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(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】
(24)【登録日】2022-11-01
(45)【発行日】2022-11-10
(54)【発明の名称】ロータ、モータ及びブラシレスモータ
(51)【国際特許分類】
   H02K 1/2791 20220101AFI20221102BHJP
【FI】
H02K1/2791
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2018215030
(22)【出願日】2018-11-15
(65)【公開番号】P2020088914
(43)【公開日】2020-06-04
【審査請求日】2021-05-27
(73)【特許権者】
【識別番号】000144027
【氏名又は名称】株式会社ミツバ
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100126664
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 慎吾
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】大堀 竜
(72)【発明者】
【氏名】塩田 直樹
【審査官】柏崎 翔
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2018/043026(WO,A1)
【文献】国際公開第2017/002873(WO,A1)
【文献】特開2010-187427(JP,A)
【文献】特開平5-161287(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02K 1/2791
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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るとともに、回転軸線方向からみて円弧状の外周面を有し、前記回転軸線を径方向中心として回転するロータコアと、
前記ロータコアの前記外周面に配置された複数の磁石と、
前記ロータコアの前記外周面の周方向で隣り合う前記磁石の間において前記径方向の外方に向かって周方向で対向する2つの側面が平行に突出する複数の突起と、
を備え、
前記磁石の配向は、磁化容易方向が前記磁石の中央部における前記径方向と平行な方向となるパラレル配向であり、
前記複数の磁石は、
前記ロータコアの前記外周面に接触する前記回転軸線方向からみて円弧状の内周面と、
周方向において前記突起の前記側面に接触する平坦面を有する周方向側面と、
前記周方向側面と前記径方向の外側の外周面とに接続されるとともに、前記突起の突出方向の外方に向かうことに伴い、漸次、前記磁石の方向の中央部に接近するように形成され、前記磁石の前記磁化容易方向と平行である接続面と、を備え、
前記突起の周方向に隣り合う前記磁石の前記周方向側面の前記平坦面は互いに平行であり、
前記複数の突起の出方向における先端の位置は、前記磁石の前記周方向側面の中央部と、前記周方向側面と前記接続面との交差稜線部との間の範囲内に配置されるように形成されている、
ことを特徴とするロータ。
【請求項2】
前記磁石の前記径方向の厚みは、前記ロータコアの前記径方向の厚み以上に大きく形成されている、
ことを特徴とする請求項1記載のロータ。
【請求項3】
状のステータコア及び前記ステータコアの内周面から前記径方向の内方に突出する複数のティースを有するステータと、
前記ティースに装着されるコイルと、
前記複数のティースに対して前記径方向の内側に配置される請求項1又は請求項に記載のロータと、
を備える、
ことを特徴とするモータ。
【請求項4】
請求項に記載のモータを備える、
ことを特徴とするブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロータ、モータ及びブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、界磁用の永久磁石をロータコアの表面に有する表面磁石(SPM:Surface Permanent Magnet)型のロータとして、周方向に並ぶ永久磁石間においてロータコアの径方向外方に突出する突部を備えるインセット型のロータが知られている(例えば、特許文献1参照)。このロータにおいて、ロータコアの突部は、ロータコアの表面における永久磁石の回転方向の移動を規制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第2015/102047号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記したようなロータでは、突部の径方向における突出長さが増大することに伴い、永久磁石の固定安定性は増大傾向に変化する。しかしながら、磁性材料から成る突部の径方向における突出長さが増大することに伴い、磁界の歪みは増大傾向に変化する。このため、磁界の歪みに起因してコギングトルク及びトルクリップルが増大し、モータの騒音及び振動が増大するおそれがある。
【0005】
そこで、本発明は、ロータの表面における磁石の固定安定性を確保しながら、磁界の歪みの増大を抑制することができるロータ、モータ及びブラシレスモータ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】
【0006】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明のロータは、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るとともに、回転軸線方向からみて円弧状の外周面を有し、前記回転軸線を径方向中心として回転するロータコアと、前記ロータコアの前記外周面に配置された複数の磁石と、前記ロータコアの前記外周面の周方向で隣り合う前記磁石の間において前記径方向の外方に向かって周方向で対向する2つの側面が平行に突出する複数の突起と、を備え、前記磁石の配向は、磁化容易方向が前記磁石の中央部における前記径方向と平行な方向となるパラレル配向であり、前記複数の磁石は、前記ロータコアの前記外周面に接触する前記回転軸線方向からみて円弧状の内周面と、周方向において前記突起の前記側面に接触する平坦面を有する周方向側面と、前記周方向側面と前記径方向の外側の外周面とに接続されるとともに、前記突起の突出方向の外方に向かうことに伴い、漸次、前記磁石の方向の中央部に接近するように形成され、前記磁石の前記磁化容易方向と平行である接続面と、を備え、前記突起の周方向に隣り合う前記磁石の前記周方向側面の前記平坦面は互いに平行であり、前記複数の突起の出方向における先端の位置は、前記磁石の前記周方向側面の中央部と、前記周方向側面と前記接続面との交差稜線部との間の範囲内に配置されるように形成されている。
【0007】
このような構成によれば、突起は突出方向において、磁石の周方向側面における半分以上の領域を支持することができる。これにより、ロータコアの外周面における磁石の所望の固定安定性(例えば、座乗性など)を確保することができる。
また、突起は突出方向において、磁石の周方向側面と接続面との交差稜線部よりも外方に突出しないように形成されている。これにより、磁石から突起に漏れる磁束及び誘起電圧波形の歪みを所定の許容レベル以下に極力抑制しながら、永久磁石の有効磁束を極大値を含む所定範囲に維持することができる。
また、磁石の配向はパラレル配向であり、突起に隣接する磁石の周方向端部付近の磁化容易方向は突起の突出方向と交差する。これにより、磁石から突起に漏れる磁束による磁路の形成は抑制され、漏れ磁束の増大を抑制することができる。
さらに、接続面は、パラレル配向である磁石の磁化容易方向と平行である。これにより、誘起電圧波形の歪みを抑制することができる。
【0010】
また、本発明のロータでは、前記磁石の前記径方向の厚みは、前記ロータコアの前記径方向の厚み以上に大きく形成されていることが好ましい。
【0011】
このような構成によれば、磁石の径方向の厚みが、ロータコアに比べて、相対的に大きく形成される場合であっても、突起によって磁石の所望の固定安定性を確保することができる。
【0012】
本発明のモータは、状のステータコア及び前記ステータコアの内周面から前記径方向の内方に突出する複数のティースを有するステータと、前記ティースに装着されるコイルと、前記複数のティースに対して前記径方向の内側に配置される請求項1又は請求項に記載のロータと、を備える。
【0013】
このような構成によれば、モータは、磁石の所望の有効磁束を確保するとともに磁石から突起に漏れる磁束及び誘起電圧波形の歪みが抑制されたロータを備える。これにより、磁界の歪みに起因するコギングトルク及びトルクリップルの増大を抑制し、モータの駆動時における振動及び騒音の増大を抑制しながら、所望の出力を確保することができる。
【0014】
本発明のブラシレスモータは、上記のモータを備える。
このような構成によれば、ブラシレスモータの所望の出力を確保しながら、駆動時における振動及び騒音の増大を抑制することができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、ロータにおける磁石の固定安定性を確保しながら、磁界の歪みの増大を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明の実施形態におけるブラシレスモータの斜視図である。
図2】本発明の実施形態におけるブラシレスモータの、図1のA-A線に沿う断面図である。
図3】本発明の実施形態におけるステータ及びロータを軸方向からみた平面図である。
図4】本発明の実施形態におけるロータの一部を拡大して示す平面図であり、ロータコア及び永久磁石の寸法を示す図である。
図5】本発明の実施形態におけるロータの一部を拡大して示す平面図であり、突起の突出方向における長さ範囲を示す図である。
図6】本発明の実施形態におけるロータの突起の長さと永久磁石の有効磁束との関係の一例を示すグラフ図である。
図7】本発明の実施形態におけるロータの突起の長さと誘起電圧の歪み率との関係の一例を示すグラフ図である。
図8】本発明の実施形態におけるロータの突起への磁束の流れの一例を示す平面図である。
図9】本発明の実施形態の比較例におけるロータの突起への磁束の流れの一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態に係るロータ、モータ及びブラシレスモータについて、添付図面を参照しながら説明する。
【0018】
(ブラシレスモータ)
図1は、ブラシレスモータ1の斜視図である。図2は、図1のA-A線に沿う断面図である。
図1及び図2に示すように、ブラシレスモータ1は、例えば車両に搭載されるサンルーフの駆動源である。ブラシレスモータ1は、モータ部(モータ)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、実施形態でのモータ部2は、特許請求の範囲におけるモータの一例である。
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のシャフト31の回転軸線方向をいい、単に周方向という場合は、シャフト31の周方向をいい、単に径方向という場合は、シャフト31の径方向をいうものとする。
【0019】
(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角筒状のステータ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。
【0020】
(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から形成されている。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の外形は、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の外形は、例えば、有底角筒状に形成されている。第2モータケース7の外形は、例えば、断面が略角丸正六角形の有底筒状に形成されている。第2モータケース7の外周面は、各6つの角部7A及び平坦部7Bを有する。
第1モータケース6は、端部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。端部10の径方向略中央には、ロータ9のシャフト31を挿通可能な貫通孔10aが形成されている。
【0021】
また、第1モータケース6の開口部6aに、第2モータケース7の接合用の縁部16が形成されているとともに、第2モータケース7の開口部7aに、径方向の外方に向かって張り出す外フランジ部17が形成されている。これら縁部16及び外フランジ部17同士を突き合わ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の内部空間には、後述するコイル24の一部が第1モータケース6の内側に収容されるとともに、後述するステータコア20が第2モータケース7の内側に嵌め合わされるようにして、ステータ8が配置されている。
【0022】
(ステータ)
図3は、ステータ8及びロータ9を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、筒状のコア部21と、コア部21から径方向の内方に向かって突出する複数(例えば、本第実施形態では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され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されてもよい。
コア部21は、第2モータケース7の内側に嵌め合わされるように、断面が略角丸正六角形の角筒状に形成されている。これにより、コア部21の外周面は、各6つの角部及び平坦部を有する。複数のティース22は、コア部21の断面における正六角形の各辺に相当する部位から径方向内方へ向けて突設されている。
【0023】
ティース22は、一体成形されたティース本体22a及び一対の鍔部22bを備える。ティース本体22aは、コア部21の内周面から径方向に沿って内方に突出する。鍔部22bは、ティース本体22aの径方向内側端から周方向に沿って延びる。一対の鍔部22bは、ティース本体22aから周方向の外方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22bの間に、スロット19が形成される。
【0024】
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の表面上から各ティース22に巻き付けられるようにコイル24が装着されている。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発生させる。
【0025】
(ロータ)
ロータ9は、ステータ8の径方向内側に微小隙間を介して回転自在に設けられている。ロータ9は、シャフト31と、ロータコア32と、4つの永久磁石33と、を備えている。このように、モータ部2において、例えば、永久磁石33の磁極数とスロット19(ティース22)の数との比は、4:6である。
ロータ9は、シャフト31の中心線(軸心)C1を回転軸線として、この回転軸線を径方向中心として回転する。
シャフト31は、減速部3を構成するウォーム軸44(図2参照)と一体成形されている。シャフト31は、回転軸線周りに回転する。
ロータコア32は、シャフト31の外側に嵌め合わされるように固定されている。ロータコア32の外形は、シャフト31を軸心C1とする円柱状に形成されている。
【0026】
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され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されてもよい。
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。シャフト31は貫通孔32aに圧入されている。なお、ロータコア32がシャフト31の外側に嵌め合わされるように、相対的にシャフト31が貫通孔32aに挿入され、接着剤等によってシャフト31とロータコア32とが固定されてもよい。
ロータコア32において、径方向内側の内周面(つまり貫通孔32aの内周面)の円弧中心及び径方向外側の外周面32bの円弧中心は、シャフト31の軸心C1の位置と一致している。
【0027】
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、径方向の外方に突出するとともにロータコア32の軸方向全体に亘って延びるように形成されている。
また、突起35は、周方向で対向する2つの側面35aが突出方向に平行となるように形成されている。つまり、突起35は、周方向の幅寸法が突出方向で均一になるように形成されている。
さらに、突起35の突出方向外側における周方向両側の角部には、丸面取り部35bが形成されている。
このように形成されたロータコア32の外周面32bにおいて、周方向で隣り合う2つの突起35の間は、それぞれ磁石収納部36として構成されている。
【0028】
すなわち、ロータ9は、界磁用の永久磁石33をロータコア32の外周面32bに有する表面磁石(SPM:Surface Permanent Magnet)型のロータであるとともに、周方向に並ぶ永久磁石33間においてロータコア32の径方向の外方に突出する突起35を備えるインセット型のロータである。
4つの永久磁石33は、ロータコア32の外周面32bに設けられる4つ磁石収納部36に配置されている。各永久磁石33は、磁石収納部36において、例えば接着剤等によりロータコア32に固定されている。
永久磁石33は、例えば、フェライト磁石、ネオジムボンド磁石又はネオジム焼結磁石などである。
【0029】
永久磁石33は、着磁(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。つまり、永久磁石33の配向は、磁化容易方向が永久磁石33の中央部における径方向と平行な方向となるパラレル配向である。
そして、周方向で隣り合う永久磁石33は、相互の磁化方向が反対方向となるように配置されている。4つの永久磁石33は、周方向に磁極が互い違いになるように配置されている。つまり、外周側がN極とされた永久磁石33と外周側がS極とされた永久磁石33とは周方向で隣り合うように配置されている。これにより、周方向で隣り合う永久磁石33の間に配置されるロータコア32の突起35は、磁極の境界(極境界)に位置している。
【0030】
図4は、ロータ9の一部を拡大して示す平面図であり、ロータコア32及び永久磁石33の寸法を示す図である。
永久磁石33において、径方向内側の内周面33bの円弧中心Ciは、シャフト31の軸心C1の位置と一致している。
永久磁石33において、径方向外側の外周面33aの円弧中心Coは、シャフト31の軸心C1に対して偏心している。具体的には、永久磁石33の外周面33aの円弧中心Coは、永久磁石33の中心を通る径方向において軸心C1よりもロータコア32の外周面32b寄りに設定されている。これにより、永久磁石33は、シャフト31の軸心C1回りの周方向両側の端部33sにおける径方向の厚みが、周方向の中央部33cにおける径方向の厚みよりも小さく形成されている。これに伴い、永久磁石33の径方向外側の外周面33aとティース22の内周面との間の隙間は、永久磁石33の周方向の中央部33cにおいて最も小さく、この周方向の中央部33cから周方向に離間するに従って増大傾向に変化する。
永久磁石33の径方向の厚みは、ロータコア32の径方向の厚みよりも、大きく形成されている。例えば、永久磁石33の周方向の中央部33cにおける径方向の厚みRmは、ロータコア32の周方向の中央部32cにおける径方向の厚みRc以上に大きく形成されている。
【0031】
永久磁石33の内周面33bのほぼ全体は、ロータコア32の外周面32bに接触している。また、永久磁石33の周方向両側の各表面は、突起35に接触する周方向側面33dと、周方向側面33dと径方向外側の外周面33aとに接続される接続面33eと、を備える。
周方向側面33dは、円弧面33fを介して径方向内側の内周面33bに滑らかに接続されている。周方向側面33dは、例えば、平坦面に形成されている。
接続面33eは、周方向側面33dよりも径方向の外方に設けられ、周方向側面33d及び外周面33aに接続されている。
接続面33eは、例えば、平坦面に形成されている。接続面33eは、突起35の突出方向の外方に向かうことに伴い、漸次、永久磁石33の周方向の中央部33cに接近するように形成されている。接続面33eは、例えば、径方向の外方に向かうことに伴い、漸次、永久磁石33の径方向の厚みを増大傾向に変化させるように形成されている。つまり、永久磁石33の周方向両側の一対の接続面33eは、径方向の外方に向かうことに伴い、漸次、周方向の間隔を低減傾向に変化させるように形成されている。
また、接続面33eは、永久磁石33の磁化容易方向と平行に設けられている。
【0032】
図5は、ロータ9の一部を拡大して示す平面図であり、突起35の突出方向における長さ範囲を示す図である。
突起35の突出方向における先端35tの位置は、突出方向における永久磁石33の周方向側面33dの中央部33gと、周方向側面33dと接続面33eとの交差稜線部33hとの間の範囲内に配置されている。つまり、先端35tの位置は、突起35を周方向の両側から挟み込むようにして隣り合う2つの永久磁石33において、相互の周方向側面33dの中央部33g同士を結ぶ直線L1と、相互の交差稜線部33h同士を結ぶ直線L2との間に配置されている。
例えば、シャフト31の軸心C1を中心とし、突起35の先端35tに接する円の半径R(外径/2)は、直線L1に接する円の半径(第1半径)R1以上であるとともに、直線L2に接する円の半径(第2半径)R2以下である。
【0033】
図6は、ロータ9の突起35の長さと永久磁石33の有効磁束との関係の一例を示すグラフ図である。図7は、ロータ9の突起35の長さと誘起電圧の波形の歪み率との関係の一例を示すグラフ図である。なお、図6及び図7において、突起35の長さは、例えば、突起35の先端35tに接する円の半径R(外径/2)である。
ロータ9において、突起35の突出方向の長さが増大することに伴い、突起35に接する永久磁石33の固定安定性(例えば、磁石収納部36に対する座乗性など)は増大傾向に変化する。一方、突起35の突出方向の長さが増大することに伴い、永久磁石33から突起35に漏れる磁束及び誘起電圧波形の歪みは増大傾向に変化する。
なお、誘起電圧は、ステータ8の各コイル24に対する電源からの無通電状態において、ロータ9の外部駆動によって各コイル24に誘起される電圧である。誘起電圧波形の歪みは、例えば、正弦波状の誘起電圧波形に高調波が重畳することによって生じ、ブラシレスモータ1の駆動時における振動及び騒音の増大の原因となる。図7に示す歪み率は、誘起電圧波形が正弦波状である場合にゼロである。
【0034】
図6及び図7に示すように、突起35の先端35tに対応する半径Rが第1半径R1から増大することに伴い、誘起電圧波形の歪みは増大傾向に変化することに対して、永久磁石33のティース22に対する有効磁束は第2半径R2において極大となる。
すなわち、突起35の突出方向の長さを規定する範囲の下限は、例えば、永久磁石33の周方向側面33dの突出方向における少なくとも半分以上の部位を突起35により支持することによって所望の固定安定性を確保するように設定されている。また、突起35の突出方向の長さを規定する範囲の上限は、例えば、誘起電圧波形の歪みを所定の許容レベル以下に極力抑制しながら永久磁石33の有効磁束を極大値Wmを含む所定範囲に維持するように設定されている。
【0035】
(減速部)
図1及び図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の外形は、例えば箱状に形成されている。ギヤケース40は、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の端部40a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とを通じさせる開口部43が形成されている。
【0036】
また、ギヤケース40には、ガイドプレート49が設けられている。ガイドプレート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に設けられている。
【0037】
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のシャフト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のシャフト31との端部が接合され、ウォーム軸44とシャフト31とが一体化されている。なお、ウォーム軸44とシャフト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されてもよい。
【0038】
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のガイドプレート49を介してギヤケース40の外部に突出するギヤユニット50に接続されている。ギヤユニット50は、不図示の電装品と接続される。
【0039】
また、ウォーム軸44には、ウォーム軸44の回転位置を検出する回転位置検出部60が設けられている。回転位置検出部60は、コントローラ部4に接続されている。
【0040】
(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、磁気検出素子などが実装されたコントローラ基板62を有している。そして、コントローラ基板62は、第1モータケース6の貫通孔10aに配置されている。
【0041】
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、ギヤケース40に設けられたターミナル11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。
【0042】
ターミナル11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、ターミナル11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。
【0043】
(ブラシレスモータの動作)
次に、ブラシレスモータ1の動作について説明する。
ブラシレスモータ1において、ターミナル11を介してコントローラ基板62に供給された電力は、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、各コイル24に流れる電流は、ステータ8(ティース22)に所定の鎖交磁束を形成する。この鎖交磁束は、ロータ9の永久磁石33により形成される有効磁束との間で磁気的な吸引力又は反発力(磁石トルク)を発生させる。
また、ロータコア32の突起35は、突出方向をステータ8(ティース22)からの鎖交磁束が流れやすい方向とするとともに、鎖交磁束の磁路の磁気抵抗(リラクタンス)を小さくするように、ロータコア32を回転させるリラクタンストルクを発生させる。
これらの磁石トルク及びリラクタンストルクは、ロータ9を継続的に回転させる。
ロータ9の回転は、シャフト31と一体化されているウォーム軸44に伝達され、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に伝達される。そして、ウォームホイール45の回転は、ウォームホイール45に連結されている出力軸48に伝達され、出力軸48は、所望の電装品を駆動させる。
【0044】
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及び回転位置検出部60によって検出されたウォームホイール45の回転位置の検出信号は、不図示の外部機器に出力される。不図示の外部機器は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、CPUなどのプロセッサ、プログラムを格納するROM(Read Only Memory)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)及びタイマーなどの電子回路を備えるECU(Electronic Contorol Unit)である。また、不図示の外部機器の少なくとも一部は、LSI(Large Ccale Integration)などの集積回路であってもよい。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を制御し、モータ部2の駆動制御を行う。なお、パワーモジュールの駆動信号の出力及びモータ部2の駆動制御は、不図示の外部機器の代わりにコントローラ部4によって実行されてもよい。
【0045】
上述したように、本実施形態のロータ9によれば、ロータコア32の突起35は、突出方向において、永久磁石33の周方向側面33dにおける半分以上の領域を支持することができる。これにより、ロータコア32の外周面32bにおける永久磁石33の所望の固定安定性(例えば、座乗性など)を確保することができる。
例えば、永久磁石33の径方向の厚みが、ロータコア32の径方向の厚みに比べて、相対的に大きく形成される場合であっても、突起35によって永久磁石33の所望の固定安定性を確保することができる。
【0046】
また、突起35は、突出方向において、永久磁石33の周方向側面33dと接続面33eとの交差稜線部33hよりも外方に突出しないように形成されている。これにより、永久磁石33から突起35に漏れる磁束及び誘起電圧波形の歪みを所定の許容レベル以下に極力抑制しながら、永久磁石33の有効磁束を極大値を含む所定範囲に維持することができる。
また、永久磁石33の配向はパラレル配向であり、突起35に隣接する永久磁石33の周方向両側の端部33s付近の磁化容易方向は突起35の突出方向と交差する。これにより、永久磁石33から突起35に漏れる磁束による磁路の形成は抑制され、漏れ磁束の増大を抑制することができる。
【0047】
図8は、実施形態におけるロータ9の突起35への磁束の流れの一例を示す平面図である。図9は、実施形態の比較例におけるロータ9の突起35への磁束の流れの一例を示す平面図である。
図9に示す比較例において、永久磁石33の配向は、磁化容易方向Dが永久磁石33の径方向に沿って放射状となるラジアル配向である。また、突起35の突出方向における先端35tの位置は、永久磁石33の交差稜線部33hよりも外方に配置されている。これらにより、永久磁石33の周方向両側の端部33sと突起35との間で永久磁石33から突起35に漏れる磁束による磁路が形成され易くなっている。
一方、図8に示す実施形態において、永久磁石33の配向はパラレル配向である。また、突起35の突出方向における先端35tの位置は、永久磁石33の周方向側面33dの中央部33gと交差稜線部33hとの間の範囲内に配置されている。これらにより、比較例に比べて、永久磁石33から突起35に漏れる磁束による磁路の形成が抑制されている。
【0048】
また、永久磁石33の接続面33eは、パラレル配向である永久磁石33の磁化容易方向と平行である。これにより、誘起電圧波形の歪みを抑制することができる。
【0049】
また、本実施形態のブラシレスモータ1によれば、永久磁石33の所望の有効磁束を確保するとともに永久磁石33から突起35に漏れる磁束及び誘起電圧波形の歪みが抑制されたロータ9を備える。これにより、磁界の歪みに起因するコギングトルク及びトルクリップルの増大を抑制し、ブラシレスモータ1の駆動時における振動及び騒音の増大を抑制しながら、所望の出力を確保することができる。
【0050】
(変形例)
以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、永久磁石33における径方向外側の外周面33aの円弧中心Coは、シャフト31の軸心C1に対して偏心しているとしたが、これに限定されない。永久磁石33の外周面33aの円弧中心Coは、径方向内側の内周面33bの円弧中心Ciと同様に、シャフト31の軸心C1の位置と一致していてもよい。
【0051】
なお、上述の実施形態では、ブラシレスモータ1は、車両に搭載されるサンルーフの駆動源であるとしたが、これに限定されない。例えば、ブラシレスモータ1は、車両に搭載される各種の電装品(例えば、パワーウインドウ、電動シート及びワイパー等)の駆動源又は車両以外の各種機器に搭載される駆動源であってもよい。
【0052】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0053】
1…ブラシレスモータ、2…モータ部(モータ)、8…ステータ、9…ロータ、20…ステータコア、21…コア部、22…ティース、24…コイル、31…シャフト、32…ロータコア、32b…外周面、33…永久磁石(磁石)、33a…外周面、33b…内周面、33c…中央部、33d…周方向側面、33e…接続面、33g…中央部、33h…交差稜線部、35…突起、35a…側面、35t…先端
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