JP2018183013A - 同期モータ及びブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の材料コストを抑えつつ、モータ特性を高めることができる同期モータ及びブラシレスモータを提供する。【解決手段】回転軸３１と、回転軸３１に固定されるロータコア３２と、ロータコア３２の外周面３２ｂ側に配置される主磁石３３と、ロータコア３２の主磁石３３よりも回転軸３１側に配置される少なくとも１つの副磁石３４と、備え、主磁石３３の着磁の配向と、対応する主磁石３３と径方向で対向する副磁石３４の配向とが同一方向を向いている。【選択図】図４

Description

本発明は、同期モータ及びブラシレスモータに関するものである。

ブラシレスモータは、コイルが巻回されたティースを有するステータと、ステータの径方向内側に回転自在に設けられたロータと、を備えている。ステータには、コイルに給電を行うことにより鎖交磁束が形成される。ロータは、回転軸と、この回転軸に外嵌固定される略円柱状のロータコアと、ロータコアに設けられた永久磁石と、を有している。そして、ステータに形成された鎖交磁束とロータコアに設けられた永久磁石との間に磁気的な吸引力や反発力が生じ、ロータが継続的に回転する。

ここで、ロータに永久磁石を配置する方式としては、大きく２つに大別される。１つは、ロータコアにスリットを複数形成し、スリット内に永久磁石を配置する永久磁石埋込方式（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）がある。この場合、周方向に磁極が順番となるように、且つ周方向に一列に永久磁石が並んで配置されている。
また、ロータに永久磁石を配置するもう１つの方式として、ロータコアの外周面に永久磁石を配置する方式（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）がある。この場合、複数の永久磁石が周方向に一列に並んで配置されたり、円筒状の永久磁石（リングマグネット）が用いられたりする。

特許第５９３１７０２号公報

ところで、モータ特性を高めるために、ロータの有効磁束（磁気回路のパーミアンス）を高めることが効果的である。ロータの有効磁束を高める手段としては、永久磁石の寸法のうち、磁化方向（厚み方向）をできる限り大きく設定することが望ましい。しかしながら、永久磁石を肉厚化すると、永久磁石の材料コストが嵩んでしまうという課題があった。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、永久磁石の材料コストを抑えつつ、モータ特性を高めることができる同期モータ及び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、本発明に係る同期モータは、回転軸線回りに回転するシャフトと、前記シャフトに固定され、前記回転軸線を径方向中心とするロータコアと、前記ロータコアの外周面側に配置される主磁石と、前記ロータコアの前記主磁石よりも前記シャフト側に配置される少なくとも１つの副磁石と、を備え、前記主磁石の着磁の配向と、該主磁石と径方向で対向する前記副磁石の配向とが同一方向を向いていることを特徴とする。

このように構成することで、各磁石の使用量に対するロータの有効磁束を高めることができる。この結果、各磁石の磁化方向を肉厚化することなく、同期モータのモータ特性を高めることができる。

本発明に係る同期モータにおいて、前記主磁石は、径方向外表面の磁極ごとに周方向に分割構成されており、各前記主磁石に、少なくとも１つの副磁石が設けられていることを特徴とする。

このように構成することで、各磁石の使用量に対するロータの有効磁束を効率よく高めることができる。このため、磁石の材料コストを抑えることができる。

本発明に係る同期モータにおいて、前記主磁石は、前記回転軸線に直交する断面が径方向外側に向かって凸となるように湾曲形成されており、前記副磁石は、前記回転軸線に直交する断面が径方向内側に向かって凸となるように湾曲形成されていることを特徴とする。

このように構成することで、ロータコア内における磁束の流れを効果的に形成でき、ロータコアの外周面での磁束密度を効果的に高めることができる。

本発明に係る同期モータは、１つの前記主磁石に、１つの前記副磁石が設けられていることを特徴とする。

このように構成することで、各磁石の使用量に対するロータの有効磁束をさらに効率よく高めることができる。このため、磁石の材料コストを抑えることができる。

本発明に係る同期モータにおいて、前記副磁石は、前記回転軸線に直交する断面形状における長手方向の両端が、周方向で隣り合う前記主磁石の間の極境界の直近まで延出するように形成されていることを特徴とする。

このように構成することで、ロータコアの周方向で隣り合う主磁石の間に、この主磁石の磁束が漏出してしまうことを抑制できる。このため、各磁石の使用量に対するロータの有効磁束をさらに効率よく高めることができる。

本発明に係る同期モータは、前記ロータコアの外周面に、前記主磁石が露出するように配置されており、前記ロータコアの外周面には、周方向で隣り合う前記主磁石の間に介在される突起が設けられていることを特徴とする。

このように構成することで、周方向に分割された各主磁石の位置決めを容易且つ確実に行うことができる。また、ロータコアに対する主磁石の固着力を高めることができる。

本発明に係る同期モータは、前記主磁石の径方向の肉厚をＴ１とし、前記副磁石の径方向の肉厚をＴ２としたとき、
Ｔ１≧Ｔ２
を満たすように設定されていることを特徴とする。

このように構成することで、各磁石の使用量に対するロータの有効磁束をさらに効率よく高めることができる。このため、磁石の材料コストを確実に抑えることができる。

本発明に係る同期モータにおいて、前記主磁石は、パラレル配向に着磁されていることを特徴とする。

このように構成することで、ロータコアの外周面での磁束の向きを均一化できるので、各主磁石の径方向外表面の磁束を効率よく利用できる。すなわち、ロータの有効磁束を高めることができる。

本発明に係るブラシレスモータにおいて、上記の何れかに記載の同期モータを備えたことを特徴とする。

このように構成することで、永久磁石の材料コストを抑えつつ、モータ特性を高めることが可能なブラシレスモータを提供できる。

本発明によれば、各磁石の使用量に対するロータの有効磁束を高めることができる。この結果、各磁石の磁化方向を肉厚化することなく、同期モータのモータ特性を高めることができる。

本発明の実施形態における減速機付モータの斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態におけるステータ及びロータの軸方向からみた平面図である。 図３のロータを拡大した図である。 図４のＢ部拡大図である。 本発明の第１実施形態における磁石の１ｇあたりのロータコアの有効磁束量を示すグラフである。 本発明の第１実施形態におけるロータコアの有効磁束量を示すグラフである。 本発明の第１実施形態におけるロータのコギングトルクを示すグラフである。 本発明の第１実施形態における主磁石の最大肉厚と副磁石の最大肉厚との比率の違いによるロータコアの有効磁束量を示すグラフである。 本発明の第２実施形態におけるステータ及びロータの軸方向からみた平面図である。 本発明の第３実施形態におけるステータ及びロータの軸方向からみた平面図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
（減速機付モータ）
図１は、減速機付モータ１の斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図１、図２に示すように、減速機付モータ１は、例えば車両に搭載される電装品（例えば、ワイパ、パワーウインドウ、サンルーフ、電動シート等）の駆動源となるものである。減速機付モータ１は、モータ部２と、モータ部２の回転を減速して出力する減速部３と、モータ部２の駆動制御を行うコントローラ部４と、を備えている。
なお、以下の説明において、単に軸方向という場合は、モータ部２の回転軸３１の軸方向をいい、単に周方向という場合は、回転軸３１の周方向をいい、単に径方向という場合は、回転軸３１の径方向をいうものとする。

（モータ部）
モータ部２は、モータケース５と、モータケース５内に収納されている略円筒状のステータ８と、ステータ８の径方向内側に設けられ、ステータ８に対して回転可能に設けられたロータ９と、を備えている。モータ部２は、ステータ８に電力を供給する際にブラシを必要としない、いわゆるブラシレスモータである。

（モータケース）
モータケース５は、例えばアルミダイキャスト等の放熱性の優れた材料に形成されている。モータケース５は、軸方向に分割可能に構成された第１モータケース６と、第２モータケース７と、からなる。第１モータケース６及び第２モータケース７は、それぞれ有底筒状に形成されている。
第１モータケース６は、底部１０が減速部３のギヤケース４０と接合されるように、このギヤケース４０と一体成形されている。底部１０の径方向略中央には、ロータ９の回転軸３１を挿通可能な貫通孔１０ａが形成されている。

また、第１モータケース６の開口部６ａに、嵌合部１６が形成されていると共に、第２モータケース７の開口部７ａに、嵌合部１７が形成されている。これら嵌合部１６，１７同士をインロー嵌合させて内部空間を有するモータケース５を形成している。そして、モータケース５の内部空間に、第１モータケース６及び第２モータケース７に内嵌されるようにステータ８が配置されている。

（ステータ）
図３は、ステータ８及びロータ９の軸方向からみた平面図である。
図２、図３に示すように、ステータ８は、径方向に沿う断面形状が略正六角形となる筒状のコア部２１と、コア部２１から径方向内側に向かって突出する複数（例えば、本第１実施形態では６つ）のティース２２と、が一体成形されたステータコア２０を有している。
ステータコア２０は、複数の金属板を軸方向に積層することにより形成されている。なお、ステータコア２０は、複数の金属板を軸方向に積層して形成する場合に限られるものではなく、例えば、軟磁性粉を加圧成形することにより形成してもよい。

ティース２２は、コア部２１の内周面から径方向に沿って突出するティース本体１０１と、ティース本体１０１の径方向内側端から周方向に沿って延びる鍔部１０２と、が一体成形されたものである。鍔部１０２は、ティース本体１０１から周方向両側に延びるように形成されている。そして、周方向で隣り合う鍔部１０２の間に、スロット１９が形成される。

また、コア部２１の内周面、及びティース２２は、樹脂製のインシュレータ２３によって覆われている。このインシュレータ２３の上から各ティース２２にコイル２４（図２参照、図３では不図示）が巻回されている。各コイル２４は、コントローラ部４からの給電により、ロータ９を回転させるための磁界を生成する。

（ロータ）
図４は、図３のロータ９を拡大した図である。
同図に示すように、ロータ９は、ステータ８の径方向内側に微小隙間Ｓ１を介して回転自在に設けられている。ロータ９は、回転軸３１と、回転軸３１に外嵌固定されこの回転軸３１を軸心Ｃ１とする略円柱状のロータコア３２と、ロータコア３２の外周面に設けられた４つの主磁石３３と、ロータコア３２に埋設されている４つの副磁石３４と、を備えている。回転軸３１は、減速部３を構成するウォーム軸４４と一体成形されている（図２参照）。

ロータコア３２は、複数の金属板を軸方向に積層することにより形成されている。なお、ロータコア３２は、複数の金属板を軸方向に積層して形成する場合に限られるものではなく、例えば、軟磁性粉を加圧成形することにより形成してもよい。
また、ロータコア３２の径方向略中央には、軸方向に貫通する貫通孔３２ａが形成されている。この貫通孔３２ａに、回転軸３１が圧入されている。なお、貫通孔３２ａに対して回転軸３１を挿入とし、接着剤等を用いて回転軸３１にロータコア３２を外嵌固定してもよい。

さらに、ロータコア３２の外周面３２ｂには、４つの突起３５が周方向に等間隔で設けられている。突起３５は、径方向に突出され、且つロータコア３２の軸方向全体に延びるように形成されている。
このように形成されたロータコア３２の外周面３２ｂは、周方向で隣り合う２つの突極３５の間が、それぞれ主磁石収納部３６として構成されている。これら主磁石収納部３６に、それぞれ主磁石３３が配置され、例えば接着剤等によりロータコア３２に固定される。

ここで、主磁石３３の外表面３３ａの円弧中心Ｃ２は、回転軸３１の軸心Ｃ１から僅かに偏心している。より具体的には、主磁石３３の外表面３３ａの円弧中心Ｃ２は、ロータコア３２の周方向で隣り合う２つの突極３５間の中心を通る径方向に沿う直線Ｌ１上で、且つ回転軸３１よりも対応するロータコア３２の外周面３２ｂ寄りに設定されている。このため、主磁石３３は、周方向中央における径方向の肉厚が最も大きく、周方向両端に向かうに従って徐々に肉厚が薄くなるように形成される。
このため、主磁石３３の径方向外側の外表面３３ａとティース２２の内周面との間の微小隙間Ｓ１は、主磁石３３の周方向中央が最も小さく、この周方向中央から周方向に離間するに従って徐々に大きくなる。

また、主磁石３３は、磁界の配向が厚み方向に沿ってパラレル配向となるように着磁されている。そして、周方向に磁極が互い違いになるように、主磁石３３が配置されている（図４における主磁石３３中に記載の矢印参照）。さらに、ロータコア３２の突起３５は、周方向で隣り合う主磁石３３の間、つまり、磁極の境界（極境界）に位置している。
また、ロータコア３２には、各主磁石３３の径方向内側（回転軸３１側）に、それぞれ副磁石用スリット３７が形成されている。この副磁石用スリット３７に、副磁石３４が収納され、例えば接着剤等によりロータコア３２に固定される。

副磁石用スリット３７は、径方向に沿う断面が径方向内側に向かって凸となるように略円弧状（瓦状）に形成されている。また、副磁石用スリット３７は、径方向に沿う断面の長手方向両端３７ａが、ロータコア３２の突起３５の直近（極境界の直近）に至るまで延出するように形成されている。すなわち、ロータコア３２の各突起３５の径方向内側には、周方向で隣り合う２つの副磁石用スリット３７の長手方向両端３７ａが、周方向に並んで配置された形になる。

また、副磁石用スリット３７は、径方向内側（回転軸３１側）の内側面３７ｂの曲率半径Ｒ１が、径方向外側（主磁石３３側）の内側面３７ｃの曲率半径Ｒ２よりも小さく設定されている。このため、副磁石用スリット３７の短手方向の幅であるスリット幅は、径方向に沿う断面で長手方向中央が最も大きく、長手方向両端３７ａに向かうに従って徐々に小さくなる。
このように形成された副磁石用スリット３７に収納される副磁石３４は、副磁石用スリット３７の形状に対応するように、径方向に沿う断面が径方向内側に向かって凸となるように、略円弧状（瓦状）に形成されている。副磁石３４は、磁界の配向が厚み方向に沿ってラジアル配向となるように着磁されている。そして、副磁石３４は、対応する主磁石３３の配向とほぼ同じ向きになるように配置されている（図４における副磁石３４中に記載の矢印参照）。

図５は、図４のＢ部拡大図である。
ここで、同図に示すように、副磁石３４の径方向に沿う断面の長手方向の周長は、副磁石用スリット３７の径方向に沿う断面の長手方向の周長よりも若干短く設定されている。このため、副磁石用スリット３７の長手方向両端３７ａには、副磁石３４との間に僅かに空洞部３８が形成される。この空洞部３８は、副磁石３４の磁束漏れを抑制するためのフラックスバリヤとして機能する。

また、図４に示すように、主磁石３３の最大肉厚をＴ１ｍａｘとし、副磁石３４の最大肉厚をＴ２ｍａｘとしたとき、最大肉厚Ｔ１ｍａｘ，Ｔ２ｍａｘは、
Ｔ１ｍａｘ≧Ｔ２ｍａｘ ・・・（１）
を満たすように設定されている。これについての詳細は、後述する。
そして、このように構成されたロータコア３２は、１つの主磁石３３と１つの副磁石３４とが対となって１極を構成する。すなわち、本第１実施形態のロータコア３２は、主磁石３３と副磁石３４との対が４つ設けられているので、４極に構成されている。

（減速部）
図１、図２に戻り、減速部３は、モータケース５が取り付けられているギヤケース４０と、ギヤケース４０内に収納されるウォーム減速機構４１と、を備えている。ギヤケース４０は、例えばアルミダイキャスト等の放熱性の優れた材料により形成されている。ギヤケース４０は、一面に開口部４０ａを有する箱状に形成されており、内部にウォーム減速機構４１を収容するギヤ収容部４２を有する。また、ギヤケース４０の側壁４０ｂには、第１モータケース６が一体成形されている箇所に、この第１モータケース６の貫通孔１０ａとギヤ収容部４２とを連通する開口部４３が形成されている。

さらに、ギヤケース４０の側壁４０ｂには、３つの固定ブラケット５４ａ，５４ｂ，５４ｃが一体成形されている。これら固定ブラケット５４ａ，５４ｂ，５４ｃは、不図示の車体等に、減速機付モータ１を固定するためのものである。３つの固定ブラケット５４ａ，５４ｂ，５４ｃは、モータ部２を避けるように、周方向にほぼ等間隔に配置されている。各固定ブラケット５４ａ，５４ｂ，５４ｃには、それぞれ防振ゴム５５が装着されている。防振ゴム５５は、減速機付モータ１を駆動する際の振動が、不図示の車体に伝達されてしまうのを防止するためのものである。

また、ギヤケース４０の底壁４０ｃには、略円筒状の軸受ボス４９が突設されている。
軸受ボス４９は、ウォーム減速機構４１の出力軸４８を回転自在に支持するためのものであって、内周面に不図示の滑り軸受が設けられている。さらに、軸受ボス４９の先端内周縁には、不図示のＯリングが装着されている。これにより、軸受ボス４９を介して外部から内部に塵埃や水が侵入してしまうことが防止される。また、軸受ボス４９の外周面には、複数のリブ５２が設けられている。これにより、軸受ボス４９の剛性が確保されている。

ギヤ収容部４２に収容されたウォーム減速機構４１は、ウォーム軸４４と、ウォーム軸４４に噛合されるウォームホイール４５と、により構成されている。ウォーム軸４４は、モータ部２の回転軸３１と同軸上に配置されている。そして、ウォーム軸４４は、両端がギヤケース４０に設けられた軸受４６，４７によって回転自在に支持されている。ウォーム軸４４のモータ部２側の端部は、軸受４６を介してギヤケース４０の開口部４３に至るまで突出している。この突出したウォーム軸４４の端部とモータ部２の回転軸３１との端部が接合され、ウォーム軸４４と回転軸３１とが一体化されている。なお、ウォーム軸４４と回転軸３１は、１つの母材からウォーム軸部分と回転軸部分とを成形することにより一体として形成してもよい。

ウォーム軸４４に噛合されるウォームホイール４５には、このウォームホイール４５の径方向中央に出力軸４８が設けられている。出力軸４８は、ウォームホイール４５の回転軸方向と同軸上に配置されており、ギヤケース４０の軸受ボス４９を介してギヤケース４０の外部に突出している。出力軸４８の突出した先端には、不図示の電装品と接続可能なスプライン４８ａが形成されている。

また、ウォームホイール４５の径方向中央には、出力軸４８が突出されている側とは反対側に、不図示のセンサマグネットが設けられている。このセンサマグネットは、ウォームホイール４５の回転位置を検出する回転位置検出部６０の一方を構成している。この回転位置検出部６０の他方を構成する磁気検出素子６１は、ウォームホイール４５のセンサマグネット側（ギヤケース４０の開口部４０ａ側）でウォームホイール４５と対向配置されているコントローラ部４に設けられている。

（コントローラ部）
モータ部２の駆動制御を行うコントローラ部４は、磁気検出素子６１が実装されたコントローラ基板６２と、ギヤケース４０の開口部４０ａを閉塞するように設けられたカバー６３と、を有している。そして、コントローラ基板６２が、ウォームホイール４５のセンサマグネット側（ギヤケース４０の開口部４０ａ側）に対向配置されている。

コントローラ基板６２は、いわゆるエポキシ基板に複数の導電性のパターン（不図示）が形成されたものである。コントローラ基板６２には、モータ部２のステータコア２０から引き出されたコイル２４の端末部が接続されていると共に、カバー６３に設けられたコネクタの端子（何れも不図示）が電気的に接続されている。また、コントローラ基板６２には、磁気検出素子６１の他に、コイル２４に供給する電流を制御するＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子からなるパワーモジュール（不図示）が実装されている。さらに、コントローラ基板６２には、このコントローラ基板６２に印加される電圧の平滑化を行うコンデンサ（不図示）等が実装されている。

このように構成されたコントローラ基板６２を覆うカバー６３は、樹脂により形成されている。また、カバー６３は、若干外側に膨出するように形成されている。そして、カバー６３の内面側は、コントローラ基板６２等を収容するコントローラ収容部５６とされている。
また、カバー６３の外周部に、不図示のコネクタが一体成形されている。このコネクタは、不図示の外部電源から延びるコネクタと嵌着可能に形成されている。そして、不図示のコネクタの端子に、コントローラ基板６２が電気的に接続されている。これにより、外部電源の電力がコントローラ基板６２に供給される。

さらに、カバー６３の開口縁には、ギヤケース４０の側壁４０ｂの端部と嵌め合わされる嵌合部８１が突出形成されている。嵌合部８１は、カバー６３の開口縁に沿う２つの壁８１ａ，８１ｂにより構成されている。そして、これら２つの壁８１ａ，８１ｂの間に、ギヤケース４０の側壁４０ｂの端部が挿入（嵌め合い）される。これにより、ギヤケース４０とカバー６３との間にラビリンス部８３が形成される。このラビリンス部８３によって、ギヤケース４０とカバー６３との間から塵埃や水が浸入してしまうことが防止される。なお、ギヤケース４０とカバー６３との固定は、不図示のボルトを締結することにより行われる。

（減速機付モータの動作）
次に、減速機付モータ１の動作について説明する。
減速機付モータ１は、不図示のコネクタを介してコントローラ基板６２に供給された電力が、不図示のパワーモジュールを介してモータ部２の各コイル２４に選択的に供給される。すると、ステータ８（ティース２２）に所定の鎖交磁束が形成され、この鎖交磁束とロータ９の主磁石３３及び副磁石３４により形成される有効磁束との間で磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、ロータ９が継続的に回転する。
ロータ９が回転すると、回転軸３１と一体化されているウォーム軸４４が回転し、さらにウォーム軸４４に噛合されているウォームホイール４５が回転する。そして、ウォームホイール４５に連結されている出力軸４８が回転し、所望の電装品が駆動する。

また、コントローラ基板６２に実装されている磁気検出素子６１によって検出されたウォームホイール４５の回転位置検出結果は、信号として不図示の外部機器に出力される。
不図示の外部機器は、ウォームホイール４５の回転位置検出信号に基づいて、不図示のパワーモジュールのスイッチング素子等の切替えタイミングが制御され、モータ部２の駆動制御が行われる。なお、パワーモジュールの駆動信号の出力やモータ部２の駆動制御は、コントローラ部４で行われていても良い。

（ロータの作用、効果）
次に、図４、図６〜図９に基づいて、ロータ９の作用、効果について説明する。
図４に示すように、ロータコア３２には、各主磁石３３の径方向内側（回転軸３１側）にそれぞれ副磁石３４が設けられている。また、径方向で並ぶ対の主磁石３３及び副磁石３４は、それぞれ磁界の配向の向きがほぼ同一方向に向いている。このため、主磁石３３の磁束の不足分を副磁石３４で補う形になる。

しかも、主磁石３３は、ロータコア３２の外周面３２ｂに沿って径方向に沿う断面が径方向外側に向かって凸となるように、略円弧状（瓦状）に形成されている。そして、主磁石３３は、磁界の配向が厚み方向に沿ってパラレル配向となるように着磁されている。一方、副磁石３４は、径方向に沿う断面が径方向内側に向かって凸となるように、略円弧状（瓦状）に形成されている。さらに、副磁石３４は、磁界の配向が厚み方向に沿ってラジアル配向となるように着磁されている。このため、ロータコア３２の全体でみると、所望の磁界の流れに沿って各磁石３３，３４が着磁されている。よって、主磁石３３及び副磁石３４のそれぞれを薄肉化しつつ、ロータコア３２の全体として有効磁束量を十分満足することができる。以下、より具体的に説明する。

図６は、磁石３３，３４の１ｇあたりのロータコア３２の有効磁束量［μＷｂ／ｇ］を示すグラフであって、本第１実施形態のロータコア３２と従来構造のロータコアと比較している。なお、ここでいう従来構造とは、ロータコアの外周面に永久磁石を一列に配置した、いわゆるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータのロータコアの構造をいう。
同図に示すように、従来構造と比較して、本第１実施形態の磁石３３，３４の１ｇあたりのロータコア３２の有効磁束量が増加していることが確認できる。

図７は、ロータコア３２の有効磁束量［μＷｂ／ｇ］を示すグラフであって、主磁石３３及び副磁石３４の着磁の配向の違い毎に比較している。なお、図７中、横軸は、主磁石３３と副磁石３４の着磁の配向の組み合わせを示し、「主磁石３３の配向／副磁石３４の配向」としている。また、「パラレル」は、パラレル配向をいい、「ラジアル」はラジアル配向をいう。すなわち、例えば「パラレル／ラジアル」とは、主磁石３３の配向がパラレル配向であり、副磁石３４の配向がラジアル配向であることを示している（以下の図８も同様）。

同図に示すように、主磁石３３の配向がパラレル配向の場合に、ロータコア３２の有効磁束量が増大することが確認できる。とりわけ、本第１実施形態のように、主磁石３３の配向がパラレル配向であるのに対し、副磁石３４の配向がラジアル配向である場合に、ロータコア３２の有効磁束量が最大限に増大することが確認できる。

図８は、ロータ９のコギングトルク［ｍＮ・ｍ］を示すグラフであって、主磁石３３及び副磁石３４の着磁の配向の違い毎に比較している。
同図に示すように、主磁石３３の配向がパラレル配向の場合に、ロータ９のコギングトルクを低減できることが確認できる。

図９は、ロータコア３２の有効磁束量［μＷｂ／ｇ］を示すグラフであって、主磁石３３の最大肉厚Ｔ１ｍａｘと副磁石３４の最大肉厚Ｔ２ｍａｘ（図４参照）との比率の違いによる有効磁束量を比較している。なお、横軸に記載の数値は、主磁石３３の最大肉厚Ｔ１ｍａｘを副磁石３４の最大肉厚Ｔ２ｍａｘで除した値を示している。
同図に示すように、主磁石３３の最大肉厚Ｔ１ｍａｘ及び副磁石３４の最大肉厚Ｔ２ｍａｘが、上記式（１）を満たす場合、つまり、主磁石３３の最大肉厚Ｔ１ｍａｘを副磁石３４の最大肉厚Ｔ２ｍａｘで除した値が１以上である場合、ロータコア３２の有効磁束量が十分満足されることが確認できる。

このように、上述の第１実施形態のロータコア３２は、このロータコア３２の外周面３２ｂに配置される１つの主磁石３３と、この主磁石３３の径方向内側（回転軸３１側）に配置される１つの副磁石３４と、が対となって１極を構成している。これにより、磁石３３，３４の１ｇあたりのロータコア３２の有効磁束量を増大させることができる（図６参照）。このため、従来のように磁石の磁化方向を肉厚化することなく、モータ部２のモータ特性を高めることができる。

また、主磁石３３を、ロータコア３２の周囲を取り囲む略円筒状のリングマグネットとせずに、略瓦状に分割された複数（本第１実施形態で４つ）の主磁石３３で構成している。そして、各主磁石３３に、それぞれ１つの副磁石３４を設けている。このため、ロータコア３２に形成される磁束の流れを、所望の流れにできる限り近似させることができる。この結果、磁石３３，３４の１ｇあたりのロータコア３２の有効磁束量を効率よく増大させることができる。よって、主磁石３３及び副磁石３４の材料コストを抑えることができる。

さらに、主磁石３３は、ロータコア３２の外周面３２ｂに沿って径方向に沿う断面が径方向外側に向かって凸となるように、略円弧状（瓦状）に形成されている。また、副磁石３４は、径方向に沿う断面が径方向内側に向かって凸となるように、略円弧状（瓦状）に形成されている。このため、ロータコア３２内における磁束の流れを効果的に形成でき、ロータコア３２の外周面３２ｂでの磁束密度を効果的に高めることができる。

また、副磁石用スリット３７（副磁石３４）は、径方向に沿う断面の長手方向両端３７ａが、ロータコア３２の突起３５の直近（極境界の直近）に至るまで延出するように形成されている。そして、ロータコア３２の各突起３５の径方向内側には、周方向で隣り合う２つの副磁石用スリット３７の長手方向両端３７ａ（副磁石３４の長手方向両端）が、周方向に並んで配置された形になる。このため、副磁石用スリット３７（副磁石３４）が突起３５に続く磁路を遮断する形になり、突起３５を介して主磁石３３の磁束が漏出してしまうことを抑制できる。さらに、ステータ８（ティース２２）に形成される鎖交磁束が突起３５を介して流れ込むのを抑制でき、鎖交磁束によるロータコア３２の磁束の乱れを抑制できる。この結果、ロータコア３２の有効磁束量をさらに高めることができ、モータ部２のモータ特性をさらに高めることができる。

また、ロータコア３２の外周面３２ｂには、４つの突起３５が周方向に等間隔で設けられている。そして、周方向で隣り合う主磁石３３の間に、突起３５が介在された形になる。このため、突起３５を利用してロータコア３２の外周面３２ｂに主磁石３３を容易且つ確実に位置決め固定できる。また、主磁石３３と比較して剛性の高い突起３５を利用して主磁石３３を固定するので、主磁石３３同士を突き合わせて固定する場合と比較して、主磁石３３のロータコア３２に対する固着力を高めることができる。

さらに、主磁石３３の最大肉厚Ｔ１ｍａｘ及び副磁石３４の最大肉厚Ｔ２ｍａｘが、上記式（１）を満たすように設定されているので、ロータコア３２の有効磁束量を十分満足することができる。このため、ロータ９全体として磁石（主磁石３３、副磁石３４）の材料コストを確実に抑えることができる。
また、主磁石３３がパラレル配向に着磁されているので、ロータコア３２の外周面３２ｂでの磁束の向きを均一化できる。このため、各主磁石３３の径方向外表面の磁束を効率よく利用でき、ロータコア３２の有効磁束を高めることができる。

さらに、主磁石３３の外表面３３ａの円弧中心Ｃ２が、回転軸３１の軸心Ｃ１から僅かに偏心している。このため、主磁石３３の径方向外側の外表面３３ａとティース２２の内周面との間の微小隙間Ｓ１が、主磁石３３の周方向中央が最も小さく、この周方向中央から周方向に離間するに従って徐々に大きくなる。よって、周方向で隣接する主磁石３３間での急激な磁束の変化がステータ８（ティース２２）に及ぼす影響を、極力減少することができる。この結果、モータ部２のコギングトルクを減少できる。

（第２実施形態）
次に、図１０に基づいて、第２実施形態について説明する。
図１０は、第２実施形態におけるステータ８及びロータ２０９の軸方向からみた平面図であって、前述の図３に対応している。なお、前述の第１実施形態と同一態様には同一符号を付して説明を省略する（以下の第３実施形態についても同様）。
同図に示すように、前述の第１実施形態と本第２実施形態との相違点は、第２実施形態では、１つの主磁石３３の径方向内側に、２つの副磁石３４，２３４が設けられている点にある。

より具体的には、ロータコア２３２には、外周面２３２ｂと副磁石用スリット３７との間に、それぞれ第２の副磁石用スリット２３７が形成されている。この副磁石用スリット２３７に、第２の副磁石２３４が収納され、例えば接着剤等によりロータコア２３２に固定される。
第２の副磁石用スリット２３７は、径方向に沿う断面が径方向内側に向かって凸となるように略円弧状（瓦状）に形成されている。また、第２の副磁石用スリット２３７は、径方向に沿う断面の長手方向両端２３７ａが、ロータコア２３２の外周面２３２ｂ（主磁石収納部３６）の直近に至るまで延出するように形成されている。

また、第２の副磁石用スリット２３７は、径方向内側（回転軸３１側）の内側面２３７ｂの曲率半径Ｒ３が、径方向外側（主磁石３３側）の内側面２３７ｃの曲率半径Ｒ４よりも小さく設定されている。このため、第２の副磁石用スリット２３７の短手方向の幅であるスリット幅は、径方向に沿う断面で長手方向中央が最も大きく、長手方向両端２３７ａに向かうに従って徐々に小さくなる。

このように形成された第２の副磁石用スリット２３７に収納される第２の副磁石２３４は、第２の副磁石用スリット２３７の形状に対応するように、径方向に沿う断面が径方向内側に向かって凸となるように、略円弧状（瓦状）に形成されている。第２の副磁石２３４は、磁界の配向が厚み方向に沿ってラジアル配向となるように着磁されている。そして、第２の副磁石３４は、対応する主磁石３３の配向及び副磁石３４と同じ向きになるように配置されている。

また、第２の副磁石２３４の径方向に沿う断面の長手方向の周長は、第２の副磁石用スリット２３７の径方向に沿う断面の長手方向の周長よりも若干短く設定されている。このため、第２の副磁石用スリット２３７の長手方向両端２３７ａには、第２の副磁石２３４との間に、僅かにフラックスバリヤとして機能する空洞部２３８が形成される。
さらに、第２の副磁石２３４の最大肉厚をＴ２２ｍａｘとしたとき、第２の副磁石２３４の最大肉厚Ｔ２２ｍａｘと副磁石３４の最大肉厚Ｔ２ｍａｘは、
Ｔ２ｍａｘ≧Ｔ２２ｍａｘ ・・・（２）
を満たすように設定されている。

したがって、上述の第２実施形態によれば、前述の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、第２の副磁石２３４を設ける分、前述の第１実施形態と比較してロータコア２３２の有効磁束量をさらに増大させることができる。

（第３実施形態）
次に、図１１に基づいて、第３実施形態について説明する。
図１１は、第３実施形態におけるステータ８及びロータ３０９の軸方向からみた平面図であって、前述の図３に対応している。
同図に示すように、前述の第１実施形態と本第３実施形態との相違点は、第３実施形態では、１つの主磁石３３の径方向内側に配置された副磁石３３４が、周方向に２分割に構成されて第１副磁石３３４ａ及び第２副磁石３３４ｂの２つの副磁石３３４ａ，３３４ｂで構成されている点にある。

より具体的には、ロータコア３３２には、各主磁石３３の径方向内側（回転軸３１側）に、それぞれ副磁石用スリット３３７が形成されている。副磁石用スリット３３７は、径方向に沿う断面が径方向内側に向かって凸となるように略円弧状（瓦状）に形成されている。また、副磁石用スリット３３７は、径方向に沿う断面の長手方向両端３３７ａが、ロータコア３３２の突起３５の直近（極境界の直近）に至るまで延出するように形成されている。すなわち、ロータコア３３２の各突起３５の径方向内側には、周方向で隣り合う２つの副磁石用スリット３３７の長手方向両端３３７ａが、周方向に並んで配置された形になる。

さらに、副磁石用スリット３３７の径方向断面における長手方向中央には、センターブリッジ５０が設けられている。センターブリッジ５０は、副磁石用スリット３３７の径方向内側（回転軸３１側）の内側面３３７ｂと径方向外側（主磁石３３側）の内側面３３７ｃとに跨るように形成されている。すなわち、センターブリッジ５０は、径方向に沿って、且つロータコア３３２の軸方向全体に渡って形成されている。
そして、センターブリッジ５０によって、副磁石用スリット３３７が２つの小副磁石用スリット３３８，３３９に区画されている。これら２つの小副磁石用スリット３３８，３３９に、それぞれ副磁石３３４ａ，３３４ｂが収納され、例えば接着剤等によりロータコア３３２に固定される。

各副磁石３３４ａ，３３４ｂは、収納される小副磁石用スリット３３８，３３９の形状に対応するように、径方向に沿う断面が径方向内側に向かって凸となるように、略円弧状（瓦状）に形成されている。各副磁石３３４ａ，３３４ｂは、磁界の配向が厚み方向に沿ってラジアル配向となるように着磁されている。そして、各副磁石３３４ａ，３３４ｂは、対応する主磁石３３の配向とほぼ同じ向きになるように配置されている。

また、各副磁石３３４ａ，３３４ｂの径方向に沿う断面の長手方向の周長は、それぞれ対応する小副磁石用スリット３３８，３３９の径方向に沿う断面の長手方向の周長よりも若干短く設定されている。このため、各小副磁石用スリット３３８，３３９の長手方向両端には、それぞれ副磁石３３４ａ，３３４ｂとの間に、僅かにフラックスバリヤとして機能する空洞部３４０が形成される。

このように、上述の第３実施形態では、１つの主磁石３３の径方向内側（回転軸３１側）に、２つの副磁石３３４ａ，３３４ｂが配置された形になる。そして、１つの主磁石３３と２つの副磁石３３４ａ，３３４ｂとにより、１極を構成している。このように構成した場合であっても、前述の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、副磁石用スリット３３７にセンターブリッジ５０を設けることにより、副磁石用スリット３３７を形成することによるロータコア３３２の剛性の低下を抑制できる。このため、例えば、ロータ３０９を高速回転させた際、遠心力によってロータコア３３２が変形してしまうことを抑制でき、信頼性の高いロータ３０９を提供できる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、減速機付モータ１は、車両に搭載される電装品（例えば、パワーウインドウ、サンルーフ、電動シート等）の駆動源となるものである場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、さまざまな用途に減速機付モータ１を使用することができる。

また、上述の第１実施形態では、ロータコア３２は、１つの主磁石３３と、この主磁石３３の径方向内側（回転軸３１側）に配置される１つの副磁石３４と、が対となって１極を構成している場合について説明した。さらに、上述の第２実施形態では、１つの主磁石３３と、この主磁石３３の径方向内側（回転軸３１側）に配置される副磁石３４及び第２の副磁石２３４とにより、１極を構成している場合について説明した。また、上述の第３実施形態では、１つの主磁石３３と、この主磁石３３の径方向内側（回転軸３１側）に配置される２つの副磁石３３４ａ，３３４ｂとにより、１極を構成している場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、１つの主磁石３３に対し、２つ以上の複数の副磁石を設けてもよい。

また、上述の実施形態では、ロータコア３２，２３２，３３２は、４つの主磁石３３を有し、４極に構成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ロータコア３２，２３２，３３２を、４極以上に構成してもよい。この場合、ロータコア３２，２３２，３３２の極数に応じて主磁石３３を設ければよい。
さらに、主磁石３３は、略円弧状（瓦状）に形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ロータコア３２，２３２，３３２の外周面３２，２３２ｂ，３３２ｂを取り囲むように、主磁石３３を略円筒状に形成してもよい。そして、主磁石３３の磁極毎に、副磁石３４，２３４，３３４ａ，３３４ｂを設ければよい。

また、上述の実施形態では、ロータコア３２，２３２，３３２に形成された副磁石用スリット３７，２３７，３３７に、それぞれ副磁石３４，２３４，３３４ａ，３３４ｂを収納した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、副磁石用スリット３７，２３７，３３７に磁性樹脂を充填し、この樹脂を副磁石３４，２３４，３３４ａ，３３４ｂとして構成してもよい。

さらに、上述の実施形態では、ロータコア３２，２３２，３３２の外周面３２，２３２ｂ，３３２ｂには、径方向に突出され、且つロータコア３２，２３２，３３２の軸方向全体に延びるように突起３５が形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ロータコア３２，２３２，３３２の外周面３２ｂ，２３２ｂ，３３２ｂに、軸方向に所定間隔をあけて突起３５を形成してもよい。突起３５は、略円弧状（瓦状）に形成された主磁石３３の周方向の位置決めを行い、主磁石３３を保持可能な形状であればよい。

例えば、ロータコア３２，２３２，３３２を、複数の金属板を軸方向に積層することにより形成する場合、金属板の外周面３２ｂ，２３２ｂ，３３２ｂの１箇所に突起３５を形成し、金属板を周方向に所定角度回転させながら積層してもよい。このように構成することで、ロータコア３２，２３２，３３２の外周面３２ｂ，２３２ｂ，３３２ｂに、軸方向に所定間隔をあけて突起３５が形成される。

また、上述の実施形態では、各副磁石用スリット３７，２３７，３３７（各副磁石３４，２３４，３３４ａ，３３４ｂ）は、径方向に沿う断面が径方向内側に向かって凸となるように略円弧状（瓦状）に形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、主磁石３３の配向と、この主磁石３３と径方向で対向する副磁石３４，２３４，３３４ａ，３３４ｂの配向とが同一方向を向いていればよい。
例えば、副磁石３４，２３４，３３４ａ，３３４ｂを平板状に形成してもよい。また、各副磁石用スリット３７，２３７，３３７を、径方向に沿う断面が径方向内側に向かって凸となるように、略Ｖ字状に形成し、これに対応するように、副磁石３４，２３４，３３４ａ，３３４ｂを形成してもよい。

２…モータ部（同期モータ、ブラシレスモータ）
３１…回転軸（シャフト）
３２，２３２，３３…ロータコア
３２ｂ，２３２ｂ，３３２ｂ…外周面
３３…主磁石
３４…副磁石
３５…突起
３７，３３７…副磁石用スリット
２３４…第２の副磁石（副磁石）
２３７…第２の副磁石用スリット
３３４ａ…第１副磁石（副磁石）
３３４ｂ…第２副磁石（副磁石）
３３８，３３９…小副磁石用スリット
Ｃ１…軸心（回転軸線）

Claims (9)

1. 回転軸線回りに回転するシャフトと、
   前記シャフトに固定され、前記回転軸線を径方向中心とするロータコアと、
   前記ロータコアの外周面側に配置される主磁石と、
   前記ロータコアの前記主磁石よりも前記シャフト側に配置される少なくとも１つの副磁石と、
   を備え、
   前記主磁石の着磁の配向と、該主磁石と径方向で対向する前記副磁石の配向とが同一方向を向いている
   ことを特徴とする同期モータ。
2. 前記主磁石は、径方向外表面の磁極ごとに周方向に分割構成されており、
   各前記主磁石に、少なくとも１つの副磁石が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の同期モータ。
3. 前記主磁石は、前記回転軸線に直交する断面が径方向外側に向かって凸となるように湾曲形成されており、
   前記副磁石は、前記回転軸線に直交する断面が径方向内側に向かって凸となるように湾曲形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の同期モータ。
4. １つの前記主磁石に、１つの前記副磁石が設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載の同期モータ。
5. 前記副磁石は、前記回転軸線に直交する断面形状における長手方向の両端が、周方向で隣り合う前記主磁石の間の極境界の直近まで延出するように形成されている
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の同期モータ。
6. 前記ロータコアの外周面に、前記主磁石が露出するように配置されており、
   前記ロータコアの外周面には、周方向で隣り合う前記主磁石の間に介在される突起が設けられている
   ことを特徴とする請求項２〜請求項５の何れか１項に記載の同期モータ。
7. 前記主磁石の径方向の肉厚をＴ１とし、
   前記副磁石の径方向の肉厚をＴ２としたとき、
   Ｔ１≧Ｔ２
   を満たすように設定されている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の同期モータ。
8. 前記主磁石は、パラレル配向に着磁されている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の同期モータ。
9. 請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の同期モータを備えたことを特徴とするブラシレスモータ。

Images