JP2006187103A - コア及びブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクを低減することができるコアを提供する。
【解決手段】コア４には巻線が巻装される複数のティース４ａが等角度間隔に放射状に設けられ、ティース４ａ間には巻線が収容されるスロット４ｂが形成される。各ティース４ａの先端面には径方向外側から擬似スロット４ｄが凹設される。擬似スロット４ｄの軸方向から見た開口部面積Ｓ１は、スロット４ｂの軸方向から見た開口部面積Ｓ２の７０％以上で１１０％未満であって、９０％（面積比Ｓ１／Ｓ２＝０．９）に設定されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転電機のコア及びブラシレスモータに関するものである。

従来、回転電機のブラシレスモータ等は、その回転時に、ステータ（固定子）とロータ（回転子）との間の空隙における磁気的変動に起因してコギングトルクが生じ、スムーズな回転が妨げられるという問題があった。そこで、例えば、放射状に複数のティースが形成されたコアにおいて、ティースの先端面に径方向外側から擬似スロットを凹設したものがある（例えば、特許文献１参照）。このようなコアを採用すると、ステータが仮想的に多スロット化され、コギングトルクを低減することができる。尚、現行品では、擬似スロットの軸方向から見た開口部面積は、スロットの軸方向から見た開口部面積の１１０％に設定されていた。
特開２００１−１４５３１９号公報

しかしながら、上記のようにティースの先端面に擬似スロットを形成する場合、擬似スロットの大きさが適切でないと、コギングトルクの低減効果が小さくなる。詳しくは、仮想的に多スロット化されて、トルクの脈動数が多数となるが、例えばロータマグネットの周方向中心と擬似スロットの周方向中心が一致するときのトルクが、ロータマグネットの周方向中心とスロットの周方向中心が一致するときのトルクよりも大きくなる場合があり、このような場合、コギングトルクの低減効果が小さくなる。

本発明はこうした実情に鑑みて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することができるコア及びブラシレスモータを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、巻線が巻装される複数のティースが等角度間隔に放射状に設けられ、前記ティース間に前記巻線が収容されるスロットが形成されたコアであって、前記ティースの先端面には径方向外側から擬似スロットが凹設され、前記擬似スロットの軸方向から見た開口部面積は、前記スロットの軸方向から見た開口部面積の７０％以上で１１０％未満となるように設定された。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコアにおいて、前記擬似スロットの軸方向から見た開口部面積は、前記スロットの軸方向から見た開口部面積の８０％より大きく１００％未満となるように設定された。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のコアにおいて、前記擬似スロットは、軸方向から見て円弧形状に凹設された。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコア及び前記巻線を有するステータと、前記ステータの外周面に対向する内周面を有するヨーク及び該ヨークの内周面に固定されたロータマグネットを有するロータとを備えたブラシレスモータを要旨とする。

（作用）
請求項１に記載の発明によれば、擬似スロットの軸方向から見た開口部面積は、スロットの軸方向から見た開口部面積の７０％以上で１１０％未満となるように設定されるため、擬似スロットの開口部面積が７０％であっても、従来技術と同じコギングトルクとなり、それ以外の範囲で従来技術よりコギングトルクを低減することができる。

請求項２に記載の発明によれば、擬似スロットの軸方向から見た開口部面積は、スロットの軸方向から見た開口部面積の８０％より大きく１００％未満となるように設定されるため、従来技術よりコギングトルクを大幅に低減することができる。

請求項３に記載の発明によれば、擬似スロットは軸方向から見て円弧形状に凹設されるため、例えば自身の外周側に配設されるロータマグネットとの間の磁束の授受が滑らかとなり、コギングトルクを更に低減することができる。

請求項４に記載の発明によれば、ブラシレスモータにおいて、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明の効果と同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、コギングトルクを低減することができるコア及びブラシレスモータを提供することができる。

以下、本発明をブラシレスモータのステータコアに具体化した一実施形態を図面に従って説明する。因みに、このブラシレスモータは、車両用空調装置の送風機用モータとして使用されるアウトロータ型のブラシレスモータである。

図１に示すように、モータホルダ１にはステータ２が固定される。ステータ２は、センターピース３と、該センターピース３に固定（支持）されるコアとしてのステータコア４と、該ステータコア４に巻着される巻線５とを備えている。

図１に示すように、センターピース３は、円筒部３ａと円筒部３ａの一端（図１中、下端）からフランジ状に延びるフランジ部３ｂとを備え、そのフランジ部３ｂが前記モータホルダ１にネジ６により固定されている。

センターピース３の円筒部３ａにおいて、その両端部には、略円筒形状の軸受８，９がそれぞれ内嵌固定されている。
また、前記円筒部３ａには、ステータコア４が外嵌固定される。ステータコア４は、複数枚のコア材が積層してなる積層型コアである。ステータコア４には、図２に示すように、放射状に延び前記巻線５（図１参照）が巻装される複数の（本実施の形態では１８本）ティース４ａが設けられ、該ティース４ａ間には巻線５を収容するためのスロット４ｂが形成される。また、ステータコア４の略中央部には、各ティース４ａの基端部を連結し、円筒部３ａに外嵌される筒部４ｃが形成されている。

ここで、本実施の形態の各ティース４ａの先端面（径方向外側端面）には、図２に示すように、径方向外側から擬似スロット４ｄが凹設されている。擬似スロット４ｄは、ティース４ａにおいて軸方向の一端から他端まで一様に形成されている。擬似スロット４ｄは、軸方向から見て円弧形状に形成されている。又、擬似スロット４ｄの軸方向から見た開口部面積Ｓ１は、スロット４ｂの軸方向から見た開口部面積Ｓ２の７０％以上で１１０％未満となるように設定され、本実施の形態では、９０％（面積比Ｓ１／Ｓ２＝０．９）に設定されている。尚、擬似スロット４ｄの軸方向から見た開口部面積Ｓ１とは、図２の部分拡大図に示すように、擬似スロット４ｄの径方向外側端部同士を繋ぐ線で囲まれた空隙（図２中、視覚的に分かり易くすべくハッチングで示す）の面積である。又、スロット４ｂの軸方向から見た開口部面積Ｓ２とは、図２の部分拡大図に示すように、ティース４ａの先端部から周方向に延びる周方向延設部４ｅ同士（その角）を繋ぐ線で囲まれた空隙（図２中、視覚的に分かり易くすべく網掛けで示す）の面積である。又、擬似スロット４ｄの軸方向から見た開口部面積Ｓ１（面積比Ｓ１／Ｓ２＝０．９）は、後述する測定工程の結果に基づいて設定工程にて設定されている。

一方、ロータ１０は、釣鐘形状のヨーク１１と、該ヨーク１１に固定される複数（本実施の形態では６個）のロータマグネット１２及び回転軸１３とを備える。ロータマグネット１２は、ヨーク１１において前記ステータ２の外周面に対向する内周面１１ａに（等角度間隔に）固定される。回転軸１３は、ヨーク１１の中央部に固定され、前記軸受８，９の内周面である軸支持孔８ａ，９ａに挿入されて回転可能に支持される。尚、この回転軸１３の外部に突出した先端部（図１中、上端部）には図示しないシロッコ型のファンが固定される。

又、本実施の形態のブラシレスモータでは、センターピース３におけるフランジ部３ｂの下方（図１中、下方）に、回路基板１４が固定されている。回路基板１４は、前記モータホルダ１に取着される下部ケース１５により覆われ保護されている。この回路基板１４には、前記巻線５に励磁電流を供給するための多数の素子が搭載される。又、回転軸１３の基端部（図１中、下端部）にはセンサマグネット１６が固定され、前記回路基板１４上におけるセンサマグネット１６の外周部近傍にはホール素子１７が配設される。そして、センサマグネット１６の回転による磁界の変化をホール素子１７で検出することによりロータ１０の回転角度が検出され、その検出信号に基づいて、ステータ２（巻線５）に回転磁界が発生するような励磁電流が供給される。

従って、励磁電流から前記巻線５に励磁電流が供給されると、ステータ２に回転磁界が発生し、ロータ１０が回転される。そして、ロータ１０の回転とともにファンが回転されて、送風動作が行われる。

このブラシレスモータでは、擬似スロット４ｄの軸方向から見た開口部面積Ｓ１が、スロット４ｂの軸方向から見た開口部面積Ｓ２の９０％（面積比Ｓ１／Ｓ２＝０．９）に設定されることで、ロータ１０の回転時の時間−トルク特性が図３に示すようになる。

即ち、図３に示すように、ロータマグネット１２の周方向中心（中心線Ｌｍ）が擬似スロット４ｄの周方向中心（中心線Ｌａ）と一致するときと、ロータマグネット１２の周方向中心（中心線Ｌｍ）がスロット４ｂの周方向中心（中心線Ｌｂ）と一致するときに、トルクが局所的に大きくなる。そして、本実施の形態のブラシレスモータ（面積比Ｓ１／Ｓ２＝０．９）では、ロータマグネット１２の周方向中心（中心線Ｌｍ）が擬似スロット４ｄの周方向中心（中心線Ｌａ）と一致するときと、ロータマグネット１２の周方向中心（中心線Ｌｍ）がスロット４ｂの周方向中心（中心線Ｌｂ）と一致するときとのトルクが略同じ大きさとなる。これにより局所的に大きくなるトルク同士のむらが低減され、コギングトルクが低減される。言い換えると、ロータマグネット１２の周方向中心（中心線Ｌｍ）がスロット４ｂの周方向中心（中心線Ｌｂ）と一致するときとのトルクと、ロータマグネット１２の周方向中心（中心線Ｌｍ）が擬似スロット４ｄの周方向中心（中心線Ｌａ）と一致するときのトルクとが同じとなるように、擬似スロット４ｄの前記開口部面積Ｓ１が設定されている。

又、図４には、面積比（Ｓ１／Ｓ２）のみ（開口部面積Ｓ１のみ）を順次変更してコギングトルクを測定した結果（測定工程の結果）から得た面積比（Ｓ１／Ｓ２）−コギングトルク特性を示す。図４では、前記開口部面積Ｓ１が前記開口部面積Ｓ２の７０％（Ｓ１／Ｓ２＝０．７）であっても従来技術と同じコギングトルクとなり、７０％より大きく１１０％（Ｓ１／Ｓ２＝１．１）未満の範囲で従来技術よりコギングトルクが小さくなることがわかる。又、前記開口部面積Ｓ１が前記開口部面積Ｓ２の８０％（Ｓ１／Ｓ２＝０．８）より大きく１００％（Ｓ１／Ｓ２＝１．０）未満の範囲で従来技術よりコギングトルクが大幅に小さくなることがわかる。又、前記開口部面積Ｓ１が前記開口部面積Ｓ２の９０％（Ｓ１／Ｓ２＝０．９）でコギングトルクが最低となり、その前後では変化率が小さいことがわかる。

次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）擬似スロット４ｄの軸方向から見た開口部面積Ｓ１は、スロット４ｂの軸方向から見た開口部面積Ｓ２の９０％（面積比Ｓ１／Ｓ２＝０．９）に設定されている。よって、コギングトルクが低減され、面積比（Ｓ１／Ｓ２）−コギングトルク特性（図４参照）において最低となる。しかも、開口部面積Ｓ１が開口部面積Ｓ２の９０％（面積比Ｓ１／Ｓ２＝０．９）前後では、変化率が小さいため、例えば、製造誤差等が生じて９０％前後となっても、コギングトルクが略最低となり、例えば製造精度を低くすることができる。

（２）擬似スロット４ｄは軸方向から見て円弧形状に凹設されるため、自身の外周側に配設されるロータマグネット１２との間の磁束の授受が滑らかとなり、コギングトルクを更に低減することができる。

上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、擬似スロット４ｄを、軸方向から見て円弧形状に形成されるとしたが、擬似スロットの形状はこれに限定されず、変更してもよい。

例えば、図５に示すように、軸方向から見てＶ字形状に凹設される擬似スロット４ｆに変更してもよいを形成してもよい。又、図６に示すように、軸方向から見て四角形状に凹設される擬似スロット４ｇに変更してもよい。

・上記実施の形態では、各ティース４ａに１つの擬似スロット４ｄが形成される場合について説明したが、各ティース４ａに擬似スロットを複数形成してもよい。
・上記実施の形態では、擬似スロット４ｄの軸方向から見た開口部面積Ｓ１を、スロット４ｂの軸方向から見た開口部面積Ｓ２の９０％（面積比Ｓ１／Ｓ２＝０．９）に設定したが、７０％（面積比Ｓ１／Ｓ２＝０．７）以上で１１０％（面積比Ｓ１／Ｓ２＝１．１）未満となるように設定すれば、他の値に変更してもよい。例えば、開口部面積Ｓ１を開口部面積Ｓ２の７０％（Ｓ１／Ｓ２＝０．７）としても従来技術と同じコギングトルクとなる。又、７０％より大きく１１０％（Ｓ１／Ｓ２＝１．１）未満の範囲となるようにすれば従来技術よりコギングトルクを低減することができる。又、前記開口部面積Ｓ１が前記開口部面積Ｓ２の８０％（Ｓ１／Ｓ２＝０．８）より大きく１００％（Ｓ１／Ｓ２＝１．０）未満の範囲となるようにすれば従来技術よりコギングトルクを大幅に低減することができる。

・上記実施形態では、図１に示すような構成のブラシレスモータに具体化したが、他の構成のブラシレスモータに具体化してもよいし、ブラシレスモータ以外の回転電機に具体化してもよい。例えば、上記実施の形態では、ティース４ａの数を１８とし、ロータマグネット１２の数を６としたが、これらの数を変更してもよい。又、例えば、ステータコア４のティース４ａに擬似スロット４ｄが形成されるとしたが、直流モータ等のロータコア（コア）のティースに擬似スロットを形成して実施してもよい。

上記実施の形態から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）請求項２に記載のコアにおいて、前記擬似スロットの軸方向から見た開口部面積は、前記スロットの軸方向から見た開口部面積の９０％に設定されたことを特徴とするコア。このようにすると、擬似スロットの軸方向から見た開口部面積は、スロットの軸方向から見た開口部面積の９０％に設定されるため、コギングトルクが最低となる。しかも、９０％前後では、変化率が小さいため、例えば、製造誤差等が生じて９０％前後となっても、コギングトルクが略最低となり、例えば製造精度を低くすることができる。

（ロ）請求項１、２及び上記（イ）のいずれか１つに記載のコアにおいて、前記擬似スロットは、軸方向から見てＶ字形状に凹設されたことを特徴とするコア。
（ハ）請求項１、２及び上記（イ）のいずれか１つに記載のコアにおいて、前記擬似スロットは、軸方向から見て四角形状に凹設されたことを特徴とするコア。

（ニ）巻線と、前記巻線が巻装される複数のティースが等角度間隔に放射状に設けられ前記ティース間に前記巻線が収容されるスロットが形成されたコアとを有するステータと、前記ステータの外周面に対向する内周面を有するヨーク及び該ヨークの内周面に固定されたロータマグネットを有するロータとを備え、前記ティースの先端面に径方向外側から擬似スロットが凹設されたブラシレスモータの製造方法であって、ロータマグネットの周方向中心がスロットの周方向中心と一致するときとのトルクと、ロータマグネットの周方向中心が擬似スロットの周方向中心と一致するときのトルクとが同じとなるように、擬似スロットの軸方向から見た開口部面積を設定したことを特徴とするブラシレスモータの製造方法。このようにすると、容易にコギングトルクの小さいブラシレスモータを得ることができる。

（ホ）巻線と、前記巻線が巻装される複数のティースが等角度間隔に放射状に設けられ前記ティース間に前記巻線が収容されるスロットが形成されたコアとを有するステータと、前記ステータの外周面に対向する内周面を有するヨーク及び該ヨークの内周面に固定されたロータマグネットを有するロータとを備え、前記ティースの先端面に径方向外側から擬似スロットが凹設されたブラシレスモータの製造方法であって、前記擬似スロットの軸方向から見た開口部面積（Ｓ１）と前記スロットの軸方向から見た開口部面積（Ｓ２）との面積比（Ｓ１／Ｓ２）のみを順次変更してコギングトルクを測定する測定工程と、その測定結果に基づいて前記擬似スロットの軸方向から見た前記開口部面積（Ｓ１）を設定する設定工程とを備えたことを特徴とするブラシレスモータの製造方法。このようにすると、容易にコギングトルクの小さいブラシレスモータを得ることができる。

本実施形態のブラシレスモータの断面図。 本実施形態のブラシレスモータの断面図及び部分拡大断面図。 本実施形態のブラシレスモータの時間−トルク特性を説明する説明図。 面積比−コギングトルク特性図。 別例のブラシレスモータの部分拡大断面図。 別例のブラシレスモータの部分拡大断面図。

符号の説明

２…ステータ、４…コアとしてのステータコア、４ａ…ティース、４ｂ…スロット、４ｄ，４ｆ，４ｇ…擬似スロット、５…巻線、１０…ロータ、１１…ヨーク、１１ａ…内周面、１２…ロータマグネット、Ｓ１…擬似スロットの軸方向から見た開口部面積、Ｓ２…スロットの軸方向から見た開口部面積。

Claims (4)

1. 巻線が巻装される複数のティースが等角度間隔に放射状に設けられ、前記ティース間に前記巻線が収容されるスロットが形成されたコアであって、
   前記ティースの先端面には径方向外側から擬似スロットが凹設され、
   前記擬似スロットの軸方向から見た開口部面積は、前記スロットの軸方向から見た開口部面積の７０％以上で１１０％未満となるように設定されたことを特徴とするコア。
2. 請求項１に記載のコアにおいて、
   前記擬似スロットの軸方向から見た開口部面積は、前記スロットの軸方向から見た開口部面積の８０％より大きく１００％未満となるように設定されたことを特徴とするコア。
3. 請求項１又は２に記載のコアにおいて、
   前記擬似スロットは、軸方向から見て円弧形状に凹設されたことを特徴とするコア。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコア及び前記巻線を有するステータと、
   前記ステータの外周面に対向する内周面を有するヨーク及び該ヨークの内周面に固定されたロータマグネットを有するロータと
   を備えたことを特徴とするブラシレスモータ。

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