JP5609835B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、高効率かつ低振動、低騒音なブラシレスモータ、及びこれを搭載した高効率かつ低振動、低騒音な家電用機器、例えば、密閉型圧縮機、冷凍機器（ 冷蔵庫、冷凍庫、製氷機、ショーケース、自販機） 、空気調和機（ エアーコンディショナー、除湿機） 、洗濯機（縦型洗濯機、ドラム式洗濯機）、若しくはカーアクチュエータ及びこれを登載した自動車等に関するものである。

従来、一般に家電用機器に使用されるブラシレスモータは、図８に示すようにステータ３０とロータ４０とから構成されている。前記ステータ３０は、ステータコア３１と巻線絶縁物３４と３相巻線３５から成り、前記ステータコア３１は図９に示すように、環状のヨーク３２とヨークの内周部に配置された複数のティース３３とから構成されている。前記ティース３３には、前記巻線絶縁物３４を介して前記３相巻線３５が巻回されている。

前記ロータ４０は図８に示すようにロータコア４１と磁石４２とシャフト穴４３とで構成され、前記シャフト穴４３にシャフト（図示せず）を挿入することによって、前記ステータ３０の内周に僅かな空隙を介して対向しながら回転自在に保持されている。前記ロータコア４１は図１０に示すように、磁石穴４４と前記シャフト穴４３を有し、前記磁石穴４４に前記磁石４２を挿入することで前記ロータ４０を構成している。

また、図１１に示すように、前記ロータ４０の軸方向両側端面には、前記磁石４２が軸方向に飛び出しことを防止するための端版４５が配設されている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。

このような従来のブラシレスモータにおいては、前記ロータ４０が回転した際の磁石４２による遠心力を図１０に示したブリッジ４６で全て受けることとなるため、前記ブリッジ４６の幅寸法を大きくすることによって、十分な強度を確保している。

特開２０００−１３４８８２号公報 特開２００４−３３６９２５号公報

しかしながら、前記従来のブラシレスモータにおいては、前記ブリッジ４６の幅寸法を大きくすることによって、前記磁石４２が発生する磁束が前記ブリッジ４６に鎖交しやすくなり、その結果、前記ステータ３０に鎖交する磁束が減少し、モータのトルク低下や効率低下が発生するという課題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、前記ブリッジ４６の幅寸法を小さくしても十分な強度を有することで、モータのトルク低下や効率低下が生じない家電機器用ブラシレスモータを提供することを目的とする。

本発明は、ステータの内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、ロータコア内部に磁石を設けてなるロータにおいて、前記ロータコアの前記磁石より外周側に位
置する部分に前記ロータコアを軸方向に貫通する貫通穴を有し、前記貫通穴が複数の前記磁石それぞれに対して配設された上に、少なくとも前記ロータコアと前記磁石が樹脂材料によってモールド成形されていることを特徴とする。

このような構成により、前記ロータが回転した際に前記磁石が発生する遠心力を、前記ロータコアのブリッジだけでなく、前記貫通穴に充填された前記樹脂材料によっても受けることができるため、前記ブリッジの強度を下げる、即ち、前記ブリッジの幅寸法と小さくして前記磁石が発生する磁束の漏れを抑制することが可能となり、効率の高いブラシレスモータが提供される。

また、前記貫通穴を略径方向に長細形状とし、更には１つの磁石に対して複数個配設したり、長細形状の前記貫通穴を略平行となるように配設することも可能である。

このような構成により、特に高速回転が要求される用途において、ブラシレスモータを弱め界磁制御することが必要な場合において、前記ステータと前記ロータ間の空隙における磁束の高調波成分を抑制することが可能となるため、高効率でありながら、低振動、低騒音なブラシレスモータが提供可能である。

更には、前記ロータのみならず、前記ステータにおける少なくとも前記ステータコアと前記巻線と前記巻線絶縁物とを樹脂材料によってモールド成形することによって、特に水回り等で使用される場合に高信頼性を確保可能なブラシレスモータを提供可能である。

以上のように本発明によれば、ステータの内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、ロータコア内部に磁石を設けてなるロータにおいて、前記ロータコアの前記磁石より外周側に位置する部分に前記ロータコアを軸方向に貫通する貫通穴を有し、前記貫通穴が複数の前記磁石それぞれに対して配設され、更には、１つの前記磁石に対して複数個の前記貫通穴を有していたり、長細形状の前記貫通穴で、かつ略平行となるよう配設することによって、高効率かつ低振動、低騒音なブラシレスモータを提供することを目的とする。

本発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの斜視図 本発明の実施の形態１に係るブラシレスモータにおけるロータコアの概略断面図 本発明の実施の形態１に係るブラシレスモータにおけるロータの側面図 本発明の実施の形態２に係るブラシレスモータにおけるロータコアの概略断面図 本発明の実施の形態３に係るブラシレスモータにおけるロータコアの概略断面図 本発明の実施の形態４に係るブラシレスモータにおけるロータコアの概略断面図 本発明のその他の実施の形態に係るブラシレスモータにおけるロータコアの概略断面図 従来のブラシレスモータの斜視図 従来のブラシレスモータにおけるステータコアの概略断面図 従来のブラシレスモータにおけるロータコアの概略断面図 従来のブラシレスモータにおけるロータの側面図

第１の発明は環状のヨークと前記ヨークの内周部に配置された複数のティースとから成るステータコアの前記ティースに巻線絶縁物を介して３相集中巻線を施してなるステータと、前記ステータの内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、ロータコア内部に磁石を設けてなるロータとを有し、前記ロータコアの前記磁石より外周側に位置する部分に前記ロータコアを軸方向に貫通する貫通穴を有し、前記貫通穴が複数の前記磁石それぞれに対して配設され、少なくとも前記ロータコアと前記磁石は、樹脂材料によってモールド成形されていることにより、前記ロータが回転した際に前記磁石が発生する遠心力を、前記ロータコアのブリッジだけでなく、前記貫通穴に充填された前記樹脂材料によっても受けることができるため、前記ブリッジの強度を下げる、即ち、前記ブリッジの幅寸法と小さくして前記磁石が発生する磁束の漏れを抑制することが可能となり、ブラシレスモータの効率を向上することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明における貫通穴を、略径方向に長細形状とすることにより、高速回転時にブラシレスモータを弱め界磁制御することが必要な場合において、前記ステータと前記ロータ間の空隙における磁束の高調波成分を抑制することが可能となるため、ブラシレスモータを高効率化すると共に、低振動化、低騒音化することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の貫通穴を、１つの磁石に対して複数個とすることにより、高速回転時にブラシレスモータを弱め界磁制御することが必要な場合において、前記ステータと前記ロータ間の空隙における磁束の高調波成分を抑制することが可能となるため、ブラシレスモータを高効率化すると共に、低振動化、低騒音化することができる。

第４の発明は、特に、第２の発明における貫通穴を、１つの磁石に対して複数個にすると共に、これら複数個の貫通穴が略平行となるように配設することにより、高速回転時にブラシレスモータを弱め界磁制御することが必要な場合において、前記ステータと前記ロータ間の空隙における磁束の高調波成分を抑制することが可能となるため、ブラシレスモータを高効率化すると共に、低振動化、低騒音化することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の、少なくともステータコアと巻線と巻線絶縁物を、樹脂材料によってモールド成形することにより、前記巻線への水等の浸入を防止することができるために、信頼性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの斜視図であり、本発明のモータはステータ１０とロータ２０とから構成されている。前記ステータ１０は、ステータコア１１と巻線絶縁物１４と３相巻線１５とから成っている。前記ステータコア１１の構成は、従来のブラシレスモータで示した図９と同様であるので、詳細の説明は割愛する。前記ロータ２０はロータコア２１と磁石２２とシャフト穴２３とで構成され、前記シャフト穴２３にシャフト（図示せず）を挿入することによって、前記ステータ１０の内周に僅かな空隙を介して対向しながら回転自在に保持されている。

前記ロータコア２１の詳細は、本発明の実施の形態１に係る前記ロータコア２１の概略断面図である図２にて説明する。図２に示すように、磁石穴２４と前記シャフト穴２３を有し、前記磁石穴２４に前記磁石２２を挿入することで前記ロータ２０を構成している。前記磁石穴２４と前記ロータコア２１の外周との間には、ブリッジ２６を有している。更に、前記ロータコア２１において前記磁石２２より外周側に位置するロータコア外周部２
７に前記ロータコア２１を軸方向に貫通する貫通穴２５を有し、前記貫通穴２５は複数の前記磁石２２それぞれに対して配設されている。

図３は、本発明の実施の形態１に係るブラシレスモータにおけるロータの側面図である。図３に示すように、前記磁石２２が挿入された状態で、前記ロータ２０は樹脂モールド材料２８にてモールド成形されている。前記ロータ２０の軸方向両端面に位置する端面部樹脂モールド２８ａ、２８ｂは、少なくとも前記ロータコア２１の前記貫通穴２５及び、前記磁石穴２４にて前記磁石２２が存在していない空隙を通じて結合されている。

即ち、前記貫通穴２５は前記樹脂モールド材料２８で充填されるため、前記ロータコア外周部２７は、前記貫通穴２５に充填された樹脂モールド材料２８によっても、機械的に保持されることとなる。

以上に示した本発明の実施の形態１に係るブラシレスモータにおいては、前記ロータ２０が回転することによって前記磁石２２が発生する遠心力を、前記ブリッジ２６のみならず、前記貫通穴２５に充填された樹脂モールド材料２８によっても保持する構造となるために、前記ブリッジ２６に必要とされる強度を低くすること、即ち、ブリッジ２６の幅寸法を小さくすることが可能となる。

一方、前記ブリッジ２６の幅寸法を小さくすることによって、前記磁石２２が発生する磁束のうち、前記ブリッジ２６に鎖交する磁束が減少して、前記ステータ１０に鎖交する磁束が増加することから、モータのトルク向上、あるいは効率向上を図ることが可能となる。従って、強度等の信頼性、安全低を損なうことなくブラシレスモータ及びブラシレスモータを搭載した機器の効率を向上するために好適であると言える。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係るブラシレスモータにおけるロータコアの概略断面図である。尚、ブラシレスモータ及びステータの構成は実施の形態１と同様であるため、これらの詳細な説明は割愛する。

図４に示すように、ロータコア２１は磁石穴２４と前記シャフト穴２３を有し、前記磁石穴２４に図１に示した磁石２２を挿入することで図１に示したロータ２０を構成している。前記磁石穴２４と前記ロータコア２１の外周との間には、ブリッジ２６を有している。更に、前記ロータコア２１において前記磁石２２より外周側に位置するロータコア外周部２７に前記ロータコア２１を軸方向に貫通する貫通穴２５を有し、前記貫通穴２５は複数の前記磁石２２それぞれに対して配設されている。また、前記貫通穴２５は、略径方向に細長形状となっている。

本発明の実施の形態２に係るブラシレスモータにおいても実施の形態１と同様に、図４に示した前記ロータコア２１を図３に示した樹脂モールド材料２８によってモールド成形する。従って、前記貫通穴２５は前記樹脂モールド材料２８で充填されるため、前記ロータコア外周部２７は、前記貫通穴２５に充填された樹脂モールド材料２８によっても、機械的に保持されることとなる。

この時、前記貫通穴２５を略径方向に細長形状とすることで、図４に点線で示すｑ軸磁路における磁束の流れが阻害されることとなる。特にブラシレスモータを高速回転させるために弱め界磁制御を行う場合、図４に示したｑ軸磁路は、リラクタンストルクを発生させる一方で、前記ステータ１０と前記ロータ２０との間に存在する空隙中の磁束に高調波を増大させるために、モータの振動、騒音は高くなる。

以上に示した本発明の実施の形態２に係るブラシレスモータにおいては、前記ロータ２０が回転することによって前記磁石２２が発生する遠心力を、前記ブリッジ２６のみならず、前記貫通穴２５に充填された樹脂モールド材料２８によっても保持する構造となるために、前記ブリッジ２６に必要とされる強度を低くすること、即ち、ブリッジ２６の幅寸法を小さくすることが可能となる。

一方、前記ブリッジ２６の幅寸法を小さくすることによって、前記磁石２２が発生する磁束のうち、前記ブリッジ２６に鎖交する磁束が減少して、前記ステータ１０に鎖交する磁束が増加することから、モータのトルク向上、あるいは効率向上を図ることが可能となる。更には、前記貫通穴２５を略径方向に細長形状としてｑ軸磁路における磁束の流れを阻害することによって、高速回転時においてもモータの振動、騒音の増大を抑制することが可能となる。従って、ブラシレスモータ及びブラシレスモータを搭載した機器の高効率化と低振動、低騒音化を図るために好適であると言える。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係るブラシレスモータにおけるロータコアの概略断面図である。尚、ブラシレスモータ及びステータの構成は実施の形態１と同様であるため、これらの詳細な説明は割愛する。

図５に示すように、ロータコア２１は磁石穴２４と前記シャフト穴２３を有し、前記磁石穴２４に図１に示した磁石２２を挿入することで図１に示したロータ２０を構成している。前記磁石穴２４と前記ロータコア２１の外周との間には、ブリッジ２６を有している。更に、前記ロータコア２１において前記磁石２２より外周側に位置するロータコア外周部２７に前記ロータコア２１を軸方向に貫通する貫通穴２５を有し、前記貫通穴２５は複数の前記磁石２２それぞれに対して配設されて、更には、１つの磁石２２に対して複数個所配設されている。

本発明の実施の形態２に係るブラシレスモータにおいても実施の形態１と同様に、図４に示した前記ロータコア２１を図３に示した樹脂モールド材料２８によってモールド成形する。従って、前記貫通穴２５は前記樹脂モールド材料２８で充填されるため、前記ロータコア外周部２７は、前記貫通穴２５に充填された樹脂モールド材料２８によっても、機械的に保持されることとなる。

また、図５においても、前記貫通穴２５を実施の形態１よりも増加させることによって、図５に点線で示すｑ軸磁路における磁束の流れが阻害しやすくなる。

以上に示した本発明の実施の形態３に係るブラシレスモータにおいては、前記ロータ２０が回転することによって前記磁石２２が発生する遠心力を、前記貫通穴２５に充填された樹脂モールド材料２８によっても、より強固に保持できるため、前記ブリッジ２６に必要とされる強度を更に低くし、モータのトルク向上、あるいは効率向上を図ることが可能となる。更には、ｑ軸磁路における磁束の流れを阻害することによって、高速回転時においてもモータの振動、騒音の増大を抑制することが可能となる。従って、ブラシレスモータ及びブラシレスモータを搭載した機器の高効率化と低振動、低騒音化を図るために好適であると言える。

（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４に係るブラシレスモータにおけるロータコアの概略断面図である。尚、ブラシレスモータ及びステータの構成は実施の形態１と同様であるため、これらの詳細な説明は割愛する。

図６に示すように、ロータコア２１は磁石穴２４と前記シャフト穴２３を有し、前記磁石穴２４に図１に示した磁石２２を挿入することで図１に示したロータ２０を構成している。前記磁石穴２４と前記ロータコア２１の外周との間には、ブリッジ２６を有している。

更に、前記ロータコア２１において前記磁石２２より外周側に位置するロータコア外周部２７に前記ロータコア２１を軸方向に貫通する貫通穴２５を有し、前記貫通穴２５は複数の前記磁石２２それぞれに対して配設されている。更には、前記貫通穴２５は略径方向に細長形状であると共に、１つの磁石２２に対して複数個所配設され、１つの磁石２２に対応する複数の前記貫通穴２５同士は略平行となっている。

本発明の実施の形態２に係るブラシレスモータにおいても実施の形態１と同様に、図４に示した前記ロータコア２１を図３に示した樹脂モールド材料２８によってモールド成形する。従って、前記貫通穴２５は前記樹脂モールド材料２８で充填されるため、前記ロータコア外周部２７は、前記貫通穴２５に充填された樹脂モールド材料２８によっても、機械的に保持されることとなる。

また、前記貫通穴２５を細長形状とし、かつ実施の形態１よりも配設箇所を増加させることによって、ｑ軸磁路における磁束の流れが阻害しやすくなる。

以上に示した本発明の実施の形態４に係るブラシレスモータにおいては、前記ロータ２０が回転することによって前記磁石２２が発生する遠心力を、前記貫通穴２５に充填された樹脂モールド材料２８によっても、より強固に保持できるため、前記ブリッジ２６に必要とされる強度を更に低くし、モータのトルク向上、あるいは効率向上を図ることが可能となる。更には、ｑ軸磁路における磁束の流れを、より阻害可能となり、高速回転時におけるモータの振動、騒音を、より抑制することが可能となる。従って、ブラシレスモータ及びブラシレスモータを搭載した機器の高効率化と低振動、低騒音化を図るために好適であると言える。

更には、以上に示した実施の形態全てについて、ステータ１０の、少なくともステータコア１１と巻線絶縁物１４と３相巻線１５とをモールド成形することにより、洗濯機のように、家電機器の中でも特に水回りで使用されるブラシレスモータにおいて、巻線１５への水等の浸入を防止することが可能となることから、トラッキングなどの不安全現象を発生させることが無くなり、信頼性の高いモータを構成することが可能となる。

尚、以上示した貫通穴形状以外の組み合わせでも、同等以上の効果を得ることも可能である。例えば、図７に示したロータコアの概略断面図は、本発明の実施の形態４に関して、貫通穴形状の一部を変更したものであるが、実施の形態４と同様の効果を得ることは可能である。

また、ロータコア２１の形態としては、磁石の断面形状が長方形を成している場合のみを示しているが、ロータコア２１の外周方向に向かって円弧あるいは逆円弧の形状など、前記ロータコア外周部２７を有している場合全てに対しても好適である。

以上のように、本発明に係るブラシレスモータは、ロータコアに設けた貫通穴に樹脂モールド材が充填されロータ強度を向上できることからモータ効率を向上することができ、更には、貫通穴を細長形状としたり数を増加させることによって、特に弱め界磁制御を行う場合に、モータの低振動、低騒音化が可能であり、高効率かつ低振動、低騒音ななモータを提供することができるため、高効率で低振動、低騒音が要求される各種家電機器など
の用途に適用できる。

１０ ステータ
１１ ステータコア
１４ 巻線絶縁物
１５ 巻線
２０ ロータ
２１ ロータコア
２２ 磁石
２３ シャフト穴
２４ 磁石穴
２５ 貫通穴
２６ ブリッジ
２７ ロータコア外周部
２８ 樹脂モールド材料
３２ ヨーク
３３ ティース

Claims (5)

1. 環状のヨークと前記ヨークの内周部に配置された複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに巻線絶縁物を介して巻回される巻線とからなるステータと、
   前記ステータの内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持されるロータを備え、前記ロータは、ロータコアに設けられた磁石穴に挿入された磁石と、前記磁石穴の外周側に対向して設けられ、かつ前記磁石穴とは連通しない貫通穴を有し、
   前記磁石穴と前記磁石の隙間と、前記貫通穴には樹脂材料が充填されて、前記ロータコアの軸方向両端面を覆う樹脂モールド部と結合されていることを特徴としたブラシレスモータ。
2. 前記貫通穴は径方向に長細形状であることを特徴とした請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記貫通穴は１つの磁石に対して複数個配設されていることを特徴とした請求項１または２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記複数個の貫通穴は並列に配設されていることを特徴とした請求項３に記載のブラシレスモータ。
5. 前記ステータコアと前記巻線と前記巻線絶縁物は、樹脂材料によってモールド成形されていることを特徴とした請求項１から４のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。