JP2010172063A - アウターロータ型ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクを低下させることを前提とし、ステータコアに流れる磁束量を多く確保することが可能なアウターロータ型ブラシレスモータを提供する。
【解決手段】ステータコア積層体に備わるティース部１０２Ｂの先端部１０２ｂ１には、マグネット１０６に対向する側に、左右両方の円周方向にティース部の中心から機械角８度以上１０度以下の位置に、それぞれ溝幅がα、溝深さがβである第１及び第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３が形成され、隣接するティース部１０２ｂ、１０２ｂの先端部１０２ｂ１、１０２ｂ１の間隔をγ、ステータコア積層体を形成するステータコアの板厚をｔとしたとき、０＜α／γ≦１．１３であり、０．６７≦β／ｔ≦２．０である。
【選択図】図３

Description

この発明は、アウターロータ型ブラシレスモータに関し、特にステータコア積層体に設けられたティース部の先端部に、複数の溝が形成されたアウターロータ型ブラシレスモータに関するものである。

図１０および図１１にアウターロータ型ブラシレスモータの従来技術の一例を示す。図１０および図１１に示すように、アウターロータ型ブラシレスモータ３００は、ステータ３０１と、ステータ３０１を囲む位置に回転自在に配置されたロータ３０４とを備える。

ステータ３０１は、略円環形状に形成された本体部３０２ａと、本体部３０２ａの外周面から半径方向外側に一体に形成された複数のティース部３０２ｂを有するステータステータコア積層体３０２と、ステータコア積層体３０２に設けられた複数のティース部３０２ｂのそれぞれに集中巻きにて巻装された複数の巻線３０３ａから形成されるステータコイル３０２とを有する。

ステータコア積層体３０２は、薄板状の磁性材料からなるステータコア３０２Ａを複数枚積層して形成される。ステータコア３０２Ａは、略円環形状に形成されたコア本体部３０２Ａ１と、コア本体部３０２Ａ１の外周面から半径方向外側に放射状に一体に形成された複数のコアティース部３０２Ａ２とを有する。

一般に、コアティース部３０２Ａ２の径方向の先端には、先端部３０２Ｂがコアティース部３０２Ａ２に一体形成される。先端部３０２Ｂの左右両方の円周方向には半島状に突出する延出部３０２Ｂ１、３０２Ｂ２がそれぞれ形成されており、延出部３０２Ｂ１、３０２Ｂ２は、それぞれ先端に向かうに従い幅が狭くなっている。

ロータ３０４は、円環形状に形成されたロータヨーク３０４ａと、ロータヨーク３０４ａの内周面に取り付けられた複数のマグネット３０４ｂとを有する。ロータヨーク３０４ａは、ステータコア積層体３０２に設けられたティース部３０２ｂに形成された先端部３０２Ｂに対向するとともに、ロータヨーク３０４ａの内周面に取り付けられたマグネット３０４ｂも、ティース部３０２ｂに形成された先端部３０２Ｂに対向する。

図１０および図１１に示すアウターロータ型ブラシレスモータ３００は、コギングトルクを低減させるため、図１２に示すように、偏心形状のマグネット３０４ｂを用いている。マグネット３０４ｂの外周面３０４ｂ１の曲率半径Ｒ１は、ロータヨーク３０４ａの内周面３０４ａ１の半径ｒと略同一となっており、曲率半径Ｒ１の中心Ｏ１は、半径ｒの中心Ｏと略一致する。一方、マグネット３０４ｂの内周面３０４ｂ２の曲率半径Ｒ２は外周面３０４ｂ１の曲率半径Ｒ１よりも大きく設定されており（Ｒ２＞Ｒ１）、曲率半径Ｒ２の中心Ｏ２は、マグネット３０４ｂの外周面３０２ｂ１の曲率半径Ｒ１の中心Ｏ１から、同図において下方に距離δずれた位置となる。

アウターロータ型ブラシレスモータ３００のステータコア積層体３０２に形成された複数のティース部３０２ｂの数は「９」であり、ステータコア積層体３０２は第１から第９のティース（Ｔ１からＴ９）を備える。一方、ロータ３０４に取り付けられた複数のマグネット３０４ｂの数は「６」であり、ロータ３０４は第１から第６のマグネット（Ｍ１からＭ６）を備える。

図１２において、ブラシレスモータ３００の中心Ｏ１から径方向外側に延び、第１のティースＴ１を等分する線を基準線Ｌ１とし、同じくブラシレスモータ３００の中心Ｏ１から径方向に延び、第１のマグネットＭ１を等分する線を基準線Ｌ２とする。そして、ステータ３０１に対し、ロータ３０４が時計方向（ＣＷ）に回転するときの基準線Ｌ１に対する基準線Ｌ２の角度を回転角度θとする。

図１３に示すように、マグネットの数が「６」、ティース部の数が「９」のブラシレスモータ３００では、ロータ３０４が一回転（３６０度）するときの回転角度である「３６０度」を、「６」と「９」の最小公倍数である「１８」で除した角度、すなわち、「２０度」（２０度＝３６０度／１８）が、コギングトルクの一周期となる。

さらに、同図にて示されるように、同心形状のマグネットを用いたブラシレスモータに比べ、偏心形状のマグネット３０４ｂを用いたブラシレスモータ３００では、コギングトルクを小さくすることができる。そして、偏心形状のマグネット３０４ｂを用いたブラシレスモータ３００に生じるコギングトルクの値は、回転角度５度および１５度で極値となり、回転角度５度および１５度でコギングトルクの絶対値が最大となる。なお、ブラシレスモータ３００では、回転角度５度および１５度でコギングトルクの絶対値が大きくなるが、マグネットの形状等により、コギングトルクの絶対値が最大となる回転角度は変化する。

各マグネットと各ティース部との間には様々な方向に流れる多くの磁力線が生じ、各マグネットと各ティース部との間には、これらの磁力線により、相互に近づけられようとする吸引力が生じ、この吸引力は、様々な方向に流れる磁力線の方向に依り、様々な方向に作用する。そして、これらの吸引力のうちロータの接線方向成分の吸引力によりコギングトルクが生じ、このロータの接線方向成分の吸引力の総和にロータ３０４の半径を乗じた値がコギングトルクの値（大きさ）となる。

次に、回転角度０度、５度、１０度および１５度のときにロータ３０４に作用するコギングトルクについて、図１４から１７に基づきそれぞれ説明する。図１４は、回転角度０度（θ＝０度）のときにブラシレスモータ３００に生じるコギングトルクを説明する図である。同図において、ロータに対し接線方向に大きな吸引力を生じさせる磁力線（φ１からφ６）が破線にて示される。なお、図１４から図１７においても図１２と同様に、ブラシレスモータ３００の中心Ｏ１から径方向に延び、第１のティースＴ１を等分する線を基準線Ｌ１とし、同じくブラシレスモータ３００の中心Ｏ１から径方向に延び、第１のマグネットＭ１を等分する線を基準線Ｌ２とする。そして、ステータ３０１に対し、ロータ３０４が時計方向（ＣＷ）に回転するときの基準線Ｌ１に対する基準線Ｌ２の角度を回転角度θとする。

磁力線φ１は、第２のティースＴ２と第１および第２のマグネットＭ１、Ｍ２の間に形成され、磁力線φ２は、第３のティースＴ３と第２および第３のマグネットＭ２、Ｍ３の間に形成され、磁力線φ３は、第５のティースＴ５と第３および第４のマグネットＭ３、Ｍ４の間に形成される。また、磁力線φ４は、第６のティースＴ６と第４および第５のマグネットＭ４、Ｍ５の間に形成され、磁力線φ５は、第８のティースＴ８と第５および第６のマグネットＭ５、Ｍ６の間に形成され、磁力線φ６は、第９のティースＴ９と第１および第６のマグネットＭ１、Ｍ６との間に形成される。

これらの磁力線φ１からφ６のうち、磁力線φ１、φ４およびφ５により、ステータ３０１に対し、ロータ３０４に時計方向（ＣＷ）に作用する吸引力Ｆ１、Ｆ４およびＦ５が生じる。一方、磁力線φ２、φ３およびφ６により、ステータ３０１に対し、ロータ３０４に反時計方向（ＣＣＷ）に作用する吸引力Ｆ２、Ｆ３およびＦ６が生じる。

吸引力Ｆ１、Ｆ４およびＦ５の総和と、吸引力Ｆ１、Ｆ４およびＦ５と逆方向に作用する吸引力Ｆ２，Ｆ３、Ｆ６の総和は略相等しい（Ｆ１＋Ｆ４＋Ｆ５≒Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ６）。そのため、ロータ３０４に作用する接線方向成分の吸引力を総和は「略ゼロ」となり、回転角度０度のとき、ロータ３０４に作用するコギングトルクはほとんど形成されない。

図１５は、回転角度５度（θ＝５度）のときにブラシレスモータ３００に生じるコギングトルクを説明する図である。同図においても、ロータ３０４に対し接線方向に大きな吸引力を生じさせる磁力線（φ７からφ９）が、破線にて示される。

磁力線φ７は、第１および第２のティースＴ、Ｔ２と第１および第２のマグネットＭ１，Ｍ２の間に形成され、磁力線φ８は、第４および第５のティースＴ４、Ｔ５と第３および第４のマグネットＭ３、Ｍ４の間に形成され、磁力線φ９は、第７および第８のティースＴ７、Ｔ８と第５および第６のマグネットＭ５、６の間に形成される。

これらの磁力線（φ７からφ９）により、いずれもステータ３０１に対し、ロータ３０４に時計方向（ＣＷ）に作用する吸引力Ｆ７、Ｆ８およびＦ９が生じる。従って、それらの吸引力（Ｆ７＋Ｆ８＋Ｆ９）の総和がロータ３０４に対し時計方向（ＣＷ）に作用し、この総和にロータ３０４の半径を乗じた値のコギングトルクがロータ３０４に作用する。

図１６は、回転角度１０度（θ＝１０度）のときにブラシレスモータ３００に生じるコギングトルクを説明する図である。回転角度１０度（θ＝１０度）のときは、ロータ３０４に対し接線方向に大きな吸引力を生じさせる磁力線は形成されない。そのため、回転角度１０度（θ＝１０度）のおいては、回転角度０度（θ＝０度）と同様にロータ３０４に作用するコギングトルクはほとんど形成されない。

図１７は、回転角度１５度（θ＝１５度）のときにブラシレスモータ３００に生じるコギングトルクを説明する図である。同図において、ロータ３０４に対し接線方向に大きな吸引力を生じさせる磁力線（φ１０からφ１２）が、破線にて示される。

磁力線φ１０は、第１および第２のティースＴ、Ｔ２と第１および第２のマグネットＭ１，Ｍ２の間に形成され、磁力線φ１１は、第４および第５のティースＴ４、Ｔ５と第３および第４のマグネットＭ３、Ｍ４の間に形成され、磁力線φ１２は、第７および第８のティースＴ７、Ｔ８と第５および第６のマグネットＭ５、６の間に形成される。

これらの磁力線（φ１０からφ１２）により、いずれもステータ３０１に対し、ロータ３０４に反時計方向（CＣＷ）に作用する吸引力Ｆ１０、Ｆ１１およびＦ１２が生じる。従って、それらの吸引力（Ｆ１０＋Ｆ１１＋Ｆ１２）の総和が、ロータ３０４に対し時計方向（ＣＷ）に作用し、この吸引力（Ｆ１０＋Ｆ１１＋Ｆ１２）の総和にロータ３０４の半径ｒを乗じた値のコギングトルクがロータ３０４に作用する。

前記のように、回転角度０度から回転角度２０度を一周期とするブラシレスモータ３００のコギングトルクの値は、図１３、図１５および図１７に示すように、回転角度５度および１５の２つのポイントにおいて、極大または極小となる。すなわち、この２つのポイントにおいてロータ３０４に作用するコギングトルクを減少させることが求められる。なお、ブラシレスモータ３００では、コギングトルクの値が極大または極小となる２つのポイントは、回転角度５度および１５であるが、マグネットの偏心形状の差異等により、前記の２つのポイントの回転角度は変化する。

このように、ブラシレスモータに形成されるコギングトルクを減少させる手段として、ステータコア積層体に設けられたティース部に形成された先端部において、マグネットと対向する側に、ティース部の中心を挟み、左右両側に２つの溝が形成されたものが従来かから提案されている。しかしながら、ティース部に形成された先端部に溝が形成された場合、ティース部に形成された先端部の径方向の幅が削減される。そして、ティース部に形成された先端部の径方向の幅が削減されるため、ティース部に流すことができる磁束量が低減され、それにより、モータの出力特性が低下することが懸念される。

上述のようにティース部に流すことができる磁束量が低減されるのを回避するため、前記の溝がティース部の中心に近い位置、すなわち、延出部の径方向の幅の広い部分の位置に配置されているブラシレスモータが提案されている（特許文献１）。このように、延出部の径方向の幅の広い部分の位置に配置に２つの溝が形成されることにより、ティース部の先端部の径方向の幅は確かに削減されるものの、多くの磁束を流すための磁路がステータコア積層体に確保される。

特開２０００−１５６９５８号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、ステータコアの平面の形状寸法から２次元的に磁束を確保する溝の配置および寸法について検討されており、ステータコアの軸方向の形状寸法をも考慮し、３次元的に磁束を確保する溝の配置および寸法について考慮されていないという課題がある。

そこで、コギングトルクを低下させることを前提とし、ステータコアの平面の形状寸法のみならず、ステータコアの軸方向の形状寸法をも考慮し、３次元的にステータコア積層体に流れる磁束を多く確保することが可能なアウターロータ型ブラシレスモータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明のアウターロータ型ブラシレスモータは、薄板状の磁性材料から形成され、略円環形状に形成されたコア本体部と、前記コア本体部の外周面から半径方向外側に放射状に一体に形成された９個のコアティース部とを有するステータコアを複数枚積層し形成され、略円環形状に形成された本体部と、前記本体部の外周面から半径方向外側に一体に形成された９個のティース部とを有するステータステータコア積層体と、前記ステータコア積層体の前記ティース部のそれぞれに集中巻きにて巻装された９個の巻線から形成されるステータコイルとを有するステータと、円環形状に形成され、前記ティース部の先端部に対向し、前記ステータを囲んで配置されたロータヨークと、前記ロータヨークの内周面に取り付けられ、前記ティース部の先端部に対向し、偏心形状に形成された６個のマグネットとを有し、前記ステータに対し回転自在に配置されたロータとを備えるアウターロータ型ブラシレスモータにおいて、前記ステータコア積層体に備わる前記ティース部の先端部には、前記マグネットに対向する側に、左右両方の円周方向に前記ティース部の中心から機械角８度以上１０度以下の位置に、それぞれ溝幅がα［ｍｍ］、溝深さがβ［ｍｍ］である第１及び第２の溝が形成され、隣接する前記ティース部の先端部の間隔をγ［ｍｍ］、前記ステータコアの板厚をｔ［ｍｍ］としたとき、αとγの関係は、０＜α／γ≦１．１３であり、βとｔの関係は、０．６７≦β／ｔ≦２．０である。

本発明に示すように、偏心形状に形成された６個のマグネットと、９個のティース部から構成されるブラシレスモータにおいて、ステータコア積層体に備わるティース部に形成される先端部において、マグネットに対向する側に、左右両方の円周方向にティース部の中心から機械角８度以上１０度以下の位置に第１および第２の２つの溝を形成することにより、コギングトルクの低下を図ることができる。

前記の第１および第２の溝の溝幅をα［ｍｍ］、溝深さをβ［ｍｍ］とし、隣接するティース部の先端部の間隔をγ［ｍｍ］、ステータコアの板厚をｔ［ｍｍ］としたとき、αとγの関係をα／γ≦１．１３とすることにより、コギングトルクの低下を一層大きくすることができる。さらに、ステータコアの板厚の値も考慮し、βとｔの関係を、０．６７≦β／ｔ≦２．０とすることにより、３次元的にステータコア積層体に流れる磁束を多く確保することが可能となる。

本発明の実施形態におけるブラシレスモータの縦断面図である。 本発明の実施形態におけるブラシレスモータの横断面図である。 本発明の実施形態におけるブラシレスモータの第１および第２の溝の形状、ならびにマグネットの形状を説明する図である。 本発明の実施形態におけるブラシレスモータが、回転角度５度においてコギングトルクが低下することを説明する図である。 本発明の実施形態におけるブラシレスモータが、回転角度１５度においてコギングトルクが低下することを説明する図である。 本発明の実施形態におけるブラシレスモータのコギングトルクが低下することを示す図である。 本発明の実施形態におけるブラシレスモータの板厚ｔに対する溝深さβの比とコギングトルクおよび磁束量との関係を示す図である。 本発明の実施形態におけるブラシレスモータの間隔γに対する溝幅αの比とコギングトルクの位相を示す図である。 本発明の実施形態におけるブラシレスモータの間隔γに対する溝幅αの比とコギングトルクおよび磁束量との関係を示す図である。 従来技術におけるブラスレスモータの縦断面図である。 従来技術におけるブラスレスモータの横断面図である。 従来技術におけるブラスレスモータのマグネットの形状を説明する図である。 従来技術におけるブラスレスモータのコギングトルクを説明する図である。 従来技術におけるブラスレスモータの回転角度０度において生じるコギングトルクを説明する図である。 従来技術におけるブラスレスモータの回転角度５度において生じるコギングトルクを説明する図である。 従来技術におけるブラスレスモータの回転角度１０度において生じるコギングトルクを説明する図である。 従来技術におけるブラスレスモータの回転角度１５度において生じるコギングトルクを説明する図である。

次に、この発明の実施の形態を図１から図３に基づいて説明する。図１は、本実施の形態のアウターロータ型ブラシレスモータの縦断面図であり、図２は、本実施の形態のアウターロータ型ブラシレスモータの横断面図である。また、図３は、本実施の形態のアウターロータ型ブラシレスモータに形成される第１および第２の溝の形状等を説明する図である。

アウターロータ型ブラシレスモータ１００は、ステータ１０１と、ステータ１０１を囲む位置に回転自在に配置されたロータ１０４とを備える。

ステータ１０１は、略円環形状に形成された本体部１０２ａと、本体部１０２ａの外周面から半径方向外側に一体に形成された複数のティース部１０２ｂを有するステータステータコア積層体１０２と、ステータコア積層体１０２に設けられた複数のティース部１０２ｂのそれぞれに集中巻きにて巻装された複数の巻線１０３ａから形成されるステータコイル１０３とを有する。

ステータコア積層体１０２は、薄板状の磁性材料からなるステータコア１０２Ａを複数枚積層して形成され、ステータコア１０２Ａは、積層略円環形状に形成されたコア本体部１０２Ａ１と、コア本体部１０２Ａ１の外周面から半径方向外側に放射状に一体に形成された複数のコアティース部１０２Ａ２とを有する。本実施の形態において、前記のステータコア１０２Ａの板厚ｔは、０．６［ｍｍ］に設定される。なお、板厚ｔは、０．６［ｍｍ］に限定されないことは言うまでもなく、０．５［ｍｍ］以上１．０［ｍｍ］以下であればよい。また、本実施の形態において、ティース部１０２ｂの数は「９個」に設定されている。

ティース部１０２ｂの径方向の先には、先端部１０２ｂ１がティース部１０２ｂに一体形成される。先端部１０２ｂ１の左右両方の円周方向には半島状に突出する第１および第２の延出部１０２Ｂ、１０２Ｃがそれぞれ形成されており、第１および第２の延出部１０Ｂ、１０２Ｃは、その先端に向かうに従い幅が狭くなっている。

ロータ１０４は、ロータ本体１０５と、複数のマグネット１０６とを備える。ロータ本体１０５は、円環形状に形成され、ティース部１０２ｂに形成された先端部１０２ｂ１に対向し配置されたロータヨーク１０５ａと、ロータヨーク１０５ａの一方の端部１０５ａ１に一体形成され、薄肉のテーパ形状の傾斜部１０５ｂと、傾斜部１０５ｂの端部１０５ｂ１に一体形成された薄肉の円盤形状の円盤部１０５ｃとを有する。複数のマグネット１０６は、ロータヨーク１０５ａの内周面に取り付けられ、マグネット３０４ｂは、ステータコア積層体３０２に設けられたティース部３０２ｂに形成された先端部３０２ｂに対向する位置に配置される。

アウターロータ型ブラシレスモータ１００は、ブラケット１０７を備え、ブラケット１０７は、円盤形状のブラケット本体部１０７ａと、ブラケット本体部１０７ａの中央に一体形成される円筒部１０７ｂとを有する。そして、ステータコア積層体１０２の内周面１０２ｅと円筒部１０７ｂの外周面１０７ｂ１とが勘合固定されることにより、ステータ１０１は、ブラケット１０７に取り付けられる。

軸受け１１０、１１１は円筒部１０７ｂの内側に配置される。そして、円筒部１０７ｂの端部１０７ｂ３の内壁にリング形状にて一体形成される突出部１０７ｂ４に、軸受け１１０が当接配されるととともに、軸受け１１０、１１１の間には円環形状のスーペーサ１１２が配置されている。そして、軸受け１１０、１１１を突出部１０７ｂ４と挟み込むように、円盤形状のプレート１１３がハウジング１０７にネジ１１４で固定され、これらにより軸受け１１０、１１１は、ハウジング１０７に取り付けられる。

回転軸１０８は、軸受け１１０、１１１の内輪１１０ａ、１１１ａに圧入固定される。そして、ロータ本体１０５に形成された円盤部１０５ｃは、回転軸１０８の端部１０８ａに勘合部材１０９を介して取り付けられ、これによりロータ１０４は回転軸１０８に固定される。

次に、ティース部１０２ｂに形成された先端部１０２ｂ１の形状およびマグネット１０６の形状につき、図３に基づきそれぞれ詳細に説明する。上記したように先端部１０２ｂ１には、左右両方の円周方向に向け半島状に突出する第１および第２の延出部１０２Ｂ、１０２Ｃがそれぞれ形成されている。そして、第１および第２の延出部１０２Ｂ、１０２Ｃには、マグネット１０６に対向する側に、それぞれ第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３が形成されている。

ステータ１０１の中心（ロータヨーク１０５ａの中心）Ｏから径方向外側に延び、ティース部１０２ｂを等分する線（ティース部の中心）、すなわち、ティース部１０２ｂの中心線Ｌａを基準としたとき、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３が形成される位置は、中心線Ｌａから左右両方向に機械角１０度（ξ＝１０度）の位置とされる。つまり、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３の中心が中心線Ｌａから左右両方向に機械角１０度（ξ＝１０度）の位置となる。なお、機械角１０度（ξ＝１０度）に限定されず、８度以上１０度以下であればよい（８度≦ξ≦１０度）。

第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３の溝幅αは、０［ｍｍ］を超え３．３９［ｍｍ］以下（０＜α≦３．３９）に設定されており、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３の溝深さβは、０．４０２［ｍｍ］以上１．２［ｍｍ］以下（０．４０２≦β≦１．２）に設定されている。または、隣接するティース部１０２ｂ、１０２ｂの先端部１０２ｂ１、１０２ｂ１の間隔γは、３［ｍｍ］に設定されている。さらに、上記に示すようにステータコア１０２Ａの板厚ｔは、０．６［ｍｍ］に設定されている。

そのため、本実施の形態においては、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３の溝幅αと隣接するティース部１０２ｂ、１０２ｂの先端部１０２ｂ１、１０２ｂ１の間隔γの関係は、０＜α／γ≦１．１３であり、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３の溝深さβとステータコア１０２Ａの板厚ｔの関係は、０．６７≦β／ｔ≦２．０に設定される。なお、間隔γは、３［ｍｍ］に限定されないことは言うまでもなく、２［ｍｍ］以上５［ｍｍ］以下であればよく、溝幅αは、０［ｍｍ］を超え３．３９［ｍｍ］以下（０＜α≦３．３９）に限定されず、０＜α／γ≦１．１３を満たす値であればよい。さらに、溝深さβは、０．４０２［ｍｍ］以上１．２［ｍｍ］以下（０．４０２≦β≦１．２）に限定されず、０．６７≦β／ｔ≦２．０を満たす値であればよい。

次に、本実施の形態の偏心形状に形成されたマグネット１０６の形状について説明する。マグネット１０６の外周面１０６ａの曲率半径Ｒ１は、ロータヨーク１０５ａの内周面１０５ａ１の半径ｒと略同一であり（Ｒ１≒ｒ）、本実施の形態では、略８０［ｍｍ］である。また、曲率半径Ｒ１の中心Ｏ１は、ロータヨーク１０５ａの中心（ステータ１０１の中心）Ｏと略一致する。

マグネット１０６の内周面１０６ｂの曲率半径Ｒ２は、略●●［ｍｍ］である。また、曲率半径Ｒ１の中心Ｏ１と曲率半径Ｒ２の中心Ｏ２との間の距離δは、マグネット１０６を円周方向に等分する基準線Ｌｂ上、略▲▲［ｍｍ］である。本実施の形態では、曲率半径Ｒ１に対する曲率半径Ｒ２は、▲▲／８０（＝Ｒ２／Ｒ１）であり、曲率半径Ｒ１に対する距離δの比の比は、▲▲／８０（＝δ／Ｒ１）である。しかしながら、これらの値に限定されないことは言うまでもなく、曲率半径Ｒ１に対する曲率半径Ｒ２の比は、○○≦Ｒ２／Ｒ１≦□□であればよく、曲率半径Ｒ１に対する距離δの比は、○○≦δ／Ｒ１≦□□であればよい。

次に、図４から図９に基づき、本実施の形態のブラシレスモータ１００の作用効果につついて説明する。

図４および図５は、本実施の形態のブラシレスモータ１００において、コギングトルクが低下されるメカニズムを説明する図である。図４および図５において、ブラシレスモータ１００の中心Ｏから径方向外側に延び、第１のティースＴ１を等分する線を基準線Ｌ１とし、同じくブラシレスモータ１００の中心Ｏから径方向外側に延び、第１のマグネットＭ１を等分する線を基準線Ｌ２とする。

図４において、ロータ１０４に対し接線方向に大きな吸引力を生じさせる磁力線（φ１ａからφ１ｃ、φ２ａからφ２ｃ）が破線にて示され、図５において、ロータ１０４に対し接線方向に大きな吸引力を生じさせる磁力線（φ３ａからφ３ｃ、φ４ａからφ４ｃ）が破線にて示される。

ステータ１０１に対し、ロータ１０４が時計方向（ＣＷ）に回転するときの基準線Ｌ１に対する基準線Ｌ２の角度を回転角度θとする。そして、図４は、基準線Ｌ１とＬ２が重なった状態からロータ１０４が時計方向（ＣＷ）に回転角度５度（θ＝５度）回転した状態のブラシレスモータ１００を示し、図５は、基準線Ｌ１とＬ２が重なった状態からロータ１０４が時計方向（ＣＷ）に回転角度１５度（θ＝１５度）回転した状態のブラシレスモータ１００を示す。

ブラシレスモータ１００も、図１０から図１２に従来技術として例示したブラシレスモータ３００と同様に、マグネットの数が「６」、ティース部の数が「９」である。そのため、回転角度２０度（θ＝２０度）がコギングトルクの一周期となる。そして、ティース部１０２ｂに一体形成された先端部１０２ｂ１に第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３が形成されていない状態においては、図１０から図１２に従来技術として例示したブラシレスモータ３００と同様に、ブラシレスモータ１００も、回転角度５度および１５度（θ＝５度、θ＝１５度）の２つのポイントにおいて、コギングトルクの値が極大または極小となる。なお、図４および図５において、ロータ１０４に対し時計方向（ＣＷ）に作用するコギングトルクの値を「正」とする。

まず、図４に基づきロータ１０４が回転角度５度（θ＝５度）回転した状態のブラシレスモータ１００について説明する。図１５に示す状態のブラシレスモータ３００のロータ３０４に時計方向に作用する吸引力（Ｆ７、Ｆ８、Ｆ９）と同様に、図４に示す状態のブラシレスモータ１００のロータ１０４にも、時計方向に吸引力（Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃ）が作用する。以下、吸引力（Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃ）の形成につき説明する。

ロータ１０４が時計方向（ＣＷ）に回転角度５度（θ＝５度）回転すると、第１および第２のティースＴ１、Ｔ２間の中央と、ブラシレスモータ１００の中心Ｏを結ぶ基準線Ｌｓに対し、第１および第２のマグネットＭ１、Ｍ２間の中央と、ブラシレスモータ１００の中心Ｏを結ぶ基準線Ｌｍ１は、反時計方向に「５度」ずれる。そのため、第１および第２のマグネットＭ１、Ｍ２と第１および第２のティースＴ１、Ｔ２との間には、ロータ１０４に対し接線方向に大きな吸引力を生じさせる磁力線φ１ａが形成される。そして、磁力線φ１ａによりロータ１０４には、ロータ１０４を時計方向（ＣＷ）に回転させる吸引力Ｆ１ａが作用する。上記の吸引力Ｆ１ａと同様に、磁力線φ１ｂ、φ１ｃにより、ロータ１０４には、ロータ１０４を時計方向（ＣＷ）に回転させる吸引力Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃが作用する。

上述したロータ１０４を時計方向（ＣＷ）に回転させる吸引力（Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃ）に対し、本実施の形態のブラシレスモータ１００では、ロータ１０４を反時計方向（ＣＣＷ）に回転させる吸引力（Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ、Ｆ２ｃ）がロータ１０４に作用する。以下、吸引力（Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ、Ｆ２ｃ）の形成につき説明する。

図３に示すように、第１および第２の延出部１０２Ｂ、１０２Ｃには、マグネット１０６に対向する側に、それぞれ第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３が形成されている。そして、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３が形成される位置は、ティース部１０２ｂの中心である中心線Ｌａから機械角１０度（ξ＝１０度）の位置に第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３の中心が配置される位置となっている。

そのため、図４においては、第３のティースＴ３に形成された第１の溝１０２ｂ２の中心とブラシレスモータ１００の中心Ｏを結ぶ基準線Ｌｈ１に対し、第２および第３のマグネットＭ２、Ｍ３間の中央とブラシレスモータ１００の中心Ｏを結ぶ基準線Ｌｍ２は、時計方向（ＣＷ）に「５度」ずれる。そのため、第２および第３のマグネットＭ２、Ｍ３と第３のティースＴ３との間には、ロータ１０４に対し接線方向に大きな吸引力を生じさせる磁力線φ２ａが形成され、磁力線φ２ａによりロータ１０４には、ロータ１０４を反時計方向（ＣＣＷ）に回転させる吸引力Ｆ２ａが作用する。上記の吸引力Ｆ２ａと同様に、磁力線φ２ｂ、φ２ｃにより、ロータ１０４には、ロータ１０４を反時計方向（ＣＣＷ）に回転させる吸引力Ｆ２ｂ、Ｆ２ｃが作用する。

上記のように、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３がティース部１０２ｂに形成されることにより、ロータ１０４を時計方向（ＣＣＷ）に回転させる吸引力（Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃ）とともに、ロータ１０４を反時計方向（ＣＣＷ）に回転させる吸引力（Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ、Ｆ３ｃ）がロータ１０４に作用する。その結果、図６に示すように第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３がティース部１０２ｂに形成されないときのコギングトルクの値Ｔ１（Ｔ１≒（Ｆ１ａ＋Ｆ１ｂ＋Ｆ１ｃ）×ｒ）に対し、第１および第２の溝１０２ｂ１、１０２ｂ２がティース部１０２ｂに形成されることにより、ロータ１０４に作用するコギングトルクの絶対値は減少する。そして減少されたコギングトルクの値Ｔ２は、Ｔ２≒Ｔ１−（Ｆ２ａ＋Ｆ２ｂ＋Ｆ２ｃ）×ｒとなる。

次に、図５に基づきロータ１０４が回転角度１５度（θ＝１５度）回転した状態のブラシレスモータ１００について説明する。図１７に示す状態のブラシレスモータ３００のロータ３０４に反時計方向に作用する吸引力（Ｆ１０、Ｆ１１、Ｆ１２）と同様に、図４に示す状態のブラシレスモータ１００のロータ１０４にも、反時計方向に吸引力（Ｆ３ａ、Ｆ３ｂ、Ｆ３ｃ）が作用する。以下、吸引力（Ｆ３ａ、Ｆ３ｂ、Ｆ３ｃ）の形成について説明する。

ロータ１０４が時計方向（ＣＷ）に回転角度１５度（θ＝１５度）回転すると、第１および第２のティースＴ１、Ｔ２間の中央とブラシレスモータ１００の中心Ｏを結ぶ基準線Ｌｓに対し、第１および第２のマグネットＭ１、Ｍ２間の中央とブラシレスモータ１００の中心Ｏを結ぶ基準線Ｌｍ１は、時計方向に「５度」ずれる。そのため、第１および第２のマグネットＭ１、Ｍ２と第１および第２のティースＴ１、Ｔ２との間には、ロータ１０４に対し接線方向に大きな吸引力を生じさせる磁力線φ３ａが形成され、磁力線φ３ａによりロータ１０４には、ロータ１０４を反時計方向（ＣＣＷ）に回転させる吸引力Ｆ３ａが作用する。吸引力Ｆ３ａと同様に、磁力線φ３ｂ、φ３ｃにより、ロータ１０４には、ロータ１０４を反時計方向（ＣＣＷ）に回転させる吸引力Ｆ３ｂ、Ｆ３ｃが作用する。

前記のロータ１０４を反時計方向（ＣＣＷ）に回転させる吸引力（Ｆ３ａ、Ｆ３ｂ、Ｆ３ｃ）に対し、本実施の形態のブラシレスモータ１００では、ロータ１０４を時計方向（ＣＷ）に回転させる吸引力（Ｆ４ａ、Ｆ４ｂ、Ｆ４ｃ）がロータ１０４に作用する。以下、吸引力（Ｆ４ａ、Ｆ４ｂ、Ｆ４ｃ）の形成につき説明する。

図５においては、第３のティースＴ３に形成された第２の溝１０２ｂ３の中心とブラシレスモータ１００の中心Ｏを結ぶ基準線Ｌｈ２に対し、第２および第３のマグネットＭ２、Ｍ３間の中央とブラシレスモータ１００の中心Ｏを結ぶ基準線Ｌｍ２は、反時計方向に「５度」ずれる。そのため、第２および第３のマグネットＭ２、Ｍ３と第３のティースＴ３との間には、ロータ１０４に対し接線方向に大きな吸引力を生じさせる磁力線φ４ａが形成され、磁力線φ４ａによりロータ１０４には、ロータ１０４を時計方向（ＣＷ）に回転させる吸引力Ｆ４ａが作用する。吸引力Ｆ４ａと同様に、磁力線φ４ｂ、φ４ｃにより、ロータ１０４には、ロータ１０４を時計方向（ＣＷ）に回転させる吸引力Ｆ４ｂ、Ｆ４ｃが作用する。

上記のように、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３がティース部１０２ｂに形成されることにより、ロータ１０４を反時計方向（ＣＣＷ）に回転させる吸引力（Ｆ３ａ、Ｆ３ｂ、Ｆ３ｃ）に対し、ロータ１０４を時計方向（ＣＷ）に回転させる吸引力（Ｆ４ａ、Ｆ４ｂ、Ｆ４ｃ）がロータ１０４に作用する。その結果、図６に示すように、第１および第２の溝１０２ｂ１、１０２ｂ２がティース部１０２ｂに形成されないときのコギングトルクの値Ｔ３（Ｔ３≒−（Ｆ３ａ＋Ｆ３ｂ＋Ｆ３ｃ）×ｒ）に対し、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３がティース部１０２ｂに形成されることにより、ロータ１０４に作用するコギングトルクの値の絶対値は減少する。そして減少されたコギングトルクの値Ｔ４は、Ｔ４≒−Ｔ３＋（Ｆ４ａ＋Ｆ４ｂ＋Ｆ４ｃ）×ｒとなる。

次に、図７に基づきステータコア１０２Ａの板厚ｔに対する第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３の溝深さβの比と、ロータ１０４に作用するコギングトルクおよびステータコア積層体１０２に流れる磁束量との関係について説明する。図７は、横軸に板厚ｔに対する溝深さβの比（β／ｔ）が示され、縦軸にコギングトルクおよび磁束量が示される。

本実施の形態のブラシレスモータ１００においては、板厚ｔに対する溝深さβの比は、０．６７以上２．０以下に設定されている（０．６７≦β／ｔ≦２．０９）。そして、板厚ｔに対する溝深さβの比が０．６７以上２．０以下のときにおいては、コギングトルクの値を低くすることができる。その一方で、板厚ｔに対する溝深さβの比が２．０を超えると、磁束量が大幅に減少してしまいモータ性能の低下が著しく減少するおそれがある。

そのため、板厚ｔに対する溝深さβの比が、０．６７以上２．０以下（０．６７≦β／ｔ≦２．０９）に設定されることにより、モータ性能をある値以上に確保するとともに、コギングトルクの値を低くすることができる。なお、板厚ｔに対する溝深さβの比は、０．６７以上２．０以下（０．６７≦β／ｔ≦２．０９）に限定されず、望ましくは１．０以上１．５以下（１．０≦β／ｔ≦１．５）であってもよい。このように、ステータコア１０２Ａの厚さｔを考慮した設計とすることで、ステータコアの平面の形状寸法のみならず、ステータコアの軸方向の形状寸法をも考慮し、３次元的にステータコア積層体に流れる磁束を多く確保することが可能なアウターロータ型ブラシレスモータ１００が実現される。

次に、図８および図９に基づき、隣接するティース部１０２ｂ、１０２ｂの先端部１０２ｂ１、１０２ｂ１の間隔γに対する第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３の溝幅αの比の設定について説明する。

例えば図４に示すように、ブラシレスモータ１００に作用するコギングトルクを減少するためには、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３が形成されたことにより生じる吸引力（Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ、Ｆ２ｃ）の大きさを、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３の有無にかかわらず生じる吸引力（Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃ）の大きさに徐々に近づける必要がある。
第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３が形成されたことにより生じる吸引力（Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ、Ｆ２ｃ）の大きさが、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３の有無にかかわらず生じる吸引力（Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃ）の大きさよりも過大となると、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３の有無にかかわらず生じる吸引力（Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃ）により生じるコギングトルクと逆方向に作用するコギングトルク、すなわち位相の反転したコギングトルクが形成されてしまう。

本実施の形態では、間隔γに対する溝幅αの比を、０を超え１．１３以下（０＜α／γ≦１．１３）に設定されている。図８に示すように間隔γに対する溝幅αの比が、１．１３を超えると、上記のように、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３が形成されたことにより生じる吸引力（Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ、Ｆ２ｃ）の大きさが、第１および第２の溝１０２ｂ２、１０２ｂ３の有無にかかわらず生じる吸引力（Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃ）の大きさよりも過大となり、位相の反転したコギングトルクが形成されてします。そして、図９に示すように、間隔γに対する溝幅αの比が、１．１３を超えるにしたがいコギングトルクの値が大きくなってしまう。

また、間隔γに対する溝幅αの比が大きくなるにつれて、ティース部１０２ｂ等に流れる磁束量の大きさも次第に減少してしまう。従って、間隔γに対する溝幅αの比を、０を超え１．１３以下（０＜α／γ≦１．１３）に設定することにより、磁束量を確保し、モータ性能をある値以上に維持しつつ、コギングトルクの低下を図ることが可能となる。

以上のように、前記の第１および第２の溝の溝幅をα［ｍｍ］、溝深さをβ［ｍｍ］とし、隣接するティース部の先端部の間隔をγ［ｍｍ］、ステータコアの板厚をｔ［ｍｍ］としたとき、αとγの関係をα／γ≦１．１３とすることにより、コギングトルクの低下を一層大きくすることができる。さらに、ステータコアの板厚の値も考慮し、βとｔの関係を、０．６７≦β／ｔ≦２．０とすることにより、３次元的にステータコア積層体に流れる磁束を多く確保することが可能となる。

１００ アウターロータ型ブラスレスモータ
１０１ ステータ
１０２ ステータコア積層体
１０２Ａ ステータコア
１０２Ａ１ コア本体部
１０２Ａ２ コアティース部
１０２ａ 本体部
１０２ｂ ティース部
１０２ｂ１ 先端部
１０２ｂ２ 第１の溝
１０２ｂ３ 第２の溝
１０２Ｂ 第１の延出部
１０２Ｃ 第２の延出部
１０２ｃ インシュレータ
１０３ ステータコイル
１０３ａ 巻線
１０４ ロータ
１０５ ロータ本体
１０５ａ ロータヨーク
１０５ａ１ 内周面
１０５ｂ 傾斜部
１０５ｃ 円盤部
１０６ マグネット
１０６ａ 外周面
１０６ｂ内周面
１０７ ブラケット
１０７ａ ブラケット本体部
１０７ｂ 円筒部
１０８ 回転軸
１０９ 勘合部材
１１０ 軸受け
１１１ 軸受け
１１２ スペーサ
１１３ プレート
３００ アウターロータ型ブラシレスモータ
３０１ ステータ
３０２ ステータコア積層体
３０２Ａ ステータコア
３０２Ａ１ コア本体部
３０２Ａ２ コアティース部
３０２Ｂ 先端部
３０２Ｂ１ 延出部
３０２Ｂ２ 延出部
３０２ａ 本体部
３０２ｂ ティース部
３０３ ステータコイル
３０３ａ 巻線
３０４ ロータ
３０４ａ ロータヨーク
３０４ｂ マグネット

Claims (1)

1. 薄板状の磁性材料から形成され、略円環形状に形成されたコア本体部と、前記コア本体部の外周面から半径方向外側に放射状に一体に形成された９個のコアティース部とを有するステータコアを複数枚積層し形成され、略円環形状に形成された本体部と、前記本体部の外周面から半径方向外側に一体に形成された９個のティース部とを有するステータステータコア積層体と、前記ステータコア積層体の前記ティース部のそれぞれに集中巻きにて巻装された９個の巻線から形成されるステータコイルとを有するステータと、
   円環形状に形成され、前記ティース部の先端部に対向し、前記ステータを囲んで配置されたロータヨークと、前記ロータヨークの内周面に取り付けられ、前記ティース部の先端部に対向し、偏心形状に形成された６個のマグネットとを有し、前記ステータに対し回転自在に配置されたロータとを備えるアウターロータ型ブラシレスモータにおいて、
   前記ステータコア積層体に備わる前記ティース部の先端部には、前記マグネットに対向する側に、左右両方の円周方向に前記ティース部の中心から機械角８度以上１０度以下の位置に、それぞれ溝幅がα［ｍｍ］、溝深さがβ［ｍｍ］である第１及び第２の溝が形成され、
   隣接する前記ティース部の先端部の間隔をγ［ｍｍ］、前記ステータコアの板厚をｔ［ｍｍ］としたとき、αとγの関係は、０＜α／γ≦１．１３であり、βとｔの関係は、０．６７≦β／ｔ≦２．０であることを特徴とするアウターロータ型ブラシレスモータ。

Images