第２マグネットを有し、周方向に並ぶ複数のマグネットペアと、
一対の前記第１マグネット及び前記第２マグネットが挿入される複数のマグネット挿入孔を有するロータコアと、を有し、
前記マグネット挿入孔の径方向外方の面は、
前記径方向外方に向かうにつれて周方向に拡がり、前記第１マグネット及び前記第２マグネットのそれぞれの径方向外方の端部と対向する一対のマグネット対向面と、
前記マグネット対向面の周方向の端部から前記ロータコアの外周面に沿って延びる一対の周側端面と、を有し、
前記中心軸に沿う方向に見て、前記マグネット対向面と前記周側端面との各交点の前記中心軸を中心とする中心角度をロータ特徴値ＲＴとし、
前記ティースの総数を前記第１マグネット及び前記第２マグネットで構成される磁極の総数で除した値を磁極対応数として、周方向に前記磁極対応数並んだ両端に配置される２つの前記ティースにおける前記ティース基部の周方向内面の径方向内端の前記中心軸を中心とする中心角度をステータ特徴値ＳＴとしたとき、
０．９２≦ＲＴ／ＳＴ≦０．９６を満たす、モータ。

【請求項2】

前記ティースの総数が４８であり、
前記磁極の総数が８である請求項１に記載のモータ。

【請求項3】

前記第１マグネットと前記第２マグネットとは、同形の直方体形状であり、
前記マグネット挿入孔に挿入された前記第１マグネットの周方向長さ及び前記第２マグネット周方向の長さが、９ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１又は請求項２に記載のモータ。

【請求項4】

前記マグネット挿入孔に挿入された前記第１マグネットの周方向の長さと、前記第２マグネットの周方向の長さと、が等しい請求項３に記載のモータ。

【請求項5】

前記ロータの直径は、９０ｍｍ以上１０５ｍｍ以下である請求項１又は請求項２に記載のモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、同期電動機の回転子は、外周縁に沿って形成された複数の磁石挿入孔に挿入されてそれぞれ磁極を構成する複数の永久磁石を備える。そして、対向配置された２つの永久磁石における対向側端部それぞれに空隙からなるフラックスバリアが形成される。これらフラックスバリアの間に磁路部が形成される。磁路部の対向面の幅を最適化することで、トルクリップルを低減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－５３７７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した同期電動機のように、フラックスバリアの間の幅を最適化するだけでは、回転時のトルクリップルの低減が十分ではなく、特に、コギングトルクを低減する効果が低い。

【0005】

そこで本発明は、出力トルクを低下させることなく、コギングトルクを低減することができる同期型の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】

【0006】

本発明の例示的なモータは、中心軸に沿って延びるシャフトと、前記シャフトに固定されて前記シャフトとともに中心軸を中心として回転可能なロータと、前記ロータと径方向に対向するステータと、を有する。前記ステータは、前記ロータの径方向外方に配置される環状のステータコアから径方向内方に延びるとともにコイルが取り付けられたティース基部を有する複数のティースを有する。前記ロータは、径方向外方に向かうにつれて周方向に離れて配置される第１マグネット及び第２マグネットを有し、周方向に並ぶ複数のマグネットペアと、一対の前記第１マグネット及び前記第２マグネットが挿入される複数のマグネット挿入孔を有するロータコアと、を有する。前記マグネット挿入孔の径方向外方の面は、前記径方向外方に向かうにつれて周方向に拡がり、前記第１マグネット及び前記第２マグネットのそれぞれの径方向外方の端部と対向する一対のマグネット対向面と、
前記マグネット対向面の周方向の端部から前記ロータコアの外周面に沿って延びる一対の周側端面と、を有する。前記中心軸に沿う方向に見て、前記マグネット対向面と前記周側端面との各交点の前記中心軸を中心とする中心角度をロータ特徴値ＲＴとし、前記ティースの総数を前記第１マグネット及び前記第２マグネットで構成される磁極の総数で除した値を磁極対応数として、周方向に前記磁極対応数並んだ両端に配置される２つの前記ティースにおける前記ティース基部の周方向内面の径方向内端の前記中心軸を中心とする中心角度をステータ特徴値ＳＴとしたとき、０．９２≦ＲＴ／ＳＴ≦０．９６を満たす。

【発明の効果】

【0007】

本発明の例示的なモータによれば、同期型のモータであり、コギングトルクを低減することで、円滑な回転が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の例示的なモータの斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す本発明の例示的なモータの軸方向から見た図である。

【図3】図３は、図２に示す本発明の例示的なモータの部分拡大図である。

【図4】図４は、本発明の例示的な実験１の結果を示すグラフである。

【図5】図５は、本発明の例示的な実験２の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態にかかる電動車両用モータについて説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

【0010】

本明細書において、図１に示すモータ１００の中心軸Ｃｘと平行な方向を「軸方向」と称する。中心軸Ｃｘと直交する径方向を単に「径方向」と称し、中心軸Ｃｘを中心とする周方向を単に「周方向」と称する。

【0011】

また、本明細書において、「環状」は、中心軸Ｃｘを中心とする周方向の全域に渡って切れ目が無く連続的に一繋がりとなる形状に加えて、中心軸Ｃｘを中心とする全域の一部に１以上の切れ目を有する形状を含む。

【0012】

また、方位、線、及び面のうちのいずれかと他のいずれかとの位置関係において、「平行」は、両者がどこまで延長しても全く交わらない状態のみならず、実質的に平行である状態を含む。また、「直交」はそれぞれ、両者が互いに９０度で交わる状態のみならず、実質的に垂直である状態及び実質的に直交する状態を含む。つまり、「平行」及び「直交」はそれぞれ、両者の位置関係に本発明の主旨を逸脱しない程度の角度ずれがある状態を含む。なお、これらは単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係、方向、及び名称などを限定する意図はない。

【0013】

＜モータ１００＞
図１は、本発明の例示的なモータ１００の斜視図である。図２は、図１に示す本発明の例示的なモータ１００の軸方向から見た図である。図３は、図２に示す本発明の例示的なモータ１００の部分拡大図である。図１、図２に示すように、モータ１００は、８極４８スロットの同期型電動機である。つまり、モータ１００は、８個の磁極１０１を有する。モータ１００において、８個の磁極１０１は、周方向に等間隔で配置される。

【0014】

図１、図２に示すように、モータ１００は、シャフト１０と、ロータ２０と、ステータ３０と、を有する。モータ１００において、ステータ３０は、ロータ２０の径方向外方に配置される。ステータ３０の径方向の内端が、ロータ２０の径方向外端と径方向に対向する。すなわち、ステータ３０は、ロータ２０と径方向に対向する。

【0015】

＜シャフト１０＞
シャフト１０は、中心軸Ｃｘに沿って延びる。シャフト１０は、円柱状であり、中心軸Ｃｘを中心に回転可能である。シャフト１０は、モータ１００のケース（不図示）に軸受（不図示）を介して回転可能に支持される。

【0016】

＜ロータ２０＞
ロータ２０は、軸方向に延びる中心軸Ｃｘに沿う方向に延びる円筒状である。本実施形態のモータ１００において、ロータ２０は、シャフト１０に固定されてシャフト１０とともに中心軸Ｃｘを中心として回転可能である。ロータ２０は、ロータコア２１と、周方向に並べられる複数のマグネットペアと、を有する。各マグネットペアは、第１マグネット２２と、第２マグネット２３と、を有する。ロータ２０には、一のマグネットペアの第１マグネット２２及び第２マグネット２３が径方向外方に向かうにつれて周方向に離れて配置される。

【0017】

＜ロータコア２１＞
ロータコア２１は、磁性体材料を用いて形成される。本実施形態において、ロータコア２１は、電磁鋼板を軸方向に積層した積層体である。ロータコア２１は、シャフト孔２１１と、複数のマグネット挿入孔２４と、有する。シャフト孔２１１は、軸方向に見て中央に配置されて、軸方向に沿って延びる。シャフト孔２１１は、ロータコア２１を軸方向に貫通する。シャフト孔２１１にはシャフト１０が圧入される。これにより、シャフト１０がロータコア２１に固定される。なお、シャフト１０とロータコア２１の固定は、圧入に限定されず、溶接、溶着、ねじ止め等、シャフト１０とロータコア２１との回転バランスを悪化させることなく、強固に固定できる方法を広く採用することができる。

【0018】

各マグネット挿入孔２４には、第１マグネット２２及び第２マグネット２３が挿入される。

【0019】

＜第１マグネット２２及び第２マグネット２３＞
第１マグネット２２及び第２マグネット２３は、いずれも、同形の平板状（直方体形状）の永久磁石である。すなわち、第１マグネット２２と第２マグネット２３とは、直方体形状である。第１マグネット２２及び第２マグネット２３は、厚み方向の一方がＮ極、他方がＳ極である。ロータ２０では、１つのマグネット挿入孔２４に挿入された第１マグネット２２及び第２マグネット２３は、径方向内方にＮ極又はＳ極の一方を配置され、径方向外方に他方を配置される。そして、周方向に隣り合うマグネット挿入孔２４では、Ｎ極とＳ極の配置が逆になる。

【0020】

なお、第１マグネット２２及び第２マグネット２３のロータコア２１への固定方法は、例えば、接着にて行われる。なお、固定方法は、接着に限定されず、非磁性の別部品による押圧、樹脂等によるインサート成型等、第１マグネット２２及び第２マグネット２３をロータコア２１に強固に固定できる固定方法を広く採用することができる。また、これらの固定方法を複数利用してもよい。

【0021】

＜マグネット挿入孔２４＞
軸方向から見て、マグネット挿入孔２４は、径方向外方に向かうにつれて周方向に拡がる。本実施形態のモータ１００において、各マグネット挿入孔２４は、周方向に一続きの孔であり、周方向の中間部が径方向内方に屈曲するＶ字状である。第１マグネット２２及び第２マグネット２３は、ロータコア２１の軸方向一方側の端部から中心軸Ｃｘに沿って配置される。このように配置されることで、マグネット挿入孔２４に配置された第１マグネット２２の周方向の長さと、第２マグネット２３の周方向の長さと、が等しい。このように配置することで、第１マグネット２２からの磁束と第２マグネット２３からの磁束とのバランスが保たれ、コギングトルクを抑制することができる。

【0022】

マグネット挿入孔２４は、径方向内面２４１と、径方向外面２４２と、を有する。径方向内面２４１と、径方向外面２４２とは径方向に対向する。そして、一対の径方向内面２４１は、それぞれの面が交差する線と中心軸とを含む面を基準とする面対象である。一対の径方向外面２４２も、一対の径方向内面２４１と同様の面を基準とする面対象である。

【0023】

また、マグネット挿入孔２４は、一対の第１凸部２４３と、第２凸部２４４と、を有する。一対の第１凸部２４３は、径方向内面２４１の周方向の両端部に設けられ、径方向外方に突出する。第２凸部２４４は、径方向外面２４２の周方向の中央部に設けられ、径方向内方に突出する。

【0024】

マグネット挿入孔２４の一対の径方向外面２４２は、それぞれ、マグネット対向面２４５と、周側端面２４６と、を有する。一対のマグネット対向面２４５は、径方向外方に向かうにつれて周方向に拡がり、第１マグネット２２及び第２マグネット２３のそれぞれの径方向外方の端部と対向する。マグネット対向面２４５の周方向長さは、第１マグネット２２及び第２マグネット２３それぞれの周方向長さよりも長い。また、一対の周側端面２４６は、一対のマグネット対向面２４５それぞれの周方向の端部からロータコア２１の外周面に沿って延びる。なお、本実施形態のモータ１００では、一対のマグネット対向面２４５は、第１マグネット２２及び第２マグネット２３のそれぞれと接触するが、非接触であってもよい。

【0025】

マグネット挿入孔２４に第１マグネット２２及び第２マグネット２３を挿入する。このとき、第１マグネット２２及び第２マグネット２３の周方向外側に配置される面は、第１凸部２４３と接触する。また、第１マグネット２２及び第２マグネット２３の周方向の対向する面は、第２凸部２４４に接触する。この状態で、第１マグネット２２及び第２マグネット２３は、接着により固定される。

【0026】

なお、第１マグネット２２及び第２マグネット２３の固定は、接着に限定されず、別部品による押圧、樹脂等によるインサート成型等の方法を採用してもよい。またこれら以外にも、ロータ２０の回転時のバランスを崩すことなく、第１マグネット２２及び第２マグネット２３を強固に固定できる固定方法を広く採用できる。これにより、ロータ２０が回転するときに、第１マグネット２２及び第２マグネット２３の周方向のずれが抑制される。

【0027】

図３に示すように、マグネット挿入孔２４に、第１マグネット２２及び第２マグネット２３を挿入して、固定することで、第１マグネット２２及び第２マグネット２３それぞれの周方向の両端にフラックスバリア２４７が形成される。

【0028】

より詳細には、第１マグネット２２の周方向一方側面と、マグネット対向面２４５と、周側端面２４６と、第１凸部２４３で囲われるマグネット挿入孔２４に第１フラックスバリア２４７ａが設けられる。第２マグネット２３の周方向他方側面と、マグネット対向面２４５と、周側端面２４６と、第１凸部２４３で囲われるマグネット挿入孔２４に第２フラックスバリア２４７ｂが設けられる。第１マグネット２２の周方向他方側面と、第２凸部２４４と、第２マグネット２３の周方向一方側面と、径方向内面２４１で囲われるマグネット挿入孔２４に第３フラックスバリア２４７ｃが設けられる。フラックスバリア２４７を設けることで、磁束の急激な変化が抑制され、トルクの変動が小さくなる。従って、ロータ２０が回転するときのトルクリップルが抑制される。

【0029】

第１マグネット２２及び第２マグネット２３が、マグネット挿入孔２４に挿入されて固定されることで、ロータ２０に磁極Ｍｐが形成される。図１、図２に示すように、ロータ２０は、８個のマグネット挿入孔２４を有している。すなわち、本実施形態のモータ１００では、磁極Ｍｐの総数が８である。

【0030】

本実施形態のモータ１００において、１つのマグネット挿入孔２４に第１マグネット２２及び第２マグネット２３が挿入される構成であるが、これに限定されない。マグネット挿入孔が、２つの独立した孔で構成され、一方に第１マグネット２２、他方に第２マグネット２３が挿入されてもよい。このような場合であっても、それぞれの孔にマグネット対向面と周側端面とが形成される。

【0031】

＜ステータ３０＞
ステータ３０は、ステータコア３１と、ティース３２と、コイル３３（図２、図３参照）とを有する。ステータ３０は、モータ１００のモータケースに固定される。

【0032】

＜ステータコア３１＞
ステータコア３１は、磁性体材料を用いて形成される。本実施形態において、ステータコア３１は、ロータ２０の径方向外方に配置される環状であり、電磁鋼板を軸方向に積層した積層体である。ステータコア３１は、中心軸Ｃｘを囲む環状である。ステータコア３１は、モータケースの内部に固定される。

【0033】

複数のティース３２は、ステータコア３１から径方向内方に延びるとともにコイル３３が取り付けられる。複数のティース３２は、周方向に配列される。各ティース３２は、ティース基部３２１と、ティース先端部３２２と、を有する。ティース基部３２１は、ステータコア３１から突出している部分である。なお、本実施形態のモータ１００において、ティース３２の総数が４８である。

【0034】

ティース３２において、少なくともティース基部３２１に、不図示のインシュレータが取り付けられる。インシュレータは、樹脂などの電気絶縁性を有する材料で形成される。インシュレータに覆われた各ティース３２のティース基部３２１に導線を巻き付け、コイル３３が形成される。すなわち、ティース３２は、コイル３３が取り付けられるティース基部３２１を有する。導線は、例えば、エナメル被覆銅線、絶縁部材で被覆された金属線などである。インシュレータが設けられていることで、コイル３３からティース３２への漏電、放電等が抑制される。

【0035】

ティース先端部３２２は、ティース基部３２１の径方向内方の端部と接続されて周方向の両方に延びる。ティース先端部３２２を設けることで、導線をティース基部３２１に巻き付けてコイル３３を形成するときに導線の径方向内方へのずれが抑制される。なお、インシュレータが、ティース先端部３２２の少なくともコイル３３と接触する可能性がある部分を覆ってもよい。

【0036】

各ティース３２に配置されたコイル３３は、不図示の渡線で電気的に接続される。なお、本実施形態において、渡線は、導線の一部である。但し、この例示に限定されず、渡線は、導線とは別部材であってよい。各々のコイル３３に駆動電流が供給されると、ステータ３０は励磁される。ステータ３０の励磁によって、ロータ２０が回転（駆動）される。

【0037】

＜モータ１００の最適化＞
モータ１００は、以上示した構成を有する。使用目的によるが、モータ１００では、ロータ２０がなるべく滑らかに回転することが要求される。換言すると、ロータ２０の回転時に、トルクの変動（トルクリップル）が抑制された回転が要求される。モータ１００において、コギングトルクを低減することで、トルクリップルが抑制される。

【0038】

本発明の発明者は、マグネット挿入孔２４とティース３２との相対的な形状を調整することで、コギングトルクが変化することに気づいた。そこで、モータ１００において、マグネット挿入孔２４とティース３２との形状の関係性を定量的に示すため、ロータ特徴値ＲＴ、ステータ特徴値ＳＴ及び形状係数ＲＴ／ＳＴを以下のとおり定義した（図３参照）。

【0039】

図３に示すように、中心軸Ｃｘ方向からみて、マグネット対向面２４５と周側端面２４６との交点を交点Ｃｐとする。一対のマグネット対向面２４５と一対の周側端面２４６との交点Ｃｐも周方向に離れて対をなす。ロータ特徴値ＲＴは、一対の交点Ｃｐの中心軸Ｃｘを中心とする中心角度とする。なお、ロータ特徴値ＲＴは、ロータ２０の各磁極Ｍｐにおける磁束が流れる領域である。

【0040】

また、ティース３２の総数を第１マグネット２２及び第２マグネット２３で構成される磁極Ｍｐの総数で除して磁極対応数Ｍｎを算出する。本実施形態のモータ１００では、ティース３２の総数が４８で、磁極Ｍｐの総数が８であるため、磁極対応数Ｍｎは、６である。このように、ティース３２の総数を磁極Ｍｐの総数の倍数とすることで、形状係数ＲＴ／ＳＴの算出が容易であり、形状が最適化されたモータ１００の製造が容易である。

【0041】

そして、中心軸Ｃｘ方向から見て、周方向に並んだＭｎ個のティース３２の周方向の両端に位置するティース３２を端部ティース３２ａとする（図３参照）。ステータ特徴値ＳＴは、一対の端部ティース３２ａのティース基部３２１の径方向内端の周方向内側３２１ａ（図３参照）同士の中心軸Ｃｘを中心とする中心角度とする。なお、ステータ特徴値ＳＴは、ロータ２０の磁極Ｍｐにおける磁束が流れる領域から、ティース３２における磁束を受ける領域（角度）である。

【0042】

そして、形状係数ＲＴ／ＳＴは、マグネット挿入孔２４とティース３２との関係を示す変数であり、ロータ特徴値ＲＴをステータ特徴値ＳＴで除した値とする。

【0043】

以上のとおり定義した形状係数ＲＴ／ＳＴとコギングトルクとの関係について、実験を行った。実験の詳細について以下に示す。なお、実験では、上述したモータ１００を基本構成として、各部の寸法が異なるモデルを容易し、各モデルにおいて形状係数ＲＴ／ＳＴが変化したときのコギングトルクについて測定した。なお、形状係数ＲＴ／ＳＴの調整は、ステータ特徴値ＳＴは固定値とし、ロータ特徴値ＲＴを変更することで調整している。さらに詳しく説明すると、マグネット対向面２４５及び周側端面２４６の長さを変更することで、形状係数ＲＴ／ＳＴを調整している。

【0044】

＜実験１＞
まず、第１マグネット２２の周方向の長さＬ及び第２マグネット２３の周方向の長さＬが一定で、ロータ２０の直径ｄが異なる３種のモータ１００について、形状係数ＲＴ／ＳＴを変化させたときのコギングトルクを測定した。

【0045】

実験１では、ロータ２０の直径ｄが異なる３種のモデルＡ、モデルＢ、モデルＣを用いた。モデルＡは、ロータ２０の直径ｄが９７．４ｍｍである。また、モデルＢは、ロータ２０の直径ｄが９０ｍｍである。さらに、モデルＣは、ロータ２０の直径ｄが１０５ｍｍである。なお、各モデルにおいて、ステータ３０の直径ｄ及び内径は、ロータ２０の直径に合わせて、決定されている。また、第１マグネット２２及び第２マグネット２３の周方向の長さＬは、全てのモデルで９．６ｍｍである。

【0046】

実験１の結果を図４に示す。図４は、実験１の結果を示すグラフである。図４のグラフでは、第１マグネット２２及び第２マグネットの周方向の長さＬを一定とし、ロータ２０の直径を変化させたときの形状係数ＲＴ／ＳＴとコギングトルク比Ｒｃとの関係を示す。図４において、横軸は形状係数ＲＴ／ＳＴである。縦軸は、コギングトルク比Ｒｃである。ここで、コギングトルク比Ｒｃとは、各モデルにおける最大トルクに対するコギングトルクの比率である。さらに詳しく説明すると、コギングトルク比Ｒｃは、コギングトルク／最大トルクである。そして、モデルＡの結果を実線、モデルＢの結果を破線、モデルＣの結果を一点鎖線で示している。

【0047】

図４に示すように、モデルＡ、モデルＢ、モデルＣのいずれのコギングトルク比Ｒｃも、極小値があることがわかった。極小値となる形状係数ＲＴ／ＳＴはモデルによって異なるが、およそ、０．９２から０．９６の間に極小になっていることがわかった。実験１の結果に基づいて、コギングトルクを小さく抑制することができる形状係数は、０．９２≦ＲＴ／ＳＴ≦０．９６である。

【0048】

また、ロータ２０の直径ｄは、９０ｍｍ以上１０５ｍｍ以下である。このように構成することで、最適化された形状のモータ１００を容易に製造できる。

【0049】

＜実験２＞
次に、ロータ２０の直径ｄが一定で、第１マグネット２２及び第２マグネット２３との周方向の長さＬが異なる３種のモータ１００について、形状係数ＲＴ／ＳＴを変化させたときのコギングトルクを測定した。

【0050】

実験２では、第１マグネット２２及び第２マグネット２３との周方向の長さＬが異なる３種のモデルＡ、モデルＤ、モデルＥを用いた。モデルＡは、実験１のモデルＡと同じで、第１マグネット２２及び第２マグネット２３との周方向の長さＬが９．６ｍｍである。モデルＤは、第１マグネット２２及び第２マグネット２３との周方向の長さＬが９ｍｍである。第１マグネット２２及び第２マグネット２３との周方向の長さＬが１０ｍｍである。また、ロータ２０の直径ｄは、全てのモデルで９７．４ｍｍである。

【0051】

実験２の結果を図５に示す。図５は、実験２の結果を示すグラフである。図５のグラフでは、ロータ２０の直径を一定とし、第１マグネット２２及び第２マグネット２３との周方向の長さＬを変化させたときの形状係数ＲＴ／ＳＴとコギングトルク比Ｒｃとの関係を示す。図５において、横軸は形状係数ＲＴ／ＳＴである。縦軸は、コギングトルク比Ｒｃである。ここで、コギングトルク比Ｒｃは、図４と同じである。そして、モデルＡの結果を実線、モデルＤの結果を点線、モデルＣの結果を二点鎖線で示している。

【0052】

図５に示すように、モデルＡ、モデルＤ、モデルＥのいずれのコギングトルク比Ｒｃも、極小値があることがわかった。極小値となる形状係数ＲＴ／ＳＴはモデルによって異なるが、およそ、０．９２から０．９６の間に極小になっていることがわかった。実験１の結果に基づいて、コギングトルクを小さく抑制することができる形状係数は、０．９２≦ＲＴ／ＳＴ≦０．９６である。

【0053】

また、マグネット挿入孔２４に挿入された第１マグネット２２及び第２マグネット２３との周方向の長さＬが、９ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

【0054】

以上、実験１及び実験２より、本実施形態のモータ１００では、ロータ２０の直径ｄ及び第１マグネット２２と第２マグネット２３との周方向の長さＬにかかわらず、０．９２≦ＲＴ／ＳＴ≦０．９６を満たすときに、コギングトルクを小さく抑えることができる。

【0055】

すなわち、本実施形態のモータ１００は、中心軸Ｃｘに沿う方向に見て、マグネット対向面２４５と周側端面２４６との各交点の中心軸Ｃｘを中心とする中心角度をロータ特徴値ＲＴとし、ティース３２の総数を前第１マグネット２２及び第２マグネット２３で構成される磁極Ｍｐの総数で除した値を磁極対応数Ｍｎとして、周方向に磁極対応数Ｍｎ並んだ両端に配置される２つのティース３２ａにおけるティース基部３２１の周方向内面の径方向内端３２１ａの中心軸Ｃｘを中心とする中心角度をステータ特徴値ＳＴとしたとき、０．９２≦ＲＴ／ＳＴ≦０．９６を満たす。

【0056】

モータ１００において、コギングトルクを小さく抑えることで、ロータ２０の回転時のトルクリップルが抑制され、ロータ２０を円滑に回転させることができる。これにより、振動及び騒音を低減することができる。また、コギングトルクを小さく抑えることで、モータ１００の始動時に必要なトルクを抑えることができる。これにより、始動時に必要な電力を抑制することが可能である。

【0057】

＜まとめ＞
本発明のモータ１００は、以下の構成を有する。

【0058】

（１）中心軸に沿って延びるシャフトと、前記シャフトに固定されて前記シャフトとともに中心軸を中心として回転可能なロータと、前記ロータと径方向に対向するステータと、を有する。
前記ステータは、
前記ロータの径方向外方に配置される環状のステータコアから径方向内方に延びるとともにコイルが取り付けられたティース基部を有する複数のティースを有する。
前記ロータは、
径方向外方に向かうにつれて周方向に離れて配置される第１マグネット及び第２マグネットを有し、周方向に並ぶ複数のマグネットペアと、
一対の前記第１マグネット及び前記第２マグネットが挿入される複数のマグネット挿入孔を有するロータコアと、を有する。
前記マグネット挿入孔の径方向外方の面は、
前記径方向外方に向かうにつれて周方向に拡がり、前記第１マグネット及び前記第２マグネットのそれぞれの径方向外方の端部と対向する一対のマグネット対向面と、
前記マグネット対向面の周方向の端部から前記ロータコアの外周面に沿って延びる一対の周側端面と、を有する。
前記中心軸に沿う方向に見て、前記マグネット対向面と前記周側端面との各交点の前記中心軸を中心とする中心角度をロータ特徴値ＲＴとし、
前記ティースの総数を前記第１マグネット及び前記第２マグネットで構成される磁極の総数で除した値を磁極対応数として、周方向に前記磁極対応数並んだ両端に配置される２つの前記ティースにおける前記ティース基部の周方向内面の径方向内端の前記中心軸を中心とする中心角度をステータ特徴値ＳＴとしたとき、０．９２≦ＲＴ／ＳＴ≦０．９６を満たす、モータ。

【0059】

（２）前記ティースの総数が４８であり、前記磁極の総数が８である（１）に記載のモータ。

【0060】

（３）前記第１マグネットと前記第２マグネットとは、同形の直方体形状であり、前記マグネット挿入孔に挿入された前記第１マグネットの周方向の長さと前記第２マグネットの周方向の長さが、９ｍｍ以上１０ｍｍ以下である（１）又は（２）に記載のモータ。

【0061】

（４）前記マグネット挿入孔に挿入された前記第１マグネットの周方向の長さと、前記第２マグネットの周方向の長さと、が等しい（１）から（３）のいずれかに記載のモータ。

【0062】

（５）前記ロータの直径は、９０ｍｍ以上１０５ｍｍ以下である（１）から（４）のいずれかに記載のモータ。

【0063】

以上に、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

【産業上の利用可能性】

【0064】

本発明の構成は、電動モータとして利用することが可能である。

【符号の説明】

【0065】

１００ モータ
１０１ 磁極
１０ シャフト
２０ ロータ
２１ ロータコア
２１１ シャフト孔
２２ 第１マグネット
２３ 第２マグネット
２４ マグネット挿入孔
２４１ 径方向内面
２４２ 径方向外面
２４３ 第１凸部
２４４ 第２凸部
２４５ マグネット対向面
２４６ 周側端面
２４７ フラックスバリア
３０ ステータ
３１ ステータコア
３２ ティース
３２１ ティース基部
３２２ ティース先端部
３２ａ 外端ティース
３２１ａ 周方向内側
３３ コイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】