JP2012110214A

JP2012110214A - ブラシレスモータ

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Publication number: JP2012110214A
Application number: JP2011221224A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Takemoto; 佳朗竹本; Shinji Mito; 信二三戸; Kenta Goto; 謙太後藤; Shigemasa Kato; 茂昌加藤
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2012-06-07
Anticipated expiration: 2031-10-05
Also published as: DE102011116211A1; JP5806073B2; US20120091845A1; CN102545516A

Abstract

【課題】コンシクエントポール型構造を採用したロータを有するブラシレスモータにおいて、減磁作用を抑制し、トルク向上と共に回転性能を向上させること。
【解決手段】ロータ３には、ロータコア２２の周方向にＮ極のマグネット２３が複数埋め込まれてマグネット磁極部２４が構成されている。また、各マグネット磁極部２４間には、ロータコア２２に形成されたコア磁極部２５がそれぞれマグネット磁極部２４との各境界部に空隙Ｓ１，Ｓ２を以て配置され、コア磁極部２５をＳ極として機能させるように構成されている。そして、マグネット磁極部２４とコア磁極部２５との間の空隙Ｓ１は、マグネット磁極部２４のマグネット２３の径方向外側（径方向ステータ側）まで延長された空隙延長部Ｓａを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンシクエントポール型構造を採用したロータを有するブラシレスモータに関するものである。

従来、この種のブラシレスモータは、ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネットが複数埋め込まれてマグネット磁極部が形成されるとともに、各マグネット磁極部間にはロータコアに形成されたコア磁極部がそれぞれマグネット磁極部との各境界部に空隙を以て配置され、コア磁極部を他方の磁極として機能させるように構成されたロータと、周方向等間隔に設けられロータと径方向に対向する複数のティースとその各ティースに装着された巻線とを有するステータとを有している（例えば特許文献１参照）。このような構成のブラシレスモータでは、性能の低下を小さく抑えつつもロータのマグネットを半数に減らすことが可能となるため、省資源や低コスト等の点で有利である。

特開２００４−２０１４０６号公報

しかしながら、上記特許文献１のようなブラシレスモータにおいて、１つのマグネット磁極部に対して１つのティースが対向するだけでなく、その隣のティースも該マグネット磁極部と径方向に対向する状態では、その隣のティースが影響してそのマグネット磁極部に減磁作用が生じ、その結果、トルク低下による回転性能の低下という問題が生じる虞があった。

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、コンシクエントポール型構造を採用したロータを有するブラシレスモータにおいて、減磁作用を抑制し、トルク向上と共に回転性能を向上させることにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネットが複数埋め込まれてマグネット磁極部が形成されるとともに、各マグネット磁極部間には前記ロータコアに形成されたコア磁極部がそれぞれマグネット磁極部との各境界部に空隙を以て配置され、前記コア磁極部を他方の磁極として機能させるように構成されたロータと、周方向等間隔に設けられ前記ロータと径方向に対向する複数のティースとその各ティースに装着された巻線とを有するステータとを備えたブラシレスモータであって、前記マグネット磁極部の周方向両側の前記空隙の少なくとも一方は、該マグネット磁極部のマグネットの径方向ステータ側まで磁極中心に向かって延長された空隙延長部を有することを特徴とする。

この発明では、マグネット磁極部とコア磁極部との間の空隙がマグネットの径方向ステータ側まで延長されるため、マグネット磁極部の周方向端部におけるティースとの間、若しくはマグネット磁極部内に空隙を含む構成となる。これにより、１つのマグネット磁極部に対して１つのティースが対向するだけでなく、その隣のティースも該マグネット磁極部と径方向に対向する状態において、隣のティースの影響がマグネット磁極部の周方向端部の空隙により緩和される。従って、隣のティースの影響によってマグネット磁極部に生じる減磁作用が抑制され、その結果、トルク向上と共に回転性能を向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータコアには、前記マグネットの周方向両端面に沿ってそれぞれ配置された一対のブリッジ部と、該ブリッジ部に保持され前記マグネットの前記ステータ側に配置されて前記マグネット磁極部を構成する表面コア部とが形成され、前記表面コア部の前記ティースと対向する面は、第１対向面と、前記空隙延長部が介在されることで前記ティースとの間隔が前記第１対向面と前記ティースとの間隔よりも大きく構成された第２対向面とからなることを特徴とする。

この発明では、第２対向面とティースとの間には、マグネット磁極部とコア磁極部との間の空隙の一部が介在され、これにより、第２対向面とティースとの間隔が第１対向面とティースとの間隔よりも大きく構成される。このため、表面コア部が第１対向面で或る１つのティースと対向するとともに、第２対向面で隣のティースと対向するように構成でき、その隣のティースの影響によるマグネット磁極部に生じる減磁作用を確実に抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のブラシレスモータにおいて、前記表面コア部の第１対向面の周方向幅は、前記ティースの先端面の周方向幅と等しくなるように設定されたことを特徴とする。

この発明では、表面コア部の第１対向面の周方向幅がティースの先端面の周方向幅と等しいため、第１対向面で効率的にトルクを得ることができる。このため、第２対向面で減磁作用を抑制しつつも、トルクの低下を小さく抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載のブラシレスモータにおいて、前記マグネットは、直方体状の板状部材からなり、軸方向から見てその長手方向が前記第１対向面の周方向中心線と直交する直線に対してマグネット傾斜角θ１を以て傾斜した状態で埋設され、前記第２対向面は平面状をなし、前記マグネットの短手方向に対して空隙傾斜角θ２を以て傾斜されてなり、前記マグネット傾斜角θ１は、０°≦θ１≦２２．５°の範囲内に設定され、前記空隙傾斜角θ２は、θ２≦４５°の範囲内に設定されていることを特徴とする。

この発明では、マグネット傾斜角θ１が０°≦θ１≦２２．５°の範囲内に設定され、空隙傾斜角θ２がθ２≦４５°の範囲内に設定される。これにより、磁束量を増加することができ（図４参照）、ロータの回転性能をより確実に向上できる。

請求項５に記載の発明は、請求項２又は３に記載のブラシレスモータにおいて、前記表面コア部の第２対向面は、軸方向から見て反ステータ側に窪む円弧状をなすことを特徴とする。

この発明では、表面コア部の第２対向面が軸方向から見て反ステータ側に窪む円弧状をなすため、表面コア部とティースとの間隔の変化が周方向において急激となる。これにより、第２対向面での減磁作用を好適に抑制することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータは、前記マグネット及び前記コア磁極部がそれぞれ（ｎ＋１）個（但し、ｎは自然数）ずつ設けられて２（ｎ＋１）磁極で構成され、前記ステータは、前記ティースが３（ｍ＋１）スロット（但し、ｍは自然数）で構成され、前記マグネット磁極部は、前記表面コア部の周方向中央に前記第１対向面が、該第１対向面の周方向両側に前記第２対向面がそれぞれ形成され、前記マグネット磁極部の周方向中心線に対して線対称となるように構成され、前記表面コア部の両端から前記ロータの表面の仮想円までの距離Ｅと、径方向における前記第１対向面と前記ティースの先端面との間の距離Ａとの比Ｅ／Ａが０に設定されるとともに、前記マグネット磁極部の周方向幅Ｗ２と前記表面コア部の第１対向面の周方向幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１が１．０＜Ｗ２／Ｗ１＜２．１の範囲内に設定されていることを特徴とする。

この発明では、表面コア部の両端からロータの表面の仮想円までの距離Ｅと、径方向における第１対向面とティースの先端面との間の距離Ａとの比Ｅ／Ａが０に設定されるとともに、マグネット磁極部の周方向幅Ｗ２と表面コア部の第１対向面の周方向幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１が１．０＜Ｗ２／Ｗ１＜２．１の範囲内に設定される。これにより、磁束量を増加することができ（図８参照）、ロータの回転性能をより確実に向上できる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータは、前記マグネット及び前記コア磁極部がそれぞれ４つずつ設けられて８磁極で構成され、前記ステータは、前記ティースが１２個設けられて１２スロットで構成され、前記マグネット磁極部は、前記表面コア部の周方向中央に前記第１対向面が、該第１対向面の周方向両側に前記第２対向面がそれぞれ形成され、前記マグネット磁極部の周方向中心線に対して線対称となるように構成され、前記表面コア部の両端から前記ロータの表面の仮想円までの距離Ｅと、径方向における前記第１対向面と前記ティースの先端面との間の距離Ａとの比Ｅ／Ａが０に設定されるとともに、前記マグネット磁極部の周方向幅Ｗ２と前記表面コア部の第１対向面の周方向幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１が１．０＜Ｗ２／Ｗ１＜２．１の範囲内に設定されていることを特徴とする。

この発明では、８極１２スロットで構成されたモータにおいて、表面コア部の両端からロータの表面の仮想円までの距離Ｅと、径方向における第１対向面とティースの先端面との間の距離Ａとの比Ｅ／Ａが０に設定されるとともに、マグネット磁極部の周方向幅Ｗ２と表面コア部の第１対向面の周方向幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１が１．０＜Ｗ２／Ｗ１＜２．１の範囲内に設定される。これにより、磁束量を増加することができ（図８参照）、ロータの回転性能をより確実に向上できる。

請求項８に記載の発明は、請求項５に記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータは、前記マグネット及び前記コア磁極部がそれぞれ（ｎ＋１）個（但し、ｎは自然数）ずつ設けられて２（ｎ＋１）磁極で構成され、前記ステータは、前記ティースが３（ｍ＋１）スロット（但し、ｍは自然数）で構成され、前記マグネット磁極部は、前記表面コア部の周方向中央に前記第１対向面が、該第１対向面の周方向両側に前記第２対向面がそれぞれ形成され、前記マグネット磁極部の周方向中心線に対して線対称となるように構成され、前記表面コア部の両端から前記ロータの表面の仮想円までの距離Ｅと、径方向における前記第１対向面と前記ティースの先端面との間の距離Ａとの比Ｅ／Ａが４以下に設定されるとともに、前記マグネット磁極部の周方向幅Ｗ２と前記表面コア部の第１対向面の周方向幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１が１．２＜Ｗ２／Ｗ１＜１．８の範囲内に設定されていることを特徴とする。

この発明では、表面コア部の両端からロータの表面の仮想円までの距離Ｅと、径方向における第１対向面とティースの先端面との間の距離Ａとの比Ｅ／Ａが４以下に設定されるとともに、マグネット磁極部の周方向幅Ｗ２と表面コア部の第１対向面の周方向幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１が１．２＜Ｗ２／Ｗ１＜１．８の範囲内に設定される。これにより、磁束量を増加することができ（図８参照）、ロータの回転性能をより確実に向上できる。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータは、前記マグネット及び前記コア磁極部がそれぞれ４つずつ設けられて８磁極で構成され、前記ステータは、前記ティースが１２個設けられて１２スロットで構成され、前記マグネット磁極部は、前記表面コア部の周方向中央に前記第１対向面が、該第１対向面の周方向両側に前記第２対向面がそれぞれ形成され、前記マグネット磁極部の周方向中心線に対して線対称となるように構成され、前記表面コア部の両端から前記ロータの表面の仮想円までの距離Ｅと、径方向における前記第１対向面と前記ティースの先端面との間の距離Ａとの比Ｅ／Ａが４以下に設定されるとともに、前記マグネット磁極部の周方向幅Ｗ２と前記表面コア部の第１対向面の周方向幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１が１．２＜Ｗ２／Ｗ１＜１．８の範囲内に設定されていることを特徴とする。

この発明では、８極１２スロットで構成されたモータにおいて、表面コア部の両端からロータの表面の仮想円までの距離Ｅと、径方向における第１対向面とティースの先端面との間の距離Ａとの比Ｅ／Ａが４以下に設定されるとともに、マグネット磁極部の周方向幅Ｗ２と表面コア部の第１対向面の周方向幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１が１．２＜Ｗ２／Ｗ１＜１．８の範囲内に設定される。これにより、磁束量を増加することができ（図８参照）、ロータの回転性能をより確実に向上できる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータコアには、前記マグネットの前記ステータ側に配置され前記マグネット磁極部を構成する表面コア部と、周方向に沿って形成され前記表面コア部と前記コア磁極部とを連結するブリッジ部とが形成され、前記空隙は、前記ブリッジ部にて前記ステータ側で覆われるとともに、その前記空隙延長部が前記表面コア部に入り込むように形成されたことを特徴とする。

この発明では、ブリッジ部がマグネットの周方向両端面に密着しない構成とすることが可能となるため、ロータコアに対するマグネットの埋め込みを容易とすることが可能となる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のブラシレスモータにおいて、前記表面コア部の前記ティースとの対向面の周方向幅は、前記ティースの先端面の周方向幅と等しくなるように設定されたことを特徴とする。

この発明では、表面コア部の対向面の周方向幅がティースの先端面の周方向幅と等しいため、効率的にトルクを得ることができる。このため、空隙延長部で減磁作用を抑制しつつも、トルクの低下を小さく抑えることができる。

請求項１２に記載の発明は、請求項２〜１１のいずれか１項に記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータコアのブリッジ部には、軸方向に並ぶ複数の貫通孔が形成されたことを特徴とする。

この発明では、ロータコアのブリッジ部には、軸方向に並ぶ複数の貫通孔が形成されるため、ブリッジ部の磁束の通過が抑制され、これにより、ブリッジ部からの磁気漏れを抑制することができる。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータコアは、板状のコアシートが軸方向に積層されてなり、前記ブリッジ部の貫通孔は、前記各コアシートに形成された凹部にて構成されたことを特徴とする。

この発明では、各コアシートに凹部を形成した後、それらを積層することで、ロータコアのブリッジ部に複数の貫通孔を容易に構成することが可能となる。

従って、上記記載の発明によれば、コンシクエントポール型構造を採用したロータを有するブラシレスモータのトルク向上と共に回転性能を向上させることができる。

本実施形態のブラシレスモータの概略構成図である。ロータを部分的に示す平面図である。マグネット磁極部を示す斜視図である。マグネット傾斜角と磁束変化率との関係を示す特性図である。別例のロータを部分的に示す平面図である。別例のロータのマグネット磁極部を示す斜視図である。別例のロータを部分的に示す平面図である。別例においてマグネット幅Ｗ２と第１対向面の周方向幅Ｗ１の比Ｗ２／Ｗ１と磁束変化率との関係を示す特性図である。エッジ深さＥが０の構成のブラシレスモータの一部を示す概略構成図である。エッジ深さＥが０の構成のブラシレスモータの一部を示す概略構成図である。別例のロータを部分的に示す平面図である。別例のロータを部分的に示す平面図である。

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、本実施形態のインナロータ型のブラシレスモータ１は、略円環状のステータ２の内側にロータ３が配置されて構成されている。

ステータ２は、円筒部１１と円筒部１１から径方向内側に延びて周方向に複数（本実施形態では１２個）設けられるティース１２とを有するステータコア４を備える。尚、ステータコア４は、透磁率の高い金属製の板状部材よりなるコアシートが軸方向に積層されて構成されている。ステータコア４の各ティース１２には、ロータ３を回転させる磁界を発生させるためのコイル１３がインシュレータ（図示略）を介して巻装されている。コイル１３はＵ相・Ｖ相・Ｗ相の３相からなり、それぞれ所定のティース１２に巻装されるようになっている。また、各コイル１３は同一方向（ティース１２を内周側から見て反時計回りの方向）に集中巻きにて巻回されている。また、各ティース１２の先端面１２ａは、同一円上に位置する円弧状をなしている。

ロータ３は、図１及び図２に示すように、回転軸２１の外周面に外嵌された略円環状のロータコア２２を有する。尚、ロータコア２２は、ステータコア４と同様に、透磁率の高い金属製の板状部材よりなるコアシート２２ａ（図３参照）が軸方向に積層されて構成されている。ロータコア２２の外周面の近傍には、周方向等間隔（９０°間隔）に略直方体状の板状部材よりなるＮ極のマグネット２３が４つ埋め込まれている。また、ロータコア２２には、マグネット２３の周方向両端面に沿ってそれぞれ配置された一対のブリッジ部３１と、この一対のブリッジ部３１に保持されマグネット２３の外周側（ステータ２側）に配置された表面コア部３２とが形成されている。この表面コア部３２とマグネット２３とからマグネット磁極部２４が構成されている。即ち、マグネット磁極部２４はロータコア２２の外周部に９０°間隔で４つ形成されている。

各マグネット磁極部２４間には、ロータコア２２に突出形成されたコア磁極部２５がそれぞれマグネット磁極部２４との各境界部に空隙Ｓ１，Ｓ２を以て配置されている。尚、マグネット磁極部２４の周方向両側の空隙のうち、ロータ３の回転方向（図１及び図２において時計回り）の後方側のものを空隙Ｓ１とし、回転方向前方側のものを空隙Ｓ２としている。各マグネット２３及びコア磁極部２５は、周方向等間隔（４５°間隔）に交互に配置され、ロータ３は、Ｎ極のマグネット２３に対してコア磁極部２５をＳ極として機能させる８磁極の所謂コンシクエントポール型にて構成されている。各コア磁極部２５の表面２５ａ（ステータ２側の面）は円弧状をなし、軸方向から見て同一円Ｃ（ロータ３の外周に沿った仮想円であって、図２参照）上に位置するように構成されている。

ロータコア２２の一対のブリッジ部３１は、マグネット２３の周方向両端面とそれぞれ密着しており、表面コア部３２とロータコア２２の中央部分（コア主要部２２ｂ）との連結部分となっている。また、表面コア部３２及びコア主要部２２ｂは、マグネット２３の板面（径方向両端面）とそれぞれ密着している。つまり、マグネット２３は、軸方向から見てロータコア２２と四方で密着している。このため、マグネット２３は、ロータコア２２に対して強固に保持されている。

また、各ブリッジ部３１には、図３に示すように、周方向に貫通する複数の貫通孔３３が軸方向に並んで設けられている。詳述すると、ロータコア２２を構成する各コアシート２２ａには、軸方向に窪む凹部２２ｃが形成されており、ブリッジ部３１の各貫通孔３３はその凹部２２ｃによって構成されている。

図１及び図２に示すように、各表面コア部３２におけるティース１２の先端面１２ａと対向する表面は、周方向に並ぶ第１対向面３２ａと第２対向面３２ｂとから構成されている。詳しくは、第１対向面３２ａは、表面コア部３２の表面の周方向一端部（回転方向の前方側端部）から所定の周方向中間位置Ｐまで形成され、第２対向面３２ｂは、表面コア部３２の表面の周方向中間位置Ｐから周方向他端（回転方向の後方側端部）まで形成されている。つまり、表面コア部３２の表面において、ロータ３の回転方向前方側に第１対向面３２ａが、その回転方向後方側に第２対向面３２ｂが形成されている。

第１対向面３２ａは円弧状をなし、軸方向から見て同一円Ｃ上に位置するように構成されている。つまり、各表面コア部３２の第１対向面３２ａは、各コア磁極部２５の表面２５ａと同一円Ｃ上に位置している。また、第１対向面３２ａは、径方向におけるティース１２との間隔が周方向に亘って均一となるように構成されるとともに、第１対向面３２ａの周方向幅Ｗ１は、ティース１２の先端面１２ａ（ロータ３と径方向に対向する面）の周方向幅と等しくなるように設定されている。

表面コア部３２の第２対向面３２ｂは平面状をなし、その周方向幅は、第１対向面３２ａの周方向幅Ｗ１よりも小さく形成されている。そして、第２対向面３２ｂは、軸方向から見て第１対向面３２ａと重なる円Ｃよりも内周側に位置している。即ち、第２対向面３２ｂとティース１２との間隔は、第１対向面３２ａとティース１２との間隔よりも大きく構成されている。尚、第２対向面３２ｂは、ティース１２との径方向の間隔が表面コア部３２の周方向中間位置Ｐから周方向他端にかけて徐々に拡がるように構成されている。

以上のように、各表面コア部３２の第１対向面３２ａが円Ｃ上に位置し、第２対向面３２ｂが円Ｃよりも内周側に位置するように構成されることで、各マグネット磁極部２４の回転方向後方側の空隙Ｓ１は、該マグネット磁極部２４のマグネット２３の径方向外側（ステータ側）まで延長される形状をなしている。この延長された空隙部（空隙延長部Ｓａ）は、第２対向面３２ｂに倣って表面コア部３２の表面の周方向中間位置Ｐまで延びている。詳しくは、空隙延長部Ｓａは、空隙Ｓ１の径方向外側端部から表面コア部３２の周方向中央部（磁極中心）に向かって延びており、これにより、空隙延長部Ｓａは、マグネット磁極部２４におけるマグネット２３の径方向外側（ステータ側）の位置まで延長される形状となっている。尚、軸方向から見て、回転方向前方側の空隙Ｓ２の面積Ｔ２は、回転方向後方側の空隙Ｓ１の面積Ｔ１（空隙延長部Ｓａを含んだ面積）と等しく設定されている。つまり、Ｔ２＝Ｔ１（Ｔ１は空隙延長部Ｓａを含んだ面積）と設定されている。

図２に示すように、マグネット２３は、軸方向から見てその長手方向が表面コア部３２の第１対向面３２ａの周方向中心線Ｌ１と直交する直線Ｌ２に対してマグネット傾斜角θ１を以て傾斜した状態で設けられている（図２参照）。これにより、マグネット２３は、軸方向から見て回転方向後方側の端部がよりロータ３の中央に近くなるように傾いている。尚、マグネット２３の周方向両端が成すマグネット幅Ｗ２は、第１対向面３２ａの周方向幅Ｗ１よりも大きく構成されている。また、表面コア部３２の第２対向面３２ｂは、マグネット２３の長手方向と直交する方向（短手方向）に対して空隙傾斜角θ２を以て傾斜されている。

このように構成されたブラシレスモータ１では、ステータ２のコイル１３に駆動電力が供給されると回転磁界が発生し、ロータ３が時計回りに回転する。このとき、マグネット磁極部２４では表面コア部３２の主に第１対向面３２ａでロータ３の回転のためのトルクを得るようになっている。また、マグネット磁極部２４が表面コア部３２の第１対向面３２ａで或る１つのティース１２（例えば、図１におけるティース１２ｂ）と対向するとき、そのティース１２ｂの隣のティース１２（遠ざかる方のティース１２ｃ）は第２対向面３２ｂと対向する。第２対向面３２ｂとティース１２ｃとの径方向の間隙は、空隙延長部Ｓａが介在されることから広く設定されているため、ティース１２ｃの影響によってマグネット磁極部２４に生じる減磁作用が抑制され、その結果、トルク向上と共に回転性能が向上されるようになっている。また、マグネット磁極部２４のマグネット２３は、回転方向後方側の端部ほど表面コア部３２の表面から離れるように傾斜して設けられているため、マグネット磁極部２４が受けるティース１２ｃの影響がより緩和されるようになっている。

また、マグネット傾斜角θ１を０°〜３０°の範囲で変化させたときのマグネット磁極部２４の磁束変化率を図４に示す。尚、この図４では、空隙傾斜角θ２を３０°、４５°、６０°及び７５°とした４つのパターンを示す。図４では、マグネット傾斜角θ１を０°とした構成を基準（つまり、磁束変化率が１）としており、空隙傾斜角θ２が３０°と４５°であって、且つマグネット傾斜角θ１が０°〜およそ２２．５°の範囲で磁束変化率が１よりも大きくなっている。つまり、空隙傾斜角θ２が４５°以下であって、マグネット傾斜角θ１が０°≦θ２≦２２．５°の範囲内では磁束量が増加する良好な範囲であることがいえる。そして、本実施形態では、空隙傾斜角θ２及びマグネット傾斜角θ１は上記範囲内に設定され、磁束量が増加するようになっている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、マグネット磁極部２４とコア磁極部２５との間の空隙Ｓ１は、マグネット磁極部２４のマグネット２３の径方向外側（径方向ステータ側）まで延長された空隙延長部Ｓａを有する。これにより、マグネット磁極部２４とティース１２との間には、周方向に部分的に空隙延長部Ｓａを含む構成となる。このため、１つのマグネット磁極部２４に対して１つのティース１２が対向するだけでなく、その隣のティース１２も該マグネット磁極部２４と径方向に対向する状態において、隣のティース１２の影響が空隙延長部Ｓａにより緩和される。従って、隣のティース１２の影響によってマグネット磁極部２４に生じる減磁作用が抑制され、その結果、トルク向上と共に回転性能を向上させることができる。

（２）本実施形態では、ロータコア２２には、マグネット２３の周方向両端面に沿ってそれぞれ配置された一対のブリッジ部３１と、該ブリッジ部３１に保持されマグネット２３のステータ側に配置されてマグネット磁極部２４を構成する表面コア部３２とが形成される。そして、表面コア部３２のティース１２と対向する面は、ティース１２との間隔が均一である第１対向面３２ａと、空隙延長部Ｓａが介在されることでティース１２との間隔が第１対向面３２ａとティース１２との間隔よりも大きく構成された第２対向面３２ｂとからなる。このため、表面コア部３２が第１対向面３２ａで或る１つのティース１２と対向するとともに、第２対向面３２ｂで隣のティース１２と対向するように構成でき、その隣のティース１２の影響によるマグネット磁極部２４に生じる減磁作用を確実に抑制することができる。

（３）本実施形態では、表面コア部３２の第１対向面３２ａの周方向幅Ｗ１は、ティース１２の先端面１２ａの周方向幅と等しくなるように設定される。これにより、第１対向面３２ａで効率的にトルクを得ることができるため、第２対向面３２ｂで減磁作用を抑制しつつも、トルクの低下を小さく抑えることができる。

（４）本実施形態では、マグネット２３は、直方体状の板状部材からなり、軸方向から見てその長手方向が第１対向面３２ａの周方向中心線Ｌ１と直交する直線Ｌ２に対してマグネット傾斜角θ１を以て傾斜した状態で埋設される。また、第２対向面３２ｂは平面状をなし、マグネット２３の短手方向に対して空隙傾斜角θ２を以て傾斜される。そして、マグネット傾斜角θ１は、０°≦θ１≦２２．５°の範囲内に設定され、空隙傾斜角θ２は、θ２≦４５°の範囲内に設定される。これにより、磁束量を増加することができ（図４参照）、ロータ３の回転性能をより確実に向上できる。

（５）本実施形態では、ロータコア２２のブリッジ部３１には、軸方向に並ぶ複数の貫通孔３３が形成されるため、ブリッジ部３１の磁束の通過が抑制され、これにより、ブリッジ部３１からの磁気漏れを抑制することができる。

（６）本実施形態では、ロータコア２２は、板状のコアシート２２ａが軸方向に積層されてなり、ブリッジ部３１の貫通孔３３は、各コアシート２２ａに形成された凹部２２ｃにて構成される。このため、各コアシート２２ａに凹部２２ｃを形成した後、それらを積層することで、ロータコア２２のブリッジ部３１に複数の貫通孔３３を容易に構成することが可能となる。

（７）本実施形態では、ロータ３が一方向のみ（図１において時計回り）に回転可能な構成であって、マグネット２３は回転方向前方側ほどロータ３の表面（表面コア部３２の表面）に近くなるように傾斜した状態で設けられるため、回転トルクの向上に寄与できる。

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、ロータ３の回転方向を時計回りとしたが、ロータ３の構成はそのままで反時計回りとしてもよい。

・上記実施形態では、マグネット磁極部２４の表面コア部３２を保持するブリッジ部３１は、マグネット２３の周方向両端面に沿って配置され、マグネット磁極部２４とコア磁極部２５との間の空隙Ｓ１，Ｓ２が外周側に開放する溝形状となるように構成されたが、この構成に特に限定されるものではない。例えば、図５及び図６に示すような、周方向に沿って形成され表面コア部４１とコア磁極部２５とを連結するブリッジ部４２としてもよい。ブリッジ部４２は、表面コア部４１の表面から周方向両側にそれぞれ延び、両隣のコア磁極部２５の表面２５ａと繋がっている。即ち、この図５及び図６に示す構成では、表面コア部４１とコア磁極部２５の表面４１ａ，２５ａだけでなくブリッジ部４２の外周面もロータ３の表面を構成している。また、表面コア部４１の表面４１ａ（ティース１２との対向面）の周方向幅Ｗ１は、ティース１２の先端面１２ａの周方向幅と等しくなるように設定されている。尚、ロータコア２２には、マグネット２３のずれ防止のための係合突部４３が形成されている。このような構成では、ブリッジ部４２がマグネット２３の周方向両端面に密着しない構成とすることが可能となるため、ロータコア２２に対するマグネット２３の埋め込みを容易とすることが可能となる。また、図５及び図６に示す構成では、マグネット磁極部２４とコア磁極部２５との間の空隙Ｓ１，Ｓ２は、その外周側（ステータ２側）でブリッジ部４２にて覆われる構成となる。そして、空隙Ｓ１の空隙延長部Ｓａは、表面コア部４１に入り込むように形成されている。このような構成においても、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

・上記実施形態では、各マグネット磁極部２４の表面コア部３２には、第１及び第２対向面３２ａ，３２ｂがそれぞれ１つずつ設けられたが、これに特に限定されるものではない。例えば、図７に示すように、表面コア部３２の表面の周方向中央に第１対向面３２ａを形成し、その周方向両側にそれぞれ第２対向面３２ｂを形成してもよい。つまり、このような構成では、マグネット磁極部２４の周方向両側の空隙Ｓ１，Ｓ２の両方に空隙延長部Ｓａが形成されている。このため、ロータ３が正逆回転可能な構成において、第１対向面３２ａで或る１つのティース１２と対向するとき、その隣のティース１２の影響によるマグネット磁極部２４に生じる減磁作用をロータ３の正逆回転の両方に対応して好適に抑制することができる。

尚、図７に示す構成では、表面コア部３２の周方向両端部の第２対向面３２ｂは、ロータ３の中心に向かって窪む円弧状をなしている。即ち、第２対向面３２ｂが軸方向から見て反ステータ側に窪む円弧状をなすため、表面コア部３２とティース１２との間隔の変化が周方向において急激となる。これにより、第２対向面３２ｂでの減磁作用を好適に抑制することができる。

また、図７に示す構成では、マグネット２３は、軸方向から見てその長手方向が第１対向面３２ａの周方向中心線Ｌ１（マグネット磁極部２４の周方向中心線と一致）と直交するように設けられ、マグネット磁極部２４は周方向中心線Ｌ１に対して線対称となるように構成されている。

ここで、図７に示す構成において、マグネット幅Ｗ２と第１対向面３２ａの周方向幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１を変化させたときのマグネット磁極部２４の磁束変化率を図８に示す。この図８では、マグネット２３の短手方向（図７において上下方向）における表面コア部３２の両端から円Ｃまでの距離（図７中、エッジ深さＥ）と、径方向における第１対向面３２ａ（円Ｃ）とティース１２の先端面１２ａとの間の距離（エアギャップＡ）との比Ｅ／Ａを０、１、２、４、６とした５つのパターンを示す。尚、参考図として、図９には、エッジ深さＥ＝０、且つマグネット幅Ｗ２と第１対向面３２ａの周方向幅Ｗ１とが略等しい構成（つまり、比Ｗ２／Ｗ１≒１である構成）を示している。また、図１０には、エッジ深さＥ＝０、且つ比Ｗ２／Ｗ１＝１．４９である構成を示している。この図１０に示す構成は、エッジ深さＥ＝０、つまり、表面コア部３２の両端のエッジ４４が円Ｃと重なっているが、表面コア部３２の表面には、第１対向面３２ａ、第２対向面３２ｂ及び空隙延長部Ｓａが形成されており、図７の構成と同様の作用効果（空隙延長部Ｓａによる減磁作用）を得ることが可能となっている。また、図８は、図９及び図１０に示すように、第１対向面３２ａの周方向幅Ｗ１をティース１２の先端面１２ａの周方向幅と等しく設定し、マグネット２３の体積を一定に維持しつつマグネット幅Ｗ２を変化させたときに得られる特性図である。

図８では、エッジ深さ比Ｅ／Ａを０としたときを基準（つまり、磁束変化率が１）としており、エッジ深さ比Ｅ／Ａが０で、Ｗ２／Ｗ１が１．０＜Ｗ２／Ｗ１＜２．１の範囲は、磁束量が高くなる良好な範囲といえる。従って、エッジ深さ比Ｅ／Ａを０、Ｗ２／Ｗ１を１．０＜Ｗ２／Ｗ１＜２．１の範囲内に設定した構成では、減磁作用を抑制し、トルク向上と共に回転性能を向上させることが可能となっている。また、エッジ深さ比Ｅ／Ａが４以下で、Ｗ２／Ｗ１が１．２＜Ｗ２／Ｗ１＜１．８の範囲も、磁束量が高くなる良好な範囲といえる。従って、エッジ深さ比Ｅ／Ａを４以下、Ｗ２／Ｗ１を１．２＜Ｗ２／Ｗ１＜１．８の範囲内に設定した構成では、減磁作用を抑制し、トルク向上と共に回転性能を向上させることが可能となっている。尚、エッジ深さ比Ｅ／Ａが６の構成では、Ｗ２／Ｗ１をどの値で設定しても磁束変化率は１以下となっている。

尚、図７に示す構成では、マグネット磁極部２４及びコア磁極部２５はそれぞれ、周方向の中心線に対して線対称となるように構成されているが、これに特に限定されるものではなく、例えば、図１１に示すような非線対称な構成としてもよい。図１１に示すように、表面コア部３２の表面の周方向中間部には第１対向面３２ａが形成され、その周方向両側にそれぞれ、円弧状に窪む第２対向面３２ｂ，３２ｃが形成されている。つまり、このような構成では、マグネット磁極部２４の周方向両側の空隙Ｓ１，Ｓ２のうち、空隙Ｓ１に空隙延長部Ｓａが形成され、空隙Ｓ２に空隙延長部Ｓｂが形成されている。各空隙延長部Ｓａ，Ｓｂは、その断面積（軸方向視での面積）が互いに異なるように形成されている。また、マグネット磁極部２４のマグネット２３は、軸方向から見てその長手方向が表面コア部３２の第１対向面３２ａの周方向中心線Ｌ１と直交する直線Ｌ２に対してマグネット傾斜角θ１を以て傾斜した状態で設けられている。これにより、マグネット２３は、軸方向から見て回転方向後方側の端部がよりロータ３の中央に近くなるように傾いている。尚、円弧状に窪む第２対向面３２ｂ，３２ｃの少なくとも一方を、外周側からの押し潰しによって形成してもよい。これにより、表面コア部３２の周方向端部の密度が高まって減磁耐性が更に向上する。

また、上記した図５に示す構成では、表面コア部４１における空隙延長部Ｓａと接する面（空隙延長部Ｓａを形成する面）を平面状としたが、これに特に限定されるものではなく、例えば、図１２に示すように、マグネット２４側に窪む円弧状面４１ｂとしてもよい。尚、この円弧状面４１ｂを外周側からの押し潰しによって形成してもよい。これにより、表面コア部４１の空隙Ｓ１側の周方向端部の密度が高まって減磁耐性が更に向上する。

・上記実施形態のロータ３において、マグネット２３の形状や、マグネット磁極部２４の表面コア部３２、コア磁極部２５及びブリッジ部３１を含むロータコア２２の形状を適宜変更してもよい。

・上記実施形態では、マグネット磁極部２４とコア磁極部２５をそれぞれ４つで構成した８磁極のロータ３に適用したが、これに特に限定されるものではなく、マグネット磁極部２４とコア磁極部２５をそれぞれ（ｎ＋１）個（但し、ｎは自然数）ずつ設けて、ロータ３の磁極数を２（ｎ＋１）磁極で構成してもよい。また、上記実施形態では、ステータ２を１２スロット（ティース１２が１２個）で構成したが、これに特に限定されるものではなく、３（ｍ＋１）スロット（但し、ｍは自然数）で構成してもよい。

・上記実施形態についての数値範囲は、状況等に応じて適宜変更してもよい。
・上記実施形態では、ブラシレスモータ１をインナロータ型としたが、アウタロータ側としてもよい。

１…ブラシレスモータ、２…ステータ、３…ロータ、１２，１２ｂ，１２ｃ…ティース、１２ａ…先端面、２２…ロータコア、２２ａ…コアシート、２２ｃ…凹部、２３…マグネット、２４…マグネット磁極部、２５…コア磁極部、３１，４２…ブリッジ部、３２，４１…表面コア部、３２ａ…第１対向面、３２ｂ，３２ｃ…第２対向面、３３…貫通孔、Ａ…エアギャップ、Ｅ…エッジ深さ、Ｓ１，Ｓ２…空隙、Ｓａ，Ｓｂ…空隙延長部、Ｗ１…第１対向面の周方向幅、Ｗ２…マグネット幅、θ１…マグネット傾斜角、θ２…空隙傾斜角。

Claims

ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネットが複数埋め込まれてマグネット磁極部が形成されるとともに、各マグネット磁極部間には前記ロータコアに形成されたコア磁極部がそれぞれマグネット磁極部との各境界部に空隙を以て配置され、前記コア磁極部を他方の磁極として機能させるように構成されたロータと、
周方向等間隔に設けられ前記ロータと径方向に対向する複数のティースとその各ティースに装着された巻線とを有するステータと
を備えたブラシレスモータであって、
前記マグネット磁極部の周方向両側の前記空隙の少なくとも一方は、該マグネット磁極部のマグネットの径方向ステータ側まで磁極中心に向かって延長された空隙延長部を有することを特徴とするブラシレスモータ。
請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ロータコアには、前記マグネットの周方向両端面に沿ってそれぞれ配置された一対のブリッジ部と、該ブリッジ部に保持され前記マグネットの前記ステータ側に配置されて前記マグネット磁極部を構成する表面コア部とが形成され、
前記表面コア部の前記ティースと対向する面は、第１対向面と、前記空隙延長部が介在されることで前記ティースとの間隔が前記第１対向面と前記ティースとの間隔よりも大きく構成された第２対向面とからなることを特徴とするブラシレスモータ。
請求項２に記載のブラシレスモータにおいて、
前記表面コア部の第１対向面の周方向幅は、前記ティースの先端面の周方向幅と等しくなるように設定されたことを特徴とするブラシレスモータ。
請求項２又は３に記載のブラシレスモータにおいて、
前記マグネットは、直方体状の板状部材からなり、軸方向から見てその長手方向が前記第１対向面の周方向中心線と直交する直線に対してマグネット傾斜角θ１を以て傾斜した状態で埋設され、
前記第２対向面は平面状をなし、前記マグネットの短手方向に対して空隙傾斜角θ２を以て傾斜されてなり、
前記マグネット傾斜角θ１は、０°≦θ１≦２２．５°の範囲内に設定され、
前記空隙傾斜角θ２は、θ２≦４５°の範囲内に設定されていることを特徴とするブラシレスモータ。
請求項２又は３に記載のブラシレスモータにおいて、
前記表面コア部の第２対向面は、軸方向から見て反ステータ側に窪む円弧状をなすことを特徴とするブラシレスモータ。
請求項５に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ロータは、前記マグネット及び前記コア磁極部がそれぞれ（ｎ＋１）個（但し、ｎは自然数）ずつ設けられて２（ｎ＋１）磁極で構成され、
前記ステータは、前記ティースが３（ｍ＋１）スロット（但し、ｍは自然数）で構成され、
前記マグネット磁極部は、前記表面コア部の周方向中央に前記第１対向面が、該第１対向面の周方向両側に前記第２対向面がそれぞれ形成され、前記マグネット磁極部の周方向中心線に対して線対称となるように構成され、
前記表面コア部の両端から前記ロータの表面の仮想円までの距離Ｅと、径方向における前記第１対向面と前記ティースの先端面との間の距離Ａとの比Ｅ／Ａが０に設定されるとともに、前記マグネット磁極部の周方向幅Ｗ２と前記表面コア部の第１対向面の周方向幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１が１．０＜Ｗ２／Ｗ１＜２．１の範囲内に設定されていることを特徴とするブラシレスモータ。
請求項６に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ロータは、前記マグネット及び前記コア磁極部がそれぞれ４つずつ設けられて８磁極で構成され、
前記ステータは、前記ティースが１２個設けられて１２スロットで構成され、
前記マグネット磁極部は、前記表面コア部の周方向中央に前記第１対向面が、該第１対向面の周方向両側に前記第２対向面がそれぞれ形成され、前記マグネット磁極部の周方向中心線に対して線対称となるように構成され、
前記表面コア部の両端から前記ロータの表面の仮想円までの距離Ｅと、径方向における前記第１対向面と前記ティースの先端面との間の距離Ａとの比Ｅ／Ａが０に設定されるとともに、前記マグネット磁極部の周方向幅Ｗ２と前記表面コア部の第１対向面の周方向幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１が１．０＜Ｗ２／Ｗ１＜２．１の範囲内に設定されていることを特徴とするブラシレスモータ。
請求項５に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ロータは、前記マグネット及び前記コア磁極部がそれぞれ（ｎ＋１）個（但し、ｎは自然数）ずつ設けられて２（ｎ＋１）磁極で構成され、
前記ステータは、前記ティースが３（ｍ＋１）スロット（但し、ｍは自然数）で構成され、
前記マグネット磁極部は、前記表面コア部の周方向中央に前記第１対向面が、該第１対向面の周方向両側に前記第２対向面がそれぞれ形成され、前記マグネット磁極部の周方向中心線に対して線対称となるように構成され、
前記表面コア部の両端から前記ロータの表面の仮想円までの距離Ｅと、径方向における前記第１対向面と前記ティースの先端面との間の距離Ａとの比Ｅ／Ａが４以下に設定されるとともに、前記マグネット磁極部の周方向幅Ｗ２と前記表面コア部の第１対向面の周方向幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１が１．２＜Ｗ２／Ｗ１＜１．８の範囲内に設定されていることを特徴とするブラシレスモータ。
請求項８に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ロータは、前記マグネット及び前記コア磁極部がそれぞれ４つずつ設けられて８磁極で構成され、
前記ステータは、前記ティースが１２個設けられて１２スロットで構成され、
前記マグネット磁極部は、前記表面コア部の周方向中央に前記第１対向面が、該第１対向面の周方向両側に前記第２対向面がそれぞれ形成され、前記マグネット磁極部の周方向中心線に対して線対称となるように構成され、
前記表面コア部の両端から前記ロータの表面の仮想円までの距離Ｅと、径方向における前記第１対向面と前記ティースの先端面との間の距離Ａとの比Ｅ／Ａが４以下に設定されるとともに、前記マグネット磁極部の周方向幅Ｗ２と前記表面コア部の第１対向面の周方向幅Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１が１．２＜Ｗ２／Ｗ１＜１．８の範囲内に設定されていることを特徴とするブラシレスモータ。
請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ロータコアには、前記マグネットの前記ステータ側に配置され前記マグネット磁極部を構成する表面コア部と、周方向に沿って形成され前記表面コア部と前記コア磁極部とを連結するブリッジ部とが形成され、
前記空隙は、前記ブリッジ部にて前記ステータ側で覆われるとともに、その前記空隙延長部が前記表面コア部に入り込むように形成されたことを特徴とするブラシレスモータ。
請求項１０に記載のブラシレスモータにおいて、
前記表面コア部の前記ティースとの対向面の周方向幅は、前記ティースの先端面の周方向幅と等しくなるように設定されたことを特徴とするブラシレスモータ。
請求項２〜１１のいずれか１項に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ロータコアのブリッジ部には、軸方向に並ぶ複数の貫通孔が形成されたことを特徴とするブラシレスモータ。
請求項１２に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ロータコアは、板状のコアシートが軸方向に積層されてなり、
前記ブリッジ部の貫通孔は、前記各コアシートに形成された凹部にて構成されたことを特徴とするブラシレスモータ。