JP5363062B2

JP5363062B2 - モータ

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Publication number: JP5363062B2
Application number: JP2008267752A
Authority: JP
Inventors: 佳朗竹本; 誠也横山; 暢子濱島
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: JP2010098855A

Description

本発明は、モータの特にマグネット配置構造に関するものである。

マグネットを用いて構成されるモータとして、例えば特許文献１に示されているようなインナロータ型のブラシレスモータが提案されており、該モータでは、複数個（文献１では１２個）のティースにステータコアにコイルが巻回されてなる円環状のステータの内側においてロータが回転可能に配置され、そのステータとの対向面であるロータ（ロータコア）の外周面には、周方向に磁極を異ならせた複数個（文献１では１０個）のマグネットが並んで設けられている。
特開２００８−１４１８０３号公報

ところで、ロータの回転駆動時には、ステータ側の磁極とロータ側の磁極との関係でコギングトルクが生じるが、特にマグネットを用いる構成のものでは、そのマグネットによりロータ側の磁極が境界部で急激に大きく変化するため、コギングトルクが大きくなりがちである。そのため、上記のインナロータ型やアウタロータ型のブラシレスモータ、またステータ側にマグネットを用いる構成のブラシ付き直流モータ等、その他のマグネットを用いて構成されるモータについても同様に、コギングトルクの一層の低減が望まれている。

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、コギングトルクの一層の低減を図り、低振動化を図ることができるモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、コアのティースに三相のコイルが巻回されて１２ｎ（ｎは自然数）の磁極が構成されたステータと、コアにマグネットが固定されて１０ｎ又は１４ｎの磁極が構成されたロータとを備えてなるモータであって、前記ロータは、Ｎ極及びＳ極のマグネットが周方向に交互に配置された第１構成部と、Ｎ極及びＳ極の一方側のマグネットが前記第１構成部の同極のマグネットと軸方向に並んで配置されるその一方側のマグネットと、他方側の磁極として機能する前記コアに設けた突極とが周方向に交互に配置された第２構成部とを備え、前記第２構成部は、前記他方側の磁極として機能する前記突極が前記第１構成部における前記第２構成部の前記一方側のマグネットと異極のマグネットと軸方向に並んで配置されていることをその要旨とする。

この発明では、モータのロータ又はステータは、Ｎ極及びＳ極のマグネットが周方向に交互に配置された通常構成の第１構成部と、第１構成部の同極のマグネットと軸方向に並んで配置されるＮ極及びＳ極の一方側のマグネットと他方側の磁極として機能するコアの突極とが周方向に交互に配置されたコンシクエントポール型の第２構成部とが備えられてなる。これにより、コンシクエントポール型の第２構成部にて生じるコギングトルクの脈動は、通常構成の第１構成部にて生じるコギングトルクの脈動に対して電気角で１８０°ずれた位相、即ち逆位相で生じるようになるため（図３参照）、両構成部をともに持つこの構成では、それぞれのコギングトルクの脈動が互いに打ち消し合うように作用する。つまり、その合成コギングトルクの脈動は極めて小さなものとなり、この構成を用いるモータでは、回転駆動時の振動が低減される。

請求項２に記載の発明は、コアのティースに三相のコイルが巻回されて１２ｎ（ｎは自然数）の磁極が構成されたステータ又はロータと、コアにマグネットが固定されて１０ｎ又は１４ｎの磁極が構成されたロータ又はステータとを備えてなるモータであって、前記ロータは、Ｎ極及びＳ極のマグネットが周方向に交互に配置された第１構成部と、Ｎ極及びＳ極の一方側のマグネットが前記第１構成部の同極のマグネットと軸方向に並んで配置されるその一方側のマグネットと、他方側の磁極として機能する前記コアに設けた突極とが周方向に交互に配置された第２構成部とを備え、前記第１構成部において、前記マグネットの磁極境界部の磁束密度変化の傾きｋ１が、０．０６４８≦ｋ１≦０．０７２８の範囲内に設定され、前記第２構成部において、前記マグネットの磁極境界部の磁束密度変化の傾きｋ２が、０．０７１１≦ｋ２≦０．０７２８の範囲内に設定されていることをその要旨とする。

この発明では、モータのロータ又はステータは、Ｎ極及びＳ極のマグネットが周方向に交互に配置された通常構成の第１構成部と、第１構成部の同極のマグネットと軸方向に並んで配置されるＮ極及びＳ極の一方側のマグネットと他方側の磁極として機能するコアの突極とが周方向に交互に配置されたコンシクエントポール型の第２構成部とが備えられてなる。これにより、コンシクエントポール型の第２構成部にて生じるコギングトルクの脈動は、通常構成の第１構成部にて生じるコギングトルクの脈動に対して電気角で１８０°ずれた位相、即ち逆位相で生じるようになるため（図３参照）、両構成部をともに持つこの構成では、それぞれのコギングトルクの脈動が互いに打ち消し合うように作用する。つまり、その合成コギングトルクの脈動は極めて小さなものとなり、この構成を用いるモータでは、回転駆動時の振動が低減される。
また、ロータ又はステータの第１構成部において、各マグネットの磁極境界部の磁束密度変化の傾きｋ１が、０．０６４８≦ｋ１≦０．０７２８の範囲内に設定され、第２構成部において、各マグネットの磁極境界部の磁束密度変化の傾きｋ２が、０．０７１１≦ｋ２≦０．０７２８の範囲内に設定されることで、モータの合成コギングトルクが好適に低減される（図５及び図６参照）。これにより、モータの一層の低振動化に寄与できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のモータにおいて、前記第２構成部は、２分割され、前記第１構成部の軸方向両側にそれぞれ配置されていることをその要旨とする。

この発明では、２分割された第２構成部が第１構成部の軸方向両側にそれぞれ配置されてロータ又はステータが構成される。つまり、２分割されたそれぞれの第２構成部の突極の軸方向一方のみに第１構成部のマグネットが並設されるため、その第１構成部のマグネットから第２構成部の突極への磁束漏れが低減される。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータにおいて、前記第２構成部は、２分割され、一方はＮ極のマグネットと前記突極とが周方向に交互に配置され、他方はＳ極のマグネットと前記突極とが周方向に交互に配置されていることをその要旨とする。

この発明では、２分割された第２構成部は、その一方がＮ極のマグネットと突極とが周方向に交互に配置されて構成され、他方がＳ極のマグネットと突極とが周方向に交互に配置されて構成される。これにより、第２構成部の磁気的バランスが良好となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータにおいて、前記第１及び第２構成部におけるマグネットは、各構成部間でそれぞれ分割して形成されていることをその要旨とする。

この発明では、第１及び第２構成部におけるマグネットは、各構成部間でそれぞれ分割して形成されるため、各構成部間でのマグネットの大きさ（軸方向長さ等）を調整でき、その調整によってもコギングトルクの低減を図ることが可能である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のモータにおいて、前記第１及び第２構成部間には、磁気的な離間部が設けられていることをその要旨とする。
この発明では、第１及び第２構成部間には磁気的な離間部が設けられるため、その第１構成部のマグネットから第２構成部の突極への磁束漏れが低減される。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータにおいて、前記第１及び第２構成部における同極のマグネットは、各構成部を越えて一体に形成されていることをその要旨とする。

この発明では、第１及び第２構成部における同極のマグネットは、各構成部を越えて一体に形成されるため、ロータ又はステータを少ない部品数で構成できる。

本発明によれば、コギングトルクの一層の低減を図り、低振動化を図ることができるモータを提供することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。
図１（ａ）（ｂ）及び図２は、本実施形態のブラシレスモータ１０を示す。尚、図１（ａ）は、モータの軸方向断面を示す図２のＡ−Ａ断面図であり、図１（ｂ）は、同図２のＢ−Ｂ断面図である。

本実施形態のブラシレスモータ１０は、円環状をなすステータ１１の内側にロータ２１が回転可能に配置されたインナロータ型のブラシレスモータで構成されている。
ステータ１１には、径方向内側に向けて延びる同形状の１２個のティース１２ａが周方向に等角度間隔に設けられる円環状のステータコア１２が用いられている。ステータコア１２は、磁性金属板を軸方向に複数枚積層して構成される積層型コアよりなる。ステータコア１２の各ティース１２ａには、個々にコイルが集中巻きにて巻回、この場合、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の三相のコイル１３ｕ１〜１３ｕ４，１３ｖ１〜１３ｖ４，１３ｗ１〜１３ｗ４がそれぞれ所定箇所に巻回され、ステータ１１側の磁極数が「１２」として構成されている。

前記コイルの巻回態様について、本実施形態では、各相４個ずつ合計１２個のコイル１３ｕ１〜１３ｕ４，１３ｖ１〜１３ｖ４，１３ｗ１〜１３ｗ４を有し、同相の２個が隣接するようにＵ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に巻回されている。同相の隣同士ではコイル巻回方向が逆とされ、また１８０°対向位置同士でもコイル巻回方向が逆とされている。

このようなステータ１１に対し、ロータ２１は、軸方向に第１構成部２１Ａと第２構成部２１Ｂとの２つの構成が組み合わされて構成されている。第１構成部２１Ａは軸方向長さの１／２をなして軸方向中央部に設けられ、軸方向長さが１／４の第２構成部２１Ｂがそれぞれ第１構成部２１Ａの軸方向両側に分けて設けられている。尚、これら各構成部２１Ａ，２１Ｂを組み合わせたロータ２１の合計の軸方向長さは、前記ステータコア１２と同等とされている。

ロータ２１の第１構成部２１Ａでは、磁性金属板材を複数枚積層してなる円筒状のロータコア２２を有し、該ロータコア２２の外周面に周方向に磁極が交互となるようにＮ極及びＳ極の合計１０個のマグネット２３ｎ，２３ｓがそれぞれ固着され、この第１構成部２１Ａにおける磁極数は「１０」として構成されている。マグネット２３ｎ，２３ｓは、径方向視で矩形状、軸方向視で周方向に一定厚さの円弧状をなし、３６°の等角度間隔に並んで配置されている。マグネット２３ｎ，２３ｓは、径方向の着磁がなされたラジアル配向磁石が用いられている。

ロータ２１の第２構成部２１Ｂでは、磁性金属板材を複数枚積層して構成され、７２°の等角度間隔に５個の突極２４ａを有する略円筒状のロータコア２４が用いられている。ロータコア２４は、前記ロータコア２２に対して１／２（ロータ２１の全体に対しては１／４）の軸方向長さで一対用いられ、前記ロータコア２４の軸方向両側に一体に連結されている。突極２４ａは、各ロータコア２４に一体に形成され、軸方向視でマグネット２３ｎ（２３ｓ，２５ｎ）と同一形状でかつ軸方向長さはその１／２（ロータ２１の全体に対しては１／４）とされている。また、突極２４ａは、前記第１構成部２１ＡのＳ極のマグネット２３ｓと軸方向に並ぶように設けられている。

ロータコア２２の各突極２４ａ間の凹所には、Ｎ極のみの合計５個のマグネット２５ｎがそれぞれ固着、この場合、７２°の等角度間隔にそれぞれ固着されている。マグネット２５ｎは、前記マグネット２３ｎ，２３ｓと軸方向視が同一形状でかつ軸方向長さはその１／２（ロータ２１の全体に対しては１／４）とされたものが用いられ、更に同一方向に着磁がなされている。このＮ極のマグネット２５ｎは、前記第１構成部２１ＡのＮ極のマグネット２３ｎと軸方向に並ぶように設けられている。そして、この第２構成部２１Ｂにおいても、Ｎ極のマグネット２５ｎにて磁極数が「５」、結果的にＳ極となる突極２４ａ（所謂コンシクエントポール）にて磁極数が「５」で合計「１０」の磁極が構成されている。

ここで、図３は、両極のマグネット２３ｎ，２３ｓを有する通常構成の第１構成部２１Ａと、一方の極のみのマグネット２５ｎを有するコンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂとにおいて発生するコギングトルクの波形を示す。

同図３に示すように、コンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂにて生じるコギングトルクの脈動は、通常構成の第１構成部２１Ａにて生じるコギングトルクの脈動に対して電気角で１８０°ずれた位相、即ち逆位相で生じるようになるため、両構成部２１Ａ，２１Ｂをともに持つ本実施形態のロータ２１では、それぞれのコギングトルクの脈動が互いに打ち消し合うように作用する。つまり、その合成コギングトルクの脈動は極めて小さなものとなり、このロータ２１を用いる本実施形態のブラシレスモータ１０では、回転駆動時の振動が低減されることになる。

尚、各構成部２１Ａ，２１Ｂのコギングトルクの大きさは、使用するマグネット２３ｎ，２３ｓ，２５ｎ及び突極２４ａの大小関係（例えば軸方向長さ）や着磁態様等で変更可能なため、例えば各構成部２１Ａ，２１Ｂの相互間でそれらの調整することで、逆位相となる構成部２１Ａ，２１Ｂでのコギングトルクの大きさを等しくすることも可能である。これにより、ロータ２１の全体でコギングトルクをより一層低減でき、ブラシレスモータ１０の一層の低振動化を図ることもできる。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態のロータ２１は、Ｎ極及びＳ極のマグネット２３ｎ，２３ｓが周方向に交互に配置された通常構成の第１構成部２１Ａと、第１構成部２１Ａの同極のマグネット２３ｎと軸方向に並んで配置されるＮ極及のマグネット２５ｎとＳ極として機能する突極２４ａとが周方向に交互に配置されたコンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂとが備えられてなる。これにより、コンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂにて生じるコギングトルクの脈動は、通常構成の第１構成部２１Ａにて生じるコギングトルクの脈動に対して電気角で１８０°ずれた逆位相で生じるようになるため（図３参照）、両構成部２１Ａ，２１Ｂをともに持つ本実施形態のロータ２１では、それぞれのコギングトルクの脈動が互いに打ち消し合い、合成コギングトルクの脈動は極めて小さくなる。そのため、このロータ２１を用いる本実施形態のブラシレスモータ１０では、回転駆動時の振動が低減され、低振動化を図ることができる。

（２）本実施形態のロータ２１は、２分割された第２構成部２１Ｂが第１構成部２１Ａの軸方向両側にそれぞれ配置されて構成されている。つまり、２分割されたそれぞれの第２構成部２１Ｂの突極２４ａの軸方向一方のみに第１構成部２１Ａのマグネット２３ｓが並設されるため、そのマグネット２３ｓから突極２４ａへの磁束漏れを低減することができ、出力向上に繋がる有効磁束をより多く得ることができる。

（３）本実施形態では、第１及び第２構成部２１Ａ，２１Ｂにおけるマグネット２３ｎ，２３ｓ，２５ｎは、各構成部２１Ａ，２１Ｂ間でそれぞれ分割して形成されているため、各構成部２１Ａ，２１Ｂ間でのマグネット２３ｎ，２３ｓ，２５ｎの大きさ（軸方向長さ等）を調整でき、その調整によってもコギングトルクの低減を図ることができる。

（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図面に従って説明する。尚、本実施形態のブラシレスモータ１０では、ロータ２１を構成する第１及び第２構成部２１Ａ，２１Ｂのマグネット２３ｎ，２３ｓ，２５ｎの着磁態様をより詳細に設定している。

図４は、通常構成の第１構成部２１Ａにおいては、Ｎ極のマグネット２３ｎの磁極中心からＳ極のマグネット２３ｓを１個挟んだ次のＮ極のマグネット２３ｎの磁極中心までの範囲、コンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂにおいては、Ｎ極のマグネット２５ｎの磁極中心から突極２４ａを１個挟んだ次のＮ極のマグネット２５ｎの磁極中心までの範囲となるロータ２１の０°から７２°の位置までの範囲の磁束密度の変化（この場合、ステータ１１と対向する外表面から１［ｍｍ］の高さでの磁束密度の変化）を示している。第１構成部２１Ａの磁束密度変化は同図４において一点鎖線にて示され、第２構成部２１Ｂの磁束密度変化は同図４において破線にて示されている。尚、ロータ２１の１８°と５４°の位置は、第１構成部２１Ａではマグネット２３ｎ，２３ｓ間の境界、第２構成部２１Ｂではマグネット２５ｎと突極２４ａとの境界に相当する。

各構成部２１Ａ，２１Ｂにおいて、Ｎ極のマグネット２３ｎ，２５ｎでは磁束密度がプラス側に大きくなり、Ｓ極のマグネット２５ｎ及び結果的にＳ極となる突極２４ａでは磁束密度がマイナス側（磁束の向きが逆の意）に大きくなる。尚、Ｎ極のマグネット２３ｎ，２５ｎ及びＳ極のマグネット２５ｎでは、磁束密度がそれぞれ磁極中心を含む所定領域で略一定に変化するのに対し、突極２４ａでは、磁束密度がその磁極中心で凹となるように変化する。磁極間の境界付近では、磁束密度がプラス側からマイナス側に、又はその逆方向に変化する。

因みに、各マグネット２３ｎ，２３ｓ，２５ｎはラジアル配向着磁であるが、磁極中心部を含む周方向中央部に対し、磁極境界部を含む周方向端部（本実施形態では、マグネット角度領域の１／１０である３．６°の端部領域）の着磁率（以下、境界着磁率とする）を変更すると、その度合いに応じて磁束密度変化の傾き（例えば図４の破線で囲むＳ極からＮ極に変化する領域での傾き）が変わる。後述するが（図６参照）、第１構成部２１Ａでは、マグネット２３ｎ，２３ｓの境界着磁率を下げていくと、例えば磁束密度「０」部分の接線Ｌ１の傾きｋ１（磁束密度変化の傾き）は小さくなっていき、逆にその周方向中央部と同等となるまで境界着磁率を上げていくと、その接線Ｌ１の傾きｋ１は大きくなっていく。一方、第２構成部２１Ｂでは、マグネット２５ｎの境界着磁率を下げていくと、例えば磁束密度「０」部分の接線Ｌ２の傾きｋ２は若干大きくなっていき、逆に境界着磁率を上げていくと、その接線Ｌ２の傾きｋ２は小さくなっていく。

ここで、図５は、ロータ２１の各構成部２１Ａ，２１Ｂのマグネット２３ｎ，２３ｓ及びマグネット２５ｎにおいて、周方向中央部（磁極中心部）に対して周方向端部（磁極境界部）の着磁率（境界着磁率）を変化させた場合のコギングトルクの変化を示している。尚、同図５では、マグネット２３ｎ，２３ｓ及びマグネット２５ｎの周方向中央部に対して周方向端部の着磁率を下げてゆき、第１構成部２１Ａのコギングトルク（同図５において一点鎖線）と第２構成部２１Ｂのコギングトルク（同図５において破線）とを合成した合成コギングトルク（同図５において実線）が最も小さくなる境界着磁率を「１００％」とし、周方向端部が周方向中央部と同等に着磁されている場合の境界着磁率を「２００％」としている。

同図５から判るように、合成コギングトルク、即ちロータ２１全体のコギングトルクは、境界着磁率が「８６％」以上かつ「１１２％」以下の範囲内で各構成部２１Ａ，２１Ｂそれぞれのコギングトルクを下回る。つまり、モータ１０の低振動化が図られる範囲である。このとき、図６において、各構成部２１Ａ，２１Ｂのマグネット２３ｎ，２３ｓ，２５ｎの境界着磁率と、前記接線Ｌ１，Ｌ２の傾きｋ１，ｋ２との相関を示すように、合成コギングトルクが低くなる境界着磁率が「８６％」以上かつ「１１２％」以下となる傾きは、第１構成部２１Ａのマグネット２３ｎ，２３ｓでは、傾きｋ１が「０．０６４８」以上かつ「０．０７２８」以下であり、第２構成部２１Ｂのマグネット２５ｎでは、傾きｋ２が「０．０７１１」以上かつ「０．０７２８」以下である。

そして、本実施形態では、これらの範囲内となる傾きｋ１，ｋ２の境界着磁率を有するマグネット２３ｎ，２３ｓ，２５ｎが使用され、合成コギングトルクの低減を図り、低振動のモータ１０として構成されている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、ロータ２１の第１構成部２１Ａにおいて、マグネット２３ｎ，２３ｓの磁極境界部の磁束密度変化（接線Ｌ１）の傾きｋ１が、０．０６４８≦ｋ１≦０．０７２８の範囲内に設定され、第２構成部２１Ｂにおいて、マグネット２５ｎの磁極境界部の磁束密度変化（接線Ｌ２）の傾きｋ２が、０．０７１１≦ｋ２≦０．０７２８の範囲内に設定されることで、図５及び図６から判るように、ロータ２１の合成コギングトルクを好適に低減でき、ブラシレスモータ１０の一層の低振動化に寄与することができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態のロータ２１は、Ｎ極及びＳ極のマグネット２３ｎ，２３ｓを用いる全体の軸方向長さ１／２の通常構成の第１構成部２１Ａに対し、Ｎ極のマグネット２５ｎ及び突極２４ａで構成される全体の軸方向長さ１／４のコンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂの一対をそれぞれ軸方向に連結して構成したが、ロータ２１の構成は例えば図７〜図１１に示すように適宜変更してもよい。

図７に示すロータ２１では、Ｎ極のマグネット２５ｎ及び突極２４ａで構成されるコンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂが通常構成の第１構成部２１Ａと軸方向長さと同等（全体の軸方向長さ１／２ずつ）とされ、各構成部２１Ａ，２１Ｂが軸方向に連結されて構成されている。このようにすれば、２つの構成部２１Ａ，２１Ｂの軸方向の単純連結にて構成でき、ロータ２１の製造が容易となる。

図８に示すロータ２１では、Ｎ極のマグネット２５ｎ及び突極２４ａで構成される全体の軸方向長さ１／２のコンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂに対し、全体の軸方向長さ１／４の通常構成の第１構成部２１Ａの一対がそれぞれ軸方向に連結されて構成されている。つまり、構成部２１Ａ，２１Ｂを上記実施形態とは逆にした構成である。

図９に示すロータ２１では、全体の軸方向長さ１／４のコンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂの一対を、それぞれＮ極のマグネット２５ｎ及び突極２４ａ（Ｓ極）の構成と、Ｓ極のマグネット２５ｓ及び突極２４ａ（この場合、Ｎ極となる）の構成とし、全体の軸方向長さ１／２の通常構成の第１構成部２１Ａに対して、その第２構成部２１Ｂの一対がそれぞれ軸方向に連結されて構成されている。このようにすれば、磁気的バランスが良好であり、また突極２４ａの軸方向一方のみにマグネット２３ｎ，２３ｓが並設されるため、マグネット２３ｎ，２３ｓから突極２４ａへの磁束漏れが低減される。

図１０に示すロータ２１では、全体の軸方向長さ１／４のコンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂの一対を、それぞれＮ極のマグネット２５ｎ及び突極２４ａ（Ｓ極）の構成と、Ｓ極のマグネット２５ｓ及び突極２４ａ（この場合、Ｎ極となる）の構成として互いに軸方向に連結して構成し、この第２構成部２１Ｂに対して、全体の軸方向長さ１／４の通常構成の第１構成部２１Ａの一対がそれぞれ軸方向に連結されて構成されている。このようにしても、磁気的バランスが良好である。

図１１に示すロータ２１では、全体の軸方向長さ１／４のコンシクエントポール型の第２構成部２１Ｂの一対を、それぞれＮ極のマグネット２５ｎ及び突極２４ａ（Ｓ極）の構成と、Ｓ極のマグネット２５ｓ及び突極２４ａ（この場合、Ｎ極となる）の構成として互いに軸方向に連結して構成し、これら各第２構成部２１Ｂと、全体の軸方向長さ１／４の通常構成の第１構成部２１Ａの一対とが軸方向に交互に連結されて構成されている。このようにしても、磁気的バランスが良好である。

・上記実施形態及び図７〜図１１で示す変形例では、ロータ２１の第１及び第２構成部２１Ａ，２１Ｂにてそれぞれ個別のマグネット２３ｎ，２３ｓ，２５ｎ，２５ｓを用いたが、各構成部２１Ａ，２１Ｂ間で同極のマグネット２３ｎ，２５ｎ又はマグネット２３ｓ，２５ｓが軸方向に並ぶような場合、各構成部２１Ａ，２１Ｂを越えて同極のマグネット２３ｎ，２５ｎ，２３ｓ，２５ｓを一体形成したマグネットを用いてもよい。このようにすれば、ロータ２１の部品数を少なくすることができる。

・上記実施形態では、ロータ２１の第１及び第２構成部２１Ａ，２１Ｂ間を連続して構成したが、図１２に示すように、第１構成部２１Ａのマグネット２３ｓと第２構成部２１Ｂの突極２４ａとを軸方向に離間して突極２４ａ側への漏れ磁束を低減する意味で、第１及び第２構成部２１Ａ，２１Ｂのロータコア２２，２４間に磁気的な離間部２６を設けてもよい。この離間部２６は、空隙で構成してもよく、また樹脂材等の非磁性材にて構成してもよい。

また、図１２にて示される離間部２６の間隔ｈのエアギャップｇ（ロータ２１とステータ１１と間の隙間）に対する比率（ｈ／ｇ）と、磁束量比の変化との相関関係が図１３に示されている。ｈ／ｇ＝１は、離間部２６の間隔ｈとエアギャップｇとが同等であることを意味し、それよりも小さいと離間部２６の間隔ｈがエアギャップｇよりも狭く、大きいと離間部２６の間隔ｈがエアギャップｇよりも広くなることを意味する。尚、ロータ２１は３種類の軸方向長さのもの、具体的には軸方向長さＸ１のタイプ、Ｘ１の２倍の軸方向長さＸ２のタイプ、Ｘ１の４倍の軸方向長さＸ３のタイプの３種類が検討されている。

図１３から判るように、ｈ／ｇが「１」に近づく程、離間部２６の間隔ｈがエアギャップｇまで広がることで、突極２４ａ側へのマグネット２３ｓの漏れ磁束が低減し、有効磁束量が増加すると考えられる。また、ｈ／ｇが「１」に近づく程、離間部２６の間隔ｈがエアギャップｇ以上に広がり、ロータ２１の軸方向長さを一定としていることで、マグネット２３ｓの軸方向長さが短くなって自身の磁束が低減すると考えられる。従って、同図１３から、ｈ／ｇは「０．５」以上が望ましく、ｈ／ｇは「０．７５」以上がより望ましい。また、ｈ／ｇは上限として「１」以下がより望ましい。

・上記実施形態では、ロータ２１の第１及び第２構成部２１Ａ，２１Ｂの各ロータコア２２，２４を磁性金属板材の積層にて構成したが、このような積層型のコアに限らず、例えば磁性粉体の成形にて各ロータコア２２，２４を構成してもよい。

・上記実施形態では、ステータ１１側の磁極数が「１２」、ロータ２１側の磁極数が「１０」で構成されているが、ロータ２１側の磁極数が「１４」にも同様に適用することができる。また、ステータ１１側の磁極数が「１２ｎ（ｎは自然数）」、ロータ２１側の磁極数が「１０ｎ」又は「１４ｎ」にも同様に適用することができる。

・上記実施形態では、ステータ１１の内側にロータ２１が配置されたインナロータ型のブラシレスモータ１０に適用したが、ステータの外側にロータが配置されるアウタロータ型のブラシレスモータや、ステータ側にマグネットを備えるとともに給電ブラシにてロータ（電機子）に給電を行う構成のブラシ付き直流モータ等、マグネットを用いてなるその他のモータにも同様に適用することもできる。

第１実施形態におけるブラシレスモータの径方向断面図であり、（ａ）はその第１構成部の断面図、（ｂ）はその第２構成部の断面図である。第１実施形態におけるブラシレスモータの軸方向断面図である。第１実施形態におけるブラシレスモータのコギングトルクを示す波形図である。第２実施形態におけるブラシレスモータのロータ位置と磁束密度との相関図である。第２実施形態におけるブラシレスモータの境界着磁率とコギングトルクとの相関図である。第２実施形態におけるブラシレスモータの境界着磁率と磁束密度変化の傾きとの相関図である。別例におけるブラシレスモータの軸方向断面図である。別例におけるブラシレスモータの軸方向断面図である。別例におけるブラシレスモータの軸方向断面図である。別例におけるブラシレスモータの軸方向断面図である。別例におけるブラシレスモータの軸方向断面図である。別例におけるブラシレスモータの軸方向拡大断面図である。別例におけるブラシレスモータのエアギャップに対する比率と有効磁束量比との相関図である。

符号の説明

１０…ブラシレスモータ（モータ）、１１…ステータ、１２…ステータコア（コア）、１２ａ…ティース、１３ｕ１〜１３ｕ４，１３ｖ１〜１３ｖ４，１３ｗ１〜１３ｗ４…コイル、２１…ロータ、２１Ａ…第１構成部、２１Ｂ…第２構成部、２２，２４…ロータコア（コア）、２３ｎ，２３ｓ，２５ｎ，２５ｓ…マグネット、２４ａ…突極、２６…離間部、ｋ１，ｋ２…傾き。

Claims

コアのティースに三相のコイルが巻回されて１２ｎ（ｎは自然数）の磁極が構成されたステータ又はロータと、コアにマグネットが固定されて１０ｎ又は１４ｎの磁極が構成されたロータ又はステータとを備えてなるモータであって、
前記ロータは、
Ｎ極及びＳ極のマグネットが周方向に交互に配置された第１構成部と、
Ｎ極及びＳ極の一方側のマグネットが前記第１構成部の同極のマグネットと軸方向に並んで配置されるその一方側のマグネットと、他方側の磁極として機能する前記コアに設けた突極とが周方向に交互に配置された第２構成部と
を備え、
前記第２構成部は、前記他方側の磁極として機能する前記突極が前記第１構成部における前記第２構成部の前記一方側のマグネットと異極のマグネットと軸方向に並んで配置されていることを特徴とするモータ。
コアのティースに三相のコイルが巻回されて１２ｎ（ｎは自然数）の磁極が構成されたステータ又はロータと、コアにマグネットが固定されて１０ｎ又は１４ｎの磁極が構成されたロータ又はステータとを備えてなるモータであって、
前記ロータは、
Ｎ極及びＳ極のマグネットが周方向に交互に配置された第１構成部と、
Ｎ極及びＳ極の一方側のマグネットが前記第１構成部の同極のマグネットと軸方向に並んで配置されるその一方側のマグネットと、他方側の磁極として機能する前記コアに設けた突極とが周方向に交互に配置された第２構成部と
を備え、
前記第１構成部において、前記マグネットの磁極境界部の磁束密度変化の傾きｋ１が、
０．０６４８≦ｋ１≦０．０７２８
の範囲内に設定され、
前記第２構成部において、前記マグネットの磁極境界部の磁束密度変化の傾きｋ２が、
０．０７１１≦ｋ２≦０．０７２８
の範囲内に設定されていることを特徴とするモータ。
請求項１又は２に記載のモータにおいて、
前記第２構成部は、２分割され、前記第１構成部の軸方向両側にそれぞれ配置されていることを特徴とするモータ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータにおいて、
前記第２構成部は、２分割され、一方はＮ極のマグネットと前記突極とが周方向に交互に配置され、他方はＳ極のマグネットと前記突極とが周方向に交互に配置されていることを特徴とするモータ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータにおいて、
前記第１及び第２構成部におけるマグネットは、各構成部間でそれぞれ分割して形成されていることを特徴とするモータ。
請求項５に記載のモータにおいて、
前記第１及び第２構成部間には、磁気的な離間部が設けられていることを特徴とするモータ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータにおいて、
前記第１及び第２構成部における同極のマグネットは、各構成部を越えて一体に形成されていることを特徴とするモータ。