JP2003111320A - ロータ及びブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低騒音及び低振動で使用可能なブラシレスモー
タ用のロータを得ることにある。 【解決手段】ロータ軸２２に取付けられたロータコア２
１の周部に、磁石セット孔２５を周方向に沿って所定間
隔ごとに設け、これらのセット孔２５に夫々永久磁石２
３を射出成形により収容したロータ７を前提とする。各
磁石セット孔２５の一対の孔縁２５ａ、２５ｂは平行と
なっている。各永久磁石２３の一対の側縁２３ａ、２３
ｂの少なくとも一端部を、孔縁２５a、２５ｂから次第
に離れる形状に形成して、各永久磁石２３の磁束の分布
を、矩形波形状ではなく正弦波形に近似するようにした
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外周部に複数の永
久磁石が設けられたロータ、及びこのロータを備えたブ
ラシレスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレス直流モータ用のロータの中に
は、ロータ軸に取付けられた円柱状ロータコアの外周部
に複数の磁石セット孔を設け、これらの孔に永久磁石を
射出成形で充填すること等により収容したものが知られ
ている。

【０００３】磁石セット孔は、ロータコアをその軸方向
に貫通して形成され、その両側の孔縁は平行であってい
ずれもロータコアの軸方向にまっすぐに延びている。こ
れらの磁石セット孔に充填された永久磁石の形状は、磁
石セット孔と同形状であって、永久磁石の側縁の全体は
磁石セット孔の孔縁全体に密着している。そのため、永
久磁石の四隅はいずれも直角をなしていて、永久磁石の
正面視形状は矩形状である。

【０００４】これらの永久磁石は、ロータコアの磁石セ
ット孔に収容された状態で、その厚み方向に着磁され
る。着磁された各永久磁石の磁束の分布は、この磁石が
既述のように四隅が直角な矩形状をなす関係から、ロー
タの回転方向を横軸にとり、磁束の強さを縦軸にとって
描くと、矩形波形状をなしている。又、ロータコアの周
方向に隣接する永久磁石の同一方向を向いている面は、
互いに異極となっている。

【０００５】このような構成のロータは、その永久磁石
とステータの磁極との間に働く磁気の吸引力及び反発力
により、回転される。この回転においては、既述のよう
に各永久磁石の磁束の分布が矩形波形状を呈しているこ
とにより、永久磁石とステータの磁極との間に働く磁気
の変動が大きい。このような変動は、ロータが振動を起
こす原因となり、ロータが振動するとそれに伴い騒音が
引き起こされることがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、低騒音及び低振動で使用可能なロータ及び
ブラシレスモータを得ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明のロータは、周部に磁石セット
孔が周方向に沿って所定間隔ごとに形成されているとと
もに、これら磁石セット孔の一対の孔縁が平行状となっ
ているロータコアと、このコアの中心部を軸方向に貫通
して設けられたロータ軸と、一対の側縁を有して前記各
磁石セット孔に夫々収容されるとともに、前記側縁の少
なくとも一端部が前記孔縁から次第に離れる形状に形成
されている永久磁石と、を具備することを特徴としてい
る。

【０００８】この発明において、永久磁石は、射出成形
により磁石セット孔に充填して収容されたものであって
も、又、磁石セット孔に圧入して収容されたものであっ
ても良いとともに、この永久磁石には、フェライト磁
石、又はエネルギー積が高い希土類磁石などを好適に使
用できる。

【０００９】この発明においては、永久磁石の側縁の少
なくとも一端部が磁石セット孔の側縁から次第に離れて
いることに応じて、この永久磁石の両側部での磁力を、
永久磁石の両側部間の中間部分の磁力に比較して次第に
小さくできる。それにより、永久磁石の磁束の分布を、
矩形波形状ではなく正弦波形に近似するようにできるか
ら、このロータを備えるブラシレスモータにおいては、
ロータの永久磁石とステータの磁極との間に働く磁気の
変動を小さくできる。

【００１０】又、前記課題を解決するために、請求項２
に係る発明のブラシレスモータは、軸受が取付けられた
モータケースと、このモータケース内に固定されたステ
ータと、前記軸受に回転自在に支持されて前記ステータ
の内側に配置された請求項１に記載のロータと、前記モ
ータケースに内蔵されるとともに、前記ロータが有する
永久磁石を検出する位置センサが取付けられたプリント
配線基板と、を具備したことを特徴としている。

【００１１】この発明においては、請求項１に記載のロ
ータを備えるから、このロータの永久磁石とステータの
磁極との間に働く磁気の変動を小さくできる。

【００１２】請求項３に係る発明のブラシレスモータ
は、請求項２に記載のロータが有するロータコアの一端
面と前記プリント配線基板が対向し、このプリント配線
基板に近い前記永久磁石の端部における前記ロータの回
転方向下流側の隅部を鋭角とし、前記プリント配線基板
に対向している前記永久磁石の磁石端面と対向して前記
位置センサを設けたことを特徴としている。

【００１３】この発明においては、位置センサが、永久
磁石のプリント配線基板に対向している磁石端面から漏
れる磁束を検知し、それに基づきロータの回転位置が検
出される。この場合、プリント配線基板に近い永久磁石
の端部におけるロータの回転方向下流側の隅部が鋭角で
あるので、この隅部から漏れて位置センサに作用する磁
束の量を、前記隅部が磁石セット孔の側縁から次第に離
れる形状に形成されている構成に比較して、多く確保で
きる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を参照して本発
明の第１実施形態を説明する。

【００１５】図１に符号１で示す電動送風機は、内転型
のブラシレス直流モータ（以下モータと略称する）２
と、ファン部３とを備えている。モータ２は、モータケ
ース５、ステータ６、ロータ７、及びプリント配線基板
８を備えている。ファン部３は、遠心型のファン１１、
整流板１２、及びファンカバー１３を備えている。

【００１６】モータケース５は、有底円筒状のケース本
体１５と、この本体１５の開口を横切って配置されたケ
ース端面板１６とを複数のねじ（１本のみ図示）で連結
して形成されている。ケース端面板１６によってケース
本体１５の開口は二つに分かれ、これら分割された開口
部分（図示しない）を風が通り抜けるようになってい
る。ケース本体１５の底壁又は周壁には排気孔１５ａが
開けられている。

【００１７】モータケース５にはその中央部でかつ厚み
方向両端部に位置して軸受１７、１８が取付けられてい
る。軸受１７はケース本体１５の底壁の中央部に取付け
られているとともに、この軸受１７に対応してケース端
面板１６に軸受１８が取付けられている。

【００１８】スタータ６は、環状をなすステータコア６
ａの内周面に突出して設けられた複数の磁極に、ステー
タコイル６ｂを巻き付けて形成されている。このステー
タ６は、ケース本体１５の内周段部１５ｂで位置決めさ
れて、この段部１５ｂにねじ込まれる複数のねじ（１本
のみ図示）１９によりステータ６内に固定されている。

【００１９】図１及び図２に示されるようにロータ７
は、ロータコア２１、ロータ軸２２、及び複数の永久磁
石２３を備えて形成されている。このロータ７は、ロー
タ軸２２を軸受１７、１８に夫々回転自在に軸支されて
ステータ６の内側に配置されている。

【００２０】ロータコア２１は、同じプレス型で打ち抜
かれた円形の珪素鋼鈑を多数枚積層し、複数のリベット
２４で連結して、円筒状に形成されている。このロータ
コア２１の中心部には、ロータ軸２２がロータコア２１
を軸方向に貫通して設けられ、この軸２２の軸方向中間
部にロータコア２１が支持されている。

【００２１】ロータコア２１の周部には、その周方向に
沿って複数の磁石セット孔２５が所定間隔ごとに形成さ
れている。各磁石セット孔２５は、平面視円弧形状であ
ってロータ６の軸方向に貫通しており、その一対の孔縁
２５ａ、２５ｂはロータ６の軸方向に延びていて互いに
平行である。

【００２２】永久磁石２３にはいわゆるプラスチックマ
グネットが使用され、これは磁石セット孔２５に射出成
形機を用いて充填されることにより収容されている。前
記射出成形機は、ロータコア２１の端面に開口する磁石
セット孔２５の端面を閉じる一対の成形型Ａを備え、こ
れらの成形型Ａの内の少なくとも一方を通じて溶融した
プラスチックマグネット材料が磁石セット孔２５に充填
される。

【００２３】一対の成形型Ａは、その幅方向両側の内の
少なくとも一方（図示の例では両方）の先端部に、面取
り成形突部Ｂを有している。面取り成形突部Ｂは、直線
状をなす側面Ｃと斜面Ｄとで形作られて例えば三角形状
に形成されている。射出成形において、一対の成形型Ａ
が磁石セット孔２５の両端面を個別に塞ぐ位置に配置さ
れた際に、これら一対の成形型Ａの面取り成形突部Ｂ
は、その側面Ｃが磁石セット孔２５の孔縁２５ａ、２５
ｂの一端部に重なるように磁石セット孔２５に挿入され
る。そして、この状態で射出成形が行なわれて、永久磁
石２３が磁石セット孔２５内で形成されるようになって
いる。

【００２４】成形された永久磁石２３は図３（Ａ）に示
す形状を呈する。なお、既述のように永久磁石２３は磁
石セット孔２５で成形されるから、実際上は図３（Ａ）
に示す単品状態となることはない。この図３（Ａ）から
分かるように永久磁石２３の四隅は、いずれも面取り成
形突部Ｂの形状に対応して斜めに面取り（いわゆるＣ面
取り）されている。つまり、永久磁石２３の一方の側縁
２３ａの両端部は面取り部２３ｂ、２３ｃで形成され、
前記側縁２３ａに対応する永久磁石２３の他方の側縁２
３ｄの両端部は面取り部２３ｅ、２３ｆで形成されてい
る。なお、図３（Ａ）の永久磁石２３に代えて、その四
隅を丸みを帯びて面取り（いわゆるＲ面取り）した形状
の図３（Ｂ）に示す永久磁石２３とすることもできる。

【００２５】永久磁石２３の隅部が面取り部２３ｂ、２
３ｃ、２３ｅ、２３ｆで形成されることによって、磁石
セット孔２５との関係では、ロータ７の周方向両側位置
の永久磁石２３の側縁２３ａ、２３ｄの端部は、図２に
示されるようにロータコア２１の端面に向かうに従って
磁石セット孔２５の孔縁２５ａ、２５ｂの端部から次第
に離れる形状をなしている。そのため、前記成形によっ
て、孔縁２５ａと面取り部２３ｂ、２３ｃとの間、及び
孔縁２５ｂと面取り部２３ｅ、２３ｆとの間には、夫々
楔状の溝２６が形成されている。

【００２６】これらの溝２６の内の少なくとも一つに
は、必要により、アンバランス調整用の小さな調整錘２
７（図２参照）が挿入され、接着止めされる。この調整
錘２７を設けることにより、ロータ７の回転アンバラン
スをより小さくして振動低減に役立つことができる。し
かも、調整錘２７は、溝２６内に収容され、そこで接着
剤を用いて固定されるため、接着し易い。さらに、調整
錘２７の接着面積を大きく確保できて、この錘２７の取
付け強度を大きく確保できるとともに、調整錘２７はそ
の全体がロータコア２１の端面から突出することなく、
調整錘２７を溝２６内に収めることもできるので、取扱
い上において何かが調整錘２７に当たることも少なくな
り、したがって、調整錘２７が使用中に外れる恐れを少
なくできる。なお、これに対して、調整錘をロータコア
の軸方向の端面に付着させる場合には、調整錘およびそ
の接着面積が小さいので、その接着に手間が掛かるだけ
ではなく、取付け強度が低く使用中に外れる可能性が高
い。

【００２７】図１に示すようにプリント配線基板８は、
ロータコア２１の一端面、たとえば軸受１７側の端面に
対向してモータケース５に内蔵されている。この基板８
は硬質であり、その板面には、配線パターンが設けられ
ているとともに、このパターンと接続して各種の電気部
品が取付けられている。この電気部品の中には、ロータ
７の回転位置を検出する位置センサ２９が含まれてい
る。この位置センサ２９は、ホール素子又はホールＩＣ
などからなる。位置センサ２９は、好ましい例として永
久磁石２３の漏れ磁束をより有効に受け易いように、永
久磁石２３のプリント配線基板８に対向するように露出
した磁石端面２３ｇに対向して、プリント配線基板８に
取付けられている。この位置センサ２９の検出信号に基
づいて、前記ステータコイル６ｂに流される電流とその
方向が図示しないモータドライバで順次切り変え制御さ
れ、それによって前記磁極の励磁層が切りかえられて、
モータ２が運転されるようになっている。

【００２８】前記ファン部３のファン１１は、軸受１８
及びケース端面板１６を貫通したロータ軸２２の一端部
にナット３１を用いて連結されている。このファン１１
とモータケース５との間には、ファン１１から吐き出さ
れた風をディフューザ作用により静圧化しつつモータケ
ース５内に導く整流板１２が配置されている。これらフ
ァン１１及び整流板１２を覆ってファンカバー１３がモ
ータケース５内に嵌合して取付けられている。ファンカ
バー１３はその中央部に吸気口１３ａを有している。

【００２９】モータ２への通電に伴いファン１１が回転
されることにより、図１中矢印で示す流路で風がファン
部３を流通して、モータケース５内に導入される。この
風は、ステータ６とロータ７との間の流路を通って、モ
ータケース５の底壁側に至り、そして、モータケース５
の排気孔１５ａから外部に排出される。この運転でのロ
ータ７の回転は、ロータ７の永久磁石２３とステータ６
の励磁された磁極との間に働く磁気の吸引力及び反発力
によってもたらされる。

【００３０】ところで、既述のようにロータコア２１の
周部に埋め込まれている各永久磁石２３の側縁２３ａ、
２３ｄの両端部、すなわち四隅部は、いずれも面取り部
２３ｂ、２３ｃ、２３ｅ、２３ｆとなっていて、磁石セ
ット孔２５の孔縁２５ａ、２５ｂとの間に夫々楔状の溝
２６が形成されている。

【００３１】これらの溝２６により、永久磁石２３の側
縁２３ａ、２３ｄの両端部が磁石セット孔２５の孔縁２
５ａ、２５ｂから次第に離れていることに応じて、永久
磁石２３の両側部での磁力は、その永久磁石２３の両側
部間の中間部分の磁力に比較して次第に小さくなってい
る。よって、着磁された永久磁石２３の磁束の分布を、
矩形波形状ではなく正弦波形に近似するようにできる。

【００３２】そのため、前記ロータ７の回転動作におい
て、このロータ７の永久磁石２３とステータ６の磁極と
の間に働く磁気の変動を小さくでき、ロータ７の振動を
抑制できるとともに、それに伴い騒音が引き起こされる
ことも抑制できる。したがって低振動・低騒音でモータ
２及びこれを備える電動送風機１を運転できる。又、既
述のように調整錘２７でロータ７の回転のアンバランス
量の調整を行なった場合には、更に低振動・低騒音化を
促進することができる。

【００３３】図４および図５は本発明の第２実施形態を
示している。この実施形態は基本的には第１実施形態と
同様な構成であるので、同様構成部分には第１実施形態
と同じ符号を付して、その構成および作用の説明を省略
し、以下異なる部分について説明する。第２実施形態が
第１実施形態と異なる部分は永久磁石の形状である。

【００３４】第２実施形態において、磁石セット孔２５
に充填された永久磁石２３の両側縁２３ａ、２３ｂは、
全体にわたり面取りしたような斜面で形成されており、
そのため、永久磁石２３全体は平行四辺形状となってい
る。詳しくは、ロータ７の回転方向を例えば図４中矢印
で示した場合、ロータ７の回転方向下流側の側縁２３ａ
は、その磁石端面２３ｇが回転方向下流側にせり出し、
他端側が回転方向上流側に後退するように傾斜され、こ
の側縁２３ａに対し他の側縁２３ｄは平行に傾斜されて
いる。図４において使用された永久磁石２３は図５
（Ａ）に示されるが、これに代えて、図５（Ｂ）に示す
ように両側縁２３ａ、２３ｂ全体が互いに逆方向に傾斜
された永久磁石２３を用いることもできる。以上説明し
た点以外の構成は、図４及び図５に示されない部分を含
めて、第１実施形態と同じである。

【００３５】この第２実施形態の構成においても、磁石
セット孔２５の孔縁２５ａ、２５ｂと永久磁石２３の側
縁２３ａ、２３ｄとの間に楔状の溝２６を設けることが
できるの。そのため、第１実施形態と同様に着磁された
永久磁石２３の磁束の分布が、矩形波形状ではなく正弦
波形に近似するようになって、ロータ７の永久磁石２３
とステータ６の磁極との間に働く磁気の変動を小さくで
きる。よって、低振動・低騒音でモータ２を運転でき
る。

【００３６】しかも、この第２実施形態においては、永
久磁石２３がスキューされているから、コキングも抑制
し易い。そのため、より低振動・低騒音でモータ２を運
転できる。

【００３７】図６および図７は本発明の第３実施形態を
示している。この実施形態は基本的には第１実施形態と
同様な構成であるので、同様構成部分には第１実施形態
と同じ符号を付して、その構成および作用の説明を省略
し、以下異なる部分について説明する。第３実施形態が
第１実施形態と異なる部分は永久磁石の形状である。

【００３８】第３実施形態において、磁石セット孔２５
に充填された永久磁石２３の２又は３の隅部には面取り
部が設けられているが、少なくとも一つの隅部２３ｈは
面取りすることなく鋭角に形成されている。この場合、
永久磁石２３は、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すいずれも形
状であってもよい。

【００３９】すなわち、図７（Ａ）の永久磁石２３の場
合には、一つの隅部２３ｈを除く他の３つの隅部は、い
ずれもＲ面取り状に成形された面取り部２３ｂ、２３
ｅ、２３ｆで形成されている。図７（Ｂ）の永久磁石２
３の場合には、一つの隅部２３ｈを除く他の３つの隅部
は、いずれもＣ面取り状に成形された面取り部２３ｂ、
２３ｅ、２３ｆで形成されている。図７（Ｃ）の永久磁
石２３の場合には、対角線上に位置する二つの隅部２３
ｈ、２３ｉを除く他の２つの隅部は、いずれもＲ面取り
状に成形された面取り部２３ｂ、２３ｆで形成されてい
る。

【００４０】そして、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示した各永
久磁石２３において、鋭角な隅部２３ｈは、この磁石２
３のプリント配線基板８（図１参照）に近い端部で、か
つ、ロータ７の回転方向（この回転方向を図６及び図７
に矢印で示す。）下流側に設けられている。なお、プリ
ント配線基板８には、既述のように永久磁石２３のプリ
ント配線基板８に臨んで露出した磁石端面２３ｇ（図１
参照）に対向して位置センサ２９（図１参照）が取付け
られ、このセンサ２９は、ロータ７の回転方向下流側に
位置する前記隅部２３ｈの磁力を受けてロータ７の回転
位置を検出するようになっている。以上説明した点以外
の構成は、図６及び図７に示されない部分を含めて、第
１実施形態と同じである。

【００４１】この第３実施形態の構成においても、磁石
セット孔２５の孔縁２５ａ、２５ｂと永久磁石２３の側
縁２３ａ、２３ｄとの間に楔状の溝２６を設けることが
できる。そのため、第１実施形態と同様に着磁された永
久磁石２３の磁束の分布が、矩形波形状ではなく正弦波
形に近似するようになって、ロータ７の永久磁石２３と
ステータ６の磁極との間に働く磁気の変動を小さくでき
る。よって、低振動・低騒音でモータ２を運転できる。

【００４２】しかも、この第３実施形態においては、位
置センサ２９が、永久磁石２３の隅部２３ｈの磁石端面
２３ｇからプリント配線基板８側に漏れる磁束を検知
し、それに基づきロータ７の回転位置を検出している。
この場合、前記隅部２３ｈは面取り形状ではなく、直角
に形成されている。そのため、隅部２３ｈから漏れて位
置センサ２９に作用する磁束の量を、前記隅部が磁石セ
ット孔の側縁から次第に離れる面取り形状に形成されて
いる場合に比較して、多く確保できる。したがって、位
置センサ２９が漏れ磁束を検知し易いので、ロータ７の
回転位置を確実に検出することが可能である。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４４】請求項１に記載の発明によれば、この発明
のロータが備える永久磁石と、このロータを備えるブラ
シレスモータのステータの磁極との間に働く磁気の変動
を小さくできるので、低騒音及び低振動で使用可能なロ
ータを提供できる。

【００４５】請求項２に記載の発明によれば、ロータの
永久磁石とステータの磁極との間に働く磁気の変動を小
さくできるので、低騒音及び低振動で使用可能なブラシ
レスモータを提供できる。

【００４６】請求項３に記載の発明によれば、位置セン
サに作用する永久磁石の漏れ磁束量を多く確保できるの
で、位置センサが漏れ磁束を検知し易くなり、ロータの
回転位置を確実に検出可能なブラシレスモータを提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るロータを備えるブ
ラシレスモータを一部断面して示す側面図。

【図２】図１のブラシレスモータが備えるロータを示す
斜視図。

【図３】（Ａ）（Ｂ）は図２のロータに使用可能な夫々
異なる永久磁石を示す斜視図。

【図４】本発明の第２実施形態に係るブラシレスモータ
が備えるロータを示す斜視図。

【図５】（Ａ）（Ｂ）は図４のロータに使用可能な夫々
異なる永久磁石を示す斜視図。

【図６】本発明の第３実施形態に係るブラシレスモータ
が備えるロータを示す斜視図。

【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は図６のロータに使用可能な夫
々異なる永久磁石を示す斜視図。

【符号の説明】

２…ブラシレス直流モータ ５…モータケース ６…ステータ ７…ロータ ８…プリント配線基板 １７、１８…軸受 ２１…ロータコア ２２…ロータ軸 ２３…永久磁石 ２３ａ、２３ｄ…永久磁石の側縁 ２３ｂ、２３ｃ、２３ｅ、２３ｆ…面取り部（永久磁石
の側縁の端部） ２３ｇ…永久磁石の磁石端面 ２３ｈ…永久磁石の鋭角な隅部 ２５…磁石セット孔 ２５ａ、２５ｂ…磁石セット孔の孔縁 ２６…楔状の溝 ２９…位置センサ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H019 AA03 AA06 BB01 BB05 BB14 BB15 BB20 BB22 CC03 CC08 FF01 GG00 5H622 AA02 AA03 CA02 CA05 CA10 CA11 CB04 DD04 PP07 PP19 QA03 QA10 QB04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周部に磁石セット孔が周方向に沿って所
   定間隔ごとに形成されているとともに、これら磁石セッ
   ト孔の一対の孔縁が平行状となっているロータコアと、 このコアの中心部を軸方向に貫通して設けられたロータ
   軸と、 一対の側縁を有して前記各磁石セット孔に夫々収容され
   るとともに、前記側縁の少なくとも一端部が前記孔縁か
   ら次第に離れる形状に形成されている永久磁石と、を具
   備することを特徴とするロータ。
2. 【請求項２】 軸受が取付けられたモータケースと、 このモータケース内に固定されたステータと、 前記軸受に回転自在に支持されて前記ステータの内側に
   配置された請求項１に記載のロータと、 前記モータケースに内蔵されるとともに、前記ロータが
   有する永久磁石を検出する位置センサが取付けられたプ
   リント配線基板と、を具備したことを特徴とするブラシ
   レスモータ。
3. 【請求項３】 前記ロータが有するロータコアの一端面
   と前記プリント配線基板が対向し、このプリント配線基
   板に近い前記永久磁石の端部における前記ロータの回転
   方向下流側の隅部を鋭角とし、前記プリント配線基板に
   対向している前記永久磁石の磁石端面と対向して前記位
   置センサを設けたことを特徴とする請求項２に記載のブ
   ラシレスモータ。