ロータ及びモータ
【課題】コギングトルクを低減させることができるロータを提供する。
【解決手段】複数対のロータコアである第１及び第２ロータコア２１，２２と第３及び第４ロータコア３１，３２は、同磁極のロータコア２２，３１同士が隣接して配置され、各対のロータコア２１，２２、３１，３２間で周方向にずれる態様で配置される。
【解決手段】複数対のロータコアである第１及び第２ロータコア２１，２２と第３及び第４ロータコア３１，３２は、同磁極のロータコア２２，３１同士が隣接して配置され、各対のロータコア２１，２２、３１，３２間で周方向にずれる態様で配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ及びモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータに使用されるロータとしては、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされる対のロータコアを備え、それらの間に界磁磁石を配置して各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させる所謂永久磁石界磁のランデル型構造のロータがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−４３７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようなロータでは、図８に示すように対の同一形状のロータコア１０１，１０２を組み付けた組付体ＳＡ１０と、対の同一形状のロータコア１０３，１０４を組み付けた組付体ＳＡ２０とを軸方向に複数段（図８では２段）積層配置した所謂タンデム構造とすることができる。このようにロータ１００を構成することで、モータ出力向上を図ることが可能となる。しかしながら、所謂永久磁石界磁のランデル型構造のロータでは、ロータの表面磁束に高調波を含みやすく、コギングトルクが大きくなる虞がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コギングトルクを低減させることができるロータ及び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】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸に沿って配列された複数対のロータコアと、各対のロータコア間に配置され、軸方向に沿って磁化された界磁磁石と、を備え、各対のロータコアは、円盤状のコアベースの外周部から突出するとともに軸方向に沿って互いに逆方向に延出形成され、周方向に沿って交互に配置された複数の爪状磁極をそれぞれ有し、前記複数対のロータコアは、同磁極のロータコア同士が隣接して配置され、前記各対のロータコア間で周方向にずれる態様で配置されることをその要旨とする。
【０００７】
この発明では、複数対のロータコアは、同磁極のロータコア同士が隣接して配置され、各対のロータコア間で周方向にずれる態様で配置されるため、対のロータコアで発生するコギングトルクの位相がずれることとなるため、位相のずれたコギングトルク同士で打ち消し合うことができ、合成コギングトルクを低減させて振動の発生を抑えることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータにおいて、前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、極対数をＰとしたときに、０＜θ≦５０°／Ｐの範囲に設定されることをその要旨とする。
【０００９】
この発明では、各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、極対数をＰとしたときに、０＜θ≦５０°／Ｐの範囲に設定されるため、図４に示すように鎖交磁束量の低下、つまりトルクの低下を抑えつつ、コギングトルクを低減させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のロータにおいて、前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦３５°／Ｐの範囲に設定されることをその要旨とする。
【００１１】
この発明では、各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦３５°／Ｐの範囲に設定されるため、図４に示すように鎖交磁束量の低下、つまりトルクの低下をより抑えつつ、コギングトルクを低減させることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載のロータにおいて、前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦２０°／Ｐの範囲に設定されることをその要旨とする。
【００１３】
この発明では、各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦２０°／Ｐの範囲に設定されるため、図４に示すように鎖交磁束量の低下、つまりトルクの低下を更に抑えつつ、コギングトルクを低減させることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータにおいて、前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、磁極数とロータと対向するステータのスロット数との最小公倍数をＭＳとし、ｎ＝１又は２とした場合に、１８０°×ｎ／ＭＳ−５°≦θ≦１８０°×ｎ／ＭＳ＋５°の範囲に設定されることをその要旨とする。
【００１５】
この発明では、各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、磁極数とロータと対向するステータのスロット数との最小公倍数をＭＳとし、ｎ＝１又は２とした場合に、１８０°×ｎ／ＭＳ−５°≦θ≦１８０°×ｎ／ＭＳ＋５°の範囲に設定される。このため、図５に示すようにコギングトルクをより低減させることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータにおいて、前記複数対のロータコアは、対のロータコア毎に軸方向長さが異なるように構成され、周方向に隣り合う前記爪状磁極の間に配置されるとともに前記周方向に隣り合う爪状磁極と同極性が対向するように磁化された極間磁石を備え、前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、前記極間磁石の周方向幅θｍとしたときに、０＜θ≦θｍの範囲に設定されることをその要旨とする。
【００１７】
この発明では、複数対のロータコアは、対のロータコア毎に軸方向長さが異なるように構成され、周方向に隣り合う爪状磁極の間に配置されるとともに前記周方向に隣り合う爪状磁極と同極性が対向するように磁化された極間磁石を備え、各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、極間磁石の周方向幅θｍとしたときに、０＜θ≦θｍの範囲に設定される。ここで、対のロータコア毎で軸方向長さが同一の場合、対のロータコア毎で磁気回路（経路）が完結して互いに均衡することとなり、対のロータコアの磁極間での短絡磁束は小さいが、軸方向長さが対のロータコア毎で異なる場合、前記短絡磁束が増加する傾向となる。そこで、極間磁石の周方向幅θｍ以内のずれ角度θとすることで、極間磁石による磁束の整流効果が作用し、図７に示すように磁極から他の磁極への短絡磁束を抑えることができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のロータにおいて、前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦θｍ／２の範囲に設定されることをその要旨とする。
【００１９】
この発明では、各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦θｍ／２の範囲に設定されるため、極間磁石による磁束の整流効果が作用し、図７に示すように磁極から他の磁極への短絡磁束をより抑えることができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載のロータを備えたことをその要旨とする。
この発明では、コギングトルクを低減することができるモータを提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
従って、上記記載の発明によれば、コギングトルクを低減させることができるロータ及びモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態におけるモータの断面図。
【図２】同上におけるロータの斜視図。
【図３】同上におけるロータの断面図。
【図４】同上におけるロータコア間のずれ角度θと鎖交磁束量との関係を示すグラフ。
【図５】同上におけるロータコア間のずれ角度θとコギングトルクとの関係を示すグラフ。
【図６】別例におけるロータの斜視図。
【図７】別例におけるロータコア間のずれ角度θと鎖交磁束量との関係を示すグラフ。
【図８】従来のロータ構造を説明するための斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、モータ１のモータケース２は、有底筒状に形成された筒状ハウジング３と、該筒状ハウジング３のフロント側（図１中、左側）の開口部を閉塞するフロントエンドプレート４とを有している。また、筒状ハウジング３のリア側（図１中、右側）の端部には、回路基板等の電源回路を収容した回路収容ボックス５が取着されている。
【００２４】
筒状ハウジング３の内周面にはステータ６が固定されている。ステータ６は、径方向内側に延びる複数のティースを有する電機子コア７と、電機子コア７のティースに巻装されたセグメントコンダクタ（ＳＣ）巻線８とを有する。モータ１のロータ１１は回転軸１２を有し、ステータ６の内側に配置されている。回転軸１２は非磁性体の金属シャフトであって、筒状ハウジング３の底部３ａ及びフロントエンドプレート４に支持された軸受１３，１４により回転可能に支持されている。
【００２５】
ロータ１１は、図２及び図３に示すように、第１及び第２組付体ＳＡ１，ＳＡ２を備える。
第１組付体ＳＡ１は、図２及び図３に示すように、対の第１及び第２ロータコア２１，２２と、界磁磁石としての環状磁石２３と、背面補助磁石２４、極間磁石２５とを備える。尚、図２及び図３中の実線で示す矢印は各磁石２３，２４，２５の磁化方向（Ｓ極からＮ極向き）を示している。
【００２６】
図２に示すように、第１組付体ＳＡ１の第１ロータコア２１は、略円盤状の第１コアベース２１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では５個）の第１爪状磁極２１ｂが形成されている。第１爪状磁極２１ｂは、第１コアベース２１ａに対して径方向外側に突出された突出部２１ｃと、この突出部２１ｃから軸方向に延出形成された爪部２１ｄとを有する。
【００２７】
第１爪状磁極２１ｂの周方向端面２１ｅ，２１ｆは径方向に延びる（軸方向から見て径方向に対して傾斜していない）平坦面とされ、突出部２１ｃは軸直交方向断面が扇形状とされている。突出部２１ｃの径方向外側の端部部分には、爪部２１ｄが周方向の幅を一定として軸方向に沿って延出形成されている。各第１爪状磁極２１ｂの周方向の角度、即ち前記周方向端面２１ｅ，２１ｆ間の角度は、周方向に隣り合う第１爪状磁極２１ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【００２８】
図２及び図３に示すように、第２ロータコア２２は、略円盤状の第２コアベース２２ａの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極２２ｂの突出部２２ｃが形成されている。突出部２２ｃは、軸直交方向断面が扇形状とされ、径方向外側の端部部分には爪部２２ｄが軸方向に沿って延出形成されている。
【００２９】
第２爪状磁極２２ｂの周方向端面２２ｅ，２２ｆは径方向に延びる平坦面とされ、第２爪状磁極２２ｂは軸直交方向断面が扇形状とされている。各第２爪状磁極２２ｂの周方向の角度、即ち前記周方向端面２２ｅ，２２ｆ間の角度は、周方向に隣り合う第２爪状磁極２２ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【００３０】
そして、第２ロータコア２２は、各第２爪状磁極２２ｂの爪部２２ｄがそれぞれ対応する各第１爪状磁極２１ｂの爪部２１ｄ間に配置されるようにして、第１コアベース２１ａと第２コアベース２２ａとの軸方向の間に環状磁石２３（図３参照）が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア２１に対して組み付けられる。このとき、第１爪状磁極２１ｂの一方の周方向端面２１ｅと第２爪状磁極２２ｂの他方の周方向端面２２ｆとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面２１ｅ，２２ｆ間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。また、第１爪状磁極２１ｂの他方の周方向端面２１ｆと第２爪状磁極２２ｂの一方の周方向端面２２ｅとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面２１ｆ，２２ｅ間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。
【００３１】
ここで、環状磁石２３は、その外径が第１及び第２コアベース２１ａ，２２ａの外径と同じに設定され、第１爪状磁極２１ｂを第１の磁極（本実施形態ではＮ極）として機能させ、第２爪状磁極２２ｂを第２の磁極（本実施形態ではＳ極）として機能させるように、軸方向に磁化されている。
【００３２】
各第１爪状磁極２１ｂの背面２１ｇ（径方向内側の面）と第２コアベース２２ａの外周面２２ｈとの間には、背面補助磁石２４が配置されている。また、各第２爪状磁極２２ｂの背面２２ｇには、第１爪状磁極２１ｂと同様に、背面補助磁石２４が配置されている。各背面補助磁石２４は、その軸直交方向断面が扇形状とされ、第１爪状磁極２１ｂの背面２１ｇに当接する側と第１コアベース２１ａの外周面２１ｈに当接する側とがＮ極となるように磁化されている。そして、各背面補助磁石２４は、第２コアベース２２ａの外周面２２ｈに当接する側と第２爪状磁極２２ｂの背面２２ｇと当接する側とが同第２コアベース２２ａと同極のＳ極となるように磁化されている。
【００３３】
各背面補助磁石２４は、環状磁石２３が配置されるロータ１１の軸方向位置で互いに軸方向に重なるように、言い換えると、ロータ１１の両面から環状磁石２３が配置される軸方向位置に達するまで配置されるように軸方向の長さが設定されている。
【００３４】
また、図２に示すように、第１爪状磁極２１ｂと第２爪状磁極２２ｂとの周方向の間には、極間磁石２５が配置されている。より詳しくは、本実施形態の極間磁石２５は、第１爪状磁極２１ｂの一方の周方向端面２１ｅと、第２爪状磁極２２ｂの他方の周方向端面２２ｆとの間に配置されている。そして、もう一方の極間磁石２５は、第１爪状磁極２１ｂの他方の周方向端面２１ｆと、第２爪状磁極２２ｂの一方の周方向端面２２ｅとの間に配置されている。各極間磁石２５は、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂとそれぞれ同極性が対向するように（第１爪状磁極２１ｂ側がＮ極で、第２爪状磁極２２ｂ側がＳ極となるように）周方向に磁化されている。各極間磁石２５の回転軸１２側（ロータ１１の径方向内側）には、漏れ磁束防止の空隙Ｋが設けられている。
【００３５】
第２組付体ＳＡ２は、第１組付体ＳＡ１と略同形状とされ、対の第３及び第４ロータコア３１，３２と、界磁磁石としての環状磁石３３と、背面補助磁石３４と、極間磁石３５とを備える。尚、図２及び図３中の実線で示す矢印は各磁石３３，３４，３５の磁化方向（Ｓ極からＮ極向き）を示している。
【００３６】
第２組付体ＳＡ２を構成する第３ロータコア３１は、図２及び３に示すように、前記第２ロータコア２２を軸直交方向を基準に反転したものであり、略円盤状の第３コアベース３１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では５個）の第３爪状磁極３１ｂが形成されている。第３爪状磁極３１ｂは、第３コアベース３１ａに対して径方向外側に突出された突出部３１ｃと、この突出部３１ｃから軸方向に延出形成された爪部３１ｄとを有する。
【００３７】
前記第３ロータコア３１は、図３に示すように、その軸方向一端側の端面が第２ロータコア２２の軸方向他端側の端面と当接するように回転軸１２に組み付けられる。このため、前記爪部３１ｄは、第２ロータコア２２の爪部２２ｄと軸方向反対側に延出するように構成される。
【００３８】
第３爪状磁極３１ｂの周方向端面３１ｅ，３１ｆは径方向に延びる（軸方向から見て径方向に対して傾斜していない）平坦面とされ、突出部３１ｃは軸直交方向断面が扇形状とされている。突出部３１ｃの径方向外側の端部部分には、爪部３１ｄが周方向の幅を一定として軸方向に沿って延出形成されている。各第３爪状磁極３１ｂの周方向の角度、即ち前記周方向端面３１ｅ，３１ｆ間の角度は、周方向に隣り合う第３爪状磁極３１ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【００３９】
一方、第２組付体ＳＡ２を構成する第４ロータコア３２は、前記第１ロータコア２１を軸直交方向を基準に反転したものであり、第３ロータコア３１と略同形状であって、略円盤状の第４コアベース３２ａの外周部に、等間隔に複数の第４爪状磁極３２ｂの突出部３２ｃが形成されている。突出部３２ｃは、軸直交方向断面が扇形状とされ、径方向外側の端部部分には爪部３２ｄが軸方向に沿って延出形成されている。
【００４０】
第４爪状磁極３２ｂの周方向端面３２ｅ，３２ｆは径方向に延びる平坦面とされ、第４爪状磁極３２ｂは軸直交方向断面が扇形状とされている。各第４爪状磁極３２ｂの周方向の角度、即ち前記周方向端面２１ｅ，３２ｆ間の角度は、周方向に隣り合う第４爪状磁極３２ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【００４１】
そして、第４ロータコア３２は、各第４爪状磁極３２ｂの爪部３２ｄがそれぞれ対応する各第３爪状磁極３１ｂの爪部３１ｄ間に配置されるようにして、第３コアベース３１ａと第４コアベース３２ａとの軸方向の間に環状磁石３３（図３参照）が配置（挟持）されるようにして第３ロータコア３１に対して組み付けられる。このとき、第３爪状磁極３１ｂの一方の周方向端面３１ｅと第４爪状磁極３２ｂの他方の周方向端面３２ｆとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面３１ｅ，３２ｆ間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。また、第３爪状磁極３１ｂの他方の周方向端面３１ｆと第４爪状磁極３２ｂの一方の周方向端面３２ｅとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面３１ｆ，３２ｅ間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。また、第４爪状磁極３２ｂは、その爪部３２ｄの軸方向先端面３２ｉが第１爪状磁極２１ｂの爪部２１ｄの軸方向先端面２１ｉと軸方向において当接するように第３ロータコア３１及び回転軸１２と組み付けられる。
【００４２】
このとき、第１組付体ＳＡ１を構成する対の第１及び第２ロータコア２１，２２と、第２組付体ＳＡ２を構成する対の第３及び第４ロータコア３１，３２とが周方向に所定角度であるずれ角度θだけずれるように回転軸１２に組み付けられる。ここで、ずれ角度θは、極対数をＰ（本実施形態では５）としたときに、０＜θ≦５０°／Ｐの範囲である、０＜θ≦１０°（図４中Ｘ１として示す）に設定されることが望ましく、ずれ角度θを０＜θ≦３５°／Ｐの範囲である、０＜θ≦７°（図４中Ｘ２として示す）に設定することがより望ましい。また更に好ましくは、ずれ角度θを０＜θ≦２０°／Ｐの範囲である、０＜θ≦４°（図４中Ｘ３として示す）に設定することが望ましい。
【００４３】
環状磁石３３は、前記環状磁石２３とその磁化方向が逆方向となるように設けられる。環状磁石３３は、その外径が第３及び第４コアベース３１ａ，３２ａの外径と同じに設定され、第３爪状磁極３１ｂを第２の磁極（本実施形態ではＳ極）として機能させ、第４爪状磁極３２ｂを第１の磁極（本実施形態ではＮ極）として機能させるように、軸方向に磁化されている。
【００４４】
各第３爪状磁極３１ｂの背面３１ｇ（径方向内側の面）と第４コアベース３２ａの外周面３２ｈとの間には、背面補助磁石３４が配置されている。また、各第４爪状磁極３２ｂの背面３２ｇには、第３爪状磁極３１ｂと同様に、背面補助磁石３４が配置されている。各背面補助磁石３４は、その軸直交方向断面が扇形状とされ、第３爪状磁極３１ｂの背面３１ｇに当接する側と第３コアベース３１ａの外周面３１ｈに当接する側とがＳ極となるように磁化されている。そして、各背面補助磁石３４は、第４コアベース３２ａの外周面３２ｈに当接する側と第４爪状磁極３２ｂの背面３２ｇと当接する側とが同第４コアベース３２ａと同極のＮ極となるように磁化されている。
【００４５】
各背面補助磁石３４は、環状磁石３３が配置されるロータ１１の軸方向位置で互いに軸方向に重なるように、言い換えると、ロータ１１の両面から環状磁石２３が配置される軸方向位置に達するまで配置されるように軸方向の長さが設定されている。
【００４６】
また、第３爪状磁極３１ｂと第４爪状磁極３２ｂとの周方向の間には、極間磁石３５が配置されている。より詳しくは、本実施形態の極間磁石３５は、第３爪状磁極３１ｂの他方の周方向端面３１ｆと、第４爪状磁極３２ｂの一方の周方向端面３２ｅとの間に配置されている。そして、もう一方の極間磁石３５は、第３爪状磁極３１ｂの一方の周方向端面３１ｅと、第４爪状磁極３２ｂの他方の周方向端面３２ｆとの間に配置されている。そして、各極間磁石３５は、第３及び第４爪状磁極３１ｂ，３２ｂとそれぞれ同極性が対向するように（第４爪状磁極２４ｂ側がＮ極で、第３爪状磁極２３ｂ側がＳ極となるように）周方向に磁化されている。各極間磁石３５の回転軸１２側（ロータ１１の径方向内側）には、漏れ磁束防止の空隙（図示略）が設けられている。
【００４７】
上記のように構成された第１組付体ＳＡ１と第２組付体ＳＡ２とは、図３に示すようにそれぞれの軸方向長さＬ１，Ｌ２が同一長さとなるように構成される。
上記のように構成されたモータ１は、回路収容ボックス５内の電源回路を介してセグメントコンダクタ（ＳＣ）巻線８に駆動電流が供給されると、ステータ６でロータ１１を回転させるための磁界が発生され、ロータ１１が回転駆動される。
【００４８】
次に、上記のように構成されたモータ１の作用について説明する。
本実施形態のモータ１のロータ１１は、対の第１及び第２ロータコア２１，２２を備えた第１組付体ＳＡ１と、対の第３及び第４ロータコア３１，３２を備えた第２組付体ＳＡ２とが積層された所謂タンデム構造とされる。そして、対の第１及び第２ロータコア２１，２２と、対の第３及び第４ロータコア３１，３２とが周方向にずれる態様で配置される。ここで、所謂永久磁石界磁のランデル型構造のロータでは、ロータの表面磁束に高調波を含みやすく、コギングトルクが大きくなる虞がある。そのため、対のロータコア２１，２２及び対のロータコア３１，３２のそれぞれで発生するコギングトルクの位相がずれることとなるため、位相のずれたコギングトルク同士で打ち消し合うことができ、合成コギングトルクを低減させて振動の発生を抑えられる。
【００４９】
また、対のロータコア２１，２２及び対のロータコア３１，３２のずれ角度θは、極対数をＰ（本実施形態では５）としたときに、０＜θ≦５０°／Ｐ（Ｐ＝５）の範囲に設定することで、図４中のＸ１の範囲として鎖交磁束量の低下を１０％以内に抑えつつ、コギングトルクが低減される。また、ずれ角度θを、０＜θ≦３５°／Ｐの範囲に設定することで図４中のＸ２の範囲として鎖交磁束量の低下を５％以内に抑えられる。更に、ずれ角度θを、０＜θ≦２０°／Ｐの範囲に設定することで図４中のＸ３の範囲として鎖交磁束量の低下を１％以内に抑えられる。
【００５０】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）複数対のロータコアである第１及び第２ロータコア２１，２２と第３及び第４ロータコア３１，３２は、同磁極のロータコア２２，３１同士が隣接して配置され、各対のロータコア２１，２２、３１，３２間で周方向にずれる態様で配置されるため、対のロータコア２１，２２及び対のロータコア３１，３２で発生するコギングトルクの位相がずれることとなるため、位相のずれたコギングトルク同士で打ち消し合うことができ、合成コギングトルクを低減させて振動の発生を抑えることができる。
【００５１】
（２）各対のロータコア２１，２２、３１，３２間での周方向へのずれ角度θは、極対数をＰとしたときに、０＜θ≦５０°／Ｐの範囲である、０＜θ≦１０°の範囲に設定されるため、図４に示すように鎖交磁束量の低下、つまりトルクの低下を抑えつつ、コギングトルクを低減させることができる。また、ずれ角度θを例えば０＜θ≦３５°／Ｐの範囲である、０＜θ≦７°に設定することで、図４に示すように鎖交磁束量の低下、つまりトルクの低下をより抑えつつ、コギングトルクを低減させることができる。更に、ずれ角度θを０＜θ≦２０°／Ｐの範囲である、０＜θ≦４°の範囲に設定することで、図４に示すように鎖交磁束量の低下、つまりトルクの低下を更に抑えつつ、コギングトルクを低減させることができる。
【００５２】
（３）第１組付体ＳＡ１と第２組付体ＳＡ２の軸方向長さＬ１，Ｌ２が同一であるため、対のロータコア２１，２２、３１，３２毎で磁気回路（経路）が完結して互いに均衡することとなり、対のロータコア２１，２２、３１，３２の磁極間での短絡磁束は小さくなる。
【００５３】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、特に言及していないが、例えばロータ１１の磁極数とステータ６のスロット数との最小公倍数をＭＳとし、ｎ＝１又は２とした場合に、１８０°×ｎ／ＭＳ−５°≦θ≦１８０°×ｎ／ＭＳ＋５°の範囲に設定することが望ましい。たとえば、最小公倍数ＭＳ＝１２とした場合でｎ＝１の場合、ずれ角度θは、１０°≦θ≦２０°（図５中Ｙ１）の範囲に設定される。また、最小公倍数ＭＳ＝１２とした場合でｎ＝２の場合、ずれ角度θは、４０°≦θ≦５０°（図５中Ｙ１）の範囲に設定される。このような構成とすることで、図５に示すようにコギングトルクを５０％まで低減させることができる。
【００５４】
・上記実施形態では、対のロータコア２１，２２を備えた組付体ＳＡ１と、対のロータコア３１，３２を備えた組付体ＳＡ２とを積層して２段の所謂タンデム構造としたが、その積層数は例えば図６に示すように３段やそれ以上に適宜変更してもよい。
【００５５】
・上記実施形態では、対のロータコア２１，２２を備える第１組付体ＳＡ１の軸方向長さ（ロータコア２１，２２の軸方向端面の長さ）と、対のロータコア３１，３２を備える第２組付体ＳＡ２の軸方向長さ（ロータコア３１，３２の軸方向端面の長さ）とが同一となるような構成としたが、これに限らない。例えば、第１組付体ＳＡ１の軸方向長さと、第２組付体ＳＡ２の軸方向長さが異なるような構成を採用してもよい。また、例えば、対のロータコア４１，４２、４３，４４、４５，４６を備えた組付体ＳＡ３，ＳＡ４，ＳＡ５を３段以上積層した構成においても同様に軸方向長さが異なるように構成してもよい。ここで、図６に示すロータ１１について説明する。ロータ１１の各ロータコア４１，４２、４３，４４、４５，４６のコアベースの外周部から突出するとともに軸方向に沿って互いに逆方向に延出形成され、周方向に沿って交互に配置された複数の爪状磁極４１ｂ，４２ｂ、４３ｂ，４４ｂ、４５ｂ，４６ｂを備える。爪状磁極４１ｂ，４２ｂ、４３ｂ，４４ｂ、４５ｂ，４６ｂの周方向の間には極間磁石５０，５１，５２を備える。そして、各対のロータコア４１，４２、４３，４４、４５，４６間での周方向へのずれ角度θ（組付体ＳＡ３，ＳＡ４，ＳＡ５間のずれ角度θ）は、極間磁石５０，５１，５２の周方向幅θｍとしたときに、０＜θ≦θｍの範囲に設定される。ここで、対のロータコア４１，４２、４３，４４、４５，４６毎で軸方向長さが同一の場合、対のロータコア毎で磁気回路（経路）が完結して互いに均衡することとなり、対のロータコアの磁極間での短絡磁束は小さい。しかしながら、本構成のように軸方向長さＬ３，Ｌ４，Ｌ５が対のロータコア４１，４２、４３，４４、４５，４６毎で異なる場合、短絡磁束が増加する傾向となる。そこで、極間磁石５０，５１，５２の周方向幅θｍ以内のずれ角度θとすることで、極間磁石５０，５１，５２による磁束の整流効果により図７にＺ１として示すように磁極から他の磁極への短絡磁束を抑えることができる。また、ずれ角度θを０＜θ≦θｍ／２の範囲に設定することで、極間磁石５０，５１，５２による磁束の整流効果により図７にＺ２として示すように磁極から他の磁極への短絡磁束をより抑えることができる。
【００５６】
・上記実施形態では、対の第１及び第２ロータコア２１，２２と、対の第３及び第４ロータコア３１，３２とのそれぞれに界磁磁石として１つの環状磁石２３，３３を設けたが、これに限らない。例えば、複数に分割した永久磁石を回転軸１２の周囲で対のロータコア２１，２２のコアベース２１ａ，２２ａと、対のロータコア３１，３２のコアベース３１ａ，３２ａとのそれぞれの軸方向間に配置する構成を採用してもよい。
【００５７】
・上記実施形態では、特に言及していないが、第１〜第４ロータコア２１，２２，３１，３２と電機子コア７は、例えば磁性金属板材の積層や、磁性粉体の成形にて構成してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…モータ、６…ステータ、１１…ロータ、１２…回転軸、２１，２２，３１，３２，４１，４２，４３，４４，４５，４６…ロータコア、２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ…コアベース、２５，３５，５０，５１，５２…極間磁石、４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４５ｂ，４６ｂ…爪状磁極、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５…軸方向長さ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ及びモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータに使用されるロータとしては、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされる対のロータコアを備え、それらの間に界磁磁石を配置して各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させる所謂永久磁石界磁のランデル型構造のロータがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−４３７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようなロータでは、図８に示すように対の同一形状のロータコア１０１，１０２を組み付けた組付体ＳＡ１０と、対の同一形状のロータコア１０３，１０４を組み付けた組付体ＳＡ２０とを軸方向に複数段（図８では２段）積層配置した所謂タンデム構造とすることができる。このようにロータ１００を構成することで、モータ出力向上を図ることが可能となる。しかしながら、所謂永久磁石界磁のランデル型構造のロータでは、ロータの表面磁束に高調波を含みやすく、コギングトルクが大きくなる虞がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コギングトルクを低減させることができるロータ及び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】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸に沿って配列された複数対のロータコアと、各対のロータコア間に配置され、軸方向に沿って磁化された界磁磁石と、を備え、各対のロータコアは、円盤状のコアベースの外周部から突出するとともに軸方向に沿って互いに逆方向に延出形成され、周方向に沿って交互に配置された複数の爪状磁極をそれぞれ有し、前記複数対のロータコアは、同磁極のロータコア同士が隣接して配置され、前記各対のロータコア間で周方向にずれる態様で配置されることをその要旨とする。
【０００７】
この発明では、複数対のロータコアは、同磁極のロータコア同士が隣接して配置され、各対のロータコア間で周方向にずれる態様で配置されるため、対のロータコアで発生するコギングトルクの位相がずれることとなるため、位相のずれたコギングトルク同士で打ち消し合うことができ、合成コギングトルクを低減させて振動の発生を抑えることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータにおいて、前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、極対数をＰとしたときに、０＜θ≦５０°／Ｐの範囲に設定されることをその要旨とする。
【０００９】
この発明では、各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、極対数をＰとしたときに、０＜θ≦５０°／Ｐの範囲に設定されるため、図４に示すように鎖交磁束量の低下、つまりトルクの低下を抑えつつ、コギングトルクを低減させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のロータにおいて、前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦３５°／Ｐの範囲に設定されることをその要旨とする。
【００１１】
この発明では、各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦３５°／Ｐの範囲に設定されるため、図４に示すように鎖交磁束量の低下、つまりトルクの低下をより抑えつつ、コギングトルクを低減させることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載のロータにおいて、前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦２０°／Ｐの範囲に設定されることをその要旨とする。
【００１３】
この発明では、各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦２０°／Ｐの範囲に設定されるため、図４に示すように鎖交磁束量の低下、つまりトルクの低下を更に抑えつつ、コギングトルクを低減させることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータにおいて、前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、磁極数とロータと対向するステータのスロット数との最小公倍数をＭＳとし、ｎ＝１又は２とした場合に、１８０°×ｎ／ＭＳ−５°≦θ≦１８０°×ｎ／ＭＳ＋５°の範囲に設定されることをその要旨とする。
【００１５】
この発明では、各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、磁極数とロータと対向するステータのスロット数との最小公倍数をＭＳとし、ｎ＝１又は２とした場合に、１８０°×ｎ／ＭＳ−５°≦θ≦１８０°×ｎ／ＭＳ＋５°の範囲に設定される。このため、図５に示すようにコギングトルクをより低減させることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータにおいて、前記複数対のロータコアは、対のロータコア毎に軸方向長さが異なるように構成され、周方向に隣り合う前記爪状磁極の間に配置されるとともに前記周方向に隣り合う爪状磁極と同極性が対向するように磁化された極間磁石を備え、前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、前記極間磁石の周方向幅θｍとしたときに、０＜θ≦θｍの範囲に設定されることをその要旨とする。
【００１７】
この発明では、複数対のロータコアは、対のロータコア毎に軸方向長さが異なるように構成され、周方向に隣り合う爪状磁極の間に配置されるとともに前記周方向に隣り合う爪状磁極と同極性が対向するように磁化された極間磁石を備え、各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、極間磁石の周方向幅θｍとしたときに、０＜θ≦θｍの範囲に設定される。ここで、対のロータコア毎で軸方向長さが同一の場合、対のロータコア毎で磁気回路（経路）が完結して互いに均衡することとなり、対のロータコアの磁極間での短絡磁束は小さいが、軸方向長さが対のロータコア毎で異なる場合、前記短絡磁束が増加する傾向となる。そこで、極間磁石の周方向幅θｍ以内のずれ角度θとすることで、極間磁石による磁束の整流効果が作用し、図７に示すように磁極から他の磁極への短絡磁束を抑えることができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のロータにおいて、前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦θｍ／２の範囲に設定されることをその要旨とする。
【００１９】
この発明では、各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦θｍ／２の範囲に設定されるため、極間磁石による磁束の整流効果が作用し、図７に示すように磁極から他の磁極への短絡磁束をより抑えることができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載のロータを備えたことをその要旨とする。
この発明では、コギングトルクを低減することができるモータを提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
従って、上記記載の発明によれば、コギングトルクを低減させることができるロータ及びモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態におけるモータの断面図。
【図２】同上におけるロータの斜視図。
【図３】同上におけるロータの断面図。
【図４】同上におけるロータコア間のずれ角度θと鎖交磁束量との関係を示すグラフ。
【図５】同上におけるロータコア間のずれ角度θとコギングトルクとの関係を示すグラフ。
【図６】別例におけるロータの斜視図。
【図７】別例におけるロータコア間のずれ角度θと鎖交磁束量との関係を示すグラフ。
【図８】従来のロータ構造を説明するための斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、モータ１のモータケース２は、有底筒状に形成された筒状ハウジング３と、該筒状ハウジング３のフロント側（図１中、左側）の開口部を閉塞するフロントエンドプレート４とを有している。また、筒状ハウジング３のリア側（図１中、右側）の端部には、回路基板等の電源回路を収容した回路収容ボックス５が取着されている。
【００２４】
筒状ハウジング３の内周面にはステータ６が固定されている。ステータ６は、径方向内側に延びる複数のティースを有する電機子コア７と、電機子コア７のティースに巻装されたセグメントコンダクタ（ＳＣ）巻線８とを有する。モータ１のロータ１１は回転軸１２を有し、ステータ６の内側に配置されている。回転軸１２は非磁性体の金属シャフトであって、筒状ハウジング３の底部３ａ及びフロントエンドプレート４に支持された軸受１３，１４により回転可能に支持されている。
【００２５】
ロータ１１は、図２及び図３に示すように、第１及び第２組付体ＳＡ１，ＳＡ２を備える。
第１組付体ＳＡ１は、図２及び図３に示すように、対の第１及び第２ロータコア２１，２２と、界磁磁石としての環状磁石２３と、背面補助磁石２４、極間磁石２５とを備える。尚、図２及び図３中の実線で示す矢印は各磁石２３，２４，２５の磁化方向（Ｓ極からＮ極向き）を示している。
【００２６】
図２に示すように、第１組付体ＳＡ１の第１ロータコア２１は、略円盤状の第１コアベース２１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では５個）の第１爪状磁極２１ｂが形成されている。第１爪状磁極２１ｂは、第１コアベース２１ａに対して径方向外側に突出された突出部２１ｃと、この突出部２１ｃから軸方向に延出形成された爪部２１ｄとを有する。
【００２７】
第１爪状磁極２１ｂの周方向端面２１ｅ，２１ｆは径方向に延びる（軸方向から見て径方向に対して傾斜していない）平坦面とされ、突出部２１ｃは軸直交方向断面が扇形状とされている。突出部２１ｃの径方向外側の端部部分には、爪部２１ｄが周方向の幅を一定として軸方向に沿って延出形成されている。各第１爪状磁極２１ｂの周方向の角度、即ち前記周方向端面２１ｅ，２１ｆ間の角度は、周方向に隣り合う第１爪状磁極２１ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【００２８】
図２及び図３に示すように、第２ロータコア２２は、略円盤状の第２コアベース２２ａの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極２２ｂの突出部２２ｃが形成されている。突出部２２ｃは、軸直交方向断面が扇形状とされ、径方向外側の端部部分には爪部２２ｄが軸方向に沿って延出形成されている。
【００２９】
第２爪状磁極２２ｂの周方向端面２２ｅ，２２ｆは径方向に延びる平坦面とされ、第２爪状磁極２２ｂは軸直交方向断面が扇形状とされている。各第２爪状磁極２２ｂの周方向の角度、即ち前記周方向端面２２ｅ，２２ｆ間の角度は、周方向に隣り合う第２爪状磁極２２ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【００３０】
そして、第２ロータコア２２は、各第２爪状磁極２２ｂの爪部２２ｄがそれぞれ対応する各第１爪状磁極２１ｂの爪部２１ｄ間に配置されるようにして、第１コアベース２１ａと第２コアベース２２ａとの軸方向の間に環状磁石２３（図３参照）が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア２１に対して組み付けられる。このとき、第１爪状磁極２１ｂの一方の周方向端面２１ｅと第２爪状磁極２２ｂの他方の周方向端面２２ｆとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面２１ｅ，２２ｆ間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。また、第１爪状磁極２１ｂの他方の周方向端面２１ｆと第２爪状磁極２２ｂの一方の周方向端面２２ｅとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面２１ｆ，２２ｅ間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。
【００３１】
ここで、環状磁石２３は、その外径が第１及び第２コアベース２１ａ，２２ａの外径と同じに設定され、第１爪状磁極２１ｂを第１の磁極（本実施形態ではＮ極）として機能させ、第２爪状磁極２２ｂを第２の磁極（本実施形態ではＳ極）として機能させるように、軸方向に磁化されている。
【００３２】
各第１爪状磁極２１ｂの背面２１ｇ（径方向内側の面）と第２コアベース２２ａの外周面２２ｈとの間には、背面補助磁石２４が配置されている。また、各第２爪状磁極２２ｂの背面２２ｇには、第１爪状磁極２１ｂと同様に、背面補助磁石２４が配置されている。各背面補助磁石２４は、その軸直交方向断面が扇形状とされ、第１爪状磁極２１ｂの背面２１ｇに当接する側と第１コアベース２１ａの外周面２１ｈに当接する側とがＮ極となるように磁化されている。そして、各背面補助磁石２４は、第２コアベース２２ａの外周面２２ｈに当接する側と第２爪状磁極２２ｂの背面２２ｇと当接する側とが同第２コアベース２２ａと同極のＳ極となるように磁化されている。
【００３３】
各背面補助磁石２４は、環状磁石２３が配置されるロータ１１の軸方向位置で互いに軸方向に重なるように、言い換えると、ロータ１１の両面から環状磁石２３が配置される軸方向位置に達するまで配置されるように軸方向の長さが設定されている。
【００３４】
また、図２に示すように、第１爪状磁極２１ｂと第２爪状磁極２２ｂとの周方向の間には、極間磁石２５が配置されている。より詳しくは、本実施形態の極間磁石２５は、第１爪状磁極２１ｂの一方の周方向端面２１ｅと、第２爪状磁極２２ｂの他方の周方向端面２２ｆとの間に配置されている。そして、もう一方の極間磁石２５は、第１爪状磁極２１ｂの他方の周方向端面２１ｆと、第２爪状磁極２２ｂの一方の周方向端面２２ｅとの間に配置されている。各極間磁石２５は、第１及び第２爪状磁極２１ｂ，２２ｂとそれぞれ同極性が対向するように（第１爪状磁極２１ｂ側がＮ極で、第２爪状磁極２２ｂ側がＳ極となるように）周方向に磁化されている。各極間磁石２５の回転軸１２側（ロータ１１の径方向内側）には、漏れ磁束防止の空隙Ｋが設けられている。
【００３５】
第２組付体ＳＡ２は、第１組付体ＳＡ１と略同形状とされ、対の第３及び第４ロータコア３１，３２と、界磁磁石としての環状磁石３３と、背面補助磁石３４と、極間磁石３５とを備える。尚、図２及び図３中の実線で示す矢印は各磁石３３，３４，３５の磁化方向（Ｓ極からＮ極向き）を示している。
【００３６】
第２組付体ＳＡ２を構成する第３ロータコア３１は、図２及び３に示すように、前記第２ロータコア２２を軸直交方向を基準に反転したものであり、略円盤状の第３コアベース３１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では５個）の第３爪状磁極３１ｂが形成されている。第３爪状磁極３１ｂは、第３コアベース３１ａに対して径方向外側に突出された突出部３１ｃと、この突出部３１ｃから軸方向に延出形成された爪部３１ｄとを有する。
【００３７】
前記第３ロータコア３１は、図３に示すように、その軸方向一端側の端面が第２ロータコア２２の軸方向他端側の端面と当接するように回転軸１２に組み付けられる。このため、前記爪部３１ｄは、第２ロータコア２２の爪部２２ｄと軸方向反対側に延出するように構成される。
【００３８】
第３爪状磁極３１ｂの周方向端面３１ｅ，３１ｆは径方向に延びる（軸方向から見て径方向に対して傾斜していない）平坦面とされ、突出部３１ｃは軸直交方向断面が扇形状とされている。突出部３１ｃの径方向外側の端部部分には、爪部３１ｄが周方向の幅を一定として軸方向に沿って延出形成されている。各第３爪状磁極３１ｂの周方向の角度、即ち前記周方向端面３１ｅ，３１ｆ間の角度は、周方向に隣り合う第３爪状磁極３１ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【００３９】
一方、第２組付体ＳＡ２を構成する第４ロータコア３２は、前記第１ロータコア２１を軸直交方向を基準に反転したものであり、第３ロータコア３１と略同形状であって、略円盤状の第４コアベース３２ａの外周部に、等間隔に複数の第４爪状磁極３２ｂの突出部３２ｃが形成されている。突出部３２ｃは、軸直交方向断面が扇形状とされ、径方向外側の端部部分には爪部３２ｄが軸方向に沿って延出形成されている。
【００４０】
第４爪状磁極３２ｂの周方向端面３２ｅ，３２ｆは径方向に延びる平坦面とされ、第４爪状磁極３２ｂは軸直交方向断面が扇形状とされている。各第４爪状磁極３２ｂの周方向の角度、即ち前記周方向端面２１ｅ，３２ｆ間の角度は、周方向に隣り合う第４爪状磁極３２ｂ同士の隙間の角度より小さく設定されている。
【００４１】
そして、第４ロータコア３２は、各第４爪状磁極３２ｂの爪部３２ｄがそれぞれ対応する各第３爪状磁極３１ｂの爪部３１ｄ間に配置されるようにして、第３コアベース３１ａと第４コアベース３２ａとの軸方向の間に環状磁石３３（図３参照）が配置（挟持）されるようにして第３ロータコア３１に対して組み付けられる。このとき、第３爪状磁極３１ｂの一方の周方向端面３１ｅと第４爪状磁極３２ｂの他方の周方向端面３２ｆとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面３１ｅ，３２ｆ間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。また、第３爪状磁極３１ｂの他方の周方向端面３１ｆと第４爪状磁極３２ｂの一方の周方向端面３２ｅとが軸方向に沿って平行をなすように形成されるため、各端面３１ｆ，３２ｅ間の間隙が軸方向に沿って略直線状をなすように形成されることとなる。また、第４爪状磁極３２ｂは、その爪部３２ｄの軸方向先端面３２ｉが第１爪状磁極２１ｂの爪部２１ｄの軸方向先端面２１ｉと軸方向において当接するように第３ロータコア３１及び回転軸１２と組み付けられる。
【００４２】
このとき、第１組付体ＳＡ１を構成する対の第１及び第２ロータコア２１，２２と、第２組付体ＳＡ２を構成する対の第３及び第４ロータコア３１，３２とが周方向に所定角度であるずれ角度θだけずれるように回転軸１２に組み付けられる。ここで、ずれ角度θは、極対数をＰ（本実施形態では５）としたときに、０＜θ≦５０°／Ｐの範囲である、０＜θ≦１０°（図４中Ｘ１として示す）に設定されることが望ましく、ずれ角度θを０＜θ≦３５°／Ｐの範囲である、０＜θ≦７°（図４中Ｘ２として示す）に設定することがより望ましい。また更に好ましくは、ずれ角度θを０＜θ≦２０°／Ｐの範囲である、０＜θ≦４°（図４中Ｘ３として示す）に設定することが望ましい。
【００４３】
環状磁石３３は、前記環状磁石２３とその磁化方向が逆方向となるように設けられる。環状磁石３３は、その外径が第３及び第４コアベース３１ａ，３２ａの外径と同じに設定され、第３爪状磁極３１ｂを第２の磁極（本実施形態ではＳ極）として機能させ、第４爪状磁極３２ｂを第１の磁極（本実施形態ではＮ極）として機能させるように、軸方向に磁化されている。
【００４４】
各第３爪状磁極３１ｂの背面３１ｇ（径方向内側の面）と第４コアベース３２ａの外周面３２ｈとの間には、背面補助磁石３４が配置されている。また、各第４爪状磁極３２ｂの背面３２ｇには、第３爪状磁極３１ｂと同様に、背面補助磁石３４が配置されている。各背面補助磁石３４は、その軸直交方向断面が扇形状とされ、第３爪状磁極３１ｂの背面３１ｇに当接する側と第３コアベース３１ａの外周面３１ｈに当接する側とがＳ極となるように磁化されている。そして、各背面補助磁石３４は、第４コアベース３２ａの外周面３２ｈに当接する側と第４爪状磁極３２ｂの背面３２ｇと当接する側とが同第４コアベース３２ａと同極のＮ極となるように磁化されている。
【００４５】
各背面補助磁石３４は、環状磁石３３が配置されるロータ１１の軸方向位置で互いに軸方向に重なるように、言い換えると、ロータ１１の両面から環状磁石２３が配置される軸方向位置に達するまで配置されるように軸方向の長さが設定されている。
【００４６】
また、第３爪状磁極３１ｂと第４爪状磁極３２ｂとの周方向の間には、極間磁石３５が配置されている。より詳しくは、本実施形態の極間磁石３５は、第３爪状磁極３１ｂの他方の周方向端面３１ｆと、第４爪状磁極３２ｂの一方の周方向端面３２ｅとの間に配置されている。そして、もう一方の極間磁石３５は、第３爪状磁極３１ｂの一方の周方向端面３１ｅと、第４爪状磁極３２ｂの他方の周方向端面３２ｆとの間に配置されている。そして、各極間磁石３５は、第３及び第４爪状磁極３１ｂ，３２ｂとそれぞれ同極性が対向するように（第４爪状磁極２４ｂ側がＮ極で、第３爪状磁極２３ｂ側がＳ極となるように）周方向に磁化されている。各極間磁石３５の回転軸１２側（ロータ１１の径方向内側）には、漏れ磁束防止の空隙（図示略）が設けられている。
【００４７】
上記のように構成された第１組付体ＳＡ１と第２組付体ＳＡ２とは、図３に示すようにそれぞれの軸方向長さＬ１，Ｌ２が同一長さとなるように構成される。
上記のように構成されたモータ１は、回路収容ボックス５内の電源回路を介してセグメントコンダクタ（ＳＣ）巻線８に駆動電流が供給されると、ステータ６でロータ１１を回転させるための磁界が発生され、ロータ１１が回転駆動される。
【００４８】
次に、上記のように構成されたモータ１の作用について説明する。
本実施形態のモータ１のロータ１１は、対の第１及び第２ロータコア２１，２２を備えた第１組付体ＳＡ１と、対の第３及び第４ロータコア３１，３２を備えた第２組付体ＳＡ２とが積層された所謂タンデム構造とされる。そして、対の第１及び第２ロータコア２１，２２と、対の第３及び第４ロータコア３１，３２とが周方向にずれる態様で配置される。ここで、所謂永久磁石界磁のランデル型構造のロータでは、ロータの表面磁束に高調波を含みやすく、コギングトルクが大きくなる虞がある。そのため、対のロータコア２１，２２及び対のロータコア３１，３２のそれぞれで発生するコギングトルクの位相がずれることとなるため、位相のずれたコギングトルク同士で打ち消し合うことができ、合成コギングトルクを低減させて振動の発生を抑えられる。
【００４９】
また、対のロータコア２１，２２及び対のロータコア３１，３２のずれ角度θは、極対数をＰ（本実施形態では５）としたときに、０＜θ≦５０°／Ｐ（Ｐ＝５）の範囲に設定することで、図４中のＸ１の範囲として鎖交磁束量の低下を１０％以内に抑えつつ、コギングトルクが低減される。また、ずれ角度θを、０＜θ≦３５°／Ｐの範囲に設定することで図４中のＸ２の範囲として鎖交磁束量の低下を５％以内に抑えられる。更に、ずれ角度θを、０＜θ≦２０°／Ｐの範囲に設定することで図４中のＸ３の範囲として鎖交磁束量の低下を１％以内に抑えられる。
【００５０】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）複数対のロータコアである第１及び第２ロータコア２１，２２と第３及び第４ロータコア３１，３２は、同磁極のロータコア２２，３１同士が隣接して配置され、各対のロータコア２１，２２、３１，３２間で周方向にずれる態様で配置されるため、対のロータコア２１，２２及び対のロータコア３１，３２で発生するコギングトルクの位相がずれることとなるため、位相のずれたコギングトルク同士で打ち消し合うことができ、合成コギングトルクを低減させて振動の発生を抑えることができる。
【００５１】
（２）各対のロータコア２１，２２、３１，３２間での周方向へのずれ角度θは、極対数をＰとしたときに、０＜θ≦５０°／Ｐの範囲である、０＜θ≦１０°の範囲に設定されるため、図４に示すように鎖交磁束量の低下、つまりトルクの低下を抑えつつ、コギングトルクを低減させることができる。また、ずれ角度θを例えば０＜θ≦３５°／Ｐの範囲である、０＜θ≦７°に設定することで、図４に示すように鎖交磁束量の低下、つまりトルクの低下をより抑えつつ、コギングトルクを低減させることができる。更に、ずれ角度θを０＜θ≦２０°／Ｐの範囲である、０＜θ≦４°の範囲に設定することで、図４に示すように鎖交磁束量の低下、つまりトルクの低下を更に抑えつつ、コギングトルクを低減させることができる。
【００５２】
（３）第１組付体ＳＡ１と第２組付体ＳＡ２の軸方向長さＬ１，Ｌ２が同一であるため、対のロータコア２１，２２、３１，３２毎で磁気回路（経路）が完結して互いに均衡することとなり、対のロータコア２１，２２、３１，３２の磁極間での短絡磁束は小さくなる。
【００５３】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、特に言及していないが、例えばロータ１１の磁極数とステータ６のスロット数との最小公倍数をＭＳとし、ｎ＝１又は２とした場合に、１８０°×ｎ／ＭＳ−５°≦θ≦１８０°×ｎ／ＭＳ＋５°の範囲に設定することが望ましい。たとえば、最小公倍数ＭＳ＝１２とした場合でｎ＝１の場合、ずれ角度θは、１０°≦θ≦２０°（図５中Ｙ１）の範囲に設定される。また、最小公倍数ＭＳ＝１２とした場合でｎ＝２の場合、ずれ角度θは、４０°≦θ≦５０°（図５中Ｙ１）の範囲に設定される。このような構成とすることで、図５に示すようにコギングトルクを５０％まで低減させることができる。
【００５４】
・上記実施形態では、対のロータコア２１，２２を備えた組付体ＳＡ１と、対のロータコア３１，３２を備えた組付体ＳＡ２とを積層して２段の所謂タンデム構造としたが、その積層数は例えば図６に示すように３段やそれ以上に適宜変更してもよい。
【００５５】
・上記実施形態では、対のロータコア２１，２２を備える第１組付体ＳＡ１の軸方向長さ（ロータコア２１，２２の軸方向端面の長さ）と、対のロータコア３１，３２を備える第２組付体ＳＡ２の軸方向長さ（ロータコア３１，３２の軸方向端面の長さ）とが同一となるような構成としたが、これに限らない。例えば、第１組付体ＳＡ１の軸方向長さと、第２組付体ＳＡ２の軸方向長さが異なるような構成を採用してもよい。また、例えば、対のロータコア４１，４２、４３，４４、４５，４６を備えた組付体ＳＡ３，ＳＡ４，ＳＡ５を３段以上積層した構成においても同様に軸方向長さが異なるように構成してもよい。ここで、図６に示すロータ１１について説明する。ロータ１１の各ロータコア４１，４２、４３，４４、４５，４６のコアベースの外周部から突出するとともに軸方向に沿って互いに逆方向に延出形成され、周方向に沿って交互に配置された複数の爪状磁極４１ｂ，４２ｂ、４３ｂ，４４ｂ、４５ｂ，４６ｂを備える。爪状磁極４１ｂ，４２ｂ、４３ｂ，４４ｂ、４５ｂ，４６ｂの周方向の間には極間磁石５０，５１，５２を備える。そして、各対のロータコア４１，４２、４３，４４、４５，４６間での周方向へのずれ角度θ（組付体ＳＡ３，ＳＡ４，ＳＡ５間のずれ角度θ）は、極間磁石５０，５１，５２の周方向幅θｍとしたときに、０＜θ≦θｍの範囲に設定される。ここで、対のロータコア４１，４２、４３，４４、４５，４６毎で軸方向長さが同一の場合、対のロータコア毎で磁気回路（経路）が完結して互いに均衡することとなり、対のロータコアの磁極間での短絡磁束は小さい。しかしながら、本構成のように軸方向長さＬ３，Ｌ４，Ｌ５が対のロータコア４１，４２、４３，４４、４５，４６毎で異なる場合、短絡磁束が増加する傾向となる。そこで、極間磁石５０，５１，５２の周方向幅θｍ以内のずれ角度θとすることで、極間磁石５０，５１，５２による磁束の整流効果により図７にＺ１として示すように磁極から他の磁極への短絡磁束を抑えることができる。また、ずれ角度θを０＜θ≦θｍ／２の範囲に設定することで、極間磁石５０，５１，５２による磁束の整流効果により図７にＺ２として示すように磁極から他の磁極への短絡磁束をより抑えることができる。
【００５６】
・上記実施形態では、対の第１及び第２ロータコア２１，２２と、対の第３及び第４ロータコア３１，３２とのそれぞれに界磁磁石として１つの環状磁石２３，３３を設けたが、これに限らない。例えば、複数に分割した永久磁石を回転軸１２の周囲で対のロータコア２１，２２のコアベース２１ａ，２２ａと、対のロータコア３１，３２のコアベース３１ａ，３２ａとのそれぞれの軸方向間に配置する構成を採用してもよい。
【００５７】
・上記実施形態では、特に言及していないが、第１〜第４ロータコア２１，２２，３１，３２と電機子コア７は、例えば磁性金属板材の積層や、磁性粉体の成形にて構成してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…モータ、６…ステータ、１１…ロータ、１２…回転軸、２１，２２，３１，３２，４１，４２，４３，４４，４５，４６…ロータコア、２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ…コアベース、２５，３５，５０，５１，５２…極間磁石、４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４５ｂ，４６ｂ…爪状磁極、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５…軸方向長さ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に沿って配列された複数対のロータコアと、
各対のロータコア間に配置され、軸方向に沿って磁化された界磁磁石と、
を備え、
各対のロータコアは、円盤状のコアベースの外周部から突出するとともに軸方向に沿って互いに逆方向に延出形成され、周方向に沿って交互に配置された複数の爪状磁極をそれぞれ有し、
前記複数対のロータコアは、同磁極のロータコア同士が隣接して配置され、前記各対のロータコア間で周方向にずれる態様で配置されることを特徴とするロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータにおいて、
前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、極対数をＰとしたときに、０＜θ≦５０°／Ｐの範囲に設定されることを特徴とするロータ。
【請求項３】
請求項２に記載のロータにおいて、
前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦３５°／Ｐの範囲に設定されることを特徴とするロータ。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のロータにおいて、
前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦２０°／Ｐの範囲に設定されることを特徴とするロータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータにおいて、
前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、磁極数とロータと対向するステータのスロット数との最小公倍数をＭＳとし、ｎ＝１又は２とした場合に、１８０°×ｎ／ＭＳ−５°≦θ≦１８０°×ｎ／ＭＳ＋５°の範囲に設定されることを特徴とするロータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータにおいて、
前記複数対のロータコアは、対のロータコア毎に軸方向長さが異なるように構成され、
周方向に隣り合う前記爪状磁極の間に配置されるとともに前記周方向に隣り合う爪状磁極と同極性が対向するように磁化された極間磁石を備え、
前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、前記極間磁石の周方向幅θｍとしたときに、０＜θ≦θｍの範囲に設定されることを特徴とするロータ。
【請求項７】
請求項６に記載のロータにおいて、
前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦θｍ／２の範囲に設定されることを特徴とするロータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。
【請求項１】
回転軸に沿って配列された複数対のロータコアと、
各対のロータコア間に配置され、軸方向に沿って磁化された界磁磁石と、
を備え、
各対のロータコアは、円盤状のコアベースの外周部から突出するとともに軸方向に沿って互いに逆方向に延出形成され、周方向に沿って交互に配置された複数の爪状磁極をそれぞれ有し、
前記複数対のロータコアは、同磁極のロータコア同士が隣接して配置され、前記各対のロータコア間で周方向にずれる態様で配置されることを特徴とするロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータにおいて、
前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、極対数をＰとしたときに、０＜θ≦５０°／Ｐの範囲に設定されることを特徴とするロータ。
【請求項３】
請求項２に記載のロータにおいて、
前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦３５°／Ｐの範囲に設定されることを特徴とするロータ。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のロータにおいて、
前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦２０°／Ｐの範囲に設定されることを特徴とするロータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータにおいて、
前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、磁極数とロータと対向するステータのスロット数との最小公倍数をＭＳとし、ｎ＝１又は２とした場合に、１８０°×ｎ／ＭＳ−５°≦θ≦１８０°×ｎ／ＭＳ＋５°の範囲に設定されることを特徴とするロータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータにおいて、
前記複数対のロータコアは、対のロータコア毎に軸方向長さが異なるように構成され、
周方向に隣り合う前記爪状磁極の間に配置されるとともに前記周方向に隣り合う爪状磁極と同極性が対向するように磁化された極間磁石を備え、
前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、前記極間磁石の周方向幅θｍとしたときに、０＜θ≦θｍの範囲に設定されることを特徴とするロータ。
【請求項７】
請求項６に記載のロータにおいて、
前記各対のロータコア間での周方向へのずれ角度θは、０＜θ≦θｍ／２の範囲に設定されることを特徴とするロータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９９１６３（Ｐ２０１３−９９１６３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１２８４（Ｐ２０１１−２４１２８４）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００１０１３５２）アスモ株式会社 (1,622)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００１０１３５２）アスモ株式会社 (1,622)
【Ｆターム（参考）】
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