JP2013201865A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ及びステータ両方にマグネットを配置したアキシャルギャップのバーニアモータ型ブラシレスモータにおいて、低速回転大トルクを維持しつつ薄型化されたブラシレスモータを提供することにある。
【解決手段】ロータコア１０に形成した径方向に延びるロータ側スロット１２にロータ側マグネット１４を配置するとともに、ステータコア２０に形成した径方向に延びるステータ側スロット２４にステータ側マグネット２７を配置して軸方向に大きな磁束が発生できるようにした。そして、ロータ側マグネット１４の表面１４ａと疑似突極１３の表面１３ａを面一にしたロータコア１０の下面１０ｂと、ステータ側マグネット２７の表面２７ａとティース２５の表面２５ａと面一にしたステータコア２０の上面２０ｂを、平行に対向配置した。これにより、薄型で低速回転大トルクのアキシャルギャップ型のブラシレスモータを実現できる。
【選択図】図６

Description

本発明は、ブラシレスモータに関するものである。

ブラシレスモータの種類には、例えば特許文献１に示すように、ステータコアの各ティース間（スロット）に配置されたステータ側マグネットを有するステータと、ロータコアの周方向に複数形成されるスロットにそれぞれ配置されるロータ側マグネットを有するロータとから構成される、所謂埋め込みＰＭ型バーニアモータがある。

このようなブラシレスモータは、低速大トルクが得られ、コギングトルクの抑制の点で有利なモータである。

特開平３−２７０６６５号公報

しかしながら、上記のような、バーニアモータにおいて、モータを軸方向に薄型化を行うとマグネットの長さが短くなってしまい、低速回転大トルクが得られない虞があった、
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、ロータ及びステータ両方にマグネットを配置したアキシャルギャップのバーニアモータ型のブラシレスモータにおいて、低速回転大トルクを維持しつつ薄型化された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、軸方向に延出形成された複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに巻回された巻線と、前記各ティース間に形成されるステータ側スロットに配置された一方の極性が軸方向に向くステータ側マグネットとを有するステータと、ロータコアの周方向に複数形成されたロータ側スロットに配置され前記一方の極性とは異なる他方の極性が軸方向に向くロータ側マグネットを有するロータとを備え、前記ロータ側スロットの数をＲ、前記ステータ側スロットの数をＳ、前記巻線の極対数をＰとした時、Ｒ＝Ｓ±Ｐとなるように設定されるものであって、前記ステータと前記ロータは、軸方向に対向するアキシャルギャップ型ブラシレスモータであって、前記ロータ側マグネットは、径方向に延出する形状で、前記スロット両側の突起の先端面と同一平面を形成し、前記ステータ側マグネットは、径方向に延出する形状で、周方向に隣接するティースと固定され、かつ前記ティースの先端面と同一平面を形成するブラシレスモータ。

請求項１に記載の発明によれば、ロータ側マグネットとステータ側マグネットが共に径方向に延出されることで、軸方向に大きな磁束量が確保でき、低速回転大トルクを得ながら、モータの薄型化を実現することができる。また、ロータ側マグネットは突起先端と、そして、ステータ側マグネットは隣接するティースと、それぞれ同一平面にすることで、ステータとロータは、その軸方向に対向する面が平面であって平行に対向することになりマグネットの磁束を効率的に活用でき、さらに高出力を得ることができる。

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、前記ステータ側マグネットと前記ロータ側マグネットのうち、少なくとも一方が希土類磁石である。
請求項２に記載の発明によれば、マグネットに磁束密度の高い希土類磁石を使用することで、同じ体格で従来のモータより大きな出力を実現することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のブラシレスモータにおいて、前記ステータ側マグネットと前記ロータ側マグネットのうち、どちらか一方はフェライト磁石であり、他方が希土類磁石である。

請求項３に記載の発明によれば、どちらか一方のマグネットに安価なフェライト磁石を使用することがら、安価なモータを実現できる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載のブラシレスモータにおいて、前記ステータ側マグネットは、前記ロータ側マグネットより磁束密度が低いマグネットである。

請求項４に記載の発明によれば、ステータ側はティースに巻回した巻線による磁束も加わるため、ステータ側マグネットの磁束が低下していても、ロータ側マグネットとの磁気バランスのよいモータが得られる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータ側マグネットは希土類磁石であり、ステータ側マグネットはフェライト磁石である。
請求項５に記載の発明によれば、磁気バランスのよい安価なモータを実現できる。

本発明によれば、低速回転大トルクを維持しつつ薄型化されたアキシャルギャップ型のブラシレスモータを実現できる。

実施形態のブラシレスモータの斜視図。 同形態のブラシレスモータの断面図。 同形態のロータとステータの斜視図。 同形態のステータ側から見たロータの斜視図。 同形態のロータ側から見たステータの斜視図。 同形態のロータとステータの要部切欠拡大斜視図。 同形態のロータとステータの要部切欠拡大断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図７に従って説明する。
図１に示すように、ブラシレスモータ１は、アキシャルギャップ型のブラシレスモータであって、有蓋円筒状のヨーク２を有し、図２に示すように、そのヨーク２の蓋部２ａの中心位置には、回転軸３が貫通固着されている。ヨーク２の蓋部２ａの内側面２ｂには、ロータ４が固着され、そのロータ４の下側には、円形状の固定板５に固設されたステータ６が配置固定されている。ここで、固定板５は、その中央部に形成した軸受部５ａにて回転軸３を回転可能かつ軸方向に移動不能に支持している。

ロータ４は、図３、図４に示すように、円板状のロータコア１０を有し、そのロータコア１０は、その中央部には円形状の貫通穴１１が貫通形成されている。ロータコア１０の上面１０ａは、ヨーク２の蓋部２ａの内側面２ｂに固着され、回転軸３と一体回転する。

図３に示すように、ステータ６に対向するロータコア１０の下面１０ｂには、径方向に沿って形成され、かつ、周方向に等ピッチ配置される複数のロータ側スロット１２が、軸方向反ステータ側に向かって凹設されている。本実施形態では、ロータ側スロット１２の数Ｒは４０個であって、その４０個のロータ側スロット１２は同形状であって、等ピッチで延出形成されている。

そして、複数のロータ側スロット１２を形成することによって、ロータ側スロット１２とロータ側スロット１２の間に、疑似突極１３が形成される。従って、疑似突極１３の数はロータ側スロット１２と同じ４０個である。なお、ロータ側スロット１２と疑似突極１３の周方向の幅は、同じになるように形成されている。

各ロータ側スロット１２には、ロータ側マグネット１４がそれぞれ嵌着されている。各ロータ側マグネット１４は、ロータ側スロット１２の内側面に対して接着剤にて固着されている。

各ロータ側マグネット１４の軸方向ステータ側の面（表面１４ａ）は、各疑似突極１３の軸方向ステータ側の面（表面１３ａ）と面一に形成されている。即ち、ロータコア１０の軸方向ステータ側の下面１０ｂは、ロータ側マグネット１４の表面１４ａと疑似突極１３表面１３ａとが周方向に交互に形成された平面となっている。

ロータ側マグネット１４は、本実施形態では、磁束密度の高いネオジム磁石（希土類磁石）で形成されている。そして、各ロータ側マグネット１４の着磁方向は、軸方向ステータ側がＳ極、軸方向反ステータ側がＮ極となるように着磁している。従って、ロータコア１０の下面１０ｂには、ロータ側マグネット１４の磁極（Ｓ極）と疑似突極１３の磁極（Ｎ極）が周方向に交互に形成されることになる。

ロータ４の下側に相対向するように配置されたステータ６は、ロータコア１０と同径の円板状のステータコア２０を有し、そのステータコア２０は、その中央部にロータコア１０に形成した貫通穴１１と同径の円形状の貫通穴２１が貫通形成されている。ステータコア２０の軸方向の下面２０ａは、回転軸３を回転可能かつ軸方向に移動不能に支持している軸受部５ａを有する固定板５の上面に固着されている。また、ステータコア２０は、その内周面に内側収容凹部２２が全周に亘って形成されているとともに、外周面に外側収容凹部２３が全周に亘って形成されている。

図５〜図７に示すように、ロータコア１０の下面１０ｂと相対向するステータコア２０の上面２０ｂには、径方向に沿って形成され、かつ、周方向に等ピッチ配置される複数のステータ側スロット２４が、軸方向反ロータ側に向かって凹設されている。そして、本実施形態では、ステータ側スロット２４の数Ｓは４８個であって、その４８個のステータ側スロット２４は同形状であって、等ピッチで延出形成されている。

そして、複数のステータ側スロット２４を形成することによって、ステータ側スロット２４とステータ側スロット２４の間に、ティース２５が形成される。従って、ティース２５の数はステータ側スロット２４と同じ４８個である。なお、ステータ側スロット２４とティース２５の周方向の幅は、同じになるように形成されている。

４８個のティース２５には、周方向に３相巻線、即ち、Ｕ相巻線２６ａ、Ｖ相巻線２６ｂ、Ｗ相巻線２６ｃが順番に巻回されている。そして、本実施形態のステータコア２０に巻回される各相巻線２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、全節巻・分布巻であって、周方向にＵ相巻線２６ａ、Ｖ相巻線２６ｂ、Ｗ相巻線２６ｃが、３個のティース２５を１組とし順番に、１個のティース２５ずつずらして巻回されている。この時、全節巻・分布巻で巻回される各相巻線２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、それぞれ１つのステータ側スロット２４において、隣り合う同相の巻線が巻回される。なお、各相巻線２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、径方向内側の端部が内側収容凹部２２内に収容されるとともに、径方向外側の端部が外側収容凹部２３内に収容されている。

そして、ステータコア２０に巻回される３相巻線の極対数Ｐは８個となる。
各相の巻線２６ａ，２６ｂ，２６ｃを巻回したティース２５とティース２５の間（各ステータ側スロット２４）には、ステータ側マグネット２７が、巻線２６ａ，２６ｂ，２６ｃをステータ側スロット２４内に閉塞するように嵌着固定されている。

各ステータ側マグネット２７の軸方向ロータ側の面（表面２７ａ）は、各ティース２５の軸方向ロータ側の面（表面２５ａ）と面一に形成されている。即ち、ステータコア２０の軸方向ロータ側の上面２０ｂは、ステータ側マグネット２７の表面２７ａとティース２５の表面２５ａが周方向に交互に形成された平面となっている。

ステータ側マグネット２７は、本実施形態では、ネオジム磁石より磁束密度が低いフェライト磁石で形成されている。そして、各ステータ側マグネット２７の着磁方向は、軸方向ロータ側がＮ極、軸方向反ロータ側がＳ極となるように着磁している。

ちなみに、本実施形態のブラシレスモータ１は、ロータ４に形成されたロータ側スロット１２の数Ｒが４０個、ステータ６に形成されたステータ側スロット２４の数Ｓが４８個、巻線２６ａ，２６ｂ，２６ｃの極対数Ｐが８個となる。

つまり、本実施形態のブラシレスモータ１は、ロータ側スロット１２の数Ｒ、ステータ側スロット２４の数Ｓ、ティース２５に巻回される巻線２６ａ，２６ｂ，２６ｃの極対数Ｐとの間で、以下の関係式が成立することから、所謂、バーニア型のモータである。

Ｒ＝Ｓ±Ｐ
しかも、本実施形態のブラシレスモータ１は、ロータコア１０とステータコア２０が軸方向に相対向していることから、アキシャルギャップ型のバーニアモータとなる。

次に、上記のように構成したブラシレスモータ１の作用を説明する。
ブラシレスモータ１は、ロータコア１０に設けたロータ側スロット１２の数Ｒを４０個、ステータコア２０に設けたステータ側スロット２４の数Ｓを４８個、ティース２５に巻回した巻線の極対数Ｐを８個としたことから、バーニアモータとなる。従って、ブラシレスモータ１は、低速回転大トルクを実現できる。

しかも、ロータ側スロット１２は、ステータ６に対向するロータコア１０の下面１０ｂに径方向に沿って形成され、かつ軸方向反ステータ側に向かって凹設した。また、ステータ側スロット２４は、ロータ４に対向するステータコア２０の上面２０ｂに径方向に沿って形成され、かつ軸方向反ロータ側に向かって凹設した。そして、径方向に延びるロータ側スロット１２及びステータ側スロット２４に、それぞれロータ側マグネット１４及びステータ側マグネット２７を配置して、軸方向に大きな磁束を発生できるようにした。

従って、本実施形態のブラシレスモータ１は、ステータ６とロータ４が軸方向に対向する薄型で低速回転大トルクの実現するアキシャルギャップ型のバーニアモータとなる。
また、各ロータ側スロット１２にそれぞれ嵌着した各ロータ側マグネット１４は、その表面１４ａを各疑似突極１３の表面１３ａと面一にして、ロータコア１０の下面１０ｂを、ロータ側マグネット１４の表面１４ａと疑似突極１３の表面１３ａとが交互に形成された平面とした。一方、各ステータ側スロット２４にそれぞれ嵌着した各ステータ側マグネット２７は、その表面２７ａを各ティース２５の表面２５ａと面一にして、ステータコア２０の上面２０ｂを、ステータ側マグネット２７の表面２７ａとティース２５の表面２５ａとが交互に形成された平面とした。

そして、ロータコア１０の下面１０ｂとステータコア２０の上面２０ｂが平行に配置されたことにより、ロータ側マグネット１４及びステータ側マグネット２７の磁束の流れが軸方向に流れ、磁束を効率的に活用することができる。

また、ステータ側マグネット２７をロータ側マグネット１４のネオジム磁石より磁束密度の低いフェライト磁石とした。そして、ステータ側マグネット２７が発生する磁束と巻線２６ａ，２６ｂ，２６ｃの通電による磁束と合わせることにより、ステータコア２０側の磁束と磁束密度の高いネオジム磁石よりなるロータ側マグネット１４が発生するロータコア１０側の磁束とのバランスを均等にでき、磁気バランスのよいモータにすることができる。

しかも、ステータ側マグネット２７をネオジム磁石より安価なフェライト磁石にて形成したことから、安価なブラシレスモータ１を実現できる。
次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。

（１）本実施形態によれば、径方向に延びるロータ側スロット１２に径方向に延びるロータ側マグネット１４を配置するとともに、径方向に延びるステータ側スロット２４に径方向に延びるステータ側マグネット２７を配置して軸方向に大きな磁束が発生できるようにした。従って、薄型で低速回転大トルクのアキシャルギャップ型のブラシレスモータ１を実現できる。

（２）本実施形態によれば、ロータ側マグネット１４の表面１４ａと疑似突極１３の表面１３ａを面一にしたロータコア１０の下面１０ｂと、ステータ側マグネット２７の表面２７ａとティース２５の表面２５ａと面一にしたステータコア２０の上面２０ｂを、平行に対向配置した。従って、ロータ側マグネット１４及びステータ側マグネット２７の磁束の流れが軸方向に流れ、磁束を効率的に活用することができ、さらに高出力のアキシャルギャップ型のブラシレスモータ１を実現することができる。

（３）本実施形態によれば、磁束と巻線２６ａ，２６ｂ，２６ｃの通電によって発生する磁束を考慮して、ステータ側マグネット２７を磁束密度の低いフェライト磁石にした。そして、ステータコア２０側の磁束と、磁束密度の高いネオジム磁石よりなるロータ側マグネット１４のロータコア１０側の磁束とのバランスを均等にするようにした。従って、磁気バランスのよいブラシレスモータ１にすることができる。

（４）本実施形態によれば、ステータ側マグネット２７をネオジム磁石より安価なフェライト磁石にて形成したことから、安価なブラシレスモータ１を実現できる。
上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、ブラシレスモータ１は、ロータコア１０のロータ側スロット１２の数Ｒを４０個、ステータコア２０のステータ側スロット２４の数Ｓを４８個、ティース２５に巻回した巻線の極対数Ｐが８個としたアキシャルギャップ型のバーニアモータであったが、これに限定されるものではない。

要は、バーニアモータの条件である、Ｒ＝Ｓ±Ｐが成立するアキシャルギャップ型のブラシレスモータであれば何でもよい。
・上記実施形態では、ステータ側マグネット２７をフェライト磁石で実施した。これを、ステータ側マグネット２７を、ロータ側マグネット１４と同様にネオジム磁石で実施してもよい。この場合、より高出力トルクのブラシレスモータ１を実現できる。

勿論、ステータ側マグネット２７及びロータ側マグネット１４を、共にフェライト磁石で実施してもよい。この場合、より安価なブラシレスモータ１を実現できる。
・上記実施形態では、ステータコア２０は、一体物であったが、軸方向に２分割し、その２分割したものを重ね合わせてステータコア２０を形成してもよい。

１…ブラシレスモータ（モータ）、２…ヨーク、２ａ…蓋部、２ｂ…内側面、３…回転軸、４…ロータ、５…固定板、５ａ…軸受部、６…ステータ、１０…ロータコア、１０ａ…上面、１０ｂ…下面、１１…貫通穴、１２…ロータ側スロット、１３…疑似突極（突起）、１３ａ…表面、１４…ロータ側マグネット、１４ａ…表面、２０…ステータコア、２０ａ…下面、２０ｂ…上面、２１…貫通穴、２２…内側収容凹部、２３…外側収容凹部、２４…ステータ側スロット、２４ａ…表面、２５…ティース、２５ａ…表面、２６ａ…Ｕ相巻線、２６ｂ…Ｖ相巻線、２６ｃ…Ｗ相巻線、２７…ステータ側マグネット。

Claims (5)

1. 軸方向に延出形成された複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに巻回された巻線と、前記各ティース間に形成されるステータ側スロットに配置された一方の極性が軸方向に向くステータ側マグネットとを有するステータと、
   ロータコアの周方向に複数形成されたロータ側スロットに配置され前記一方の極性とは異なる他方の極性が軸方向に向くロータ側マグネットを有するロータと
   を備え、
   前記ロータ側スロットの数をＲ、前記ステータ側スロットの数をＳ、前記巻線の極対数をＰとした時、Ｒ＝Ｓ±Ｐとなるように設定されるものであって、
   前記ステータと前記ロータは、軸方向に対向するアキシャルギャップ型ブラシレスモータであって、
   前記ロータ側マグネットは、径方向に延出する形状で、前記スロット両側の突起の先端面と同一平面を形成し、
   前記ステータ側マグネットは、径方向に延出する形状で、周方向に隣接するティースと固定され、かつ前記ティースの先端面と同一平面を形成することを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記ステータ側マグネットと前記ロータ側マグネットのうち、少なくとも一方が希土類磁石であることを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項１又は２に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記ステータ側マグネットと前記ロータ側マグネットのうち、どちらか一方はフェライト磁石であり、他方が希土類磁石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のいずれか１つに記載のブラシレスモータにおいて、
   前記ステータ側マグネットは、前記ロータ側マグネットより磁束密度が低いマグネットであることを特徴とするブラシレスモータ。
5. 請求項４に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記ロータ側マグネットは希土類磁石であり、ステータ側マグネットはフェライト磁石であることを特徴とするブラシレスモータ。