WO2019049613A1 - ブラシレスモータ - Google Patents

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WO2019049613A1
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竜 大堀
直樹 塩田
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株式会社ミツバ
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2726—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of a single magnet or two or more axially juxtaposed single magnets
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to an electric motor, and more particularly to a brushless motor having a skew structure.
  • a skew structure in which a rotor magnetic pole or the like is inclined relative to the axial direction has been widely used.
  • the optimal skew angle can be derived from the least common multiple of the number of poles and the number of slots.
  • the value obtained by dividing 360 ° by the least common multiple of the number of magnetic poles and the number of slots is the optimum skew angle (the following expression).
  • Optimal skew angle (electrical angle) P ⁇ (360 ° / 2P and least common multiple of T) ⁇ Number of poles (2P) ⁇ Number of slots (T)
  • the least common multiple is 12.
  • the optimum skew angle is 60 ° (electrical angle).
  • JP 2005-20930 A JP, 2016-100979, A Japanese Patent Application No. 2008-172983
  • a brushless motor comprises: a stator including a stator core on which a plurality of teeth are formed; and a winding wound on the teeth and received in a slot formed between the adjacent teeth; and a diameter of the stator And a rotor provided with a magnet, the magnet having a skew structure in which the switching position of the magnetic pole is displaced in the rotational direction along the axial direction, and the brushless motor
  • the maximum value of the magnetic flux density at the radial center or tip of the teeth when loaded is 1 T or more, and the surface magnetic flux density distribution of the magnet is characterized by having a sine wave waveform containing harmonics of an odd multiple. I assume.
  • the skew angle ⁇ may be set in the range of 30 ° to 60 ° in electrical angle.
  • the skew angle is set smaller than the theoretical optimum skew angle, and the magnetic flux reduction due to the skew is suppressed.
  • the skew angle ⁇ may be about 40 ° to 60 °, preferably about 40 ° to 50 °, and more preferably about 50 °.
  • the skew structure is adopted for the rotor magnet of the brushless motor, and the surface magnetic flux density distribution of the magnet is a sine wave waveform containing harmonics of odd number multiple, so that teeth at no load
  • the cogging torque can be reduced even in a brushless motor in which the maximum value of the magnetic flux density in the radial direction central portion or tip portion is 1 T or more.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing a configuration of a motor unit with a speed reduction mechanism using a brushless motor according to an embodiment of the present invention. It is the side view which looked at the brushless motor of FIG. 1 from the axial direction. It is explanatory drawing which shows the structure of the rotor magnet in the brushless motor of FIG. It is an explanatory view showing the surface magnetic flux density distribution of a magnet, including a distortion-free sine wave (first-order fundamental wave), a distortion sine wave including in-phase odd harmonics, and an anti-phase odd harmonics The distorted sine waves are shown respectively.
  • A is explanatory drawing which shows the harmonic of an in-phase
  • (b) is explanatory drawing which shows the harmonic of an antiphase.
  • An object of the following embodiments is to secure the output of the motor while suppressing the reduction of the effective magnetic flux accompanying the skew while reducing the cogging and the torque ripple by the skew structure.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of a motor unit 1 with a speed reduction mechanism using a brushless motor 11 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view of the brushless motor 11 as viewed from the axial direction.
  • the motor unit 1 of FIG. 1 is a motor with a reduction mechanism having a so-called mechanical-electrical integrated structure in which a motor and a reduction mechanism (mechanical system) and a control unit (electric system) are integrated.
  • the motor unit 1 includes a motor unit 2 having a brushless motor 11, a reduction mechanism unit 3 using a worm gear, and a control unit 4 on which a control circuit for driving and controlling the brushless motor 11 is mounted. There is.
  • the motor unit 1 is used, for example, as a drive source of an electric sunroof of a car.
  • the motor unit 2 is provided with a brushless motor 11.
  • the brushless motor 11 is an inner rotor type brushless motor in which a stator 12 is disposed outside and a rotor 13 is disposed inside.
  • the stator 12 includes a motor case 14 also serving as a yoke, a stator core (core member) 15 fixed to the inner peripheral side of the motor case 14, and a coil 16 wound around the stator core 15.
  • the motor case 14 is formed of iron or the like in a bottomed cylindrical shape, and has a hexagonal cross section.
  • a frame 17 made of synthetic resin is attached to the opening of the motor case 14.
  • the top of the frame 17 is open, and a cover 18 is attached to the open portion.
  • the motor case 14 is fixed to a screw hole 17 b for motor attachment provided in the flange portion 17 a of the frame 17 by a screw 19.
  • the stator core 15 has an integral core structure in which a large number of steel plates are stacked.
  • the stator core 15 is provided with a hexagonal yoke portion 21 and teeth 22 projecting inward from the yoke portion 21.
  • Plural (here, six) teeth 22 are provided along the circumferential direction.
  • Slots 23 (six) are formed between the teeth 22.
  • the radial direction central portion X or the tip end portion Y of the teeth 22 is set to have a magnetic flux density of at most 1 T or more in the non-energized state.
  • An insulator 24 made of synthetic resin is attached to the inside of the stator core 15 from both axial end sides.
  • a winding wire 25 is wound around each tooth 22 via an insulator 24 to form a coil 16.
  • the insulator 24 is provided with coil terminals (coil connection terminals) 26 (26U, 26V, 26W) corresponding to the respective phases (here, three phases of U, V, W).
  • the coils 16 (windings 25) are electrically connected to the coil terminals 26U, 26V, 26W.
  • the rotor 13 is disposed inside the stator 12, and has a configuration in which the rotation shaft 31, the rotor core 32, and the magnet 33 are coaxially disposed.
  • a cylindrical rotor core 32 in which a large number of steel plates are stacked is attached to the outer periphery of the rotating shaft 31.
  • a ring-shaped magnet 33 is fixed to the outer periphery of the rotor core 32.
  • the magnet 33 is magnetized in a plurality of poles (here, four poles) along the circumferential direction. Further, the magnet 33 is magnetized so that the radial direction central portion X or the tip end portion Y of the teeth 22 has a magnetic flux density of at most 1 T or more in the non-energized state.
  • the surface magnetic flux density distribution of the magnet 33 is a sine wave containing harmonics (third, fifth and seventh harmonics) of odd numbers.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing a surface magnetic flux density distribution of the magnet 33, which is a distorted sine wave including an undistorted sine wave (first fundamental wave) and an odd harmonic of the same phase, and an odd multiple of the reverse phase.
  • the distorted sine waves including the harmonics are respectively shown.
  • the in-phase harmonic means that the first waveform of the harmonic is in phase with the first-order fundamental wave (FIG. 5 (a)), and the opposite-phase harmonic is a harmonic The first wave of the wave is in reverse phase to the primary fundamental wave (Fig. 5 (b)). As shown in FIG.
  • the content of harmonics is large in the third-order component and small in the fifth and subsequent components.
  • the third order component is positively superimposed by polar anisotropic magnetization, and the fifth and subsequent components are unavoidably superimposed at the time of magnetization.
  • One end of the rotary shaft 31 is rotatably supported by a bearing 34 press-fitted to the bottom of the motor case 14.
  • the other end of the rotating shaft 31 is rotatably supported by bearing metals 35 and 36 attached to the bearing holding portions 17 c and 17 d of the frame 17.
  • a worm 37 is formed at an end (right end in FIG. 1) of the rotary shaft 31.
  • the worm 37 meshes with a worm wheel 38 disposed within the frame 17.
  • the reduction mechanism unit 3 is configured by the worm 37 and the worm wheel 38.
  • the worm wheel 38 is attached to the output shaft 39.
  • the rotation of the rotary shaft 31 of the brushless motor 11 is decelerated by the reduction mechanism unit 3 and transmitted to the output shaft 39, and the output shaft 39 is rotationally driven.
  • a sensor magnet 41 for detecting the rotation of the rotor 13 is attached to the rotating shaft 31.
  • the sensor magnet 41 is magnetized in a plurality of poles along the circumferential direction.
  • a Hall IC magnetic detection element
  • the Hall IC is disposed on the control substrate 42 of the control unit 4.
  • elements such as a control IC, a resistor, and a capacitor are mounted on the control board 42.
  • the control board 42 and the brushless motor 11 are electrically connected by an intermediate terminal (board connection terminal) 43.
  • the intermediate terminal 43 is press-fitted and fixed to the terminal holding portion 17 e of the frame 17.
  • the magnet 33 has a skew structure, and the surface magnetic flux density distribution of the magnet 33 is set to be a sine wave containing harmonics of odd multiples. There is. With such a setting, the brushless motor 11 keeps the cogging torque small even if the central portion X or the tip portion Y of the teeth 22 has a magnetic flux density of at most 1 T or more in the non-energized state.
  • 7 (a) shows the relationship between the skew angle ⁇ and the cogging torque
  • the effective magnetic flux also decreases. That is, when the skew angle is large, the output of the motor is also reduced, and in order to obtain the same output, it is necessary to increase the size of the motor. That is, from the viewpoint of the effective magnetic flux, it is preferable that the skew angle be smaller.
  • the skew angle be smaller in the comparison of (1) to (3), although the same phase content as the radial magnetization is substantially the same, the antiphase content has a smaller effective magnetic flux than the radial magnetization. Therefore, as can be seen from FIG. 7B, from the viewpoint of the effective magnetic flux, it is preferable to make the skew angle ⁇ as small as possible with the same phase content.
  • the surface magnetic flux density distribution of the magnet 33 is made to be a sine wave waveform including harmonics of an odd number multiple, and the skew angle ⁇ is set to 30 ° to 60 °.
  • the effective magnetic flux can be secured while reducing the cogging torque.
  • the skew angle is set smaller than the theoretical optimum skew angle (60 °). Therefore, it is possible to reduce the cogging torque while suppressing the decrease in magnetic flux due to the increase in the skew angle.
  • the skew angle ⁇ is preferable to set the skew angle ⁇ to 30 ° to 60 ° with a sine wave waveform including odd harmonics of the same phase, and from the viewpoint of balance between cogging torque reduction and effective magnetic flux maintenance 60 °, preferably about 40 ° to 50 °, and particularly around 50 ° (approximately 50 °).
  • the surface magnetic flux density waveform in the case of the in-phase content is closer to a trapezoidal wave than in the case of the anti-phase content, and also has a sinusoidal smooth waveform change. it is conceivable that.
  • the central portion X or the tip portion Y of the teeth 22 has a magnetic flux density of at most 1 T or more in the non-energized state. Even if there is, it is possible to suppress the cogging torque small while suppressing the magnetic flux reduction due to the skew.
  • the setting is made in consideration of containing the harmonic component, even when the harmonic component is superimposed due to the variation at the time of magnetizing the magnet 33, the cogging deterioration due to the effect is suppressed. It becomes possible.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the invention.
  • SPM Surface Permanent Magnet
  • the present invention is not limited to embedded magnet type ( The invention is also applicable to IPM (Interior Permanent Magnet) motors.
  • the magnet on the rotor side is not a ring-shaped magnet, but a segment magnet can also be used.
  • the skew structure may also be a step skew structure in which a plurality of segment magnets are arranged in the axial direction. In this case, the segment magnets are arranged to be shifted by a predetermined angle in the circumferential direction for each step.
  • the present invention is not limited to a motor for a sunroof, for example, an in-vehicle motor used as a drive source of a power window, a slide door, a rear gate, an oil pump, various electric products such as home appliances, robots, electric machines etc. It is widely applicable to industrial equipment and the like.

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Abstract

ブラシレスモータ１１は、無負荷時におけるティース２２の径方向中央部Ｘ又は先端部Ｙの磁束密度の最大値が１Ｔ以上であり、ロータ１３のマグネット３３は、スキュー角θのスキュー構造を有する。スキュー角θは、マグネット３３の極数を２Ｐ、スロット数をＴとしたとき、θ（電気角）＝Ｐ×（３６０°／２ＰとＴの最小公倍数）にて表され、θ＝３０°～６０°の範囲に設定される。マグネット３３の表面磁束密度分布は、奇数倍の高調波のうち、マグネット３３の表面磁束密度分布と同位相の高調波を含有した正弦波波形となっている。

Description

ブラシレスモータ
　本発明は、電動モータに関し、特に、スキュー構造を備えたブラシレスモータに関する。
　ブラシレスモータの静粛性向上のためには、トルクリップルやコギングを低減させ、モータを滑らかに回転させる必要がある。そこで、ブラシレスモータでは、コギングやトルクリップルを低減させる手段として、従来より、ロータ磁極等を軸方向に対し傾斜させるスキュー構造が広く用いられている。スキュー構造では、最適なスキュー角は、磁極数とスロット数との最小公倍数から導き出すことができる。
　すなわち、３６０°を、磁極数とスロット数との最小公倍数で除した値が最適なスキュー角となる（次式）。
　最適スキュー角度（電気角）＝Ｐ×（３６０°／２ＰとＴの最小公倍数）
　　・極数（２Ｐ）
　　・スロット数（Ｔ）
　例えば、磁極数が４極、スロット数が６の場合、最小公倍数は１２である。そして、３６０°を最小公倍数の１２で割ると３０°となる。したがって、磁極数が４極、スロット数が６の場合、最適なスキュー角は６０°（電気角）となる。
特開２００５－２０９３０号公報 特開２０１６－１００９７９号公報 特願２００８－１７２９８３号
　ところが、ブラシレスモータでは、軸方向に沿った磁束分布の変化により、コギングトルクにも部位による差が生じる。一般に、コギングトルクは、軸方向中央部は小さく、端部で大きくなる傾向がある。この傾向は、ティース中央部又は先端部の磁束密度が大きくなるほど顕著となる。このため、無通電時に前記部分の磁束密度が最大１Ｔを超えるようなモータの場合、軸方向に沿ったコギングトルクの差違により、スキュー角を最適角度に設定にしてもコギングトルクが最小にならないという問題があった。この場合、スキューを最適スキュー角以上に設定することにより、コギングを最小にすることは可能である。しかし、かかる設定の場合、スキュー角が大きくなるため、スキューによる磁束の低下も大きくなってしまう。その結果、所望の出力を確保するには、モータ体格を大きくせざるを得ず、モータが大型化してしまうという問題があった。
　本発明のブラシレスモータは、複数のティースが形成されたステータコアと、前記ティースに巻装され隣接する前記ティース間に形成されるスロットに収容される巻線と、を備えるステータと、前記ステータの径方向内側に配置され、マグネットを備えるロータと、を有するブラシレスモータであって、前記マグネットは、その磁極の切り替わり位置が軸方向に沿って回転方向にずれるスキュー構造を有し、該ブラシレスモータの無負荷時における前記ティースの径方向中央部又は先端部の磁束密度の最大値が１Ｔ以上であり、前記マグネットの表面磁束密度分布は、奇数倍の高調波を含有した正弦波波形を有することを特徴とする。
　本発明にあっては、ロータマグネットをスキュー構造とするとともに、マグネットの表面磁束密度分布を、奇数倍の高調波を含有した正弦波波形とする。これにより、ティースの径方向中央部又は先端部の磁束密度の最大値が１Ｔ以上のブラシレスモータにおけるコギングトルクの低減が図られる。
　前記ブラシレスモータにおいて、前記マグネットのスキュー角θは、該マグネットの極数を２Ｐ、前記スロットの数をＴとしたとき、θ（電気角）＝Ｐ×（３６０°／２ＰとＴの最小公倍数）にて表され、その際、前記スキュー角θを電気角３０°～６０°の範囲に設定しても良い。これにより、スキュー角が理論上の最適スキュー角よりも小さく設定され、スキューによる磁束低下が抑えられる。この場合、スキュー角θとして、４０°～６０°、好ましくは４０°～５０°程度を採用しても良く、さらに好ましくは、５０°近傍としても良い。
　また、前記高調波として、前記マグネットの表面磁束密度分布と同位相を有するものを含有させても良い。これにより、ラジアル着磁の場合とほぼ同等の有効磁束を維持することができ、コギングトルク低減と有効磁束の確保の両立をバランス良く実現することが可能となる。
　本発明のモータによれば、ブラシレスモータのロータマグネットにスキュー構造を採用するとともに、マグネットの表面磁束密度分布を、奇数倍の高調波を含有した正弦波波形とすることにより、無負荷時におけるティースの径方向中央部又は先端部の磁束密度の最大値が１Ｔ以上であるブラシレスモータにおいてもコギングトルクの低減を図ることが可能となる。
本発明の一実施の形態であるブラシレスモータを用いた減速機構付きモータユニットの構成を示す説明図ある。 図１のブラシレスモータを軸方向から見た側面図である。 図１のブラシレスモータにおけるロータマグネットの構成を示す説明図である。 マグネットの表面磁束密度分布を示す説明図であり、歪みなしの正弦波（１次基本波）と、同位相の奇数倍高調波を含んだ歪み正弦波、逆位相の奇数倍高調波を含んだ歪み正弦波をそれぞれ示している。 （ａ）は同位相の高調波を示す説明図、（ｂ）は逆位相の高調波を示す説明図である。 高調波の含有率を示す説明図である。 （ａ）はスキュー角θとコギングトルクとの関係、（ｂ）は有効磁束とコギングトルクとの関係を、それぞれ、ラジアル着磁、同位相の奇数倍高調波を含んだ歪み正弦波、逆位相の奇数倍高調波を含んだ歪み正弦波にて比較した説明図である。 ラジアル着磁における表面磁束密度波形を示す説明図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態の目的は、コギングやトルクリップルをスキュー構造によって低減しつつ、スキューに伴う有効磁束の低下を抑え、モータの出力を確保することにある。
　図１は、本発明の一実施の形態であるブラシレスモータ１１を用いた減速機構付きモータユニット１の構成を示す説明図、図２は、ブラシレスモータ１１を軸方向から見た側面図である。図１のモータユニット１は、モータや減速機構（機械系）と制御部（電気系）が一体化されたいわゆる機電一体構造の減速機構付きモータである。モータユニット１は、ブラシレスモータ１１を備えたモータ部２と、ウォームギヤを用いた減速機構部３、及び、ブラシレスモータ１１を駆動制御するための制御回路が搭載された制御部４とから構成されている。モータユニット１は、例えば、自動車の電動サンルーフの駆動源として使用される。
　モータ部２にはブラシレスモータ１１が配されている。ブラシレスモータ１１は、外側にステータ１２、内側にロータ１３を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっている。ステータ１２は、ヨークを兼ねたモータケース１４と、モータケース１４の内周側に固定されたステータコア（コア部材）１５、及び、ステータコア１５に巻装されたコイル１６とを備えている。モータケース１４は、鉄等にて有底筒状に形成されており、断面が六角形状となっている。モータケース１４の開口部には合成樹脂製のフレーム１７が取り付けられている。フレーム１７の上部は開口しており、開口部分にはカバー１８が取り付けられる。モータケース１４は、フレーム１７のフランジ部１７ａに設けられたモータ取付用のネジ孔１７ｂに、ネジ１９によって固定される。
　ステータコア１５は、鋼板を多数積層した一体コア構造となっている。ステータコア１５は、六角形状の継鉄部２１と、継鉄部２１から内側方向へ突出形成されたティース２２とを備えている。ティース２２は、周方向に沿って複数個（ここでは６個）設けられている。各ティース２２の間にはスロット２３（６個）が形成されている。ブラシレスモータ１１では、ティース２２の径方向中央部Ｘ、又は先端部Ｙが、無通電状態で最大１Ｔ以上の磁束密度を有する設定となっている。
　ステータコア１５の内側には、軸方向両端側から、合成樹脂製のインシュレータ２４が取り付けられている。各ティース２２には、インシュレータ２４を介して巻線２５が巻装されコイル１６が形成される。インシュレータ２４には、各相（ここでは、Ｕ,Ｖ,Ｗの３相）に対応したコイルターミナル（コイル接続端子）２６（２６Ｕ,２６Ｖ,２６Ｗ）が設けられている。コイル１６（巻線２５）は、各コイルターミナル２６Ｕ,２６Ｖ,２６Ｗに電気的に接続されている。
　ロータ１３はステータ１２の内側に配置されており、回転軸３１と、ロータコア３２、マグネット３３を同軸状に配した構成となっている。回転軸３１の外周には、鋼板を多数積層した円筒形状のロータコア３２が取り付けられている。ロータコア３２の外周には、リング状のマグネット３３が固定されている。マグネット３３は、周方向に沿って複数極（ここでは４極）に着磁されている。また、マグネット３３は、ティース２２の径方向中央部Ｘ、又は先端部Ｙが、無通電状態で最大１Ｔ以上の磁束密度となるように着磁されている。
　ブラシレスモータ１１では、マグネット３３にスキュー着磁が施されている。図３は、マグネット３３の構成を示す説明図である。図３に示すように、マグネット３３は、スキュー構造となっており、磁極境界線Ｌが、軸方向に沿って回転方向にずれる形で傾斜している。本実施形態では、マグネット３３のスキュー角θは、前述の最適スキュー角度（電気角６０°）未満、若しくは電気角３０°～電気角６０°の範囲（３０°≦θ＜６０°）に設定されている。
　また、ブラシレスモータ１１では、マグネット３３の表面磁束密度分布が、奇数倍の高調波（３次、５次、７次高調波）を含有した正弦波となっている。図４は、マグネット３３の表面磁束密度分布を示す説明図であり、歪みなしの正弦波（１次基本波）と、同位相の奇数倍高調波を含んだ歪み正弦波、逆位相の奇数倍高調波を含んだ歪み正弦波をそれぞれ示している。なお、同位相の高調波とは、高調波の第１番目の波形が１次基本波と同位相になっているものを言い（図５（ａ））、逆位相の高調波とは、高調波の第１番目の波形が１次基本波と逆位相になっているものを言う（図５（ｂ））。高調波の含有率は、図６に示すように、３次成分が大きく、５次以降の成分は小さくなっている。この場合、３次成分は極異方性着磁により積極的に重畳され、５次以降の成分は着磁時に不可避的に重畳される。
　回転軸３１の一端部は、モータケース１４の底部に圧入された軸受３４に回転自在に支持されている。回転軸３１の他端部は、フレーム１７の軸受保持部１７ｃ,１７ｄに取り付けられた軸受メタル３５,３６によって回転自在に支持されている。回転軸３１の端部（図１において右端部）には、ウォーム３７が形成されている。ウォーム３７は、フレーム１７内に配置されたウォームホイール３８と噛合している。ウォーム３７とウォームホイール３８により、減速機構部３が構成されている。ウォームホイール３８は出力軸３９に取り付けられている。モータユニット１では、ブラシレスモータ１１の回転軸３１の回転は、減速機構部３にて減速されて出力軸３９に伝達され、出力軸３９が回転駆動される。
　回転軸３１には、ロータ１３の回転を検知するためのセンサマグネット４１が取り付けられている。センサマグネット４１は、周方向に沿って複数極に着磁されている。フレーム１７内には、センサマグネット４１の磁極に対向するように、図示しないホールＩＣ（磁気検出素子）が配されている。ホールＩＣは、制御部４の制御基板４２に配置されている。制御基板４２には、ホールＩＣの他にも、制御用ＩＣや抵抗、コンデンサ等の素子が搭載されている。制御基板４２とブラシレスモータ１１は、中間ターミナル（基板接続端子）４３によって電気的に接続されている。中間ターミナル４３は、フレーム１７の端子保持部１７ｅに圧入固定されている。
　モータユニット１は、次のようにして組み付けられる。まず、ステータコア１５にインシュレータ２４を取り付け、コイル１６が巻装・配線されたステータアッセンブリをフレーム１７に圧入する。これにより、ブラシレスモータ１１のコイルターミナル２６（２６Ｕ,２６Ｖ,２６Ｗ）と、各相の中間ターミナル４３の一端側が嵌合し電気的に接続される。両ターミナル２６,４３を接続した後、制御基板４２をフレーム１７に組み付け、中間ターミナル４３の他端側と半田付け固定する。これにより、制御基板４２とブラシレスモータ１１が電気的に接続され、制御部４によるブラシレスモータ１１の駆動制御が可能となる。
　ここで、本発明によるブラシレスモータ１１では、前述のように、マグネット３３をスキュー構造とするとともに、マグネット３３の表面磁束密度分布が、奇数倍の高調波を含有した正弦波となるよう設定されている。そして、ブラシレスモータ１１は、このような設定により、ティース２２の中央部Ｘ又は先端部Ｙが無通電状態で最大１Ｔ以上の磁束密度を有する場合であっても、コギングトルクを小さく抑えている。図７（ａ）は、スキュー角θとコギングトルクとの関係、図７（ｂ）は、有効磁束とコギングトルクとの関係を、それぞれ、(1)ラジアル着磁の場合と、(2)同位相の奇数倍高調波を含んだ歪み正弦波、(3)逆位相の奇数倍高調波を含んだ歪み正弦波にて比較した説明図である。なお、ラジアル着磁では、径方向から波形にこだわらずに、均一に着磁を行っており、表面磁束密度は図８のような台形波となる。
　図７（ａ）に示すように、コギングトルクは、ラジアル着磁の場合は、スキュー角θが理論値の６０°（電気角、以下同じ）のとき最小となっている。これに対し、奇数倍高調波を含有したものでは、同位相含有の場合はθ＝５０°、逆位相含有の場合はθ＝４０°にて最小値となる。但し、逆位相含有の場合は、θが５０°以上となると、ラジアル着磁の場合よりもコギングトルクが大きくなる。また、同位相含有と逆位相含有を比較すると、同位相含有の方がコギングトルクが小さく抑えられる。そして、同位相含有では、スキュー角θが３０°～６０°の範囲で、ラジアル着磁の最小値とほぼ同等かそれ以下のコギングトルクとなる。したがって、コギングトルクとの関係では、同位相含有にてスキュー角θを３０°～６０°、好ましくは５０°に設定することが好適である。
　次に、図７（ｂ）を見ると、有効磁束は、スキュー角θが大きくなるに連れて、有効磁束も低下する。すなわち、スキュー角が大きいとモータの出力も低下し、同じ出力を得るには、モータ体格を大きくする必要が生じる。つまり、有効磁束の観点では、スキュー角は小さい方が好ましい。また、(1)～(3)の比較では、ラジアル着磁と同位相含有はほぼ同等であるが、逆位相含有はラジアル着磁よりも有効磁束が小さくなる。したがって、図７（ｂ）から分かるように、有効磁束の観点では、同位相含有にてスキュー角θをなるべく小さくすることが好ましい。
　そこで、図７（ａ）,（ｂ）の結果を総合すると、マグネット３３の表面磁束密度分布を、奇数倍の高調波を含んだ正弦波波形とし、スキュー角θを３０°～６０°とすることにより、コギングトルクを低減させつつ、有効磁束を確保できる。この場合、スキュー角は、理論上の最適スキュー角（６０°）よりも小さく設定される。したがって、スキュー角増大による磁束低下を抑えつつ、コギングトルクを低減させることが可能となる。特に、同位相の奇数倍高調波を含んだ正弦波波形とし、スキュー角θを３０°～６０°に設定することが好適であり、コギングトルク低減と有効磁束維持のバランスから見ると４０°～６０°、好ましくは４０°～５０°程度、特に５０°近傍（略５０°）が好ましい。これは、図４から分かるように、同位相含有の場合の表面磁束密度波形は、逆位相含有の場合に比して台形波に近く、正弦波的な滑らかな波形変化も有しているためと考えられる。
　したがって、マグネット３３の表面磁束密度波形やスキュー角θを前述のような設定とすることにより、ティース２２の中央部Ｘ又は先端部Ｙが、無通電状態で最大１Ｔ以上の磁束密度を有する場合であっても、スキューによる磁束低下を抑えつつ、コギングトルクを小さく抑えることが可能となる。また、高調波成分を含有することを念頭に置いた設定のため、マグネット３３の着磁時のバラツキによって高調波成分が重畳された場合においても、その影響によりコギングが悪化してしまうのを抑えることが可能になる。
　本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
　例えば、前述の実施形態では、ロータ１３の外周にマグネット３３を配した表面磁石型（SPM：Surface Permanent Magnet）モータに本発明を適用した例を示したが、本発明は、埋込磁石型（IPM：Interior Permanent Magnet）モータにも適用可能である。また、ロータ側のマグネットは、リング状のマグネットではなく、セグメントマグネットも使用できる、スキュー構造も、セグメントマグネットを軸方向に複数段配したステップスキュー構造としても良い。この場合、セグメントマグネットは、各段ごとに周方向に所定角度ずつずらして配置される。
　本発明は、サンルーフ用のモータ以外にも、例えば、パワーウインド、スライドドア、リアゲート、オイルポンプ等の駆動源として使用される車載モータや、家電製品等の各種電気製品、ロボットや電動機械等の産業機器などにも広く適用可能である。
　１　　モータユニット　　　　　　　　　２　　モータ部
　３　　減速機構部　　　　　　　　　　　４　　制御部
１１　　ブラシレスモータ　　　　　　　１２　　ステータ
１３　　ロータ　　　　　　　　　　　　１４　　モータケース
１５　　ステータコア　　　　　　　　　１６　　コイル
１７　　フレーム　　　　　　　　　　　１７ａ　フランジ部
１７ｂ　ネジ孔　　　　　　　　　　　　１７ｃ　軸受保持部
１７ｄ　軸受保持部　　　　　　　　　　１７ｅ　端子保持部
１８　　カバー　　　　　　　　　　　　１９　　ネジ
２１　　継鉄部　　　　　　　　　　　　２２　　ティース
２３　　スロット　　　　　　　　　　　２４　　インシュレータ
２５　　巻線　　　　　　　　　　　　　２６　　コイルターミナル
２６Ｕ,２６Ｖ,２６Ｗ　　コイルターミナル
３１　　回転軸　　　　　　　　　　　　３２　　ロータコア
３３　　マグネット　　　　　　　　　　３４　　軸受
３５　　軸受メタル　　　　　　　　　　３６　　軸受メタル
３７　　ウォーム　　　　　　　　　　　３８　　ウォームホイール
３９　　出力軸　　　　　　　　　　　　４１　　センサマグネット
４２　　制御基板　　　　　　　　　　　４３　　中間ターミナル
Ｌ　　　磁極境界線　　　　　　　　　　Ｘ　　　ティース径方向中央部
Ｙ　　　ティース先端部　　　　　　　　θ　　　スキュー角

Claims (4)

  1. 　複数のティースが形成されたステータコアと、前記ティースに巻装され隣接する前記ティース間に形成されるスロットに収容される巻線と、を備えるステータと、
    　前記ステータの径方向内側に配置され、マグネットを備えるロータと、を有するブラシレスモータであって、
    　前記マグネットは、その磁極の切り替わり位置が軸方向に沿って回転方向にずれるスキュー構造を有し、
    　当該ブラシレスモータは、無負荷時における前記ティースの径方向中央部又は先端部の磁束密度の最大値が１Ｔ以上であり、
    　前記マグネットの表面磁束密度分布は、奇数倍の高調波を含有した正弦波波形を有することを特徴とするブラシレスモータ。
  2. 　請求項１記載のブラシレスモータにおいて、
    　前記マグネットのスキュー角θは、該マグネットの極数を２Ｐ、前記スロットの数をＴとしたとき、
    　　θ（電気角）＝Ｐ×（３６０°／２ＰとＴの最小公倍数）
    にて表され、
    　前記スキュー角θが、電気角３０°～６０°の範囲であることを特徴とするブラシレスモータ。
  3. 　請求項２記載のブラシレスモータにおいて、
    　前記スキュー角θが、電気角４０°～５０°の範囲であることを特徴とするブラシレスモータ。
  4. 　請求項１～３の何れか１項に記載のブラシレスモータにおいて、
    　前記高調波は、前記マグネットの表面磁束密度分布と同位相を有することを特徴とするブラシレスモータ。
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