(57)【要約】【課題】簡単な構成で全鎖交磁束量させて、モータ特性を変更できるブラシレスモータを提供する。【解決手段】回転子鉄心１１のティース１３に巻装される回転子巻線１２に、交流電源より供給される電力を、固定部１８を１次側、回転部１９を２次側とする非接触電力伝送部１６、および回路基板１７に実装されるＡＣ／ＤＣコンバータ回路を介して直流出力Ｖｄｃを供給し、回転子４の周方向に複数の磁極を形成する。このとき、隣接するティース１３間では回転子巻線１２の巻装方向を逆にして隣接する磁極を互いに逆極性とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子巻線を有する固定子と、
前記固定子の外周側または内周側に対向して設けられ、複数の磁極突部を備えた回転子鉄心と、前記複数の磁極突部に巻装される回転子巻線とを有する回転子と、
前記回転子と一体に回転する回転部を２次側とし、前記回転部に対向するように固定側に配置される固定部を１次側として、前記回転子巻線に通電する電力を前記固定部から前記回転部に非接触で伝送する非接触電力伝送手段と、
を備えたことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
前記非接触電力伝送手段の前記回転部は、少なくともその一部が軸方向において前記回転子鉄心の一部と重なる同心円状に配置されていることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
前記複数の磁極突部に、永久磁石を配置したことを特徴とする請求項１または２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、モータ特性を変更可能に構成されるブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子に永久磁石を設け、固定子に固定子巻線を設けた永久磁石型のブラシレスモータが知られている。このようなブラシレスモータは、消費電力の低減を目的として例えば洗濯機や冷蔵庫などの様々な家電製品に用いられている。図１０に、永久磁石型ブラシレスモータの回転数とトルクとの関係を示す。この回転数−トルク特性は、永久磁石からの鎖交磁束量により決定され、回転数を重視した回転数重視設計（Ｇ１）、あるいはトルクを重視したトルク重視設計（Ｇ２）のようにブラシレスモータの使用目的に応じた設計がなされている。
【０００３】
例えば、洗濯機の場合には、図１０に示すように、脱水運転時には高回転／低トルクの動作点Ｐ１で作動し、洗い運転時には低回転／高トルクの動作点Ｐ２で作動する特性を有するモータが理想的である。しかしながら、動作点Ｐ１、Ｐ２で作動する特性は相反するため、トルクを重視した設計にすれば回転数が高くなるほど誘起電圧が大きくなり、動作点Ｐ２に達するのは困難となる。
【０００４】
そこで、永久磁石型のブラシレスモータを可変速運転するために、例えば、固定子巻線にｄ軸電流を流して減磁界を永久磁石に作用させ、永久磁石の磁気的な作動点を可逆な範囲内で変化させることにより、永久磁石からの全鎖交磁束量を変化させるいわゆる弱め界磁制御が行われている。あるいは、低保磁力永久磁石と、この低保持力永久磁石の２倍程度の保磁力を有する高保磁力永久磁石とを回転子に設け、固定子巻線に瞬間的に大きな電流を流して低保磁力永久磁石を増磁又は減磁することにより全鎖交磁束量を調整する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２８０１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、弱め界磁制御では、出力には寄与しないｄ軸電流を常に流し続ける必要があることから、駆動効率が低下するとともに消費電力の増加を招いてしまう。また、特許文献１に開示されている方法では、固定子側の巻線に大きな電流を流すため電気回路の電流容量を向上させる必要がある。加えて、低保持力磁石の着磁量を変化させる方式では、ロータ磁束の変動範囲をあまり大きくすることはできないと推察される。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で全鎖交磁束量を大きく変化させて、モータ特性を変更できる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】
上記目的を達成するために、本発明のブラシレスモータは、固定子巻線を有する固定子と、前記固定子の外周側または内周側に対向して設けられ、複数の磁極突部を備えた回転子鉄心と、前記複数の磁極突部に巻装される回転子巻線とを有する回転子と、前記回転子と一体に回転する回転部を２次側とし、前記回転部に対向するように固定側に配置される固定部を１次側として、前記回転子巻線に通電する電力を前記固定部から前記回転部に非接触で伝送する非接触電力伝送手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のブラシレスモータによれば、磁極突部に巻装されている回転子巻線に通電する電力を変化させれば、回転子に生じる磁束量を増減でき、使用状況に応じてモータ特性を柔軟に変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の複数の実施形態によるブラシレスモータを図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００１０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるブラシレスモータについて、図１から図４に基づいて説明する。図１は、ブラシレスモータ１の構成を概略的に示す縦断側図の斜視図、図２は、内部を示す斜視図である。ブラシレスモータ１は、フレーム２、固定子３、回転子４およびシャフト５から構成されている。フレーム２は、有底円筒状に形成された本体２ａと、本体２ａの開口部を覆うキャップ２ｂとで構成され、ブラシレスモータ１の外殻を形成するとともに、その内周部に固定子３、回転子４およびシャフト５を収容している。図２では、キャップ２ｂを取り外した状態を示している。
【００１１】
固定子３は、例えばケイ素鋼板などを円環状に打ち抜いた鉄心材を複数枚積層することにより円環状に形成された固定子鉄心６と、固定子巻線７とから構成されている。固定子鉄心６には、その内周側に複数個、本実施形態では９個のティース８が周方向に等間隔で設けられている。各ティース８は、固定子鉄心６の内周側に突出してＴ字状に形成され、９個のスロット９を形成しており、固定子巻線７は、ティース８に巻装されている。
【００１２】
回転子４は、固定子３の内周側に配置され、固定子鉄心６と同様にして形成された回転子鉄心１１と、回転子巻線１２とから構成されている。回転子鉄心１１の外周部には、固定子３側のティース８と同様に、本実施形態では例えば６個のＴ字状をなすティース（磁極突部）１３が設けられている。各ティース１３には、回転子巻線１２が巻装されている。これら各回転子巻線１２は、隣接するティース１３において互いに逆向きに巻装されている。
回転子４の内周側には、シャフト５が、回転子４を軸方向に貫いて一体に設けられている。また、シャフト５は、フレーム２の本体２ａ側と、キャップ２ｂ側とにそれぞれ配置されるベアリング（軸受け）１４、１５によって後端側および先端側が支持されている。
【００１３】
図１に示すフレーム２の内部において、回転子４とベアリング１４との間には非接触電力伝送手段としての非接触電力伝送部１６と、回路基板１７とが配置されている。非接触電力伝送部１６は、フレーム２に固定され、ベアリング１４の外周側に配置される固定部１８と、固定部１８に対向して設けられ、シャフト５に取り付けられている回転部１９とから構成されている。固定部１８は、例えば鉄やケイ素鋼などの軟磁性体材料で形成された固定部コア２０を有している。固定部コア２０は、外形が円環状に形成され、回転部１９との対向面にその全周に渡って固定部溝２０ａが設けられており、その断面はコ字状をなしている。この固定部溝２０ａには、１次巻線２１が固定部コア２０の周方向に沿って巻装されている。
【００１４】
回転部１９は、固定部１８と同様に軟磁性体材料で形成された回転部コア２２を有している。回転部コア２２の内周側にはシャフト５が貫通しており、回転部コア２２はこのシャフト５に一体に取り付けられている。そのため、回転部１９は、シャフト５および回転子４とともに回転する。回転部コア２２は、外形が固定部１８とほぼ同一の円環状に形成されており、固定部１８との対向面に全周に渡って回転部溝２２ａが設けられている。このため、回転部コア２２の断面もコ字状をなしている。この回転部溝２２ａには、２次巻線２３が回転部コア２２の周方向に沿って巻装されている。固定部１８と回転部１９との間には、全周に渡ってほぼ均一な空隙が設けられており、これらは互いに非接触な状態で配置されている。
【００１５】
回路基板１７は、例えばガラスエポキシなどにより円環状に形成されている。回路基板１７は、回転部１９の固定部１８とは反対側の面に設けられており、回転部１９と一体に回転する。
【００１６】
図３は、回転子巻線１２および非接触電力伝送部１６の電気的な構成を示している。１次巻線２１は、ブラシレスモータ１の外部に配置された交流電源に接続されている。この１次巻線２１に対向するように設けられる２次巻線２３は、回路基板１７に実装されているＡＣ／ＤＣコンバータ回路２４（但し、図１には図示せず）の入力側に接続されている。一方、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路２４の出力側は、回転子巻線１２に接続されている。回転子巻線１２は、回転子鉄心１１の各ティース１３にそれぞれ巻装された６個の回転子巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆからなり、これら回転子巻線１２ａ〜１２ｆは、直列に接続されている。この回転子巻線１２ａ〜１２ｆで構成される直列回路の両端に、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路２４からの直流出力Ｖｄｃが印加される。
【００１７】
次に、上述した構成のブラシレスモータ１の作用について説明する。
交流電源から電力が供給されると、１次巻線２１に交流電流が流れる。例えば図４に示す向きの電流が１次巻線２１に流れた場合、１次巻線２１からは矢印付きの点線で示す向きの磁束が発生する。なお、図４では、紙面に対して垂直に流れる電流の向きを矢尻側、矢羽根側の記号で示している。
【００１８】
１次巻線２１の近傍には、１次巻線２１と対向するように２次巻線２３が配置されているため、１次巻線２１から発生した磁束が２次巻線２３に作用し、２次巻線２３には電磁誘導の原理により誘導電流が流れる。このとき、２次巻線２３には、１次巻線２１から発生した磁束を打ち消す方向、すなわち１次巻線２１に流れる電流とは逆方向の誘導電流が流れる。このように、本実施形態では、固定部１８（１次側）から回転部１９（２次側）に対して非接触で電力が伝送される。
【００１９】
２次巻線２３に流れる誘導電流は、図３に示すように、交流出力ＶａｃとしてＡＣ／ＤＣコンバータ回路２４に入力される。このＡＣ／ＤＣコンバータ回路２４は、周知の全波整流回路や平滑回路などで構成されており、交流を直流に変換する機能を備えている。そのため、２次巻線２３から供給された交流出力Ｖａｃは直流変換され、直流出力ＶｄｃとしてＡＣ／ＤＣコンバータ回路２４から出力される。
【００２０】
ＡＣ／ＤＣコンバータ回路２４から出力された直流出力Ｖｄｃは、回転子巻線１２に供給され、各ティース１３において磁極を形成する。このとき、隣接する回転子巻線１２の巻装方向が互いに逆向きになっていることから、回転子４には径方向外側へ向かう磁束、および径方向内側へ向かう磁束が発生する。その結果、例えば回転子巻線１２ａにはＮ極、１２ｂにはＳ極、１２ｃにはＮ極、１２ｄにはＳ極、１２ｅにはＮ極、そして１２ｆにはＳ極のように、回転子４の周方向にＮ極とＳ極との磁極が交互に形成される。
【００２１】
一方、固定子３に設けられている固定子巻線７は、ブラシレスモータ１の外部に設けられた周知のインバータなどで構成される駆動回路（図示せず）と接続されている。また、フレーム２には、ホール素子またはロータリーエンコーダなどの位置検出センサ（図示せず）が設けられ、回転子４の回転位置（回転角度）を検出している。これにより、駆動回路は、回転位置に応じた３相ＰＷＭ信号を固定子巻線７に供給し、ブラシレスモータ１を駆動する。
【００２２】
このように、ブラシレスモータ１では、回転子巻線１２に通電して磁束を発生させるので、回転子巻線１２に通電する電力を変化させて各ティース１３における磁束量を変化させることが可能となる。従って、例えば、全鎖交磁束量を減らすことより、図１０に示す動作点Ｐ１ではグラフＧ１のようなモータ特性で作動させ、あるいは、全鎖交磁束量を増やすことにより動作点Ｐ２ではグラフＧ２のようなモータ特性で作動させることが可能となる。つまり、ブラシレスモータ１は、外部に設けられた交流電源の出力を調整することにより、使用状況に応じてモータ特性を変化させることが可能となる。
【００２３】
以上説明した本実施形態によるブラシレスモータ１は、次のような効果を奏する。
回転子巻線１２に通電することにより回転子４に磁極が形成されるため、回転子巻線１２に通電する電力、つまり交流電源より供給する電力を変化させれば、各ティース１３における磁束量を変化させることができる。したがって、使用状況に応じて磁束量を容易に調整することが可能となり、広範囲なモータ特性を得ることができる。
また、永久磁石を使用していないため、耐熱性を向上させることができ、コギングトルクを低減することができる。
【００２４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるブラシレスモータに用いる回転子を、図５および図６に基づいて説明する。第２実施形態は、非接触電力電送部の回転部を回転子鉄心の内周側に設けた点が第１実施形態と異なっている。
【００２５】
第２実施形態による回転子３１は、図５に示すように、回転子鉄心１１の内周側に非接触電力伝送部の回転部１９が位置するように配置されている。なお、図５は、回転子３１を、当図では図示しないシャフト５の後端側から示している（図２とは逆の方向からの斜視図）。回転部１９は、第１実施形態と同様に回転部コア２２および２次巻線２３から構成されている。回転部１９は、軸方向におけるほぼ全長が回転子鉄心１１の内周側に配置された状態で回転子鉄心１１に固定されており、回転子３１と一体に回転する。
【００２６】
図６は、回転子３１をその回転軸を含む平面で切断した断面図であり、図中左方がシャフト５の後端側となっている。回転部コア２２は、第１実施例と同様に円環状の外形と、固定部（図示せず）と対向する側（図６では左方）の面に回転部溝２２ａを有しており、この回転部溝２２ａには２次巻線２３が巻装されている。回転部コア２２は、回転子鉄心１１の内周側において回転子鉄心１１に固定されているため、回転子鉄心１１とともに回転する。また、回転部コア２２の２次巻線２３と反対側の面（図６では右方）には、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路を実装した回路基板１７が固定されている。
【００２７】
以上説明したように、第２実施形態では、非接触電力供給部の回転部１９を回転子鉄心１１の内周側に配置したので、回転軸方向における全長を短くすることができ、ブラシレスモータを小型化することができる。
【００２８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるブラシレスモータの回転子を図７から図９に基づいて説明する。第３実施形態は、回転子鉄心の各ティースに永久磁石を設けた点が第２実施形態と異なっている。
【００２９】
図７に示すように、第３実施形態による回転子４１を形成する回転子鉄心４２は、従来のケイ素鋼板を打ち抜いた鉄心材に変えて、鉄粉などの金属磁性粉末及び合成樹脂を混合して成型・熱硬化した圧粉磁心（ヨーク部分）と、ネオジム／鉄／ボロンなどを主成分とするＮｄＦｅＢ焼結磁石及び合成樹脂からなるボンド磁石（ティース部分）とから構成されている。これら圧粉磁心およびボンド磁石は、周知の二色成形（異材質成形）により互いに接続され、回転子鉄心４２を形成している。このため、回転子鉄心４２の各ティース１３に着磁することにより、所謂永久磁石型回転子と同様の作用を呈する。本実施形態では、隣接する各ティース１３が互いに逆極性となるように各ティース１３を着磁しており、回転子４１には周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された磁極が形成されている。
【００３０】
このように形成された回転子４１では、各ティース１３自身から発生する磁束と回転子巻線１２から発生する磁束とが混在し、その全鎖交磁束量は、「永久磁石による磁束量＋回転子巻線による磁束量」になる。この場合も、回転子巻線１２への通電を変化させることで全鎖交磁束量を変化させることが可能となる。
【００３１】
このように、第３実施形態では、各ティース１３自身からも磁束を発生させるので、トルク不足になることなく、ブラシレスモータを駆動することができる。
なお、上述のように各ティース１３自身に着磁する替わりに、例えば図８に示すように、従来のようにケイ素鋼板で形成された回転子５１のヘッド部１３ａの表面に永久磁石５２を貼り付けてもよい。この場合、着磁された磁石を貼り付けてもよく、未着時の磁石を貼り付けた後に着磁してもよい。これにより回転子５１の製造工程を簡略化することができる。或いは、図９に示すように、回転子６１のヘッド部１３ａに永久磁石６２を埋め込む構成としてもよい。これにより、永久磁石６２が回転時の遠心力によって脱離するおそれを低減することができる。
【００３２】
本発明は、以上説明した上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば以下のように変形または拡張することができる。
【００３３】
上述した各実施形態では内転型（インナーロータ型）のブラシレスモータに基づいて説明したが、回転子が固定子の外周側に設けられている外転型（アウターロータ型）モータに本発明を適用してもよい。また、６極９スロットのブラシレスモータを例示したが、極数およびスロット数は上記の例示に限定されず、例えば８極９スロットや１０極１２スロットなどの構成としてもよい。
【００３４】
第３実施形態において、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路と回転子巻線１２との間に、例えばトランジスタやＭＯＳＦＥＴ、或いは機械式リレーなどで構成されるスイッチ回路を設けることにより、直流出力Ｖｄｃの正負の極性、つまり回転子巻線１２に流れる電流の方向を切り替える構成としてもよい。これにより、回転子巻線１２から生じる磁束の向きを反転させることが可能となり、全鎖交磁束量を増加させるだけでなく、全鎖交磁束量を「永久磁石による磁束量−回転子巻線による磁束量」のように、永久磁石による磁束量（固定値）よりも減少させることが可能となるので、さらに広範囲なモータ特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態によるブラシレスモータの断面を示す斜視図
【図２】ブラシレスモータを概略的に示す斜視図
【図３】ブラシレスモータの電気的な接続を示す電気的構成図
【図４】非接触電力伝送部を示す模式図
【図５】第２実施形態によるブラシレスモータの回転子を示す斜視図
【図６】回転子の断面図
【図７】第３実施形態を示す図５相当図
【図８】第３実施形態の変形例を示す図５相当図
【図９】第３実施形態の変形例を示す図５相当図
【図１０】従来技術のモータ特性を示す図
【符号の説明】
【００３６】
図面中、１はブラシレスモータ、３は固定子、４、３１、４１、５１、６１は回転子、７は固定子巻線、１１、４２は回転子鉄心、１２は回転子巻線、１３は磁極突部、１６は非接触電力伝送部（非接触電力伝送手段）、１８は固定部（非接触電力伝送手段）、１９は回転部（非接触電力伝送手段）、５２、６２は永久磁石を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010130777.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010130777.tif 000011
【図１０】
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