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WO2011007694A1 - 永久磁石式同期モータ - Google Patents

永久磁石式同期モータ Download PDF

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WO2011007694A1
WO2011007694A1 PCT/JP2010/061412 JP2010061412W WO2011007694A1 WO 2011007694 A1 WO2011007694 A1 WO 2011007694A1 JP 2010061412 W JP2010061412 W JP 2010061412W WO 2011007694 A1 WO2011007694 A1 WO 2011007694A1
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WO
WIPO (PCT)
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synchronous motor
permanent magnet
type synchronous
protrusion
cogging torque
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/061412
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English (en)
French (fr)
Inventor
敏則 田中
信一 山口
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles

Definitions

  • the present invention relates to a permanent magnet type synchronous motor that suppresses cogging torque.
  • cogging torque is generated between the stator core (stator core) and the rotor (rotor) when the rotor magnet (rotor) is rotated by external drive when no winding is energized.
  • Torque pulsation component is a torque pulsation generated between the stator core and the rotor (rotor) when the winding is energized and driven.
  • the cogging torque generates a pulsation number of the least common multiple of the number of slots of the stator and the number of magnetic poles of the permanent magnet for each mechanical rotation of the rotor.
  • the magnitude of this cogging torque is inversely proportional to the number of pulsations.
  • a radial anisotropic ring magnet or a polar anisotropic ring magnet may be used as a magnet.
  • ring magnets have a plurality of poles in one magnet. For this reason, the magnet variation of each pole becomes large under the influence of creating a magnetized yoke shape or ring magnet. As a result, when the rotor makes one mechanical rotation, cogging torque having the same number of pulsations as the number of slots is generated.
  • the cogging torque generated by this magnet variation has a different frequency from the cogging torque generated by the least common multiple of the number of poles and the number of protrusions. For this reason, it is difficult to reduce the cogging torque generated by the magnet variation only by devising the shape of the protrusion.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and in a slotless motor provided with a stator protrusion, a permanent magnet capable of making the cogging torque caused by magnet variation as close to zero as possible.
  • An object is to obtain a synchronous motor.
  • a permanent magnet synchronous motor according to the present invention is a permanent magnet synchronous motor having a stator protrusion, an annularly formed winding attached to the stator protrusion, and a permanent magnet.
  • the coil end portion has a protrusion.
  • the same number of protrusions as the stator protrusions are provided at the coil end portion, and the useless space is effectively utilized.
  • a permanent magnet type synchronous motor that can make the cogging torque as close to zero as possible can be obtained.
  • FIG. 1 is a perspective view of a permanent magnet type synchronous motor in Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a perspective view of a permanent magnet type synchronous motor in Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a perspective view of a permanent magnet type synchronous motor in Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a perspective view of a permanent magnet type synchronous motor in Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a perspective view of a permanent magnet type synchronous motor in Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a perspective view of a permanent magnet type synchronous motor in Embodiment 1 of the present invention.
  • Embodiment 1 of the present invention It is a plane development view of the permanent magnet type synchronous motor in Embodiment 1 of the present invention. It is the figure which showed the cogging torque waveform of only the stator protrusion 1a with respect to the rotation angle of the permanent magnet type synchronous motor in Embodiment 1 of this invention, and the cogging torque waveform of only the protrusion 1b. It is sectional drawing which shows a cross section perpendicular
  • the present invention relates to a motor driven by a so-called three-phase power source, and relates to a motor having a stator projection and a permanent magnet formed in an annular shape and provided with a winding (coil).
  • a stator projection (main pole) is provided at the central portion of the coil of such a motor, and projections having the same size in the circumferential direction and the axial direction are provided between the projections between the coil centers.
  • a technical feature is that a protrusion-shaped cogging torque reduction unit is provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross section perpendicular to the axial direction of the permanent magnet type synchronous motor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the permanent magnet type synchronous motor is composed of 8 poles and 6 slots.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the protrusion portion of the permanent magnet type synchronous motor according to the first embodiment of the present invention, and shows the size of the protrusions 1a and 1b in FIG.
  • the protrusion 1a corresponds to a stator protrusion
  • the protrusion 1b corresponds to a protrusion provided to reduce cogging torque.
  • FIG. 3 to 6 are perspective views of the permanent magnet type synchronous motor according to the first embodiment of the present invention, and are perspective views in the axial direction on the AA ′ plane of FIG.
  • FIG. 3 shows the arrangement of the protrusions 1a and 1b.
  • FIG. 4 shows the axial lengths of the protrusions 1a and 1b.
  • FIG. 5 shows a state where the coil 10 is attached to the protrusion 1a of FIG.
  • FIG. 6 shows a state after the coil 10 is attached to the protrusion 1a.
  • FIG. 7 is a plan development view of the permanent magnet type synchronous motor according to the first embodiment of the present invention, and is a plan development view showing a state after the coil 10 is attached to the protrusion 1a shown in FIG. . 1 illustrates a motor having 8 poles, the combination of the poles and the number of slots is not limited to this.
  • FIG. 8 is a diagram showing a cogging torque waveform of only the stator protrusion 1a and a cogging torque waveform of only the protrusion 1b with respect to the rotation angle of the permanent magnet type synchronous motor according to the first embodiment of the present invention.
  • L> (L1 + L2 + L3) in FIG. 7A, L (L1 + L2 + L3) in FIG. 7B, and L ⁇ (L1 + L2 + L3) in FIG. 7C.
  • L2 L3 or L2 ⁇ L3.
  • the coil end portion is rounded and has an elliptical shape. Therefore, in the first embodiment, the protrusion 1b having the same size as the protrusion 1a is formed between the ends of the adjacent coils 10, that is, in the space between the coil ends, as shown in FIG. It is provided at the coil end. As a result, as shown in FIG. 8, the projection 1b generates a cogging torque out of phase with the projection 1a.
  • the cogging torque generated by the protrusion 1a and the cogging torque generated by the protrusion 1b are shifted from each other by a half cycle (see FIG. 8). For this reason, it is possible to reduce the cogging torque generated by the magnet variation.
  • a protrusion having the same size is provided at the axial end, that is, at the center between the protrusions adjacent in the radial direction to the coil end. Is provided to effectively use the useless space. As a result, a component having a phase opposite to that of the cogging torque generated due to the variation in the pole pitch width can be created, and the cogging torque can be reduced.
  • Embodiment 2 FIG. In the first embodiment, the case where the shapes of the stator protrusion 1a and the protrusion 1b are the same has been described. On the other hand, in the second embodiment, the case where the shape of the protrusion 1b is different from the shape of the stator protrusion 1a will be described.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a cross section perpendicular to the axial direction of the permanent magnet type synchronous motor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows an 8-pole 6-slot structure.
  • FIG. 10 is a perspective view of a permanent magnet type synchronous motor according to Embodiment 2 of the present invention, and is an axial perspective view of the AA ′ plane of FIG.
  • FIG. 11 is a plan development view of the permanent magnet type synchronous motor according to the second embodiment of the present invention, and shows a plan development view when the coil 10 is applied to the cores of FIGS.
  • the protrusion 1b has a shape different from that of the protrusion 1a, and the protrusion shape is designed so as not to contact the coil 10 in a space between adjacent coil end portions.
  • FIG. 12 is a diagram showing a cogging torque waveform of only the stator protrusion 1a and a cogging torque waveform of only the protrusion 1b with respect to the rotation angle of the permanent magnet synchronous motor according to the second embodiment of the present invention. It is a cogging torque waveform when it makes one rotation mechanically. Since the protrusion 1b has a different shape from the protrusion 1a, the cogging torque waveform has a different shape. Therefore, by setting the shape of the protrusion 1b to an optimum shape by using a simulation such as magnetic field analysis, a cogging torque having a phase shift in the protrusions 1a and 1b can be generated, and the cogging torque can be reduced. Is possible.
  • the shape of the protrusion 1b is optimized by using a simulation such as magnetic field analysis.
  • the effect similar to the form 1 of this can be acquired.
  • the length in the axial direction can be shortened by making the protrusion provided on the coil end portion a shape that matches the coil shape, Furthermore, the cogging torque generated due to magnet variation can be reduced.
  • Embodiment 3 FIG. In the third embodiment, a configuration in which the protrusion 1b is provided and further provided with a shaving portion for reducing the cogging torque generated by the number of poles and the number of protrusions will be described.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a cross section perpendicular to the axial direction of the permanent magnet type synchronous motor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 13 shows a structure composed of 8 poles and 6 slots.
  • FIG. 14 is a perspective view of a permanent magnet type synchronous motor according to Embodiment 3 of the present invention, and is an axial perspective view of the AA ′ plane of FIG.
  • FIG. 15 is a plan development view of the permanent magnet type synchronous motor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing a cogging torque waveform of only the protruding portion and a cogging torque waveform of only the shaving portion with respect to the rotation angle of the permanent magnet type synchronous motor according to the third embodiment of the present invention. As a result, the cogging torque generated by the number of poles and the number of protrusions can be reduced.
  • the same effect as in the first and second embodiments can be obtained by further providing the shaving portion 2a and the shaving portion 2b corresponding to each of the projection 1a and the projection 1b.
  • the cogging torque generated by the number of poles and the number of protrusions can be reduced. That is, by providing such a shaved portion, a further effect of reducing the cogging torque generated by the protrusion can be obtained.
  • Embodiment 4 FIG. In the fourth embodiment, a case will be described in which the cogging torque reduction measures described in the first to third embodiments are applied to a permanent magnet type synchronous motor having a polar anisotropic ring magnet.
  • FIG. 17 is an orientation diagram of the radial ring magnet 21.
  • FIG. 18 is an orientation diagram of polar anisotropic ring magnet 22 of the permanent magnet type synchronous motor according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the polar anisotropic ring magnet 22 theoretically has no magnetic flux passing through the rotor core back portion. For this reason, it is used for a motor or the like in which the rotor core 30 has a small diameter and the rotor core back portion cannot be made large.
  • the polar anisotropic ring magnet 22 is different from the radial ring magnet 21 in that the magnetizable direction is determined from the molding orientation. For this reason, the deviation of the pole pitch of each pole is likely to be larger than that of the radial ring magnet 21.
  • a countermeasure against cogging torque due to magnet variation is effective.
  • the fourth embodiment when a polar anisotropic ring magnet is used, it is possible to take measures against cogging torque by applying the configurations of the first to third embodiments. . That is, the polar anisotropic ring magnet has a larger magnet variation than the radial ring magnet. However, a polar anisotropic ring magnet is often used particularly in a motor having a small diameter due to the influence of the rotor core back. Therefore, the configurations of the first to third embodiments are effective as a countermeasure against cogging torque when a polar anisotropic ring magnet is used with a motor having a small diameter.
  • Z / (3 (phase) ⁇ 2P) is 0.5 or 0.25 when there are Z stator protrusions (Z is a natural number) and 2P poles (P is a natural number) permanent magnets. This combination of pole slots is effective for a motor having a small diameter.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

　ステータ突起を設けたスロットレスモータにおいて、磁石ばらつきによって生じるコギングトルクを限りなく零に近い値とすることのできる永久磁石式同期モータを得る。ステータ突起１ａと、円環状に形成され、ステータ突起に付けられた巻線１０と、永久磁石とを有する永久磁石式同期モータにおいて、ステータ突起間における巻線のコイルエンド部に、コギングトルクを低減するために設けられた突起１ｂをさらに有する。ステータ突起１ａと同数の突起１ｂをコイルエンド部に設けることで、磁石ばらつきの影響とステータ突起によって発生するコギングトルクとは逆位相となる成分を作り出して、コギングトルクを相殺させることができる。

Description

永久磁石式同期モータ
　本発明は、コギングトルクを抑制する永久磁石式同期モータに関する。
　永久磁石式同期モータにおいて、コギングトルクは、巻線無通電時に、外部駆動にてロータ磁石（回転子）を回転したときに、ステータコア（固定子鉄心）とロータ（回転子）との間で発生するトルク脈動成分である。トルクリップルは、巻線に通電して駆動した場合に、同様に、ステータコアとロータ（回転子）との間で発生するトルク脈動である。
　一般的に、コギングトルクは、ロータの機械的な１回転につき、ステータのスロット数と永久磁石の磁極数との最小公倍数の脈動数が発生する。また、このコギングトルクの大きさは、脈動数に反比例するものである。
　ステータに空芯コイルが施され、回転子に永久磁石を有する、いわゆるスロットレスモータでは、固定子のティース部分が存在しない。このため、コギングトルクは、理論上発生しない。しかしながら、空芯コイルを固定するためには、なんらかの突起が必要となる。一方、コイルの中心にティースとなる突起を設けることで、モータの特性は、向上する。
　しかしながら、ティースとなる突起を設けると、コギングトルクが発生してしまう。そこで、コイルの中心となる部分にティースとなる突起を設けて、その突起形状などを工夫することで、コギングトルクを低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４－１８７３４４号公報
　しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
　径の小さなモータでは、ステータにティースを設けないスロットレス構造が使用されることがある。
　このような径の小さなモータでは、ロータの径も小さくなり、セグメント磁石（単極の磁石）を貼り付けることが困難となる。このため、磁石として、ラジアル異方性リング磁石や極異方性リング磁石を用いることがある。
　これらのリング磁石は、１つの磁石に複数の極数をもつことになる。このため、着磁ヨーク形状あるいはリング磁石を作成する際の影響を受け、各極の磁石ばらつきが大きくなる。この結果、ロータが機械的に１回転すると、スロット数と同じ脈動数のコギングトルクを発生してしまう。
　この磁石ばらつきによって発生するコギングトルクは、極数と突起数との最小公倍数の数だけ発生するコギングトルクとは、周波数が異なる。このため、突起の形状を工夫するだけでは、磁石ばらつきによって発生するコギングトルクを低減することは困難となる。
　また、スロットレスモータにおいては、空芯コイルを使用するため、コイルエンド部のふくらみが大きくなり、無駄なスペースが多くなる。
　本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、ステータ突起を設けたスロットレスモータにおいて、磁石ばらつきによって生じるコギングトルクを限りなく零に近い値とすることのできる永久磁石式同期モータを得ることを目的とする。
　本発明に係る永久磁石式同期モータは、ステータ突起と、円環状に形成され、ステータ突起に付けられた巻線と、永久磁石とを有する永久磁石式同期モータにおいて、ステータ突起間における巻線のコイルエンド部に、突起を有するものである。
　本発明に係る永久磁石式同期モータによれば、コイルエンド部にステータ突起と同数の突起を設け、無駄なスペースを有効活用することにより、ステータ突起を設けたスロットレスモータにおいて、磁石ばらつきによって生じるコギングトルクを限りなく零に近い値とすることのできる永久磁石式同期モータを得ることができる。
本発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの突起部分の拡大図である。 本発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの斜視図である。 本発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの斜視図である。 本発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの斜視図である。 本発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの斜視図である。 本発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの平面展開図である。 本発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの回転角度に対するステータ突起１ａのみのコギングトルク波形と、突起１ｂのみのコギングトルク波形を示した図である。 本発明の実施の形態２における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における永久磁石式同期モータの斜視図である。 本発明の実施の形態２における永久磁石式同期モータの平面展開図である。 本発明の実施の形態２における永久磁石式同期モータの回転角度に対するステータ突起１ａのみのコギングトルク波形と、突起１ｂのみのコギングトルク波形を示した図である。 本発明の実施の形態３における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における永久磁石式同期モータの斜視図である。 本発明の実施の形態３における永久磁石式同期モータの平面展開図である。 本発明の実施の形態３における永久磁石式同期モータの回転角度に対する突起部分のみのコギングトルク波形と、削り部分のみのコギングトルク波形を示した図である。 ラジアルリング磁石の配向図である。 本発明の実施の形態４における永久磁石式同期モータの極異方性リング磁石の配向図である。
　以下、本発明の永久磁石式同期モータの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
　なお、本発明は、いわゆる３相電源で駆動するモータで、円環状に形成され巻線（コイル）が施されたステータ突起と、永久磁石を有したモータに関するものである。そして、このようなモータのコイルの中心部分にステータ突起（主極）を設け、さらにコイル中心間の突起と突起の間に周方向と軸方向に同じ大きさの突起を設けている。このような構成を備えることで、磁石の極ピッチばらつき、磁石の残留磁束密度Ｂｒのばらつき、あるいは配向ばらつきといった磁石に関するばらつきによって発生するコギングトルクを、その逆相成分を作り出すことで打ち消し、コギングトルクを低減することが可能となることを技術的特徴としている。換言すると、突起形状のコギングトルク低減部を備えている点を技術的特徴としている。
　実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図であり、一例として、８極６スロットで構成されたものを示している。図２は、本発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの突起部分の拡大図であり、図１における突起１ａ、１ｂの大きさを示したものである。なお、突起１ａは、ステータ突起に相当し、突起１ｂは、コギングトルクを低減するために設けられた突起に相当する。
　図３～図６は、本発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの斜視図であり、図１のＡ－Ａ'面における軸方向の斜視図である。図３は、突起１ａ、１ｂの配置を示したものである。また、図４は、突起１ａ、１ｂの軸方向の長さを示したものである。また、図５は、図３の突起１ａにコイル１０を付ける状態を表したものである。さらに、図６は、この突起１ａにコイル１０を付けた後の状態を表したものである。
　また、図７は、本発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの平面展開図であり、図６に示した突起１ａにコイル１０を付けた後の状態の平面展開図となっている。なお、図１では、極数が８のモータを例示しているが、極数とスロット数の組み合わせは、これに限定されるものではない。
　図８は、本発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの回転角度に対するステータ突起１ａのみのコギングトルク波形と、突起１ｂのみのコギングトルク波形を示した図である。
　なお、本実施の形態１における永久磁石式同期モータは、図２において、Ｗ１＝Ｗ２、ｄ１＝ｄ２とし、突起１ａと突起１ｂの断面形状は、同じになっている。また、図４における磁石の軸方向の長さは、図７（ａ）～（ｃ）に示したように、Ｌとなっており、突起の長さは、Ｌ１＝（Ｌ２＋Ｌ３）となっている。ただし、図７（ａ）では、Ｌ＞（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）、図７（ｂ）では、Ｌ＝（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）、図７（ｃ）では、Ｌ＜（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）となっている。このように、Ｌ２＝Ｌ３、または、Ｌ２≠Ｌ３のいずれであっても問題ない。
　次に、図１のようなリング状に形成された磁石２０において、磁石２０のばらつきがある場合について検討する。図３に示す突起１ａ（ステータ突起）のみが存在する場合には、ロータが機械的に１回転する間に、スロット数と同じ数だけのトルク脈動、つまり、コギングトルクが発生してしまう。これに対して、図５のような空芯コイル１０を形成する場合を考える。この場合、空芯コイル１０の角部分は、理想的には角型形状となり、全体形状として長方形の形状とすることで、磁石２０からの磁束をより多く受けることができる。
　しかし、実機においては、コイルエンド部は、丸みをもち、楕円形のような形状となる。そこで、本実施の形態１では、隣り合うコイル１０の端部間、つまり、コイルエンド部の空間に、突起１ａと同じ大きさの突起１ｂを、図３に示すように、突起１ａの中心のコイルエンド部に設けている。これにより、図８に示すように、突起１ｂによって突起１ａとは位相がずれたコギングトルクが発生することとなる。
　突起１ａによって発生するコギングトルクと、突起１ｂによって発生するコギングトルクとは、互いに半周期ずれている（図８参照）。このため、磁石ばらつきによって発生するコギングトルクを低減することが可能となる。
　以上のように、実施の形態１によれば、スロットレスモータにおいて、軸方向の端部、つまり、コイルエンド部に、径方向で隣り合う突起間の中心となる位置に、同じ大きさの突起を設け、無駄なスペースを有効活用する構成としている。これにより、極ピッチ幅のばらつきによって発生するコギングトルクとは逆位相となる成分を作ることができ、コギングトルクを低減することが可能となる。
　実施の形態２．
　先の実施の形態１では、ステータ突起１ａと突起１ｂの形状を同一にする場合について、説明した。これに対して、本実施の形態２では、突起１ｂの形状が、ステータ突起１ａの形状と異なる場合について、説明する。
　図９は、本発明の実施の形態２における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図であり、一例として、８極６スロットで構成されたものを示している。図１０は、本発明の実施の形態２における永久磁石式同期モータの斜視図であり、図９のＡ－Ａ'面における軸方向の斜視図である。また、図１１は、本発明の実施の形態２における永久磁石式同期モータの平面展開図であり、図９、１０のコアにコイル１０が施された場合の平面展開図を示している。
　図１０、図１１に示すように、突起１ｂを突起１ａとは異なる形状にし、隣り合うコイルエンド部の間にある空間に、コイル１０と接触しないように突起形状を設計している。このような形状の突起１ｂを設けることによっても、先の実施の形態１と同様に、磁石ばらつきによるコギングトルクを低減することが可能となる。
　図１２は、本発明の実施の形態２における永久磁石式同期モータの回転角度に対するステータ突起１ａのみのコギングトルク波形と、突起１ｂのみのコギングトルク波形を示した図であり、８極のロータが機械的に１回転した際のコギングトルク波形となっている。突起１ｂは、突起１ａと形状が異なるため、コギングトルク波形は、異なる形状となる。そこで、突起１ｂの形状の大きさを磁界解析などのシミュレーションを用いて最適な形状にすることで、突起１ａ、１ｂで位相がずれたコギングトルクを発生させることができ、コギングトルクを低減することが可能となる。
　以上のように、実施の形態２によれば、突起１ａと突起１ｂが異なる形状であっても、突起１ｂの形状を磁界解析などのシミュレーションを用いて最適な形状にすることで、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。これにより、コイルエンドの軸方の長さが短い形状のモータにおいても、コイルエンド部に設ける突起を、コイル形状に合わせた形状にすることで、軸方向の長さを短くすることができ、さらに磁石ばらつきによって発生するコギングトルクを低減することができる。
　実施の形態３．
　本実施の形態３では、突起１ｂを設けるとともに、極数と突起数によって発生するコギングトルクを低減するための削り部をさらに備えた構成について、説明する。
　図１３は、本発明の実施の形態３における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図であり、一例として、８極６スロットで構成されたものを示している。図１４は、本発明の実施の形態３における永久磁石式同期モータの斜視図であり、図１３のＡ－Ａ'面における軸方向の斜視図である。また、図１５は、本発明の実施の形態３における永久磁石式同期モータの平面展開図である。
　図１３～図１５に示すように、突起１ａを設けることで、ロータが機械的に１回転する間に、極数と突起数との最小公倍数となるコギングトルクが発生する。ここでは、８極で突起１ａが６個のため、２４山のコギングトルクが発生する。また、磁石２０にばらつきがある場合、先の実施の形態１、２で説明したように、磁石ばらつきによるコギングトルクが発生する。このような磁石ばらつきによるコギングトルクは、先の実施の形態１、２で示したように、コイルエンド部に突起１ｂを設けることで、低減することができる。
　さらに、本実施の形態３では、各突起１ａの間に削り部２ａを設けるとともに、各突起１ｂの間に削り部２ｂを設けることで、極数と突起数によって発生するコギングトルクとは逆相となる成分を作り出すことができる。図１６は、本発明の実施の形態３における永久磁石式同期モータの回転角度に対する突起部分のみのコギングトルク波形と、削り部分のみのコギングトルク波形を示した図である。この結果、極数と突起数によって発生するコギングトルクを低減することができる。
　以上のように、実施の形態３によれば、突起１ａ、突起１ｂのそれぞれに対応して削り部２ａ、削り部２ｂをさらに設けることで、先の実施の形態１、２と同様の効果に加え、極数と突起数によって発生するコギングトルクを低減することができる。すなわち、このような削り部分を設けることで、突起によって発生するコギングトルクを低減するという、さらなる効果を得ることができる。
　実施の形態４．
　本実施の形態４では、極異方性リング磁石を備えた永久磁石式同期モータに対して、先の実施の形態１～３で説明したコギングトルク低減策を適用する場合について、説明する。
　図１７は、ラジアルリング磁石２１の配向図である。これに対して、図１８は、本発明の実施の形態４における永久磁石式同期モータの極異方性リング磁石２２の配向図である。極異方性リング磁石２２は、その配向から、ロータコアバック部分を通る磁束が理論上ない。このため、ロータコア３０の径が小さく、ロータコアバック部分が大きく取れないモータなどに用いられる。
　また、極異方性リング磁石２２は、ラジアルリング磁石２１と異なり、成形の配向時から着磁可能な方向が決まってしまう。このため、ラジアルリング磁石２１よりも各極の極ピッチのずれが大きくなりやすい。この結果、径が小さなモータにおいて、極異方性リング磁石２２を用いて、ステータコアを取り付ける突起１ａを設けた場合、磁石のばらつきによるコギングトルクが大きく発生してしまう。そこで、先の実施の形態１～３で示したように、磁石ばらつきによるコギングトルク対策が有効となる。
　以上のように、実施の形態４によれば、極異方性リング磁石を用いる場合に、先の実施の形態１～３の構成を適用することで、コギングトルク対策を施すことが可能となる。すなわち、極異方性リング磁石の方がラジアルリング磁石に比べ、磁石ばらつきなどが大きい。しかし、特に、径の小さなモータでは、ロータコアバックの影響などから、極異方性リング磁石が使用されることが多い。このため、径の小さなモータで極異方性リング磁石を使用する場合のコギングトルク対策として、先の実施の形態１～３の構成が有効となる。
　なお、径の小さなモータでは、スロット（コイル）を多く設けると、製作するコイルの寸法も小さくなる。また、小さな寸法のコイルをステータに施すことは、製作するうえで困難となる。このため、スロット数の小さくなる極スロットの組み合わせを選択することが考えられる。先の実施の形態１～４のコギングトルク対策を行う際、２極３スロット、４極３スロット、４極６スロット、８極６スロットの組合せを選ぶことで、スロット数を小さくでき、径が小さなモータでも製作が可能となる。
　定量的には、ステータ突起をＺ個（Ｚは自然数）有し、２Ｐ極（Ｐは自然数）の永久磁石を有する場合、Ｚ／（３（相）×２Ｐ）が０．５または０．２５となる極スロットの組合せが、径の小さなモータでは有効となる。
　換言すると、径の小さなモータではコイルを作製する精度が要求され、コイルを施す精度も要求される。このため、スロット（つまりコイル数）が多くなると、コイル作製が困難となり、また、コイルを施す作業が困難となる。そこで、上述したような関係を有するように、ＺおよびＰの組合せを規定して、スロット数が小さくなる組合せを選ぶことで、製作が容易になる。

Claims (6)

  1. 　ステータ突起と、
    　円環状に形成され、前記ステータ突起に付けられた巻線と、
    　永久磁石と
    　を有する永久磁石式同期モータにおいて、
    　前記ステータ突起間における前記巻線のコイルエンド部に、突起を有する
    　ことを特徴とする永久磁石式同期モータ。
  2. 　請求項１に記載の永久磁石式同期モータにおいて、
    　前記突起は、径方向の幅が前記ステータ突起と同一であり、かつ、軸方向の長さが前記ステータ突起と同じ形状となる
    　ことを特徴とする永久磁石式同期モータ。
  3. 　請求項１に記載の永久磁石式同期モータにおいて、
    　前記突起は、前記巻線の前記コイルエンド部におけるコイル形状に合わせた形状を有する
    　ことを特徴とする永久磁石式同期モータ。
  4. 　請求項１ないし３のいずれか１項に記載の永久磁石式同期モータにおいて、
    　周方向における前記ステータ突起間、および前記突起間のそれぞれに、削り部分をさらに有する
    　ことを特徴とする永久磁石式同期モータ。
  5. 　請求項１ないし４のいずれか１項に記載の永久磁石式同期モータにおいて、
    　前記永久磁石は、極異方性リング磁石である
    　ことを特徴とする永久磁石式同期モータ。
  6. 　請求項１ないし５のいずれか１項に記載の永久磁石式同期モータにおいて、
    　前記ステータ突起の個数をＺ個（Ｚは自然数）、前記永久磁石の極数を２Ｐ極（Ｐは自然数）としたとき、Ｚ／（３（相）×２Ｐ）が０．５または０．２５となる関係を有するように構成される
    　ことを特徴とする永久磁石式同期モータ。
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