6167434 ブラシレスモータ及びそのモータを用いた送風機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6167434

(24)【登録日】2017年7月7日

(45)【発行日】2017年7月26日

(54)【発明の名称】ブラシレスモータ及びそのモータを用いた送風機

(51)【国際特許分類】

   H02K 21/22 20060101AFI20170713BHJP

   H02K 7/14 20060101ALI20170713BHJP

【ＦＩ】

   H02K21/22 M

   H02K7/14 A

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-189330(P2014-189330)

(22)【出願日】2014年9月17日

(65)【公開番号】特開2015-92810(P2015-92810A)

(43)【公開日】2015年5月14日

【審査請求日】2016年1月8日

(31)【優先権主張番号】特願2013-205787(P2013-205787)

(32)【優先日】2013年9月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100144048

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 智弘

(72)【発明者】

【氏名】廣本 晃晴

【審査官】 尾家 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０９９７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００３５６７０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／２７

Ｈ０２Ｋ ２１／００− ２１／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブラシレスモータであって、
複数の磁極が着磁された上側周面及び複数の磁極が着磁された下側周面からなる着磁周面を有するロータマグネットと、
前記下側周面に少なくとも一部が対向するステータスタックを有するステータと、を備え、
前記ロータマグネットの前記上側周面が、１つの磁極の中央部から隣接する磁極の近傍まで実質的に同程度の表面磁束密度を有し、
前記ロータマグネットの前記下側周面が、１つの磁極の中央部から隣接する磁極に向かって減少する表面磁束密度、または１つの磁極の中央部の近傍で実質的に同程度であって、かつ、前記１つの磁極の前記中央部の近傍から隣接する磁極に向かって減少する表面磁束密度を有し、
前記上側周面及び前記下側周面は、全面に着磁が行われていることを特徴とするブラシレスモータ。

【請求項2】

前記ロータマグネットは、前記ステータスタックの上端面より前記ステータスタックの厚みの１／５だけ下側の位置と、前記ステータスタックの上端面から前記ロータマグネットの上端面までの寸法の１／２だけ前記ステータスタックの上端面よりも上側の位置との間に、前記上側周面の着磁波形と前記下側周面の着磁波形との境界を有する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】

前記ロータマグネットの前記上側周面が、表面磁束密度の分布を表す矩形波状または台形波状の第１の着磁波形を有し、
前記ロータマグネットの前記下側周面が、表面磁束密度の分布を表す正弦波状または実質的に正弦波状の第２の着磁波形を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシレスモータ。

【請求項4】

さらに、
ロータハブと、
前記ロータハブの中心に設けられるロータシャフトと、
前記ロータシャフトを回転自在に支持する軸受を収容する軸受ハウジングと、を備え、
円筒状の内周面に前記着磁周面を有する前記ロータマグネットが前記ロータハブの内周面に設けられ、
前記ステータが前記軸受ハウジングの外周に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。

【請求項5】

送風機であって、
請求項４に記載のブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータの前記ロータハブの外周に設けられた羽根と、を備えることを特徴とする送風機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ブラシレスモータ及びそのモータを用いた送風機に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１の図４には、軸線方向に沿うロータマグネットの長さ寸法が軸線方向に沿うステータの長さ寸法よりも長く設定されているモータが開示されている。そして、ロータマグネットの磁気中心Ｃ２とステータの磁気中心Ｃ１とが軸線方向にずらされているので、この磁気中心Ｃ２−Ｃ１間で軸線方向に引き合う力が発生し、この力は、ロータマグネットに連結されているロータシャフトに伝達され、ロータシャフトを下方（スラストプレート）に押えつけるようにできることが開示されている。

【0003】

このようなモータは、特許文献２の図８に示されるように、送風機にも使用される。一方、送風機は、家電製品等で冷却のために用いられることが多く、静音性能が求められる。送風機において、騒音の発生源の一つは、モータ部である。モータにおいて、コギングトルクやトルクリップルが大きいと円滑なモータの回転ができず、振動や騒音の発生につながり、そのコギングトルクやトルクリップルを抑制するためにはロータマグネットの周方向の表面磁束密度を緩やかに変化させる（例えば、正弦波類似の着磁波形にする）ことが開示されている（特許文献３、特許文献４参照。）。

【0004】

ところで、本発明者が、ロータマグネットの軸線方向に沿う長さ寸法がステータの軸線方向に沿う長さ寸法よりも長く設定されているモータにおいて、ロータマグネットの周方向の表面磁束密度の着磁波形を正弦波状としたものについて検討したところ、ブラシレスモータのホールセンサの位置検出が不安定になることはあまりなかった。ところが、ロータシャフトの抜け防止としてロータシャフトの外周に設けているスラストワッシャの取付作業性を良くするために、ロータシャフトの外周に溝部を設け、この溝部にスラストワッシャを軸方向に押し込んで嵌め込むようにしたところホールセンサの位置検出動作が安定しないという問題が顕在化してきた。

【0005】

この溝部の幅は、スラストワッシャの厚みと同じであると嵌め込む作業が行い難いため、スラストワッシャの厚みよりも広い幅になっている。このことから、ロータシャフトは、溝部の幅とスラストワッシャの厚みとの差の分だけスラスト方向（軸方向）に移動できる。そして、ロータシャフトがスラスト方向（軸方向）に移動すると、その移動に伴って、ロータシャフトに連結されているロータマグネットもスラスト方向に移動し、ロータマグネットとホールセンサとの距離関係が安定しなくなる。この結果、ホールセンサが正しく磁界を検知できなくなり、それに基づいて求められる位置検出動作が不安定になるものと考えられる。

【0006】

このような場合、距離が離れていても高感度に磁界検知が可能なホールセンサを用いることが考えられるが、そのような高感度なホールセンサは値段も高くなるのでコストの面から考えれば、望ましくない。

【0007】

一方、ロータマグネットのスラスト方向への移動を抑えるべく、より強いスラスト方向への押えつけ力を与えることも考えられる。そのためには、ロータマグネットの表面磁束密度の着磁波形を変えてスラスト方向への押えつけ力を得る必要がある。しかしながら、特許文献３及び特許文献４の開示から理解できるように、コギングトルクやトルクリップルを抑制することを考えれば、ロータマグネットの表面磁束密度の着磁波形を安易に変えることができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００１−１３６７０６号公報

【特許文献2】特開２０１３−１１７３００号公報

【特許文献3】特開２００３−１１１３６０号公報

【特許文献4】特開平０９−１４０１０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

そこで、本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであり、コギングトルクやトルクリップルを抑制するための適切な着磁波形を保ちつつ、スラスト方向への押さえつけ力を向上したブラシレスモータ及びそのモータを用いた送風機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

このような目的を達成するために本発明は、以下の構成によって把握される。
（１）本発明のブラシレスモータは、複数の磁極が着磁された上側周面及び複数の磁極が着磁された下側周面からなる着磁周面を有するロータマグネットと、前記下側周面に少なくとも一部が対向するステータスタックを有するステータとを備え、前記ロータマグネットの前記上側周面が、１つの磁極の中央部から隣接する磁極の近傍まで実質的に同程度の表面磁束密度を有し、前記ロータマグネットの前記下側周面が、１つの磁極の中央部から隣接する磁極に向かって減少する表面磁束密度、または１つの磁極の中央部近傍で実質的に同程度であって、かつ、前記１つの磁極の前記中央部の近傍から隣接する磁極に向かって減少する表面磁束密度を有する。

【0011】

（２）上記（１）の構成において、前記ロータマグネットは、前記ステータスタックの上端面より前記ステータスタックの厚みの１／５だけ下側の位置と、前記ステータスタックの上端面から前記ロータマグネットの上端面までの寸法の１／２だけ前記ステータスタックの上端面よりも上側の位置との間に、前記上側周面の着磁波形と前記下側周面の着磁波形との境界を有する。

【0012】

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記ロータマグネットの前記上側周面が、表面磁束密度の分布を表す矩形波状または台形波状の第１の着磁波形を有し、前記ロータマグネットの前記下側周面が、表面磁束密度の分布を表す正弦波状または実質的に正弦波状の第２の着磁波形を有する。

【0013】

（４）上記（１）から（３）に記載のいずれかの構成において、さらに、ロータハブと、前記ロータハブの中心に設けられるロータシャフトと、前記ロータシャフトを回転自在に支持する軸受を収容する軸受ハウジングとを備え、円筒状の内周面に前記着磁周面を有する前記ロータマグネットが前記ロータハブの内周面に設けられ、前記ステータが前記軸受ハウジングの外周に設けられる。

【0014】

（５）本発明の送風機は、上記（４）に記載のブラシレスモータと、前記ロータハブの外周に取り付けられた羽根とを備える。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、コギングトルクやトルクリップルを抑制するための適切な着磁波形を保ちつつ、スラスト方向への押さえつけ力を向上したブラシレスモータ及びそのモータを用いた送風機を提供することができる。また、本発明によれば、スラスト方向への押えつけ力が向上するのでホールセンサの位置検出動作が安定したブラシレスモータ及びそのモータを用いた送風機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の送風機の全体構成を示す縦断面図である。

【図2】図１の左側のステータとロータマグネットの周辺部を拡大した図である。

【図3】スラスト力を高めるための着磁波形の参考例１のグラフである。

【図4】スラスト力を高めるための着磁波形の参考例２のグラフである。

【図5】コギングトルクやトルクリップルを抑制するための着磁波形の参考例３のグラフである。

【図6】コギングトルクやトルクリップルを抑制するための着磁波形の参考例４のグラフである。

【図7】磁気スラスト力測定の方法を示す図である。

【図8】磁気スラスト力の測定結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する）について説明する。実施形態の説明では全体を通して、同じ要素には同じ番号を付している。以下、本発明の実施形態として本発明のブラシレスモータを用いた使用形態の具体的な１例である送風機を例示して説明を進めることとする。

【0018】

（送風機の全体構成）
本発明の送風機１の全体構成を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の送風機１の縦断面図である。図１に示すように、本発明の送風機１は、ブラシレスモータ５と、ブラシレスモータ５の外周を構成するロータハブ１２に取り付けられた羽根１５と、それらを収容するケーシング２１ｄを備えている。以下では、ブラシレスモータ５のロータの部分と羽根１５とを一体としてロータ部１０と捉えたうえで、送風機１を、ロータ部１０と、軸受部２０と、ステータ３０と、基板４０とに分けて説明する。

【0019】

（ロータ部）
ロータ部１０は、外周面に羽根１５が設けられると共に内周にロータヨーク１４が設けられたロータハブ１２と、ロータハブ１２の中心に固定されたロータシャフト１１と、ロータヨーク１４の内側に装着されたロータマグネット１３とで構成されている。図１では、ロータシャフト１１が、直接、ロータハブ１２に固定されている場合を示しているが、ロータハブ１２の中央に開口を設け、この開口にロータボスのような部品を取付けて、そのロータボスにロータシャフト１１を取付けるようにしてもよい。

【0020】

また、ロータヨーク１４は、ロータハブ１２を成形するときに一体化するようにしてロータハブ１２の内周面に固定してもよいが、ロータハブ１２を成形した後に、圧入や接着等の手段で内周面に固定してもよい。さらに、ロータマグネット１３は、ロータヨーク１４の内側に圧入や接着等の手段で取付けることができる。図１の例では、ロータマグネット１３は円筒状であり、その円筒の内周面（周面）に周方向にＳ極、Ｎ極が交互に現れるように複数の磁極が着磁されている。

【0021】

なお、本例は、具体的な事例として送風機１を示しているのでロータハブ１２の外周面に羽根１５が設けられているが、モータの場合は、この羽根１５は不要である。また、図１では、ロータハブ１２と一体に形成した羽根１５を示しているが、羽根１５を別に作製しておき、後からロータハブ１２の外周に取付けるようにしてもよい。

【0022】

（軸受部）
軸受部２０は、軸受ハウジング２１ａと、軸受２２と、スラストワッシャ２３と、スラスト板２４とを含む。軸受ハウジング２１ａは、ケーシング２１ｄをベース部２１ｂに連結する連結部２１ｃと一体成形されている。軸受ハウジング２１ａ内にはスラスト板２４、スラストワッシャ２３及び軸受２２が配置される。送風機では、連結部２１ｃを静翼として設計する場合があり、本発明においても連結部２１ｃは静翼であってもよい。ケーシング２１ｄは、羽根１５の外周を覆う部分であり、送風機１の空気の流路を形成している。

【0023】

図１では、軸受ハウジング２１ａ、ベース部２１ｂ、連結部２１ｃ及びケーシング２１ｄを一体成形した場合を示している。しかしながら、軸受ハウジング２１ａを別に成形しておいて、ベース部２１ｂ、連結部２１ｃ及びケーシング２１ｄからなる部品に取り付けるようにしてもよい。軸受ハウジング２１ａ内に収容される軸受２２はロータシャフト１１を回転自在に支持する部品である。図１ではすべり軸受２２を示しているが、すべり軸受２２の代わりに一対の玉軸受を用いてもよい。スラスト板２４は、ロータシャフト１１のスラスト力（軸方向力）を受ける部材であり、ロータシャフト１１の回転抵抗を低減する役目をすると共に、ロータシャフト１１が回転中心軸に合うように位置精度を保つ部品である。

【0024】

スラストワッシャ２３は、ロータシャフト１１の抜けを防止する部材であり、図１の場合、図面上方へのロータシャフト１１の抜けを防止している。具体的には、リング形状の部材であり、このリング中央の開口にロータシャフト１１を通すように嵌め込まれる。図１に示されるように、ロータシャフト１１の下端の周面には、スラストワッシャ２３が位置するための溝部があり、スラストワッシャ２３の中央の開口はロータシャフト１１の外径より小さく、この溝部の外径より大きく設定されている。

【0025】

スラストワッシャ２３の中央の開口の大きさ、及び、材質の弾性率は、ロータシャフト１１にスラストワッシャ２３を押し込むことができるとともに、ロータシャフト１１が抜け方向に動いたときに、抜けないように選択される。また、作業性を良くするために、スラストワッシャ２３の中央の開口から外周に向かって筋状の切れ目を設け、嵌め込みのときに、多少、開口が変形できるようにしてもよい。スラストワッシャ２３は、図１に示されるように、取付られた状態では、軸受ハウジング２１ａの底面部と軸受２２との間に挟まれスラスト方向（軸方向）への移動が規制されている。

【0026】

具体的な組付手順は、軸受ハウジング２１ａの底面部にある凹部内に、スラスト板２４を配置し、次に、スラストワッシャ２３を底面部に配置し、その後、軸受２２を軸受ハウジング２１ａに圧入しロータシャフト１１を挿入等すればよい。なお、組付手順は、上記手順に限定されるものでは無く、例えば、軸受２２にロータシャフト１１を挿入し、スラストワッシャ２３をロータシャフト１１の溝部に嵌め込む作業を行った後に軸受ハウジング２１ａに軸受２２を圧入等するような手順でもよい。

【0027】

なお、本例は、具体的な事例として送風機１を示しており、送風機の場合、連結部２１ｃやケーシング２１ｄが設けられる場合が多いので連結部２１ｃやケーシング２１ｄを設けている例を示している。しかしながら、送風機の場合であっても、連結部２１ｃやケーシング２１ｄが不要である場合もある。また、モータの場合は、連結部２１ｃやケーシング２１ｄは不要である。

【0028】

（ステータ）
ステータは、複数の突極が設けられたステータスタック（ステータコアともいう）３１の突極に絶縁体（例えば、インシュレータ）３２を介して巻線（コイル）３３が設けられた構成である。また、図１にステータスタック３１に複数の筋が描かれているが、これはステータスタック３１が複数の電磁鋼板を積層した構成であることを示している。コイル３３に電流を供給するとステータスタック３１の突極が励磁され、この突極がＮ極若しくはＳ極となる。この励磁された磁極とロータマグネット１３の内周面に着磁された磁極とが引き合う、若しくは、反発し合うことでロータ部１０が回転し、モータ駆動が実現される。

【0029】

具体的なステータ３０の取付は、ステータスタック３１を軸受ハウジング２１ａの外周に圧入することで行っているが、必ずしも圧入である必要はなく、接着等でもよい。また、図１では、軸受ハウジング２１ａにステータスタック３１の位置決めをするための段差を設けた場合を示しているが、この段差は設けていなくてもよい。

【0030】

（基板）
基板４０は、ＩＣやホール素子（ホールセンサ）４１といった電子部品を搭載するためのものであり、コイル３３の端部は、これら電子部品に半田等で電気的に接続されている。そして、これら電子部品によってコイルに供給する電流等が制御される。図１では、基板４０をベース部２１ｂ上に載置した例を示しているが、基板４０の設け方は、絶縁体（インシュレータ）３２の下端に固定してもよいし、軸受ハウジングの外周に固定しても良く、固定の具体的な態様は、圧入や接着等を用いればよい。

【0031】

次に、図２を参照しながら、さらに、実施形態について、詳細な説明を行う。図２は、ブラシレスモータ５のうち、図１の左側に描かれているステータ３０とロータマグネット１３の部分が見やすいようにした拡大図である。なお、図２には、以降で説明する位置を表す記号が記載されているので、この記号の表記が見にくくなるのを避けるため、一部、要素（部材）を示す番号の記載を省略しているが、特別に断らない限り、番号は図１と同じである。

【0032】

図２に示される通り、ロータシャフト１１の下部には、溝部１１ａが形成されており、その溝部１１ａにスラストワッシャ２３が嵌め込まれている。そして、スラストワッシャ２３の厚みよりも、溝部１１ａの幅が大きく取られているのがわかる。このためロータシャフト１１は、図面の上側に動くことができる状態にある。なお、スラストワッシャ２３の中央の開口は、図面上では、はっきりとしていないが、ロータシャフト１１の最下部の外径よりも若干小さくなっている。従って、ロータシャフト１１が上方に動いたときには、溝部１１ａの下端がスラストワッシャ２３に引っ掛かり、ロータシャフト１１が抜けるのを防止することができる。

【0033】

ロータシャフト１１が上方に動くと、ロータハブ１２も上方に動き、その動きに合わせて、ロータマグネット１３も上方に動くことになる。そうすると、ホール素子（ホールセンサ）４１とロータマグネット１３の下端との距離が離れることになる。このため、ホールセンサの磁界を検出する感度が悪いと検出できなくなり、それに基づいて求められる位置検出動作が不安定になる。従って、図２に示されるように、ロータシャフト１１がスラスト板２４に接触している程度の状態に保たれる必要がある。

【0034】

ここで、ステータスタック３１とロータマグネット１３とに着目すると、ロータマグネット１３は、ステータスタック３１よりも軸方向に沿って長く設計されており、ステータスタック３１の中央位置よりも上方にロータマグネット１３の中央位置が存在する。そして、この中央位置同士が引き合うことでロータマグネット１３が下方に押えつけられる方向に引き寄せられることは、既に、述べた通りであるが、この引付合う力は、ロータマグネット１３の磁力が高くなれば、それに応じて強くなる。

【0035】

従って、ロータマグネット１３の磁力を高めることでロータシャフト１１がスラスト板２４に安定して接触している状態が実現できる。以下、この安定してスラスト板２４側にロータシャフト１１を位置させる方向の力を「スラスト力」と呼ぶこととする。そして、磁力を高めてスラスト力を得るためには、ロータマグネット１３の内周面（周面）の着磁状態を出来るだけ広い範囲で高い表面磁束密度の状態とする必要がある。つまり、飽和着磁状態まで高めた範囲を出来るだけ周方向に広く実現することを目指すことになる。

【0036】

このようなスラスト力を高めるための、周方向の表面磁束密度の分布を表す着磁波形（第１の着磁波形）の参考例を２つ図３（参考例１）及び図４（参考例２）に示す。図３及び図４は、縦軸に表面磁束密度［ｍＴ］を取り、横軸は円筒状のロータマグネットを平面展開し、その角度位置を角度（°）として示したものである。なお、９０°、１８０°、２７０°、３６０°で表面磁束密度０［ｍＴ］が現れているのは、この部分で磁極の向きが反転したこと（Ｎ極からＳ極、若しくは、Ｓ極からＮ極のように変わったこと）を示している。つまり、図３及び図４は円周方向に４極の磁極を有するロータマグネット１３の場合を例示したものである。図３及び図４に示す台形波状または矩形波状の着磁波形では中央部と実質的に同程度の表面磁束密度を有する部分が隣接する磁極の近傍まで存在する。そして、隣接する磁極に向かって表面磁束密度が大きな勾配で急激に減少する。

【0037】

一方、コギングトルクやトルクリップルを抑制するためには、着磁波形は緩やかに変化することが望ましく、そのような表面磁束密度の分布を表す着磁波形（第２の着磁波形）の参考例を２つ図５（参考例３）及び図６（参考例４）に示す。図５及び図６も縦軸及び横軸は、図３及び図４と同様である。図６では、磁極の中央部から隣接する磁極に向かって緩やかに減少する表面磁束密度を表しており、磁極の中央部付近での減少率は隣接する磁極近傍での減少率よりも小さい。すなわち表面磁束密度は磁極の中央部付近から離れるに従って勾配が大きくなる。また、図５においては、中央部付近で実質的に同程度の表面磁束密度を有する部分が存在するが、その部分より隣接する磁極にいくに従って表面磁束密度は緩やかに減少する。実質的に同程度の表面磁束密度を有する部分が隣接する磁極の近傍まで存在していないところが図３及び図４に示す着磁波形と異なる点である。本明細書では、図６のように磁極の中央部から隣接する磁極に向かって表面磁束密度が徐々に減少する波形を正弦波と呼ぶこととする。また、図５のように磁極の中央部の近傍のみで中央部と実質的に同程度の表面磁束密度を有する部分が存在し、その部分よりも離れた位置では隣接する磁極に向かって表面磁束密度が矩形波または台形波よりも緩やかな勾配で減少する波形を実質的な正弦波と呼ぶこととする。これら、図３から図６を見るとわかるとおり、スラスト力を高めようとすると、磁極の切替わり目で表面磁束密度が大きく変化することになり、コギングトルクやトルクリップルを抑制するための緩やかな変化と両立できないことがわかる。

【0038】

なお、図３から図６は、あくまでも理想的な状態を示した参考図であり、実際に、測定すると測定誤差や製造誤差等の影響で波形が乱れることが当然あるので、図３や図４のように理想的にフラットで高い表面磁束密度でない場合、つまり、広い範囲で高い表面磁束密度を実現しようとしているが測定誤差や製造バラツキによって波形が乱れて見える範囲を意味して、本明細書では「中央部と実質的に同程度の表面磁束密度を有する」と呼ぶ。

【0039】

ここで、図２に戻って、ロータマグネット１３とステータスタック３１の位置関係に着目すると、ステータスタック３１の上端面の位置より上に位置するロータマグネット１３の部分については、ステータスタック３１から離れることになるのでモータの回転状態に与える影響が小さいと考えられる。つまり、この回転状態に与える影響が小さいロータマグネット１３の部分でスラスト力を得るようにすれば、コギングトルクやトルクリップルを抑制しつつ、スラスト力も得られると考えられる。

【0040】

そこで、ロータマグネット１３の内周面（着磁周面）１３ａを上下に二分した周面として、上側周面１３ａ１は図３や図４に示した矩形波状または台形波状の着磁波形にしてスラスト力を得る。一方、下側周面１３ａ２のロータの回転動作に影響が大きいと考えられる部分は、図５や図６に示した正弦波状または実質的に正弦波状の着磁波形にしてコギングトルクやトルクリップルを抑制することで、コギングトルクやトルクリップルを抑制しつつ、スラスト力の向上を実現した。つまり、下側周面１３ａ２における表面磁束密度は上側周面１３ａ１における表面磁束密度よりも小さな勾配で隣接する磁極に向かって減少するのでスラスト力を向上することとコギングトルクやトルクリップルを抑制することが可能となる。

【0041】

具体的には、図２に示すステータスタック３１の上端面と同じ高さ位置となるロータマグネット１３の高さ位置を基準位置Ａとしたときに上側周面１３ａ１と下側周面１３ａ２との境界（つまり、着磁波形の切り替え位置）を基準位置Ａと同じにするのが好適であるが、スラスト力の調節やコギングトルクやトルクリップルの抑制のために、この境界は、基準位置Ａから多少上下方向に調節してよい。

【0042】

この境界が基準位置Ａよりも下側に位置すると、上側周面１３ａ１のスラスト力を得るための着磁波形がステータスタック３１と対向する位置に現れるので、あまり基準位置Ａよりも下側にするとコギングトルクやトルクリップルに影響を与えることになる。但し、この影響の度合いは、絶対的な距離ではなく、ステータスタック３１の厚みとの関係で相対的な距離に依存する。

【0043】

たとえば、ステータスタック３１の厚みが１０ｍｍのときに、ステータスタック３１の上端面（位置Ａ）から下側５ｍｍの位置に境界があるとすると、ステータスタック３１の半分は、上側周面１３ａ１と対向していることになる。一方、このステータスタック３１の厚みが３０ｍｍだとすれば、ステータスタック３１の高々１／６の厚みしか、上側周面１３ａ１と対向していないことになる。従って、基準位置Ａから下側に５ｍｍの位置に境界があったとしても、後者の方が、当然、コギングトルクやトルクリップルに与える影響は小さくなる。

【0044】

そして、ステータスタック３１の厚みに対して、１／５程度の範囲で上側周面１３ａ１が存在したとしても、それほど、コギングトルクやトルクリップルに与える影響は大きくない。このことから、上側周面１３ａ１と下側周面１３ａ２との境界、つまり、上側周面１３ａ１の着磁波形と下側周面１３ａ２の着磁波形とが切り替わる位置は、図２に示すように、基準位置Ａよりステータスタック３１の厚みｅの１／５だけ下側の位置Ｃよりも下にならないようにすることが好適である。

【0045】

一方、上側周面１３ａ１と下側周面１３ａ２との境界が、基準位置Ａから離れて、上に位置するようになるほど、スラスト力が得られにくくなる。この点からすれば、コギングトルクやトルクリップルを抑制して、効果的にスラスト力を得るためには、基準位置Ａよりも上のロータマグネット１３の範囲の半分以上は、上側周面１３ａ１として形成するのが好ましい。

【0046】

このことから、基準位置Ａからロータマグネット１３の上端面までの寸法をｂとしたときに、上側周面１３ａ１と下側周面１３ａ２との境界、つまり、上側周面１３ａ１の着磁波形と下側周面１３ａ２の着磁波形とが切り替わる位置は、図２に示すように、基準位置Ａよりも寸法ｂの１／２だけ上側の位置Ｂよりも上にならないようにすることが好適である。

【0047】

以上のことをまとめると、図２に示される通り、ロータマグネット１３は、ステータスタック３１の上端面よりステータスタック３１の厚みｅの１／５だけ下側の位置Ｃと、ステータスタック３１の上端面からロータマグネット１３の上端面までの寸法ｂの１／２だけステータスタック３１の上端面よりも上側の位置Ｂとの間で、上側周面１３ａ１の着磁波形と下側周面１３ａ２の着磁波形とが切り替わるようにすることが好適である。また、下側周面１３ａ２とステータとで主に回転動作を担うので、本発明においては、少なくともステータスタック３１の一部は下側周面１３ａ２に対向して配置された状態となる。なお、送風機１をひっくり返せば、上下の関係が逆転するが、これまでの説明で用いてきた上下（高さ位置）等の表現は、スラスト力を働かせたい方向が下側であり、それと反対となる方向が上側となるものであり、重力の働く方向の上下を意味するものではない。

【0048】

（スラスト力の測定）
上記で説明してきた実施形態の送風機１について、スラスト力が、どの程度向上しているのかについて測定を行った。まず、図７を参照しながら測定方法について説明する。図７は、送風機１のロータシャフト１１を水平にした状態を示している。図７の左側が図１の下側であり、図７の右側が図１の上側である。送風機１は、スラストワッシャ２３が取り外された状態にされており、このため図７において右側方向にロータ部１０が抜ける状態にある。

【0049】

なお、図７では、ケーシング２１ｄと、ロータ部１０のうちのロータハブ１２と羽根１５だけを図示している。これは、その他の部材が無いことを意味しているのではなく、図１の状態の送風機１において、スラストワッシャ２３が取り外された送風機１が図７に示されるような向きに配置されていることを簡略的に示しているものである。

【0050】

そして、図７に示されるように、ロータハブ１２の中心にワイヤの一端を固定し、滑車を介してワイヤの他端には錘４２を吊り下げるようにしている。ここで、錘４２を付加していない状態でロータハブ１２までの距離ｄを非接触寸法測定器４３で測定する（基準距離測定）。その後、錘４２を付加した状態でロータハブ１２までの距離ｄを非接触寸法測定器４３で再び測定する。そして、基準距離測定の値と錘４２を付加した状態の距離測定の値との差分を取ることで錘４２（荷重）を付加したときのロータハブ１２の変位量を求めた。この変位量は、ロータハブ１２に固定されているロータマグネット１３が、ホールセンサ４１から離れた距離と等価である。なお、非接触寸法測定器４３は、別名、変位センサ等の名称で市販されている。

【0051】

このようにして、スラスト力（磁気スラスト力）の測定を行った結果を図８に示す。図８は、付加した錘４２（荷重）の重量（ｇｆ）を縦軸に取り、ロータハブ１２の変位量を横軸に取っている。図８において、従来品と記載しているのは、ロータマグネット１３の内周面（周面）を全長、下側周面１３ａ２用の着磁波形とした場合である。一方、発明品と記載しているのは、ロータマグネット１３の内周面（周面）を下側周面１３ａ２と上側周面１３ａ１とに二分し、下側周面１３ａ２に関しては、従来品と同じ着磁波形とし、上側周面１３ａ１については、図３や図４で示したように、できるだけ広い範囲で高い表面磁束密度が得られるようにしたものであり、下側周面１３ａ２と上側周面１３ａ１との境界は、図２に示した位置Ｃから位置Ｂの範囲内で高いスラスト力が得られるとともに、コギングトルクやトルクリップルに与える影響が出ないように調節した。

【0052】

その結果、図８に示されるように、ロータハブ１２の移動が発生しない状態（変位量０ｍｍ）が保てる最大荷重（磁気スラスト力（ｇｆ））は、従来品では２８．４ｇｆであるが、発明品では４０．１ｇｆとなり、約４０％［＝（（４０．１−２８．４）／２８．４）×１００］の磁気スラスト力の向上が確認できた。なお、この測定は、磁気による保持力（磁気スラスト力）が錘による引張力よりも大きい間はロータハブ１２が動かず、引張力の方が保持力よりも大きくなるとロータハブ１２が移動するので、磁気スラスト力を求める測定になっている。また、発明品では、ホールセンサの位置検出動作も安定した動作が確認された。

【0053】

上記では、本発明のブラシレスモータの具体的な１適用事例としての送風機について説明してきた。しかしながら、本発明が送風機に限定されるものでないことは、上記でも所々で説明してきたとおりであり、モータそのものとして使用する場合には、上記送風機の構成において、モータとして不要な部分を無くせばよく、また、各々のモータとして必要な構成を本発明の概念を逸脱しない範囲で付加すればよい。上記実施形態で説明してきたモータ部分の構成は、アウターロータ型の構成であるが、本発明がインナーロータ型にも適用可能であることは言うまでもない。

【0054】

インナーロータ型の場合は、ロータマグネットの中心部にロータシャフトが取り付けられ、モータの中心側にロータマグネットが配置されるとともに、その外側にステータがロータマグネットの外周面に対向するように配置されることとなる。このため、ロータマグネットの外周面（周面）に着磁波形を着磁すればよいだけであって、着磁波形を変える範囲及び着磁する着磁波形の状態に関しては特段変ることは無い。つまり、ステータスタックの上端面を基準に、図２を参酌して説明してきた範囲に上側周面（図３及び図４で示したような着磁波形）及び下側周面（図５及び図６で示したような着磁波形）となる着磁を実施すればよい。

【0055】

なお、本発明はロータシャフトがスラスト方向に動きやすい状態にあり、その動きが問題となる場合に有効であることが明らかであり、実施形態の例示では、スラストワッシャを嵌め込む構造に起因してロータシャフトが動きやすい状態となった事例を基に説明してきたが、このような場合に限られるものでないことも明らかである。

【0056】

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0057】

１ 送風機
５ ブラシレスモータ
１０ ロータ部
１１ ロータシャフト
１１ａ 溝部
１２ ロータハブ
１３ ロータマグネット
１３ａ 着磁周面（ロータマグネットの内周面）
１３ａ１ 上側周面（ロータマグネットの内周面の）
１３ａ２ 下側周面（ロータマグネットの内周面の）
１４ ロータヨーク
１５ 羽根
２０ 軸受部
２１ａ 軸受ハウジング
２１ｂ ベース部
２１ｃ 連結部
２１ｄ ケーシング
２２ 軸受
２３ スラストワッシャ
２４ スラスト板
３０ ステータ
３１ ステータスタック
３２ 絶縁体
３３ コイル
４０ 基板
４１ ホールセンサ
４２ 錘(荷重)
４３ 非接触寸法測定器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】