特開 2015-211624 ブラシレスモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-211624(P2015-211624A)

(43)【公開日】2015年11月24日

(54)【発明の名称】ブラシレスモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/27 20060101AFI20151027BHJP

   H02K 21/16 20060101ALI20151027BHJP

   H02K 1/22 20060101ALI20151027BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/27 501A

   H02K1/27 501K

   H02K1/27 501M

   H02K21/16 M

   H02K1/22 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-94086(P2014-94086)

(22)【出願日】2014年4月30日

(71)【出願人】

【識別番号】000113791

【氏名又は名称】マブチモーター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100109047

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 雄祐

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(72)【発明者】

【氏名】松岡 雄一郎

【テーマコード（参考）】

5H601

5H621

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H601AA22

5H601AA23

5H601BB08

5H601CC01

5H601CC15

5H601DD01

5H601DD09

5H601DD11

5H601DD18

5H601EE12

5H601EE18

5H601EE27

5H601EE37

5H601EE38

5H601FF02

5H601FF17

5H601GA01

5H601GA24

5H601GA32

5H601GB13

5H601GB22

5H601GB34

5H621AA02

5H621BB07

5H621GA04

5H621GA16

5H621HH01

5H621JK02

5H621JK03

5H622AA02

5H622CA02

5H622CA10

5H622PP03

5H622PP10

(57)【要約】

【課題】トルクの低下を抑えつつトルクリップルやノイズを低減したブラシレスモータを実現する技術を提供する。
【解決手段】マグネットを有するロータと、ロータが配置される空間を中央部に有するステータと、を備える。ロータは、ロータコアと、複数のマグネットと、を有する。ロータコアは、回転軸を中心に放射状に形成された複数のマグネット収容部を有する。マグネットは、隣接するマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するようにマグネット収容部に収容されており、ステータは、中心に向かって形成された、ロータと対向する複数のティースを有する。ロータコアの外周部の曲率半径をＲ、ティースの先端部の周方向の幅をＷ、前記ロータコアの最大外径をＬ、とすると、０．９≦Ｒ／Ｗ≦４．２およびＲ＜Ｌ／２を満たす。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マグネットを有するロータと、
前記ロータが配置される空間を中央部に有するステータと、を備え、
前記ロータは、
ロータコアと、
複数のマグネットと、を有し、
前記ロータコアは、回転軸を中心に放射状に形成された複数のマグネット収容部を有し、
前記マグネットは、隣接するマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するように前記マグネット収容部に収容されており、
前記ステータは、中心に向かって形成された、ロータと対向する複数のティースを有し、
前記ロータコアの外周部の曲率半径をＲ、前記ティースの先端部の周方向の幅をＷ、前記ロータコアの最大外径をＬ、とすると、０．９≦Ｒ／Ｗ≦４．２およびＲ＜Ｌ／２を満たすことを特徴とするブラシレスモータ。

【請求項2】

前記ロータの最大外径をＬ、前記マグネットの径方向の幅をＹとすると、０．３７≦Ｙ／（Ｌ／２）≦０．６２を満たすことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。

【請求項3】

マグネットを有するロータと、
前記ロータが配置される空間を中央部に有するステータと、を備え、
前記ロータは、
ロータコアと、
複数のマグネットと、を有し、
前記ロータコアは、回転軸を中心に放射状に形成された複数のマグネット収容部を有し、
前記マグネットは、隣接するマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するように前記マグネット収容部に収容されており、
前記ロータの最大外径をＬ、前記マグネットの径方向の幅をＹ、とすると、０．３７≦Ｙ／（Ｌ／２）≦０．６２を満たすことを特徴とするブラシレスモータ。

【請求項4】

前記ロータと前記ステータとのギャップが０．３〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。

【請求項5】

前記ロータコアは、
回転軸が挿入される孔部の周囲の環状部と、
前記環状部から放射状に形成された複数の磁極片と、
前記環状部の外側であって、隣接する前記マグネット収容部同士の間の各領域に形成された複数の第１の磁束障壁部と、を更に有し、
前記マグネット収容部は、第２の磁束障壁部を回転軸側の端部に有し、
前記マグネットは、隣接する他のマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するように前記マグネット収容部に収容されており、
前記第１の磁束障壁部および前記第２の磁束障壁部は、前記マグネットから出る磁束のロータコア内の短絡を抑制するように構成されており、
前記ロータコアは、前記第１の磁束障壁部と、該第１の磁束障壁部と隣接する２つの前記第２の磁束障壁部との間に形成された２つの磁路を有し、
前記２つの磁路は、前記磁極片の回転軸側の端部から前記環状部に向けて異なる方向へ分岐していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。

【請求項6】

前記２つの磁路は、磁極片の中心線に対して線対称に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のブラシレスモータ。

【請求項7】

前記第１の磁束障壁部および前記第２の磁束障壁部は、
前記磁路の中心部を通る直線Ｌ１と前記磁極片の中心線Ｌ２とが成す角度αが０°より大きく、
前記磁路の中心部を通る直線Ｌ１と前記マグネットの回転軸側端面を含む平面Ｐ１とが成す角度βが１０°より大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載のブラシレスモータ。

【請求項8】

前記第２の磁束障壁部は、回転軸方向に貫通した貫通部であって前記マグネットの径方向の位置決め機能を有し、
前記第２の磁束障壁部の前記マグネットと隣接した領域の周方向の幅は、前記マグネット収容部に収容された前記マグネットの周方向の幅よりも小さいことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。

【請求項9】

前記第１の磁束障壁部は、回転軸方向に貫通した貫通部であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。

【請求項10】

前記磁極片は、隣接する他の磁極片と外周部が分離されていることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ブラシレスモータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、様々な装置や製品の駆動源としてモータが用いられている。例えば、プリンタや複写機等の事務機器、様々な家電製品、自動車や電動自転車等の車両のアシストを含めた動力源の用途で採用されている。特に、動作頻度の高い可動部品の駆動源として、耐久性や電気ノイズの観点からブラシレスモータが使われる場合がある。

【0003】

ブラシレスモータの一種として、ロータに永久磁石を埋め込んだ埋込磁石型（Interior Permanent Magnet）が知られている。例えば、ロータヨークに板状の複数の磁石が放射状に埋め込まれているとともに、隣接する磁石の同極同士がヨークの周方向において互いに対向するように各磁石が配置されている電気機器がある（例えば、特許文献１の図２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１２−５１７２０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

埋込磁石型のブラシレスモータにおいて、大型化せずに回転トルクを向上する一つの方法としては、ロータとステータとの距離を近づけることが一案であるが、トルクリップルやノイズが大きくなる傾向にある。

【0006】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、トルクの低下を抑えつつトルクリップルやノイズを低減したブラシレスモータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のある態様のブラシレスモータは、マグネットを有するロータと、ロータが配置される空間を中央部に有するステータと、を備える。ロータは、ロータコアと、複数のマグネットと、を有する。ロータコアは、回転軸を中心に放射状に形成された複数のマグネット収容部を有する。マグネットは、隣接するマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するようにマグネット収容部に収容されており、ステータは、中央に向かって形成された、ロータと対向する複数のティースを有する。ロータコアの外周部の曲率半径をＲ、ティースの先端部の周方向の幅をＷ、前記ロータコアの最大外径をＬ、とすると、０．９≦Ｒ／Ｗ≦４．２およびＲ＜Ｌ／２を満たす。

【0008】

この態様によると、トルクリップルやノイズの発生を低減できる。

【0009】

ロータの最大外径をＬ、マグネットの径方向の幅をＹとすると、０．３７≦Ｙ／（Ｌ／２）≦０．６２を満たしてもよい。これにより、トルクリップルやノイズの発生を更に低減できる。

【0010】

本発明の別の態様もまた、ブラシレスモータである。このブラシレスモータは、マグネットを有するロータと、ロータが配置される空間を中央部に有するステータと、を備える。ロータは、ロータコアと、複数のマグネットと、を有する。ロータコアは、回転軸を中心に放射状に形成された複数のマグネット収容部を有する。マグネットは、隣接するマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するようにマグネット収容部に収容されており、ロータの最大外径をＬ、マグネットの径方向の幅をＹ、とすると、０．３７≦Ｙ／（Ｌ／２）≦０．６２を満たす。

【0011】

この態様によると、トルクリップルやノイズの発生を低減できる。

【0012】

ロータとステータとのギャップが０．３〜１．５ｍｍであってもよい。これにより、トルクの低下を抑えつつトルクリップルやノイズを低減できる。

【0013】

ロータコアは、回転軸が挿入される孔部の周囲の環状部と、環状部から放射状に形成された複数の磁極片と、環状部の外側であって、隣接するマグネット収容部同士の間の各領域に形成された複数の第１の磁束障壁部と、を更に有してもよい。マグネット収容部は、第２の磁束障壁部を回転軸側の端部に有してもよい。マグネットは、隣接する他のマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するようにマグネット収容部に収容されており、第１の磁束障壁部および第２の磁束障壁部は、マグネットから出る磁束のロータコア内の短絡を抑制するように構成されており、ロータコアは、第１の磁束障壁部と、該第１の磁束障壁部と隣接する２つの第２の磁束障壁部との間に形成された２つの磁路を有してもよい。２つの磁路は、磁極片の回転軸側の端部から環状部に向けて異なる方向へ分岐していてもよい。

【0014】

２つの磁路は、磁極片の中心線に対して線対称に配置されていてもよい。これにより、回転方向が時計回りか反時計回りかによって磁極片を支持する力は変わらない。

【0015】

第１の磁束障壁部および第２の磁束障壁部は、磁路の中心部を通る直線Ｌ１と磁極片の中心線Ｌ２とが成す角度αが０°より大きく、磁路の中心部を通る直線Ｌ１とマグネットの回転軸側端面を含む平面Ｐ１とが成す角度βが１０°より大きくなるように構成されていてもよい。これにより、適切な大きさの第１の磁束障壁部および第２の磁束障壁部を実現できる。

【0016】

第２の磁束障壁部は、回転軸方向に貫通した貫通部であってマグネットの径方向の位置決め機能を有してもよい。第２の磁束障壁部のマグネットと隣接した領域の周方向の幅は、マグネット収容部に収容されたマグネットの周方向の幅よりも小さい。これにより、簡素な構成で磁束の短絡を抑制できる。また、マグネットの径方向の位置決めのために、第２の磁束障壁部を特殊な形状にする必要がない。

【0017】

第１の磁束障壁部は、回転軸方向に貫通した貫通部であってもよい。これにより、簡素な構成で磁束の短絡を抑制できる。

【0018】

磁極片は、隣接する他の磁極片と外周部が分離されていてもよい。これにより、マグネットの外周側端面近傍での磁束の短絡を低減できる。

【0019】

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を部品、製造方法、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、トルクの低下を抑えつつトルクリップルやノイズを低減したブラシレスモータを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本実施の形態に係るブラシレスモータの全体斜視図である。

【図2】本実施の形態に係るブラシレスモータの側面図である。

【図3】本実施の形態に係るブラシレスモータの分解斜視図である。

【図4】図４（ａ）は、本実施の形態に係るロータコアの上面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すロータコアにマグネットを嵌め込んだ状態を示す上面図である。

【図5】本実施の形態に係る磁路を説明するためのロータコアの上面図である。

【図6】ステータコアの上面図である。

【図7】実施例に係るロータおよびステータの概略構成を示す図である。

【図8】比較例に係るロータの概略構成を示す図である。

【図9】実施例および比較例に係るロータコアを用いた誘起電圧測定を示す図である。

【図10】図９に示す実施例および比較例に係る波形をＦＦＴ分析した際の誘起電圧波形歪の５次、７次、１１次、１３次数の成分を比較するための図である。

【図11】図１１（ａ）は、比較例に係るロータを用いたモータのノイズを測定した結果を示す図、図１１（ｂ）は、実施例に係るロータを用いたモータのノイズを測定した結果を示す図である。

【図12】形状因子α（＝Ｒ／Ｗ）を０．８〜４．５まで変化させた各ロータにおける誘起電圧波形の歪成分および誘起電圧定数比率を示す図である。

【図13】形状因子β（＝Ｙ／（Ｌ／２））を０．３５〜０．６４まで変化させた各ロータにおけるトルクリップルおよび誘起電圧定数比率を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。以下では、インナーロータタイプのブラシレスモータを例に説明する。

【0023】

（ブラシレスモータ）
図１は、本実施の形態に係るブラシレスモータの全体斜視図である。図２は、本実施の形態に係るブラシレスモータの側面図である。図３は、本実施の形態に係るブラシレスモータの分解斜視図である。

【0024】

本実施の形態に係るブラシレスモータ（以下、「モータ」と称する場合がある。）１０は、マグネットを有する円柱状のロータ１２と、ロータ１２が配置される空間を中央部に有するステータ１４と、フロントベル１６と、ハウジング本体１８と、給電部１９と、を備える。

【0025】

フロントベル１６は、板状の部材であり、中央に回転シャフト２０が貫通できるように孔１６ａが形成されているとともに、孔１６ａの近傍に軸受２２を保持する凹部１６ｂが形成されている。そして、フロントベル１６は、ロータ１２の回転シャフト２０の一部を軸受２２を介して支持する。また、ハウジング本体１８は、円筒状の部材であり、基部１８ａの中央に軸受（不図示）を保持する凹部１８ｂが形成されている。そして、ハウジング本体１８は、ロータ１２の回転シャフト２０の他部を軸受を介して支持する。本実施の形態では、フロントベル１６およびハウジング本体１８は、ロータ１２およびステータ１４を収容する収容部材を構成する。

【0026】

（ロータ）
図４（ａ）は、本実施の形態に係るロータコアの上面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すロータコアにマグネットを嵌め込んだ状態を示す上面図である。

【0027】

ロータ１２は、円形のロータコア２６と、複数のマグネット２８と、を備える。ロータコア２６の中心には、回転シャフト２０が挿入された状態で固定される貫通孔２６ａが形成されている。また、ロータコア２６は、回転シャフト２０が挿入される貫通孔２６ａの周囲の環状部２６ｃと、環状部２６ｃから放射状に形成された複数の扇形の磁極片２６ｄと、隣接する２つの磁極片２６ｄの間に放射状に形成された複数のマグネット収容部２６ｂと、環状部２６ｃの外側に形成された複数の第１の磁束障壁部２６ｅと、を有する。

【0028】

マグネット収容部２６ｂにはマグネット２８が挿入され固定される。マグネット２８は、マグネット収容部２６ｂの形状に対応した板状の部材である。

【0029】

そして、これら各部材を順に組み立てる。具体的には、複数（１４個）のマグネット２８のそれぞれを、対応するマグネット収容部２６ｂに嵌め込み、そのロータコア２６の貫通孔２６ａに回転シャフト２０を挿入する。そして、軸受２２は、回転シャフト２０に取り付けられる。

【0030】

（ロータコア）
図４（ａ）に示すロータコア２６は、複数の板状の部材を積層したものである。複数の板状の部材のそれぞれは、無方向性電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）からプレス加工によって図４（ａ）に示すような所定の形状で打ち抜くことで作製される。そして、マグネット収容部２６ｂは、ロータコア２６の回転軸を中心に放射状に形成されている。

【0031】

マグネット２８は、図４（ｂ）に示すように、隣接する他のマグネットと同じ磁極同士がロータコア２６の周方向において対向するようにマグネット収容部２６ｂに収容されている。つまり、マグネット２８は、略直方体の６つの面のうち表面積の広い２つの主面２８ａ，２８ｂがそれぞれＮ極とＳ極となるように構成されている。これにより、マグネット２８の主面２８ａから出た磁力線は、２つのマグネット２８の間の領域からロータコア２６の外に向かう。その結果、本実施の形態に係るロータ１２は、その外周部に、Ｎ極とＳ極が交互に７極ずつ計１４極ある磁石として機能する。

【0032】

なお、マグネット２８は、例えば、ボンド磁石や焼結磁石である。ボンド磁石は、ゴムや樹脂などに磁性材を練り込んで射出成形または圧縮成型した磁石であり、後加工をしなくても高精度のＣ面（斜面）やＲ面を得られる。一方、焼結磁石は、粉末状の磁性材を高温で焼き固めた磁石であり、ボンド磁石よりも残留磁束密度を向上させやすいが、高精度のＣ面やＲ面を得るためには後加工が必要な場合が多い。

【0033】

本実施の形態に係るマグネット収容部２６ｂは、第２の磁束障壁部２６ｂ１を回転シャフト２０（貫通孔２６ａ）側の端部に有する。前述の第１の磁束障壁部２６ｅは、隣接する第２の磁束障壁部２６ｂ１の間に形成されている。第１の磁束障壁部２６ｅおよび第２の磁束障壁部２６ｂ１は、板状のマグネット２８から出る磁束（磁力線）のロータコア２６内の短絡を抑制するように構成されている。つまり、マグネット２８の一方の主面２８ａから出た磁力線は、ロータコア２６の第１の磁束障壁部２６ｅおよび第２の磁束障壁部２６ｂ１により、ロータコア２６内の短絡が抑制される。このような磁力線の通る領域を磁路といい、磁路が狭く長いほど磁気抵抗が高くなり磁力線が通りにくくなる。

【0034】

（磁路）
図５は、本実施の形態に係る磁路を説明するためのロータコアの上面図である。本実施の形態に係るロータコア２６は、第１の磁束障壁部２６ｅと、第１の磁束障壁部２６ｅと隣接する２つの第２の磁束障壁部２６ｂ１との間に形成された２つの磁路２６ｆを有する。２つの磁路２６ｆは、磁極片２６ｄの貫通孔２６ａ側の端部から環状部２６ｃに向けて異なる方向へ（Ｙ字状に）分岐している。

【0035】

これにより、第１の磁束障壁部２６ｅおよび第２の磁束障壁部２６ｂ１によって、マグネット２８から出る磁束のロータコア内の短絡が抑制されるため、高トルクなブラシレスモータのロータとして好適となる。また、各磁極片２６ｄが環状部２６ｃに対して２つの磁路２６ｆで支持されているため、磁極片２６ｄの環状部２６ｃに対する機械的固定強度が向上し、ロータ回転時の磁極片２６ｄの変位を低減できる。また、２つの磁路２６ｆは、磁極片２６ｄの貫通孔２６ａ側の端部から環状部２６ｃに向けて異なる方向へ分岐しているため、磁極片２６ｄに対して作用する方向が異なる様々な外力（磁気力や遠心力等）に対して磁極片２６ｄの変位をより効果的に低減できる。

【0036】

本実施の形態に係る２つの磁路２６ｆは、図５に示すように、それぞれの長手方向が互いに異なるように形成されている。また、２つの磁路２６ｆは、ロータコア２６の直径に対して線対称に配置されている。これにより、ロータ１２の回転方向が時計回りか反時計回りかによって磁極片２６ｄを支持する力が変わらない。

【0037】

第１の磁束障壁部２６ｅおよび第２の磁束障壁部２６ｂ１は、磁路の中心部を通る直線Ｌ１と磁極片２６ｄの中心線Ｌ２とが成す角度αが０°より大きく、磁路の中心部を通る直線Ｌ１とマグネット２８の回転軸（貫通孔２６ａ）側端面２８ｃを含む平面Ｐ１とが成す角度βが１０°より大きくなるように構成されている。角度αを０°より大きく、角度βを１０°より大きく設定することで、磁束の短絡を抑制することのできる大きさの第１の磁束障壁部２６ｅおよび第２の磁束障壁部２６ｂ１が形成される。本実施の形態に係るロータコア２６においては、角度αが約３０°、角度βが約４７°である。

【0038】

なお、角度αは１５°以上が好ましく、３０°以上がより好ましい。また、角度βは２０°以上が好ましく、３０°以上がより好ましい。これにより、大幅に磁束の短絡を抑制することのできる大きさの第１の磁束障壁部２６ｅおよび第２の磁束障壁部２６ｂ１を実現できる。

【0039】

第１の磁束障壁部２６ｅおよび第２の磁束障壁部２６ｂ１は、回転軸方向（紙面鉛直方向）に貫通した三角形の貫通部である。これにより、製造の容易な簡素な構成で磁束の短絡を抑制できる。第１の磁束障壁部２６ｅは、正三角形であってもよい。なお、本実施の形態に係る第１の磁束障壁部２６ｅおよび第２の磁束障壁部２６ｂ１は、透磁率が小さい空気を満たした中空の領域であるが、透磁率が小さい物質を充填してもよい。この場合、ロータコア２６全体の強度を向上できる。

【0040】

第２の磁束障壁部２６ｂ１は、マグネット２８の径方向の位置決め機能を有している。具体的には、第２の磁束障壁部２６ｂ１の板状マグネットと隣接した領域の周方向の幅Ｗ１は、マグネット収容部２６ｂに収容されたマグネット２８の周方向の幅Ｗ２よりも小さい。これにより、マグネット２８の径方向の位置決めのために、第２の磁束障壁部２６ｂ１を特殊な形状にする必要がない。そのため、ロータコア２６を構成する板状の部材をプレス加工で打ち抜く際の各部の寸法精度が向上する。

【0041】

本実施の形態に係る磁極片２６ｄは、隣接する他の磁極片２６ｄと外周部２６ｇが分離されている。これにより、マグネット２８の外周側端面近傍での磁束の短絡を低減できる。

【0042】

また、扇形の磁極片２６ｄの外周部２６ｇの曲率半径をＲ、ロータコアの最大外径をＬ、とすると、Ｒ＜Ｌ／２を満たす。これにより、トルク変動が低減され滑らかな回転が可能なブラシレスモータを実現できる。

【0043】

また、本実施の形態に係るモータ１０は、複数の巻線が配置されている筒状のステータ１４と、ステータ１４の中央部に設けられている上述のロータ１２と、ステータ１４の複数の巻線に給電する給電部１９と、を備えている。これにより、ロータ外周部の平均磁束密度を高めながらロータの機械的強度を確保することができ、トルクが高く高剛性で低ノイズのブラシレスモータを実現できる。

【0044】

また、第２の磁束障壁部２６ｂ１において、マグネット２８の端面２８ｃとロータコア２６の環状部２６ｃとの距離Ｘ１は０．５ｍｍ以上あるとよい。

【0045】

また、第１の磁束障壁部２６ｅおよび第２の磁束障壁部２６ｂ１は、磁極片２６ｄの根本の最狭部の幅をＷ３、各磁路２６ｆの幅をＷ４とすると、Ｗ３＞２×Ｗ４を満たすように構成されているとよい。これにより、マグネット２８の主面から出た磁力線は、更に磁路を通過しにくくなり、磁束の短絡をより抑制できる。

【0046】

（ステータ）
次に、ステータ１４の構造について説明する。図６は、ステータコアの上面図である。なお、図６に示すステータコアの形状は概略であり細部を省略している。

【0047】

ステータコア３６は、円筒状の部材であり、複数枚の板状のステータヨーク３８が積層されたものである。ステータヨーク３８は、複数本（本実施の形態では１２本）のティース４０が環状部の内周から中心に向かって形成されている。

【0048】

各ティース４０には、インシュレータ（不図示）が取り付けられる。次に、ティース４０ごとにインシュレータの上から導体を巻き付けてステータ巻線（不図示）を形成する。そして、このような工程を経て完成したステータ１４の中央部にロータ１２を配置する。なお、ティースの幅が先端部に向かって広がっている場合、複数に分割したインシュレータをティースの上下から取り付けてもよい。

【0049】

次に、ステータ１４のティース４０、ロータコア２６、マグネット２８等の形状について詳述する。本願発明者が鋭意検討したところ、これらの形状を工夫することで、トルクリップルやノイズをより低減できることを見いだした。

【0050】

図７は、実施例に係るロータ１２およびステータ１４の概略構成を示す図である。図８は、比較例に係るロータの概略構成を示す図である。

【0051】

実施例に係るロータ１２のロータコア２６は、前述のように、扇形の磁極片２６ｄの外周部２６ｇの曲率半径をＲ、ロータコア２６の最大外径をＬ、とすると、Ｒ＜Ｌ／２を満たす。一方、図８に示す比較例に係るロータコア５０は、扇形の磁極片５０ｄの外周部５０ｇの曲率半径をＲ’、ロータコア５０の最大外径をＬ’、とすると、Ｒ’＝Ｌ’／２を満たす。このようなロータコア２６やロータコア５０を用い、同じステータに対して、その他必要な部品とともに組み付け、誘起電圧波形を測定した。

【0052】

図９は、実施例および比較例に係るロータコアを用いた誘起電圧測定を示す図である。図９の縦軸は波形の電圧を相対的に示したものであり、横軸は時間である。図１０は、図９に示す実施例および比較例に係る波形をＦＦＴ分析した際の誘起電圧波形歪の５次、７次、１１次、１３次数の成分を比較するための図である。図１０の縦軸は、各次数成分がＦＦＴ分析による全次数成分に対して占める割合を示している。

【0053】

図９に示すように、実施例に係るロータコア形状の場合、正弦波に近い波形となる。一方、比較例に係るロータコア形状の場合、正弦波からずれたいびつな形状の波形となる。例えば、図１０に示すように、実施例に係るロータの誘起電圧波形は、比較例に係るロータの誘起電圧波形と比較して、５次数成分は６２％程度減少し、７次数、１１次数、１３次数の成分は８４〜９１％程度減少している。

【0054】

図１１（ａ）は、比較例に係るロータを用いたモータのノイズを測定した結果を示す図、図１１（ｂ）は、実施例に係るロータを用いたモータのノイズを測定した結果を示す図である。比較例に係るモータのノイズは、図１１（ａ）に示すように、回転数が３０００［ｒｐｍ］近くで８５ｄＢと非常に大きい。一方、実施例に係るモータのノイズは、図１１（ｂ）に示すように、回転数が３０００［ｒｐｍ］近くで６０ｄＢであり、相対的に非常に静かになっていることがわかる。

【0055】

次に、図７を用いてティース４０およびロータコア２６の形状について詳述する。ステータ１４は、中央に向かって形成された、ロータと対向する複数のティース４０を有する。ロータコア２６の外周部の曲率半径をＲ、ティース４０の先端部の周方向の幅をＷとすると、０．９≦Ｒ／Ｗ≦４．２を満たすとよい。以下、Ｒ／Ｗを形状因子αと適宜称することがある。

【0056】

図１２は、形状因子α（＝Ｒ／Ｗ）を０．８〜４．５まで変化させた各ロータにおける誘起電圧波形の歪成分および誘起電圧定数比率を示す図である。図１２の左の縦軸は、各次数成分がＦＦＴ分析による全次数成分に対して占める割合を示しており、図１２の右の縦軸は、誘起電圧定数比率を示している。具体的な数値については表１に示す。

【0057】

【表1】

【0058】

一般的に、三相ブラシレスモータの集中巻では、誘起電圧波形に５次、７次、１１次、１３次の誘起電圧波形歪が発生する。これにより、モータのトルクリップルが変動し異音を発生させることになる。図１２や表１に示すように、形状因子αが０．８、４．３、４．５の場合、５次、７次、１１次、１３次の誘起電圧波形歪の合計が３．０％を超えており、トルクリップルに起因する異音の低減には改善の余地がある。一方、形状因子αが０．９≦α≦４．２（図１２の範囲Ｒ１）の場合、誘起電圧波形歪の合計が３．０％以下である。このように、５次、７次、１１次、１３次の誘起電圧波形歪を低減させることで、電流リップルの６次、１２次の成分が減少し、トルクリップルが低減することで静音化が可能である。また、形状因子αが０．９以上の場合、誘起電圧定数比率が１．０以上であり、高いトルクを実現できる。このように、形状因子αが０．９≦α≦４．２の場合、高トルクで異音の少ないモータを実現できる。より好ましくは、形状因子αが１．０≦α≦３．０（図１２の範囲Ｒ２）の場合、誘起電圧波形歪の合計が２．０％以下となり、高トルクでありながら更に異音の発生が低減されたモータを実現できる。

【0059】

次に、図７を用いてロータコア２６およびマグネット２８の形状について詳述する。図７に示すように、ロータの最大外径をＬ、板状マグネットの径方向の幅をＹとすると、０．３７≦Ｙ／（Ｌ／２）≦０．６２を満たすとよい。以下、Ｙ／（Ｌ／２）を形状因子βと適宜称することがある。

【0060】

図１３は、形状因子β（＝Ｙ／（Ｌ／２））を０．３５〜０．６４まで変化させた各ロータにおけるトルクリップルおよび誘起電圧定数比率を示す図である。図１３の左の縦軸は、トルクリップルの割合を示しており、図１３の右の縦軸は、誘起電圧定数比率を示している。具体的な数値については表２に示す。

【0061】

【表2】

【0062】

図１３や表２に示すように、特に、形状因子βが０．３７≦β≦０．６２の範囲（図１３の範囲Ｒ３）であれば、誘起電圧定数比率が１．０以上となり、トルクの高い状態が維持できる。また、トルクリップルが３．５％未満となるので、モータのスムーズな回転が実現できるとともに異音を小さくできる。更により好ましくは、形状因子βが０．４０≦β≦０．４７の範囲（図１３の範囲Ｒ４）であれば、高トルクを維持しながら、トルクリップルが３．０％未満となるので更に異音の発生低減されたモータを実現できる。

【0063】

上述のように、本実施の形態に係るブラシレスモータにおいては、トルクリップルを低減できる。トルクリップルの低減（減少）は、モータ回転時に各磁極片に作用する力の低減につながる。つまり、図４や図５に示すロータコア２６における各磁極片２６ｄの環状部２６ｃに対する前述の機械的固定強度を相対的に小さくしても、磁極片２６ｄの変位を抑えることが可能なロータ１２を実現できる。そのため、磁路２６ｆをより細く、またはより長くできる。磁路２６ｆを細くもしくは長くすることで、磁気抵抗がより高くなり磁力線が通りにくくなるため、マグネット２８から出る磁束のロータコア内の短絡が更に抑制され、より高トルクなブラシレスモータを実現できる。

【0064】

以下に、本願発明を好適に用いることができるブラシレスモータの諸元について説明する。本実施の形態に係るブラシレスモータは、外径が３０〜１４０ｍｍ程度、好ましくは３５〜８５ｍｍ程度である。また、ステータの溝（ティース）の数は例えば１２である。また、マグネットの数は１０または１４が好ましい。また、マグネットの磁力（エネルギー積）は、８ＭＧＯｅ以上、好ましくは１０ＭＧＯｅ以上、より好ましくは３０ＭＧＯｅ以上である。また、ロータの直径は、２０〜７０ｍｍ程度が好ましい。また、上述の各磁路の幅は、ロータコアを構成する一枚の板状部材の厚み（０．３５〜０．５ｍｍ程度）より大きい。また、ロータとステータとのギャップは０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ、好ましくは０．４〜０．６５ｍｍである。これにより、トルクの低下を抑えつつトルクリップルやノイズを低減できる。

【0065】

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

【符号の説明】

【0066】

１０ モータ、 １２ ロータ、 １４ ステータ、 １６ フロントベル、 １６ａ 孔、 １６ｂ 凹部、 １８ ハウジング本体、 １９ 給電部、 ２０ 回転シャフト、 ２６ ロータコア、 ２６ａ 貫通孔、 ２６ｂ マグネット収容部、 ２６ｃ 環状部、 ２６ｄ 磁極片、 ２６ｅ 第１の磁束障壁部、 ２６ｆ 磁路、 ２６ｇ 外周部、 ２８ マグネット、 ２８ａ，２８ｂ 主面、 ２８ｃ 端面、 ３６ ステータコア、 ３８ ステータヨーク、 ４０ ティース。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】