JP6662740B2 - 三相ｄｃブラシレスモータ - Google Patents
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Description
本発明は、例えばＨＶＡＣ（暖房、換気及び空調：Heating, Ventilation, and Air Conditioning）機器などに用いられる三相ＤＣブラシレスモータに関する。
例えば、アウターロータ型の３相ＤＣブラシレスモータの固定子及び回転子の構成について図３を参照して説明する。固定子１の構造について説明する。固定子コア４は、電磁鋼板が積層された積層コアが用いられる。環状のコア本体より径方向外側に向かって複数の極歯４ａが突設されている。各極歯４ａには図示しないコイルが巻かれる。固定子コア４は図示しない軸受ハウジングの外周に圧入接着されて組み付けられる。軸受ハウジング内には軸受が嵌め込まれる。
回転子８は、回転子軸の一方端に固定された回転子ハブにカップ状に形成された回転子ヨーク１２がかしめられて一体に組み付けられている。この回転子ヨーク１２の内周面には、周方向に多極着磁されたリング状の回転子マグネット１３が組み付けられている。固定子１を組立てた後、回転子８を回転子軸が軸受ハウジングの軸受を挿通して嵌め込まれる。このとき、固定子コア４の極歯４ａと回転子マグネット１３が対向するように組み付けられる。
モータを励磁していない状態で回転子を一定の位置に保持する場合、保持トルクを向上させることが行われる。例えば、図３に示すアウターロータ型のＤＣブラシレスモータにおいては、固定子コア４の極歯４ａと回転子マグネット１３の磁極とを１対１で対向させる必要がある。但し、固定子コア４と回転子マグネット１３を対向配置させただけでは必ずしも磁気回路が形成されないため、固定子コア４とは別にコアを用意して極歯を回転子マグネット１３の磁極と１対１で対向させて保持トルクを向上させることが提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、特許文献１のように固定子コアの他に追加コアを設ける場合には、部品点数が増えるうえに、ハウジングに対して固定子コアとは別に追加コアを組み付ける必要があるため、モータが軸方向に大型化する。
また、モータの追加部品によるコストアップや組立作業性が低下するおそれがある。
また、モータの追加部品によるコストアップや組立作業性が低下するおそれがある。
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、固定子コアの極歯形状を変更するだけで、極歯と回転子磁極との対向比率を擬似的に減らして追加部品によるコスト増加や組立作業性を低下させずにコギングトルクを向上させた三相ＤＣブラシレスモータを提供することにある。
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
固定子極歯にコイルが巻き付けられた固定子コアを有する固定子と、前記固定子極歯に対向する回転子マグネットが設けられた回転子ヨークの中心部に設けられた回転子軸が軸受を介して回転可能に軸支された回転子と、を備えた三相ＤＣブラシレスモータであって、前記固定子コアは、三相分の第一極歯、第二極歯、第三極歯が周方向に沿ってこの順に径方向に向かって突設されており、前記回転子マグネットのいずれか一方の磁極と重なり合うように対向し径方向の軸線に対して歯先が対称形に形成された前記第一極歯と、前記第一極歯と周方向で隣り合う前記第二極歯及び前記第三極歯の形状を、径方向の軸線に対して歯先が非対称形状でかつ前記第一極歯との歯先どうしの隙間ｔ１より前記第二極歯と前記第三極歯の歯先どうしの隙間ｔ２が狭く形成されており、非励磁状態で前記第一極歯と対向する前記回転子磁極との間で磁気吸引力が作用する他に、前記第一極歯と周方向に隣り合う前記第二極歯及び前記第三極歯を対向する回転子磁極との間で磁気吸引力が作用する単一の擬似第二極歯として機能させ、前記回転子マグネットの磁極数をｍ（ｍは２以上の整数）、前記固定子コアの極歯数をＰ（Ｐは３以上の整数）、前記第一極歯と前記擬似第二極歯を合わせた極歯数Ｐ´とすると、Ｐ／ｍの比が３／４のときＰ´／ｍを１／２に減らしたことを特徴とする。
固定子極歯にコイルが巻き付けられた固定子コアを有する固定子と、前記固定子極歯に対向する回転子マグネットが設けられた回転子ヨークの中心部に設けられた回転子軸が軸受を介して回転可能に軸支された回転子と、を備えた三相ＤＣブラシレスモータであって、前記固定子コアは、三相分の第一極歯、第二極歯、第三極歯が周方向に沿ってこの順に径方向に向かって突設されており、前記回転子マグネットのいずれか一方の磁極と重なり合うように対向し径方向の軸線に対して歯先が対称形に形成された前記第一極歯と、前記第一極歯と周方向で隣り合う前記第二極歯及び前記第三極歯の形状を、径方向の軸線に対して歯先が非対称形状でかつ前記第一極歯との歯先どうしの隙間ｔ１より前記第二極歯と前記第三極歯の歯先どうしの隙間ｔ２が狭く形成されており、非励磁状態で前記第一極歯と対向する前記回転子磁極との間で磁気吸引力が作用する他に、前記第一極歯と周方向に隣り合う前記第二極歯及び前記第三極歯を対向する回転子磁極との間で磁気吸引力が作用する単一の擬似第二極歯として機能させ、前記回転子マグネットの磁極数をｍ（ｍは２以上の整数）、前記固定子コアの極歯数をＰ（Ｐは３以上の整数）、前記第一極歯と前記擬似第二極歯を合わせた極歯数Ｐ´とすると、Ｐ／ｍの比が３／４のときＰ´／ｍを１／２に減らしたことを特徴とする。
固定子コアの径方向の軸線に対して歯先が対称形に形成された第一極歯は回転子マグネットのいずれか一方の磁極と重なり合うように対向して磁気回路を形成する。第一極歯と周方向で隣り合う第二極歯及び第三極歯は、径方向の軸線に対して歯先が非対称形状でかつ前記第一極歯との歯先どうしの隙間より前記第二極歯と前記第三極歯の歯先どうしの隙間が狭く形成されているので、第一極歯の歯先と回転子マグネットの磁極の他に、第二極歯及び第三極歯の歯先と磁束作用面が重なり合う回転子マグネットの磁極との間で磁気吸引力が作用することになる。よって、第二極歯及び第三極歯を一つの擬似第二極歯としてみなして回転子マグネットの磁極と磁気回路を形成する固定子コアの極歯総数を擬似的に減らすことで、固定子コアと別にコアを設けなくてもコギングトルク（保持トルク）が向上する。
具体的には、回転子マグネットの磁極数をｍ（ｍは２以上の整数）、固定子コアの極歯総数をＰ（Ｐは３以上の整数）、第一極歯と擬似第二極歯を合わせた極歯総数Ｐ´とすると、Ｐ／ｍが３／４のときＰ´／ｍを１／２と減らすことにより、コギングトルクが向上する。
例えば、固定子コアの極歯総数を９極、回転子磁極が１２極の場合、Ｐ／ｍは３／４となるが、第一極歯と擬似第二極歯を合わせた極歯総数Ｐ´は６極となるため、Ｐ´／ｍは１／２となる。
従って、固定子極歯と回転子磁極との対向比率を疑似的に減らしたことで追加部品によるコスト増加や組立作業性を低下させずに非励磁状態で三相ＤＣブラシレスモータのコギングトルクを向上させることができる。
具体的には、回転子マグネットの磁極数をｍ（ｍは２以上の整数）、固定子コアの極歯総数をＰ（Ｐは３以上の整数）、第一極歯と擬似第二極歯を合わせた極歯総数Ｐ´とすると、Ｐ／ｍが３／４のときＰ´／ｍを１／２と減らすことにより、コギングトルクが向上する。
例えば、固定子コアの極歯総数を９極、回転子磁極が１２極の場合、Ｐ／ｍは３／４となるが、第一極歯と擬似第二極歯を合わせた極歯総数Ｐ´は６極となるため、Ｐ´／ｍは１／２となる。
従って、固定子極歯と回転子磁極との対向比率を疑似的に減らしたことで追加部品によるコスト増加や組立作業性を低下させずに非励磁状態で三相ＤＣブラシレスモータのコギングトルクを向上させることができる。
固定子極歯にコイルが巻き付けられた固定子コアを有する固定子と、前記固定子極歯に対向する回転子マグネットが設けられた回転子ヨークの中心部に設けられた回転子軸が軸受を介して回転可能に軸支された回転子と、を備えた三相ＤＣブラシレスモータであって、前記固定子コアは、三相分の第一極歯、第二極歯、第三極歯が周方向に沿ってこの順に径方向に向かって突設されており、前記回転子マグネットのいずれか一方の磁極と重なり合うように対向し径方向の軸線に対して歯先が対称形に形成された前記第一極歯と、前記第一極歯と周方向で隣り合う前記第二極歯及び前記第三極歯の形状を、径方向の軸線に対して歯先が非対称形状でかつ前記第一極歯との歯先どうしの隙間ｔ１より前記第二極歯と前記第三極歯の歯先どうしの隙間ｔ２が狭く形成されており、非励磁状態で前記第一極歯と対向する前記回転子磁極との間で磁気吸引力が作用する他に、前記第一極歯と周方向に隣り合う前記第二極歯及び前記第三極歯を対向する回転子磁極との間で磁気吸引力が作用する単一の擬似第二極歯として機能させ、前記回転子マグネットの磁極数をｍ（ｍは２以上の整数）、前記固定子コアの極歯数をＰ（Ｐは３以上の整数）、第一極歯と擬似第二極歯を合わせた極歯数をＰ´とすると、Ｐ／ｍの比が３／２のときＰ´／ｍを１／１に減らしたことを特徴とする。
例えば、固定子コアの極歯総数を９極、回転子磁極が６極の場合、Ｐ／ｍは３／２であるが、第一極歯と擬似第二極歯を合わせた極歯総数は６極となるため、Ｐ´／ｍは１／１となる。
従って、固定子極歯と回転子磁極との対向比率を疑似的に減らしたことで、追加部品によるコスト増加や組立作業性を低下させずに非励磁状態で三相ＤＣブラシレスモータのコギングトルクを向上させることができる。
例えば、固定子コアの極歯総数を９極、回転子磁極が６極の場合、Ｐ／ｍは３／２であるが、第一極歯と擬似第二極歯を合わせた極歯総数は６極となるため、Ｐ´／ｍは１／１となる。
従って、固定子極歯と回転子磁極との対向比率を疑似的に減らしたことで、追加部品によるコスト増加や組立作業性を低下させずに非励磁状態で三相ＤＣブラシレスモータのコギングトルクを向上させることができる。
上述した三相ＤＣブラシレスモータを用いれば、固定子コアの極歯形状を変更するだけで、極歯と回転子マグネットの磁極との対向比率を擬似的に減らすことで追加部品によるコスト増加や組立作業性を低下させずに非励磁状態で三相ＤＣブラシレスモータのコギングトルクを向上させることができる。
以下、本発明に係るブラシレスモータの実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態では、一例としてアウターロータ型３相ＤＣブラシレスモータを用いて説明する。
図１を参照して、アウターロータ型３相ＤＣブラシレスモータの概略構成について説明する。固定子１の構造について説明する。筒状に形成されたハウジング２の軸孔２ａには、焼結金属よりなる筒状のメタル含油軸受３が同軸状に組み付けられている。このハウジング２の一端側端部２ｂ及び外周部に沿って固定子コア４が段付き部２ｃに当接させて接着固定されている。固定子コア４は、積層コアであり、平面視で外周側に向かって放射状に突設された極歯４ａ１，４ａ２，４ａ３（図２参照）の周囲に各々コイル５が巻かれている。
また、ハウジング２の他端側外周には大径の段付部２ｄが形成されており、該段付部２ｄには取付板６が圧入され若しくはかしめられて組み付けられる。この取付板６にはモータ基板７が固定されている、モータ基板７には、ホール素子等を搭載したセンサ基板（図示せず）が設けられる。モータ基板７には、給電用の配線７ａが接続されている。
次に図１において回転子８の構造について説明する。回転子軸９の一方側には、黄銅などの板金をプレス加工して形成された回転子ハブ１０が圧入固定されている。この回転子ハブ１０にカップ状に形成された回転子ヨーク１２がかしめられて一体に組み付けられている。回転子８の回転運動は、回転子軸９が挿通するハウジング２の筒孔に挿入されたメタル含油軸受３によって支持されている。回転子８の垂直荷重は、回転子ハブ１０とメタル含油軸受３との間に設けられるワッシャ１１によって支持されている。
回転子ヨーク１２は磁性体が用いられる。この回転子ヨーク１２の内周面には、周方向にＮ極Ｓ極が交互に多極着磁されたリング状の回転子マグネット１３が組み付けられている。回転子マグネット１３の軸方向の長さは固定子コア４の極歯４ａの軸方向の長さより大きなサイズのものが用いられる。固定子１を組立てた後、回転子８を回転子軸９がメタル含油軸受３を挿通して嵌め込まれる。このとき、固定子コア４の極歯４ａと回転子マグネット１３が対向するように組み付けられる。回転子８は、回転子マグネット１３が対向する固定子極歯４ａと磁気吸引されて組み付けられ、回転子軸９がハウジング２にメタル含油軸受３を介して回転可能に軸支されている。
次に図２及び図４を参照して固定子コア４の形態について詳述する。
図２において、回転子８の回転子マグネット１３は周方向にＮ極とＳ極に交互に着磁されており、磁極総数は１２極である。また、固定子コア４の極歯総数（ポール数）は９極（９スロット）である。
図２において、回転子８の回転子マグネット１３は周方向にＮ極とＳ極に交互に着磁されており、磁極総数は１２極である。また、固定子コア４の極歯総数（ポール数）は９極（９スロット）である。
固定子コア４に総数で９極（９スロット）設けられた極歯４ａは以下の形状を有している。図２に示すように、第一極歯４ａ１は、回転子マグネット１３のいずれか一方の磁極（例えばＮ極）と重なり合うように対向し、径方向の軸線に対して対称形に形成されている。また、第一極歯４ａ１に周方向に隣り合う第二極歯４ａ２及び第三極歯４ａ３は、径方向の軸線に対して非対称形に形成されて、かつ第一極歯４ａ１との隙間ｔ１より第二極歯４ａ２と第三極歯４ａ３との隙間ｔ２を狭くなるように形成されている（ｔ１＞ｔ２）。
即ち、図４Ａに示すように、第一極歯４ａ１の磁束作用面となる歯先４ａ１ａは、径方向の軸線に対して対称形であり、かつ、回転子マグネット１３のＮ極と重なるように対向配置されて吸引力が作用するようになっている。また、第二極歯４ａ２の磁束作用面となる歯先４ａ２ａ及び第三極歯４ａ３の磁束作用面となる歯先４ａ３ａは、径方向の軸線に対して非対称形となっている。この第二極歯４ａ２及び第三極歯４ａ３の歯先４ａ２ａ及び歯先４ａ３ａを単一の極歯４ａと同等の擬似第二極歯４ａ４とみなして磁束作用面が重なり合う対向する複数の回転子磁極（例えばＳ極、Ｎ極及びＳ極）との間で吸引力が作用するようになっている（図４Ｂ参照）。
図４Ａにおいて、回転子マグネット１３の磁極数をｍ（ｍは２以上の整数：図４Ａではｍ＝１２）、固定子コア４の極歯数をＰ（Ｐは３以上の整数：図４ＡではＰ＝９）とすると、Ｐ／ｍの比は、Ｐ／ｍ＝９／１２＝３／４である。
しかしながら、上述した第二極歯４ａ２と第三極歯４ａ３を擬似第二極歯４ａ４とみなすと、第一極歯４ａ１（３か所）と擬似第二極歯４ａ４（３か所）とを合わせた極歯総数Ｐ´は６となるため、Ｐ´／ｍ＝６／１２＝１／２となる。
このときの、図４ＡＢに示す固定子コアの回転角に対するコギングトルクの大きさの変化（実線）を、図３に示す通常の固定子コアの回転角に対するコギングトルクの大きさの変化（一点鎖線）と対比して図５Ａのグラフに示す。コギングトルクの大きさは、図４ＡＢの形状の方が大きくなっていることがわかる。
また、図５Ｂは回転子マグネットの磁極数をｍ＝６とし、固定子コア４の極歯総数をＰ＝９（９スロット）とした場合の、固定子コア４の回転角に対するコギングトルクの大きさの変化（実線）を、図３に示す通常の固定子コアの回転角に対するコギングトルクの大きさの変化（一点鎖線）と対比して示したものである。
Ｐ／ｍ＝９／６＝３／２であるのに対して、第一極歯４ａ１（３か所）と擬似第二極歯４ａ４（３か所）とを合わせた極歯総数Ｐ´は６となるため、Ｐ´／ｍ＝６／６＝１／１となる。この場合も、コギングトルクの大きさは、通常の固定子コアに比べて大きくなっていることがわかる。
また、上記３相ＤＣブラシレスモータは、ＨＶＡＣ（暖房、換気及び空調）機器等、回転子を所定位置に保持する用途で駆動源として用いられる。
また、上述した実施例はアウターロータ型のブラシレスモータを例示して説明したが、回転子マグネットと固定子コアの配置を入れ替えれば、インナーロータ型のブラシレスモータにも適用することができる。
また、上述した実施例はアウターロータ型のブラシレスモータを例示して説明したが、回転子マグネットと固定子コアの配置を入れ替えれば、インナーロータ型のブラシレスモータにも適用することができる。
１ 固定子 ２ ハウジング ２ａ 軸孔 ２ｂ 一端側端部 ２ｃ，２ｄ 段付き部 ３ メタル含油軸受 ４ 固定子コア ４ａ 極歯 ４ａ１ 第一極歯 ４ａ１ａ，４ａ２ａ，４ａ３ａ 歯先 ４ａ２ 第二極歯 ４ａ３ 第三極歯 ４ａ４ 擬似第二極歯 ５ コイル ６ 取付板 ７ モータ基板 ７ａ 配線 ８ 回転子 ９ 回転子軸 １０ 回転子ハブ １１ ワッシャ １２ 回転子ヨーク １３ 回転子マグネット
Claims (2)
- 固定子極歯にコイルが巻き付けられた固定子コアを有する固定子と、前記固定子極歯に対向する回転子マグネットが設けられた回転子ヨークの中心部に設けられた回転子軸が軸受を介して回転可能に軸支された回転子と、を備えた三相ＤＣブラシレスモータであって、
前記固定子コアは、三相分の第一極歯、第二極歯、第三極歯が周方向に沿ってこの順に径方向に向かって突設されており、前記回転子マグネットのいずれか一方の磁極と重なり合うように対向し径方向の軸線に対して歯先が対称形に形成された前記第一極歯と、前記第一極歯と周方向で隣り合う前記第二極歯及び前記第三極歯の形状を、径方向の軸線に対して歯先が非対称形状でかつ前記第一極歯との歯先どうしの隙間ｔ１より前記第二極歯と前記第三極歯の歯先どうしの隙間ｔ２が狭く形成されており、非励磁状態で前記第一極歯と対向する前記回転子磁極との間で磁気吸引力が作用する他に、前記第一極歯と周方向に隣り合う前記第二極歯及び前記第三極歯を対向する回転子磁極との間で磁気吸引力が作用する単一の擬似第二極歯として機能させ、
前記回転子マグネットの磁極数をｍ（ｍは２以上の整数）、前記固定子コアの極歯数をＰ（Ｐは３以上の整数）、前記第一極歯と前記擬似第二極歯を合わせた極歯数Ｐ´とすると、Ｐ／ｍの比が３／４のときＰ´／ｍを１／２に減らしたことを特徴とする三相ＤＣブラシレスモータ。 - 固定子極歯にコイルが巻き付けられた固定子コアを有する固定子と、前記固定子極歯に対向する回転子マグネットが設けられた回転子ヨークの中心部に設けられた回転子軸が軸受を介して回転可能に軸支された回転子と、を備えた三相ＤＣブラシレスモータであって、
前記固定子コアは、三相分の第一極歯、第二極歯、第三極歯が周方向に沿ってこの順に径方向に向かって突設されており、前記回転子マグネットのいずれか一方の磁極と重なり合うように対向し径方向の軸線に対して歯先が対称形に形成された前記第一極歯と、前記第一極歯と周方向で隣り合う前記第二極歯及び前記第三極歯の形状を、径方向の軸線に対して歯先が非対称形状でかつ前記第一極歯との歯先どうしの隙間ｔ１より前記第二極歯と前記第三極歯の歯先どうしの隙間ｔ２が狭く形成されており、非励磁状態で前記第一極歯と対向する前記回転子磁極との間で磁気吸引力が作用する他に、前記第一極歯と周方向に隣り合う前記第二極歯及び前記第三極歯を対向する回転子磁極との間で磁気吸引力が作用する単一の擬似第二極歯として機能させ、
前記回転子マグネットの磁極数をｍ（ｍは２以上の整数）、前記固定子コアの極歯数をＰ（Ｐは３以上の整数）、第一極歯と擬似第二極歯を合わせた極歯数をＰ´とすると、Ｐ／ｍの比が３／２のときＰ´／ｍを１／１に減らしたことを特徴とする三相ＤＣブラシレスモータ。
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