(57)【要約】【課題】極対数が奇数となる場合であっても磁石の個数を減らしつつ、騒音発生を抑制することが可能なブラシレスモータを提供する。【解決手段】３相コイルを巻回したステータコア２と、複数の磁石１０を有するロータ５と、を備えるブラシレスモータ１において、磁極数が４ｍ＋２（ｍは自然数）であり、スロット数が３ｍ＋３または３ｍ＋６であり且つ磁極数と異なっており、一部の磁極が、ロータ５の回転方向において互いに反対位置に位置するように１つずつ配置された第１磁石１１及び第２磁石１２により構成され、残りの磁極が、ロータ５の回転方向において互いに反対位置に位置するように配置された第３磁石１３及び第４磁石１４により構成される。そして、第１磁石１１及び第２磁石１２の各々により構成される磁極は、１個であり、且つ、互いに逆極性となっており、第３磁石１３及び第４磁石１４の各々により構成される磁極は、２個であり、且つ、ロータ５の回転方向において互いに反対位置に有する部分同士の間で逆極性である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相コイルを巻回するために形成された複数のスロットを有するステータと、回転方向に沿って並んだ複数の磁石を有するロータと、を備えるブラシレスモータであって、
前記複数の磁石により構成される複数の磁極の数が４ｍ＋２（ｍは自然数）であり、
前記複数のスロットの数が３ｍ＋３または３ｍ＋６であり、且つ、前記複数の磁極の数と異なっており、
前記複数の磁極のうちの一部の磁極が、前記回転方向において互いに反対位置に位置するように１つずつ配置された第１磁石及び第２磁石により構成され、残りの磁極が、前記回転方向において互いに反対位置に位置するように配置された第３磁石及び第４磁石により構成され、
前記第１磁石及び前記第２磁石の各々により構成される磁極は、互いに同数で且つ奇数個であり、前記第１磁石及び前記第２磁石が前記回転方向において互いに反対位置に有する部分同士の間で逆極性であり、
前記第３磁石及び前記第４磁石の各々により構成される磁極は、互いに同数で且つ偶数個であり、前記第３磁石及び前記第４磁石が前記回転方向において互いに反対位置に有する部分同士の間で逆極性であることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
前記回転方向における前記第１磁石の長さと前記回転方向における前記第２磁石の長さが互いに等しくなっており、
前記回転方向における前記第３磁石の長さと前記回転方向における前記第４磁石の長さが互いに等しくなってい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】
ｍが１乃至３のいずれかであるとき、
前記第１磁石及び前記第２磁石の各々により構成される磁極は、１個であり、
前記第３磁石及び前記第４磁石の各々により構成される磁極は、２個であることを特徴とする請求項２に記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
前記ブラシレスモータは、前記ステータとしてのステータコアと、該ステータコアを取り囲む前記ロータとを有するアウターロータ型のブラシレスモータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一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係り、特に、３相コイルを巻回するために形成された複数のスロットを有するステータと、回転方向に沿って並んだ複数の磁石を有するロータと、を備えるブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータの中には、３相コイルを巻回するために形成された複数のスロットを有するステータと、回転方向に沿って並んだ複数の磁石を有するロータと、を備えるアウターロータ型のものが存在する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたブラシレスモータは、１０極１２スロットとなっており、モータ効率向上の目的からティース間の間隔がモータの回転方向に沿って交互に切り換わるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−９８９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、モータ構成部品の数を削減するために、１個あたりで複数の磁極を構成する磁石をロータに備える場合がある。例えば、１個あたりで２個の磁極（１個のＮ極と１個のＳ極）を構成する磁石を用いれば、用意する磁石の個数が半減する。しかしながら、磁極が６極、１０極、１４極となる場合、すなわち、極対数が奇数となる場合、不可避的に磁石の配置パターンが非対称な磁束分布を形成してしまうような配置パターンとなってしまう。
【０００５】
より具体的に説明すると、極対数が奇数となる場合、１個あたりで２個の磁極を構成する磁石を用いると、磁石の数も奇数となる。かかる場合、図５に示す通り、磁石間の隙間から１８０度ずれた位置に磁石が存在するような磁石配置パターンとなる。図５は、比較例に係るブラシレスモータにおける磁石配置パターンを示す図である。
【０００６】
そして、上記の磁石配置パターンでは、図４に示すように、ロータを回転させたときにステータに発生する力が脈動し、これに伴って騒音が増加するようになる。
そこで、本発明の目的は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、極対数が奇数となる場合であっても磁石の個数を減らしつつ騒音発生を抑制することが可能な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】
前記課題は、本発明のブラシレスモータによれば、３相コイルを巻回するために形成された複数のスロットを有するステータと、回転方向に沿って並んだ複数の磁石を有するロータと、を備えるブラシレスモータであって、前記複数の磁石により構成される複数の磁極の数が４ｍ＋２（ｍは自然数）であり、前記複数のスロットの数が３ｍ＋３または３ｍ＋６であり、且つ、前記複数の磁極の数と異なっており、前記複数の磁極のうちの一部の磁極が、前記回転方向において互いに反対位置に位置するように１つずつ配置された第１磁石及び第２磁石により構成され、残りの磁極が、前記回転方向において互いに反対位置に位置するように配置された第３磁石及び第４磁石により構成され、前記第１磁石及び前記第２磁石の各々により構成される磁極は、互いに同数で且つ奇数個であり、前記第１磁石及び前記第２磁石が前記回転方向において互いに反対位置に有する部分同士の間で逆極性であり、前記第３磁石及び前記第４磁石の各々により構成される磁極は、互いに同数で且つ偶数個であり、前記第３磁石及び前記第４磁石が前記回転方向において互いに反対位置に有する部分同士の間で逆極性であることにより解決される。
【０００８】
上記のブラシレスモータによれば、第１磁石及び第２磁石が１個ずつあり、第３磁石及び第４磁石が同数個ずつあるので、磁束分布が対称となるような磁石配置パターンを実現することが可能になる。つまり、磁石間の隙間から１８０度ずれた位置に同様の隙間が存在するように各磁石を配置することが可能となる。したがって、本発明のブラシレスモータであれば、極対数が奇数であっても、１個あたりで複数の磁極を構成する磁石を用いつつ、さらにステータに発生する力の脈動を抑えて当該脈動に伴う騒音を低減させることが可能となる。
【０００９】
また、上記のブラシレスモータにおいて、前記回転方向における前記第１磁石の長さと前記回転方向における前記第２磁石の長さが互いに等しくなっており、前記回転方向における前記第３磁石の長さと前記回転方向における前記第４磁石の長さが互いに等しくなっていると好適である。
上記の構成であれば、磁束分布が対称となるような磁石配置パターンをより効果的に実現することが可能となる。
【００１０】
また、上記のブラシレスモータにおいて、ｍが１乃至３のいずれかであるとき、前記第１磁石及び前記第２磁石の各々により構成される磁極は、１個であり、前記第３磁石及び前記第４磁石の各々により構成される磁極は、２個であると好適である。
上記の構成であれば、磁極数とスロット数とが近い構成のブラシレスモータ、具体的には、６極９スロット、１０極９スロット、１０極１２スロット、１４極１２スロット、及び１４極１５スロットのブラシレスモータについて、磁石の個数を減らしつつ騒音発生を抑制することが可能となる。
【００１１】
また、上記のブラシレスモータは、前記ステータとしてのステータコアと、該ステータコアを取り囲む前記ロータとを有するアウターロータ型のブラシレスモータであることとしてもよい。
アウターロータ型のブラシレスモータでは、一般的にインナーロータ型のモータに比してロータが大きいので、磁束分布が非対称となった場合に生じる騒音についてもより大きくなる。したがって、アウターロータ型のブラシレスモータであれば、騒音の発生を抑制する本発明の効果がより有効に奏されることになる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のブラシレスモータによれば、磁束分布が対称となるように磁石が配置されることにより、極対数が奇数となる場合であっても磁石の個数を減らしつつ、騒音発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るブラシレスモータにおける磁石配置パターンの第１例を示す図である。
【図２】本発明に係るブラシレスモータにおける磁石配置パターンの第２例を示す図である。
【図３】本発明に係るブラシレスモータにおける磁石配置パターンの第３例を示す図である。
【図４】ロータの回転角度とステータに発生する力との間の関係を示すグラフを示す図である。
【図５】比較例に係るブラシレスモータにおける磁石配置パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１乃至４を参照しながら、本発明のブラシレスモータの具体的構成について説明する。
図１乃至３の各々は、本発明に係るブラシレスモータにおける磁石配置パターンを示す図であり、図１は、当該磁石配置パターンの第１例を示し、図２は、第２例を示し、図３は、第３例を示す。なお、図１乃至３では、説明上の便宜により、各スロットに巻回される３相コイルの図示を省略している。
図４は、ロータの回転角度とステータに発生する力との間の関係を示すグラフを示す図である。なお、図４中、横軸は、ロータの回転角度（単位はｄｅｇｒｅｅ）を示し、縦軸は、ロータの径方向外側に向かってステータに作用する力の変化量を示す偏荷重（単位はＮ）を示す。また、図４中、磁石の数が５個である場合のグラフを破線にて示し、磁石の数が偶数個である場合のグラフを太実線にて示している。
【００１５】
先ず、本発明に係るブラシレスモータ（以下、本モータ）１の全体構成について概説する。本モータ１は、アウターロータ型のブラシレスモータであり、ブロワやファン用の電動機として用いられる。
本モータ１の構成は、従来のアウターロータ型ブラシレスモータと同様である。具体的に説明すると、図１に示すように、本モータ１は、ステータとしてのステータコア２と、ステータコア２を取り囲むロータ５とを有する。ステータコア２は、円環部２ａから放射状に延出した略Ｔ字状のティース３を一定間隔で複数有する。ティース３同士の間には、不図示の３相コイルを巻回するために形成されたスロット４が形成されている。なお、本モータ１では、３相コイルの各々が、対応するティース３に集中巻にて巻き付けられている。
【００１６】
ロータ５は、筒状のロータコア６と、ロータコア６の内周面に取り付けられた複数の磁石１０とを有し、不図示のシャフトの回転に伴って回転する。複数の磁石１０は、本モータ１において界磁体を構成するものであり、ロータ５の回転方向（以下、単に回転方向と言う）に沿って並んだ状態で界磁磁束を発生させる。より具体的に説明すると、複数の磁石１０の各々が磁極を構成し、回転方向に沿って交互に磁極が切り替わるように各磁石１０が配置されている。
【００１７】
そして、複数の磁石１０は複数の磁極を構成し、特に本モータ１では複数の磁石１０により構成される磁極の数（磁極数）が４ｍ＋２（ｍは自然数）となっている。換言すると、本モータ１において極対数は、２ｍ＋１、すなわち、奇数となっている。
以下では、ｍ＝２となったケース、すなわち、磁極数が１０極であるケースを例に挙げて説明する。ただし、これに限定されるものではなく、ｍは１乃至３のいずれかであればよく、つまり、磁極数が６、１０、１４のいずれかであればよい。
【００１８】
さらに、本モータ１では、複数の磁石１０の中には、１個で複数の磁極を構成する磁石１０（具体的には、後述する第３磁石１３及び第４磁石１４）が存在する。このように１個の磁石１０に複数の磁極が着磁されている場合、所定の磁極数に対して用意する磁石１０の個数を減らすことが可能となるので、モータ構成部品の数が少なくなり、磁石１０の加工や取り付けに掛かるコストが削減される。
【００１９】
一方、ステータコア２に形成されたスロット４の数は、磁極数に近い数となっており、具体的には、３ｍ＋３または３ｍ＋６であり、且つ、磁極数（複数の磁石１０により構成される複数の磁極の数）と異なっている。以下では、スロット４の数（以下、スロット数）が１２となったケースを例に挙げて説明する。つまり、以下の説明は、１０極１２スロットとなったアウターロータ型ブラシレスモータの構成例に関するものである。
【００２０】
次に、本モータ１の特徴的構成とその優位性について説明する。
本モータ１の特徴的構成を説明するにあたり、比較例に係るブラシレスモータの構成について説明する。比較例に係るブラシレスモータ（以下、比較モータ）２１は、本モータ１と同様にアウターロータ型のブラシレスモータであり、その内部構造については図５に図示した通りである。
具体的に説明すると、比較モータ２１は、１０極１２スロットの構成となっており、回転方向に並ぶ複数の磁石３０を界磁体として備えている。そして、図５に示すように、比較モータ２１では複数の磁石３０の各々が２つの磁極を構成している。すなわち、比較モータ２１に備えられた磁石３０の個数は、５個である。さらに、比較モータ２１では、回転方向における各磁石３０の長さ（図５中、記号ｄにて示した長さであり、以下、周長という）が略均一となっており、回転方向において各磁石３０が略等間隔で配置されている。
【００２１】
以上のように構成された比較モータ２１では、奇数個の磁石３０が回転方向に沿って等間隔で配置されており、磁石３０間の隙間から１８０度ずれた位置に磁石３０が存在する。このような磁石配置パターンでは、前述したように、ロータ２５内の磁束分布が回転方向において非対称となる。そして、非対称な磁束分布では、ロータ５の回転期間中にステータコア２２に発生する力、具体的には、ロータ２５の径方向外側に向かって作用する力が脈動する。このようにステータコア２２に発生する力がアンバランスになると、ロータ２５の回転に伴って生じる騒音が増加してしまう。特に、アウターロータ型のブラシレスモータでは、インナーロータ型に比してロータ径が大きくなるので、磁束分布が非対称となった場合に生じる騒音がより大きくなる。
【００２２】
これに対し、本モータ１は、ステータコア２に発生する力の脈動を抑制するような構成を採用している。これにより、本モータ１では、ロータ５の回転に伴って生じる騒音を低減することが可能となる。以下、本モータ１が採用した上記の構成について詳細に説明する。
本モータ１には、前述したように、界磁体を構成する複数の磁石１０が備えられており、当該複数の磁石１０の中には、１個あたりで構成する磁極の数が異なる磁石１０が存在する。具体的に説明すると、複数の磁石１０は、奇数個の磁極を構成する磁石１０である第１磁石１１及び第２磁石１２、並びに、偶数個の磁極を構成する磁石１０である第３磁石１３及び第４磁石１４からなる。換言すると、複数の磁石１０が構成する複数（より具体的には、１０極）の磁極のうち、一部の磁極が第１磁石１１及び第２磁石１２により構成され、残りの磁極が第３磁石１３及び第４磁石１４により構成されている。
【００２３】
ここで、第１磁石１１及び第２磁石１２は、図１に示すように、回転方向において互いに反対位置（すなわち、１８０度ずれた位置）に位置するように１つずつ配置されている。また、第１磁石１１及び第２磁石１２の各々により構成される磁極は、互いに同数で且つ奇数個である。さらに、第１磁石１１及び第２磁石１２が回転方向において互いに反対位置に有する部分同士の間で磁極が逆極性となっている。
具体的に説明すると、本モータ１において、第１磁石１１及び第２磁石１２の各々により構成される磁極は、１個であり、第１磁石１１が構成する磁極（図１に示すケースではＮ極）と、第２磁石１２が構成する磁極（図１に示すケースではＳ極）とが互いに逆極性となっている。
【００２４】
一方、第３磁石１３及び第４磁石１４は、図１に示すように、回転方向において互いに反対位置（すなわち、１８０度ずれた位置）に位置するように同数ずつ配置されている。また、第３磁石１３及び第４磁石１４の各々により構成される磁極は、互いに同数で且つ偶数個である。さらに、第３磁石１３及び第４磁石１４が回転方向において互いに反対位置に有する部分同士の間で磁極が逆極性となっている。
具体的に説明すると、本モータ１において、第３磁石１３及び第４磁石１４の各々は、２個の磁極を構成し、回転方向において第１磁石１１と第２磁石１２との間に２個ずつ配置されている。また、第３磁石１３中、Ｎ極（Ｓ極）を構成する部分から１８０度ずれた位置には、第４磁石１４中のＳ極（Ｎ極）を構成する部分が存在する。
【００２５】
なお、本モータ１では、第１磁石１１の周長（図１等において記号ｄ１と表記）と第２磁石１２の周長（図１等において記号ｄ２と表記）とが互いに等しくなっている。また、第３磁石１３の周長（図１等において記号ｄ３と表記）と第４磁石１４の周長（図１等において記号ｄ４と表記）とが互いに等しくなっている。さらに、本モータ１において、第１磁石１１、第２磁石１２、第３磁石１３及び第４磁石１４の各々の周長は、構成する磁極の数に応じた長さとなっている。具体的に説明すると、第３磁石１３及び第４磁石１４の各々の周長が、第１磁石１１又は第２磁石１２の周長の約２倍となっている。
【００２６】
以上までに説明してきた第１磁石１１、第２磁石１２、第３磁石１３及び第４磁石１４が図１に示すように配置されることにより、本モータ１では、ロータ５内の磁束分布が対称となるような磁石配置パターンが実現される。つまり、本モータ１では、複数の磁石１０が第１磁石１１及び第２磁石１２のセットと第３磁石１３及び第４磁石１４のセットにより構成されるので、磁石１０の個数が偶数個（具体的には６個）となる。さらに、第１磁石１１、第２磁石１２、第３磁石１３及び第４磁石１４の各々の周長が、構成する磁極の数に応じた長さとなっている。これにより、磁極の並び方がロータ５の回転中心として点対称となるように各磁石１０を配置することが可能となる。つまり、磁石１０間の隙間から１８０度ずれた位置には同様の隙間が存在するようになる。
【００２７】
上記の磁石配置パターン、すなわち図１に図示した磁石配置パターンにより、磁束分布が対称となるため、図４に示すように、ロータ５の回転期間中にステータコア２に作用する力の脈動を良好に抑えることが可能となる。これにより、本モータ１では、極対数が奇数であったとしても、１個の磁石１０に複数の磁極を構成させつつ、ロータ５の回転に伴って生じる騒音を低減させることが可能になる。以上のような効果は、アウターロータ型のブラシレスモータにおいて特に有効である。すなわち、前述したように、アウターロータ型のブラシレスモータではインナーロータ型のモータに比してロータ５が大きく、磁束分布が非対称となった場合に生じる騒音がより大きくなるため、磁束分布が対称となるように磁石１０を配置して騒音を抑制する効果がより有意義なものとなる。
【００２８】
なお、磁束分布が対称となるような磁石配置パターンについては、図１に図示したもの（以下、第１例）に限定されず、他の磁石配置パターンも考えられる。以下では、磁石配置パターンの変形例として図２に図示した例（以下、第２例）及び図３に図示した例（以下、第３例）を説明する。
【００２９】
先ず、第２例に係るブラシレスモータ（以下、第２例のモータ）１０１について説明する。
第２例のモータ１０１は、本モータ１と同様に、アウターロータ型のブラシレスモータであり、１０極１２スロットとなっている。また、第２例のモータ１０１においても、複数の磁石１１０が奇数個の磁極を構成する第１磁石１１１及び第２磁石１１２、並びに偶数個の磁極を構成する磁石１１０である第３磁石１１３及び第４磁石１１４からなる。
そして、第２例では、図２に示すように、第１磁石１１１及び第２磁石１１２が構成する磁極の数が３個となっており、第１磁石１１１及び第２磁石１１２の各々が、回転方向において互いに反対位置に位置するように１つずつ配置されている。また、第２例では、第３磁石１１３及び第４磁石１１４の各々が回転方向において第１磁石１１１と第２磁石１１２との間に１個ずつ配置されている。
【００３０】
また、第２例では、第１磁石１１１及び第２磁石１１２の各々の周長が、第３磁石１１３又は第４磁石１１４の周長の約１．５倍となっている。
以上の点において、第２例のモータ１０１は、第１例に係るモータ、すなわち、本モータ１と相違するが、それ以外の点では本モータ１と同様の構成となっている。
そして、第２例では、磁石１１０の個数が４個となり、各磁石１１０の周長が磁極の数に応じた長さとなっているので、磁極の並び方がロータ１０５の回転中心として点対称となるように各磁石１１０を配置することが可能となる。この結果、第２例においても、磁束分布が対称となるため、ロータ１０５の回転期間中にステータコア１０２に作用する力の脈動を良好に抑えることが可能となり、以て、ロータ１０５が回転する間に発生する騒音を抑制することが可能となる。
【００３１】
次に、第３例に係るブラシレスモータ（以下、第３例のモータ）２０１について説明する。
第３例のモータ２０１についても、アウターロータ型のブラシレスモータであり、１０極１２スロットとなっている。また、第３例のモータ２０１では、単一の磁極を構成する第１磁石２１１及び第２磁石２１２、並びに４個の磁極を構成する磁石２１０である第３磁石２１３及び第４磁石２１４からなる。
そして、第３例では、図３に示すように、第１磁石２１１及び第２磁石２１２の各々が回転方向において互いに反対位置に位置するように１つずつ配置されており、第３磁石２１３及び第４磁石２１４の各々が回転方向において第１磁石２１１と第２磁石２１２との間に１個ずつ配置されている。また、第３例では、第３磁石２１３及び第４磁石２１４の各々の周長が、第１磁石２１１又は第２磁石２１２の周長の約４倍となっている。
以上の点において、第３例のモータ２０１は、第１例に係るモータとしての本モータ１と相違するが、それ以外の点では本モータ１と同様の構成となっている。
【００３２】
そして、第３例では、磁石２１０の個数が４個となり、各磁石２１０の周長が磁極の数に応じた長さとなっているので、磁極の並び方がロータ２０５の回転中心として点対称となるように各磁石２１０を配置することが可能となる。この結果、第３例においても、磁束分布が対称となるため、ロータ２０５の回転期間中にステータコア２０２に作用する力の脈動を良好に抑えることが可能となり、以て、ロータ２０５が回転する間に発生する騒音を抑制することが可能となる。
【００３３】
以上までに本発明の一実施形態に係るブラシレスモータの構成例について説明してきたが、上述の構成例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００３４】
また、上記の実施形態では、１０極１２スロットとなったブラシレスモータを例に挙げて説明したが、極数及びスロット数については、６極９スロット、１０極８スロット、１４極１２スロット、１４極１５スロットのうちのいずれかであってもよい。
また、上記の実施形態では、アウターロータ型のブラシレスモータを例に挙げて説明したが、インナーロータ型のブラシレスモータにも本発明は適用可能である。
また、上記の実施形態では、回転方向におけるティース３間の間隔（ピッチ）が一定であることとしたが、上記のピッチが交互に切り換わることとしてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  本モータ、１０１  第２例のモータ、２０１  第３例のモータ
２，１０２，２０２  ステータコア
２ａ  円環部、３  ティース、４  スロット
５，１０５，２０５  ロータ
６  ロータコア
１０，１１０，２１０  磁石
１１，１１１，２１１  第１磁石
１２，１１２，２１２  第２磁石
１３，１１３，２１３  第３磁石
１４，１１４，２１４  第４磁石
２１  比較モータ
２２  ステータコア、２５  ロータ
３０  磁石
【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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