JP2014143807A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータとの関係において、適切な爪状磁極の端から端までの開角度及び爪状磁極と爪状磁極の間の開角度を見出し使用可能なモータを提供することにある。
【解決手段】回転軸３の中心軸線Ｏを中心とするティース１１の内周面１１ａの周方向の端部から端部までの角度を、第１ティース側開角度θ１とする。また、隣り合うティース１１の内周面１１ａであって回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする周方向の向かい合う一方の端部から端部までの角度を、第２ティース側開角度θ２とする。一方、回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする各第１爪状磁極２２の周方向の角度を、第１ロータ側開角度θαとする。また、回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする各第１極間補助磁石５３の周方向の角度を、第２ロータ側開角度θβとする。このとき、第１ロータ側開角度θαを、θ１≦θα≦θ１＋（２×θ２）の範囲に設定することによって、高出力トルクを得ることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、モータに関する。

従来、モータに使用されるロータとして、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされるロータコアを備え、それらの間に界磁磁石を配置して各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させる所謂永久磁石界磁のランデル型構造のロータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ランデル型構造のロータにおいては、モータの高出力化をはかるために、交互に配置された爪状磁極の間に、磁路を整流するための極間磁石を配置したものも提案されている（例えば特許文献２参照）。

実開平５−４３７４９号公報 特開２０１２−１１５０８５号公報

ところで、回転軸の中心軸線を中心とする各爪状磁極の周方向の端から端までの開角度について、すなわち、交互に配置された爪状磁極と爪状磁極の間から見ると、回転軸の中心軸線を中心とする周方向に交互に配置された爪状磁極と爪状磁極の間の開角度について、ステータとの関係において適切な開角度を見出すことができなかった。従って、モータの高出力を得る上で、適切な開角度を見出すことが望まれていた。

特に、交互に配置された爪状磁極の間に極間磁石を配置したランデル型構造のロータにおいては、より漏れ磁束を少なくし高出力を得るために、ステータとの関係においての適切な開角度を見出すことが望まれていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ステータとの関係において、適切な爪状磁極の端から端までの開角度及び爪状磁極と爪状磁極の間の開角度を見出し使用可能なモータを提供することにある。

上記課題を解決するモータは、回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転する円板状の第１コアベースの外周面に、等間隔に複数個の第１爪状磁極が、径方向外側に突出されその先端が屈曲して軸方向に延出形成された第１ロータコアと、前記回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転する円板状の第２コアベースの外周面に、等間隔に複数個の第２爪状磁極が、径方向外側に突出されその先端が屈曲して軸方向に延出形成され、その各第２爪状磁極が周方向の隣り合う前記第１爪状磁極同士の間にそれぞれ配置される第２ロータコアと、前記回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転するともに前記第１ロータコアの第１コアベースと第２ロータコアの第２コアベースとの間に配置され、軸方向に沿って磁化され前記各第１爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記各第２爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを備えたロータと、前記ロータの外側に配設され、その径方向内周面が前記第１及び第２爪状磁極の径方向外周面と対峙するティースを周方向等間隔に複数個設けたステータコアと、前記各ティースに集中巻きにて巻回され、通電することにより回転磁界を発生させる巻線とを備えたステータとからなるモータであって、前記ロータの磁極数をｎ、前記第１及び第２爪状磁極の径方向外周面の開角度をθα、前記ティースの径方向内周面の開角度をθ１とするとともに、隣り合う前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極の先端の周方向端部間の開角度であって、前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極の先端の周方向端部間の周方向の長さが、ステータとロータとの間のエアギャップの間隔と等しくなるときの開角度をθＬとしたとき、θ１≦θα＜（３６０／ｎ）−θＬが成立する範囲で前記第１及び第２爪状磁極を形成した。

この構成よれば、使用に供することができる出力トルクを得ることができる。
上記構成において、前記第１及び第２爪状磁極は、隣り合う前記ティースの先端の周方向端部間の開角度をθ２としたとき、θ１≦θα≦θ１＋２×θ２が成立する範囲で形成したことが好ましい。

この構成よれば、各爪状磁極の径方向外周面がティースの径方向内周面の面積より大きくなり、かつ、同時に３個のティースの径方向内側面を跨いで対峙しないことから、高出力トルクとなる。

上記構成において、前記ロータは、前記界磁磁石に対して前記第１及び第２コアベースが接着剤にて固定され、前記第１コアベース、前記第２コアベース、前記界磁磁石の内の少なくとも前記界磁磁石に形成した貫通穴に非磁性体よりなる固定筒が貫挿され固定されるとともに、前記固定筒の筒内に前記回転軸が圧入固定されていることが好ましい。

この構成よれば、ロータの組み付け作業が非常に簡単となる。
上記課題を解決するモータは、回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転する円板状の第１コアベースの外周面に、等間隔に複数個の第１爪状磁極が、径方向外側に突出されその先端が屈曲して軸方向に延出形成された第１ロータコアと、前記回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転する円板状の第２コアベースの外周面に、等間隔に複数個の第２爪状磁極が、径方向外側に突出されその先端が屈曲して軸方向に延出形成され、その各第２爪状磁極が周方向の隣り合う前記第１爪状磁極同士の間にそれぞれ配置される第２ロータコアと、前記回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転するともに前記第１ロータコアの第１コアベースと第２ロータコアの第２コアベースとの間に配置され、軸方向に沿って磁化され前記各第１爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記各第２爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを備えたロータと、前記ロータの外側に配設され、その径方向内周面が前記第１及び第２爪状磁極の径方向外周面と対峙するティースを周方向等間隔に複数個設けたステータコアと、前記各ティースに集中巻きにて巻回され、通電することにより回転磁界を発生させる巻線とを備えたステータとからなるモータであって、前記ロータの磁極数をｎ、隣り合う前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極と先端の周方向端部間の開角度をθβ、前記ティースの径方向内周面の開角度をθ１とするとともに、前記開角度θβであって、前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極の先端の周方向端部間の周方向の長さが、ステータとロータとの間のエアギャップの間隔と等しくなるときの開角度θβをθＬとしたとき、θＬ≦θβ＜３６０／ｎ−θ１が成立する範囲で前記第１及び第２爪状磁極を形成した。

この構成よれば、使用に供することができる出力トルクを得ることができる。
上記構成において、前記第１及び第２爪状磁極は、隣り合う前記ティースの先端の周方向端部間の開角度をθ２としたとき、（３６０／ｎ）−（θ１＋２×θ２）≦θβ≦（３６０／ｎ）−θ１が成立する範囲で形成したことが好ましい。

この構成よれば、各爪状磁極の径方向外周面がティースの径方向内周面の面積より大きくなり、かつ、同時に３個のティースの径方向内側面を跨いで対峙しないことから、高出力トルクとなる。

上記構成において、前記ロータは、周方向で隣り合う前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極の間に、前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極と同じとなるように磁化された極間補助磁石を配置したことが好ましい。

この構成よれば、より高出力トルクを得ることができる。

本発明によれば、ステータとの関係において、適切な爪状磁極の端から端までの開角度及び爪状磁極と爪状磁極の間の開角度を見出し使用可能なモータを実現できる。

ブラシレスモータの軸方向から見た断面図。 同じく、（ａ）はロータを第１ロータコア側から見た斜視図、（ｂ）はロータを第２ロータコア側から見た斜視図。 同じく、ロータを軸方向から見た正面図。 同じく、図３のＡ−Ｏ−Ｂ線組合せ断面図。 同じく、ロータの分解斜視図。 同じく、爪状磁極、極間補助磁石、ティースの開角度を説明する図。 同じく、第１ティース側開角度に対する第１ロータ側開角度におけるトルクの関係を示す図。 ロータの別例を説明する図。 ロータの別例を説明する図。

以下、モータの一実施形態について説明する。
図１に示すように、ブラシレスモータＭは、モータハウジング１の内周面にステータ２が固定され、そのステータ２の内側には、回転軸３に固着され同回転軸３とともに一体回転する所謂ランデル型構造のロータ４が配設されている。回転軸３は、被磁性体のステンレス製シャフトであって、モータハウジング１に設けた図示しない軸受にて、モータハウジング１に対して回転可能に支持されている。

（ステータ２）
ステータ２は、円筒状のステータコア１０を有し、そのステータコア１０の外周面がモータハウジング１の内側面に固定されている。ステータコア１０の内側には、軸線方向に沿って形成され、かつ、周方向に等ピッチに配置される複数のティース１１が、径方向内側に向かって延出形成されている。各ティース１１は、Ｔ型のティースであって、その径方向の内周面１１ａは、回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円の円弧を軸線方向に延出した円弧面である。

ティース１１とティース１１の間には、スロット１２が形成される。本実施形態では、ティース１１の数は１２個であって、スロット１２の数は、ティース１１の数と同じ１２個である。１２個のティース１１には、周方向に３相巻線、即ち、Ｕ相巻線１３ｕ、Ｖ相巻線１３ｖ、Ｗ相線１３ｗが順番に集中巻きにて巻回されている。

ここで、図６に示すように、各ティース１１の内周面１１ａであって回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする周方向の端部から端部までの角度を、第１ティース側開角度θ１という。また、隣り合うティース１１の内周面１１ａであって回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする周方向の向かい合う端部から端部までの角度を、第２ティース側開角度θ２という。

そして、これら巻回した各相巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗに３相電源電圧を印加してステータ２に回転磁界を形成し、同ステータ２の内側に配置した回転軸３に固着されたロータ４を、正回転（図１において時計回り方向）及び逆回転（図１において反時計回り方向に回転）させるようになっている。

（ロータ４）
図２〜図５に示すように、ステータ２の内側には、間隔Ｌ（図６参照）のエアギャップを設けてロータ４が配設されている。ロータ４は、固定筒１５、第１及び第２ロータコア２０，３０、界磁磁石４０を有している。

（固定筒１５）
図４及び図５に示すように、固定筒１５は、非磁性体よりなり本実施形態では円筒形状のステンレス材にて形成されている。固定筒１５は、その内周面が回転軸３の外周面に圧着し、回転軸３に対して固定されている。固定筒１５の外周面には、第１及び第２ロータコア２０，３０、界磁磁石４０が配置されている。

固定筒１５の軸方向の長さは、界磁磁石４０の軸方向の長さより長く形成されていて、本実施形態では、第１ロータコア２０と第２ロータコア３０の間に界磁磁石４０を配置した時の軸方向の長さと一致させている。

（第１ロータコア２０）
図５に示すように、第１ロータコア２０は、軟磁性材よりなる電磁鋼板にて形成された円板状の第１コアベース２１を有している。第１コアベース２１の中心部には、固定筒１５を貫挿し、同固定筒１５に対して非磁性接着剤（固定筒１５が非磁性体なので磁性接着剤でもよい）にて接着固定される貫通穴２０ａが形成されている。第１コアベース２１の外周面２１ｃには、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の第１爪状磁極２２が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成されている。ここで、第１爪状磁極２２において、第１コアベース２１の外周面２１ｃから径方向外側に突出した部分を第１基部２３といい、軸方向に屈曲された先端部分を第１磁極部２４という。

第１基部２３と第１磁極部２４からなる第１爪状磁極２２の周方向両端面２２ａ，２２ｂは、径方向に延びる平坦面となっている。そして、各第１爪状磁極２２の回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする周方向の角度、即ち前記周方向両端面２２ａ，２２ｂ間の角度は、周方向に隣り合う第１爪状磁極２２同士の隙間の角度より小さく設定されている。ここで、図３及び図６に示すように、回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする各第１爪状磁極２２の周方向の角度を、第１ロータ側開角度θαといい、第１ロータ側開角度θαは、後記する第１及び第２ティース側開角度θ１，θ２と間で一定の関係を有して設定されている。

また、第１磁極部２４の径方向外周面ｆ１ａは、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円の円弧面を有している。
（第２ロータコア３０）
図５に示すように、第２ロータコア３０は、第１ロータコア２０と同一材質及び同形状であって、電磁鋼板にて形成された円板状の第２コアベース３１を有している。第２コアベース３１の中心部には、固定筒１５を貫挿し、同固定筒１５に対して非磁性接着剤（固定筒１５が非磁性体なので磁性接着剤でもよい）にて接着固定される貫通穴３０ａが形成されている。第２コアベース３１の外周面３１ｃには、等間隔に４つの第２爪状磁極３２が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成されている。ここで、第２爪状磁極３２において、第２コアベース３１の外周面３１ｃから径方向外側に突出した部分を第２基部３３といい、軸方向に屈曲された先端部分を第２磁極部３４という。

第２基部３３と第２磁極部３４からなる第２爪状磁極３２の周方向端面３２ａ，３２ｂは径方向に延びる平坦面となっている。そして、各第２爪状磁極３２の回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする周方向の角度、即ち前記周方向両端面３２ａ，３２ｂ間の角度は、周方向に隣り合う第２爪状磁極３２同士の隙間の角度より小さく設定されている。ここで、回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする周方向の第２爪状磁極３２の角度を、第１ロータコア２０と同じ第１ロータ側開角度θαという。

また、第２磁極部３４の径方向外周面ｆ２ａは、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円の円弧面を有している。
そして、第２ロータコア３０は、各第２爪状磁極３２がそれぞれ対応する各第１爪状磁極２２間に配置される。このとき、第２ロータコア３０は、第１コアベース２１と第２コアベース３１との軸方向の間に、界磁磁石４０（図４参照）が配置されるようにして第１ロータコア２０に対して組み付けられる。

（界磁磁石４０）
図４及び図５に示すように、第１ロータコア２０と第２ロータコア３０との間に挟持された界磁磁石４０は、ネオジム磁石よりなる円板状の永久磁石である。

図５に示すように、界磁磁石４０は、その中央位置に固定筒１５を貫挿し、同固定筒１５に対して非磁性接着剤（固定筒１５が非磁性体なので磁性接着剤でもよい）にて接着固定される貫通穴４１が形成されている。そして、界磁磁石４０の一方の側面４０ａが、第１コアベース２１の対向面２１ａと、界磁磁石４０の他方の側面４０ｂが、第２コアベース３１の対向面３１ａとそれぞれ当接し、磁束を通す磁性接着剤にて接着固定される。

界磁磁石４０の外径は、第１及び第２コアベース２１，３１の外径と一致するように設定され、厚さが予め定めた厚さに設定されている。
つまり、図４に示すように、第１ロータコア２０と第２ロータコア３０との間に、界磁磁石４０を配置したとき、第１爪状磁極２２（第１磁極部２４）の先端面２２ｃと第２コアベース３１の反対向面３１ｂとが面一になる。同様に、第２爪状磁極３２（第２磁極部３４）の先端面３２ｃと第１コアベース２１の反対向面２１ｂとが面一になるようにしている。また、界磁磁石４０の外周面４０ｃが第１及び第２コアベース２１，３１の外周面２１ｃ，３１ｃと面一となる。

図４に示すように、界磁磁石４０は、軸方向に磁化されていて、第１ロータコア２０側をＮ極（第１の磁極）、第２ロータコア３０側をＳ極（第２の磁極）となるように磁化されている。従って、この界磁磁石４０によって、第１ロータコア２０の第１爪状磁極２２はＮ極（第１の磁極）として機能し、第２ロータコア３０の第２爪状磁極３２はＳ極（第２の磁極）として機能する。

従って、本実施形態のロータ４は、界磁磁石４０を用いた所謂ランデル型構造のロータである。ロータ４は、Ｎ極となる第１爪状磁極２２と、Ｓ極となる第２爪状磁極３２とが周方向に交互に配置されており、磁極数が８極となる。

（第１及び第２背面補助磁石５１，５２）
図４に示すように、第１磁極部２４の背面ｆ１ｂ（径方向内側の面）であって、第２コアベース３１の外周面３１ｃ、界磁磁石４０の外周面４０ｃ、第１基部２３の第２ロータコア３０側の面２３ａとで形成される空間には、第１背面補助磁石５１が配置固定されている。

第１背面補助磁石５１は、その軸直交方向断面が扇形状の略直方体形状であって、その部分での漏れ磁束を低減すべく、第１磁極部２４の背面ｆ１ｂに当接する側が第１爪状磁極２２と同極のＮ極に、第２コアベース３１に当接する側が同第２コアベース３１と同極のＳ極となるように径方向に磁化されている。

一方、図４に示すように、第２磁極部３４の背面ｆ２ｂ（径方向内側の面）であって、第１コアベース２１の外周面２１ｃ、界磁磁石４０の外周面４０ｃ、第２基部３３の第１ロータコア２０側の面３３ａとで形成される空間には、第２背面補助磁石５２が配置固定されている。

第２背面補助磁石５２は、その軸直交方向断面が扇形状の略直方体形状であって、その部分での漏れ磁束を低減すべく、第２磁極部３４の背面ｆ２ｂに当接する側が第２爪状磁極３２と同極のＳ極に、第１コアベース２１に当接する側が同第１コアベース２１と同極のＮ極となるように径方向に磁化されている。

（第１及び第２極間補助磁石５３，５４）
第１背面補助磁石５１が配置された第１爪状磁極２２と第２背面補助磁石５２が配置された第２爪状磁極３２との周方向の間には、第１及び第２極間補助磁石５３，５４がそれぞれ配置固定されている。第１及び第２極間補助磁石５３，５４は、その軸直交方向断面が扇形状の略直方体形状に形成されている。

詳述すると、第１極間補助磁石５３は、第１爪状磁極２２の一方の周方向端面２２ａと前記第１背面補助磁石５１の周方向端面とで形成される平坦面と、第２爪状磁極３２の他方の周方向端面３２ｂと前記第２背面補助磁石５２の周方向端面とで形成される平坦面との間に配置されている。そして、第１極間補助磁石５３の径方向外周面５３ａは、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円の円弧面を有し、第１磁極部２４及び第２磁極部３４の径方向外周面ｆ１ａ，ｆ２ａと面一に形成されている。

ここで、図３及び図６に示すように、回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする各第１極間補助磁石５３の周方向の角度を、第２ロータ側開角度θβといい、第２ロータ側開角度θβは、第１及び第２ティース側開角度θ１，θ２と間で後記する一定の関係を有して設定されている。

同様に、第２極間補助磁石５４は、第１爪状磁極２２の他方の周方向端面２２ｂと前記第１背面補助磁石５１の周方向端面とで形成される平坦面と、第２爪状磁極３２の一方の周方向端面３２ａと前記第２背面補助磁石５２の周方向端面とで形成される平坦面との間に配置されている。そして、第２極間補助磁石５４の径方向外周面５４ａは、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円の円弧面を有し、第１磁極部２４及び第２磁極部３４の径方向外周面ｆ１ａ，ｆ２ａと面一に形成されている。

ここで、図３に示すように、回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする各第２極間補助磁石５４の周方向の角度を、第１極間補助磁石５３と同じ第２ロータ側開角度θβという。
そして、第１及び第２極間補助磁石５３，５４は、第１及び第２爪状磁極２２，３２とそれぞれ同じ磁極となるように（第１爪状磁極２２側がＮ極で、第２爪状磁極３２側がＳ極となるように）周方向に磁化されている。

次に、上記のように定義した第１及び第２ティース側開角度θ１，θ２に対して第１及び第２ロータ側開角度θα，θβを変更することによってブラシレスモータＭの出力の変化を検証する。

そこで、これを検証すべく実験を行った。
なお、ブラシレスモータＭは、上記のようにティース１１の数が１２，ロータ４の磁極数ｎが８のものであって、第１ティース側開角度θ１を一定にし、第１ロータ側開角度θαをθα＝０度からθα＝３６０／ｎ＝４５度の範囲で可変させて出力トルクの変化の検証を行った。

図７は、実験により得られた第１ティース側開角度θ１を一定にして第１ロータ側開角度θαを可変させた場合の出力トルクを示すグラフである。
横軸は、第１ロータ側開角度θαを示す。縦軸は、出力トルク比（％）であって、第１ロータ側開角度θαが第１ティース側開角度θ１と同じ開角度の時（θα＝θ１）のブラシレスモータＭの出力トルクを基準（１００％）にしてパーセントで示している。

この図７から以下のことがわかる。
０＜θα＜θ１
第１ロータ側開角度θαをθα＝０からθα＝θ１まで増加させると、増加に相対して出力トルクも増大する。

これは、ティース１１の内周面１１ａと対峙する第１磁極部２４（第２磁極部３４）の径方向外周面ｆ１ａ（ｆ２ａ）の面積が増加することから、出力トルクが相対的に増大すると考えられる。

θ１≦θα≦θ１＋２×θ２
第１ロータ側開角度θαがθα＝θ１からθα＝θ１＋（２×θ２）までは出力トルク（％）は、１００％で以上の値を維持する。

これは、第１磁極部２４（第２磁極部３４）の径方向外周面ｆ１ａ（ｆ２ａ）が、内周面１１ａの面積より大きくなり、かつ、同時に３個のティース１１の内周面１１ａを跨いで対峙しないことから、出力トルクは飽和状態にあると考えられる。

θ１＋２×θ２＜θα＜（３６０／ｎ）−θＬ
第１ロータ側開角度θαがθα＝θ１＋（２×θ２）からθα＝（３６０／ｎ）−θＬ＝４５−θＬに至る前まで、出力トルク（％）は緩やかに低下する。

これは、第１磁極部２４（第２磁極部３４）の径方向外周面ｆ１ａ（ｆ２ａ）が、同時に３個のティース１１の内周面１１ａと次第に対峙するようになり、３相磁束を短絡させる磁気回路が生じ出力トルクが低下すると考えられる。

ここで、θＬは、第１及び第２極間補助磁石５３，５４の径方向外周面５３ａ，５４ａの周方向のそれぞれの長さ（円弧長）が、ステータ２とロータ４との間のエアギャップの間隔Ｌと等しくなるときの第２ロータ側開角度θβの角度である。

（３６０／ｎ）−θＬ≦θα≦（３６０／ｎ）
第１ロータ側開角度θαがθα＝（３６０／ｎ）−θＬ以上になると、出力トルク（％）が９０％以下に急激に低下する。

これは、第１磁極部２４と第２磁極部３４との間隔（円弧長）が、エアギャップの間隔Ｌより短くなり、第１磁極部２４と第２磁極部３４の間で磁束の短絡、即ち、ロータ４（磁極部）の磁束がステータ２（ティース１１）に有効に導かれなくなることが促進されて、ブラシレスモータＭの出力トルクが急激に低下するものと考えられる。

以上の実験結果から、ブラシレスモータＭは、第１ロータ側開角度θαがθ１≦θα＜（３６０／ｎ）−θＬの範囲であれば、使用に供することができることがわった。
また、第１ロータ側開角度θαを、θ１≦θα≦θ１＋（２×θ２）の間に設定すると、高出力トルクを得ることができる。

特に、第１ロータ側開角度θαを、θα＝θ１＋（２×θ２）に設定したとき、ロータ４の回転に伴う、第１磁極部２４（第２磁極部３４）が対峙しているティース１１から離間すると同時に隣のティース１１と近接するのでコギングトルクが減少する点で優れている。しかも、第１及び第２極間補助磁石５３，５４の大きさを小さく形成できるので、磁石のコストダウンを図る上でも優れている。

ちなみに、第２ロータ側開角度θβは、第１ロータ側開角度θαが決まると、一義的に決まる。つまり、下記の式によって求められる。
θβ＝（３６０／ｎ）−（θ１＋２×θ２）
このことから、第１ロータ側開角度θαが、θ１≦θα≦θ１＋（２×θ２）の範囲にあるときには、第２ロータ側開角度θβは、以下の範囲となる。

（３６０／ｎ）−（θ１＋２×θ２）≦θβ≦（３６０／ｎ）−θ１
このとき、磁極数ｎはｎ＝８である。
従って、θβ＝（３６０／８）−（θ１＋２×θ２）＝４５−（θ１＋２×θ２）となる。

ここで、以下の（例１）及び（例２）において、第１ティース側開角度θ１の数値を上げて説明する。
（例１）
例えば、第１ティース側開角度θ１がθ１＝２７度、第２ティース側開角度θ２がθ２＝３度の場合は、第１ロータ側開角度θαは以下のようになる。

従って、第１ロータ側開角度θαは、θα＝θ１＝２７度からθα＝θ１＋（２×θ２）＝３３度となり、２７度≦θα≦３３度の範囲で高出力トルクを得ることができる。
このとき、第２ロータ側開角度θβ側からみると、θα＝θ１＝２７度のとき、θβ＝１８度となり、θα＝θ１＝３３度のとき、θβ＝１２度となる。すなわち、第２ロータ側開角度θβが、１２度≦θβ≦１８度の範囲で高出力トルクを得ることができる。

なお、第１ロータ側開角度θαがθα＝（３６０／８）−θＬの場合は、第２ロータ側開角度θβはθβ＝θＬとなる。
（例２）
例えば、第１ティース側開角度θ１がθ１＝２８度、第２ティース側開角度θ２がθ２＝２度の場合は、第１ロータ側開角度θαは以下のようになる。

従って、第１ロータ側開角度θαは、θα＝θ１＝２８度からθα＝θ１＋（２×θ２）＝３２度となり、２８度≦θα≦３２度の範囲で高出力トルクを得ることができる。
一方、第２ロータ側開角度θβ側からみると、θα＝θ１＝２８度のとき、θβ＝１７度となり、θα＝θ１＝３２度のとき、θβ＝１３度となる。すなわち、第２ロータ側開角度θβが、１３度≦θβ≦１７度の範囲で高出力トルクを得ることができる。

なお、第１ロータ側開角度θαがθα＝（３６０／８）−θＬの場合は、第２ロータ側開角度θβはθβ＝θＬとなる。
次に、上記のように構成したブラシレスモータＭのロータ４の組み付け方法について説明する。

まず、固定筒１５を、界磁磁石４０の貫通穴４１に予め定めた位置まで貫挿する。そして、その貫挿位置で固定筒１５の外周面と界磁磁石４０の貫通穴４１の内周面とを非磁性接着剤に接着固定する。

次に、第１コアベース２１の対向面２１ａと界磁磁石４０の側面４０ａとが相対向するように、固定筒１５を第１ロータコア２０（第１コアベース２１）の貫通穴２０ａに貫挿させる。そして、第１コアベース２１の対向面２１ａと界磁磁石４０の側面４０ａとを磁性接着剤にて接着固定させるとともに、第１コアベース２１の貫通穴２０ａの内周面と固定筒１５の外周面とを非磁性接着剤にて接着固定させる。このとき、固定筒１５の第１コアベース２１側の環状の第１端面１５ａは、第１コアベース２１の反対向面２１ｂと面一となる。

次に、第２コアベース３１の対向面３１ａと界磁磁石４０の側面４０ｂとが相対向するように、固定筒１５を第２コアベース３１の対向面３１ａと第２ロータコア３０（第２コベース３１）の貫通穴３０ａに貫挿させる。

そして、先に固定された第１ロータコア２０との間の周方向の相対位置合わせ調整を行いながら、第２コアベース３１の対向面３１ａと界磁磁石４０の側面４０ｂとを磁性接着剤にて接着固定させるとともに、第１コアベース２１の貫通穴２０ａの内周面と固定筒１５の外周面とを非磁性接着剤にて接着固定させる。このとき、固定筒１５の第２コアベース３１側の環状の第２端面１５ｂは、第２コアベース３１の反対向面３１ｂと面一となる。

これによって、第１及び第２ロータコア２０，３０は界磁磁石４０に対して接着固定されるとともに、第１ロータコア２０、第２ロータコア３０及び界磁磁石４０は固定筒１５に対して接着固定される。

第１ロータコア２０、第２ロータコア３０、界磁磁石４０及び固定筒１５が一体化されたモジュールは、回転軸３に組み付けられる。
詳述すると、第１ロータコア２０、第２ロータコア３０及び界磁磁石４０が固着された固定筒１５の筒内に回転軸３を予め決められた位置まで圧入して、固定筒１５を回転軸３に対して固定する。この固定筒１５の筒内に回転軸３を圧入する場合には、まず、回転軸３の中心軸線Ｏと固定筒１５の中心軸線が一致するように、固定筒１５と回転軸３を一列に配置する。

次に、固定筒１５の一方の開口部（例えば、第２端面１５ｂ側の開口部）を回転軸３に当てた状態で、固定筒１５の環状の第１端面１５ａを円筒形の治具を使って軸方向に押圧する。固定筒１５の第１端面１５ａが、円筒形の治具にて押圧されることによって、回転軸３は、固定筒１５に同固定筒１５の一方の開口部から圧入されていく。

そして、回転軸３の予め定めた位置まで固定筒１５が圧入されると、第１ロータコア２０、第２ロータコア３０、界磁磁石４０及び固定筒１５からなるモジュールの回転軸３への圧入固定が完了し、ロータ４の組み付けが終了する。

次に、上記のように構成したブラシレスモータＭの作用について説明する。
今、ブラシレスモータＭにおいて、ステータコア１０の各ティース１１にそれぞれ巻回した各相巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗに３相電源電圧を印加する。これによって、ステータ２に回転磁界が形成され、同ステータ２の内側に配置した回転軸３に固着されたロータ４は、その回転磁界に基づいて回転する。

このとき、第１ロータ側開角度θαを、θ１≦θα≦θ１＋（２×θ２）の間に設定すれば、第１磁極部２４（第２磁極部３４）の径方向外周面ｆ１ａ（ｆ２ａ）が、同時に３個のティース１１の内周面１１ａを跨いで対峙しないことから、高出力トルクを得ることができる。

しかも、第１ロータ側開角度θαを、θα＝θ１＋（２×θ２）に設定すれば、ロータ４の回転に伴う、第１磁極部２４（第２磁極部３４）が対峙しているティース１１から離間すると同時に隣のティース１１と近接するのでコギングトルクが減少する点で優れている。

また、第１及び第２爪状磁極２２，３２を構成する第１及び第２磁極部２４，３４の第１ロータ側開角度θαをθ１≦θα＜（３６０／ｎ）−θＬの範囲で実施することにより、使用に供することができる出力トルクを得ることができる。

一方、ロータ４において、第１ロータコア２０、第２ロータコア３０、界磁磁石４０及び固定筒１５からなるモジュールは、固定筒１５を介して回転軸３に固定されていることから、回転軸３への組み付けが容易となる。

しかも、固定筒１５の軸方向の長さを、第１ロータコア２０と第２ロータコア３０の間に界磁磁石４０を配置した時の軸方向の長さと同じにしていることから、モジュールは、強固に回転軸３に連結され、回転に伴うロータ４の振動及び騒音を防止できる。さらに、軸方向の長さを長くした固定筒１５を、非磁性体で形成したことから、界磁磁石４０の磁束が回転軸３側に漏れ磁束となって漏れることが防止される。

また、モジュールを回転軸３に圧入して固定するとき、界磁磁石４０は、固定筒１５に接着されていることから、回転軸３に圧入する際の負荷が直接加わらず負荷による欠損する虞はない。

さらに、第１及び第２ロータコア２０，３０は、界磁磁石４０に対して、磁性接着剤にて接着固定するようにしたことから、第１及び第２ロータコア２０，３０と界磁磁石４０の間の磁気抵抗を小さくできる。しかも、第１ロータコア２０の第１磁極部２４と第２ロータコア３０の第２磁極部３４の周方向の相対位置合わせが容易に高精度に行える。その結果、回転むらのないブラシレスモータＭにすることができる。

さらに、第１及び第２ロータコア２０，３０、及び、界磁磁石４０は、固定筒１５に対して、非磁性接着剤にて接着固定するようにしたことから、非磁性体よりなる回転軸３及び固定筒１５と合わせて漏れ磁束を防止することができる。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）本実施形態では、第１ロータ側開角度θαをθ１≦θα＜（３６０／ｎ）−θＬの範囲で実施することにより、ブラシレスモータＭとして使用に供することができる出力トルクを得ることができる。

そして、第１ロータ側開角度θαを、θ１≦θα≦θ１＋（２×θ２）の範囲に設定すれば、高出力トルクのブラシレスモータＭを実現することができる。特に、第１ロータ側開角度θαを、θα＝θ１＋（２×θ２）に設定すればコギングトルクが減少するブラシレスモータＭを実現できる。

（２）本実施形態では、第１ロータコア２０、第２ロータコア３０及び界磁磁石４０を固定筒１５に組み付けてモジュール化し、その固定筒１５の筒内に回転軸３を圧入固定するだけでロータ４ができることから、ロータ４の組み付け作業が非常に簡単となる。しかも、界磁磁石４０は、固定筒１５に接着されていることから、回転軸３に圧入する際の負荷が直接加わらず組み立て作業中に欠損する虞はない。

しかも、モジュールは、固定筒１５の軸方向の長さを、第１ロータコア２０と第２ロータコア３０の間に界磁磁石４０を配置した時の軸方向の長さと同じにした。従って、第１及び第２ロータコア２０，３０、及び、界磁磁石４０は、共に固定筒１５を介して回転軸３に固定にされた強固な連結構造となり回転に伴うロータ４の振動及び騒音を防止できる。

（３）本実施形態では、第１及び第２ロータコア２０，３０は、界磁磁石４０に対して、接着固定するようにしたので、第１ロータコア２０の第１磁極部２４と第２ロータコア３０の第２磁極部３４の周方向の相対位置合わせが容易に高精度に行える。その結果、回転むらのないブラシレスモータＭを実現できる。

（４）本実施形態では、第１及び第２ロータコア２０，３０は、界磁磁石４０に対して、磁性接着剤にて接着固定したので、第１及び第２ロータコア２０，３０と界磁磁石４０の間の磁気抵抗を小さくできる。

（５）本実施形態では、第１及び第２ロータコア２０，３０、及び、界磁磁石４０は、固定筒１５に対して、非磁性接着剤にて接着固定したので、非磁性体よりなる回転軸３及び固定筒１５と合わせて漏れ磁束を防止することができる。

尚、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、ロータ４に第１及び第２背面補助磁石５１，５２を設けたが、これを省略して実施してもよい。

○上記実施形態では、ロータ４に第１及び第２極間補助磁石５３，５４を設けたが、これを省略してもよい。勿論、第１及び第２背面補助磁石５１，５２を合わせて省略して実施してもよい。

○上記実施形態では、ロータ４は固定筒１５を介して回転軸３に固定するようにしたが、固定筒１５を省略して実施してもよい。例えば、回転軸３に第１及び第２ロータコア２０，３０を圧入固定する。その際、界磁磁石４０は、第１ロータコア２０と第２ロータコア３０との間で挟持固定されるようにする。

○上記実施形態では、固定筒１５の軸方向の長さを、第１ロータコア２０と第２ロータコア３０の間に界磁磁石４０を配置した時の軸方向の長さと同じにしたが、図８に示すように、固定筒１５を界磁磁石４０の厚さ（軸線方向の長さ）と同じして実施してもよい。この場合、界磁磁石４０の厚さと同じ固定筒１５は、その外周面が界磁磁石４０の貫通穴４１の内周面と非磁性接着剤（固定筒１５が非磁性体のため磁性接着剤でもよい）にて接着固定する。また、第１及び第２ロータコア２０，３０は、界磁磁石４０に対して磁性接着剤にて固定する。このとき、図８に示すように、第１及び第２ロータコア２０，３０の貫通穴２０ａ、３０ａの内周面と回転軸３の外周面との間に隙間が生じるが、図９に示すように、貫通穴２０ａ、３０ａの内径を回転軸３を摺接できる程度の内径にする。そして、固定筒１５の外周面と第１及び第２ロータコア２０，３０の貫通穴２０ａ，３０ａの内周面と非磁性接着剤（回転軸３が非磁性体のため磁性接着剤でもよい）にて接着固定するようにして実施してもよい。

１…モータハウジング、２…ステータ、３…回転軸、４…ロータ、１０…ステータコア、１１…ティース、１１ａ…内周面（径方向内周面）、１２…スロット、１３ｕ…Ｕ相巻線、１３ｖ…Ｖ相巻線、１３ｗ…Ｗ相巻線、１５…固定筒、１５ａ…第１端面、１５ｂ…第２端面、２０…第１ロータコア、２０ａ…貫通穴、２１…第１コアベース、２１ａ…対向面、２１ｂ…反対向面、２１ｃ…外周面、２２…第１爪状磁極、２２ａ，２２ｂ…端面、２２ｃ…先端面、２３…第１基部、２３ａ…面、２４…第１磁極部、２４ａ…背面（径方向内側面）、３０…第２ロータコア、３０ａ…貫通穴、３１…第２コアベース、３１ａ…対向面、３１ｂ…反対向面、３１ｃ…外周面、３２…第２爪状磁極、３２ａ，３２ｂ…端面、３２ｃ…先端面、３３…第２基部、３３ａ…面、３４…第２磁極部、３４ａ…背面（径方向内側面）、４０…界磁磁石、４０ａ、４０ｂ…側面、４０ｃ…外周面、４１…貫通穴、５１，５２…第１及び第２背面補助磁石、５３，５４…第１及び第２極間補助磁石、５３ａ，５４ａ…径方向外周面、Ｍ…ブラシレスモータ、Ｌ…間隔、Ｏ…中心軸線、ｆ１ａ，ｆ２ａ…径方向外周面、ｆ１ｂ，ｆ２ｂ…背面、θ１…第１ティース側開角度、θ２…第２ティース側開角度、θα…第１ロータ側開角度、θβ，θＬ…第２ロータ側開角度。

Claims (6)

1. 回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転する円板状の第１コアベースの外周面に、等間隔に複数個の第１爪状磁極が、径方向外側に突出されその先端が屈曲して軸方向に延出形成された第１ロータコアと、
   前記回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転する円板状の第２コアベースの外周面に、等間隔に複数個の第２爪状磁極が、径方向外側に突出されその先端が屈曲して軸方向に延出形成され、その各第２爪状磁極が周方向の隣り合う前記第１爪状磁極同士の間にそれぞれ配置される第２ロータコアと、
   前記回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転するともに前記第１ロータコアの第１コアベースと第２ロータコアの第２コアベースとの間に配置され、軸方向に沿って磁化され前記各第１爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記各第２爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石と
   を備えたロータと、
   前記ロータの外側に配設され、その径方向内周面が前記第１及び第２爪状磁極の径方向外周面と対峙するティースを周方向等間隔に複数個設けたステータコアと、
   前記各ティースに集中巻きにて巻回され、通電することにより回転磁界を発生させる巻線と
   を備えたステータと
   からなるモータであって、
   前記ロータの磁極数をｎ、前記第１及び第２爪状磁極の径方向外周面の開角度をθα、前記ティースの径方向内周面の開角度をθ１とするとともに、隣り合う前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極の先端の周方向端部間の開角度であって、前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極の先端の周方向端部間の周方向の長さが、ステータとロータとの間のエアギャップの間隔と等しくなるときの開角度をθＬとしたとき、
   θ１≦θα＜（３６０／ｎ）−θＬ
   が成立する範囲で前記第１及び第２爪状磁極を形成したことを特徴するモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記第１及び第２爪状磁極は、
   隣り合う前記ティースの先端の周方向端部間の開角度をθ２としたとき、
   θ１≦θα≦θ１＋２×θ２
   が成立する範囲で形成したことを特徴するモータ。
3. 請求項１又は２に記載のモータにおいて、
   前記ロータは、
   前記界磁磁石に対して前記第１及び第２コアベースが接着剤にて固定され、前記第１コアベース、前記第２コアベース、前記界磁磁石の内の少なくとも前記界磁磁石に形成した貫通穴に非磁性体よりなる固定筒が貫挿され固定されるとともに、前記固定筒の筒内に前記回転軸が圧入固定されていることを特徴するモータ。
4. 回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転する円板状の第１コアベースの外周面に、等間隔に複数個の第１爪状磁極が、径方向外側に突出されその先端が屈曲して軸方向に延出形成された第１ロータコアと、
   前記回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転する円板状の第２コアベースの外周面に、等間隔に複数個の第２爪状磁極が、径方向外側に突出されその先端が屈曲して軸方向に延出形成され、その各第２爪状磁極が周方向の隣り合う前記第１爪状磁極同士の間にそれぞれ配置される第２ロータコアと、
   前記回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転するともに前記第１ロータコアの第１コアベースと第２ロータコアの第２コアベースとの間に配置され、軸方向に沿って磁化され前記各第１爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記各第２爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石と
   を備えたロータと、
   前記ロータの外側に配設され、その径方向内周面が前記第１及び第２爪状磁極の径方向外周面と対峙するティースを周方向等間隔に複数個設けたステータコアと、
   前記各ティースに集中巻きにて巻回され、通電することにより回転磁界を発生させる巻線と
   を備えたステータと
   からなるモータであって、
   前記ロータの磁極数をｎ、隣り合う前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極と先端の周方向端部間の開角度をθβ、前記ティースの径方向内周面の開角度をθ１とするとともに、前記開角度θβであって、前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極の先端の周方向端部間の周方向の長さが、ステータとロータとの間のエアギャップの間隔と等しくなるときの開角度θβをθＬとしたとき、
   θＬ≦θβ＜３６０／ｎ−θ１
   が成立する範囲で前記第１及び第２爪状磁極を形成したことを特徴するモータ。
5. 請求項４に記載のモータにおいて、
   前記第１及び第２爪状磁極は、
   隣り合う前記ティースの先端の周方向端部間の開角度をθ２としたとき、
   （３６０／ｎ）−（θ１＋２×θ２）≦θβ≦（３６０／ｎ）−θ１
   が成立する範囲で形成したことを特徴するモータ。
6. 請求項４又は５に記載のモータにおいて、
   前記ロータは、
   周方向で隣り合う前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極の間に、前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極と同じとなるように磁化された極間補助磁石を配置したことを特徴するモータ。