(57)【要約】【課題】漏れ磁束を抑え出力特性を向上させることができるモータを提供する【解決手段】ステータ１６と爪状磁極３１ｂとの径方向における離間距離をＡ、第１及び第２ロータコア３１，３２とヨークハウジング１３（底部１３ａ）との軸方向における離間距離をＢとしたとき、５．０≦Ｂ／Ａの範囲とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に延びるティースを周方向に複数有するステータコア、及び前記ティースに巻装される巻線を有するステータと、
それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコアと、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを有するロータとを、
有底筒状で磁性体のヨークハウジング及び該ヨークハウジングの開口部を閉塞する蓋部を有するケース内に収容するモータであって、
前記ステータと前記爪状磁極との径方向における離間距離をＡ、前記第１及び第２ロータコアと前記ヨークハウジングとの軸方向における離間距離をＢとしたとき、５．０≦Ｂ／Ａの範囲となることを特徴とするモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータにおいて、
前記ロータコアと前記ヨークハウジングとの軸方向における離間距離は、径方向内側に対して径方向外側が長いことを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケース内にステータとロータとを収容するモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータに使用されるロータとして、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされるロータコアを備え、それらの間に界磁磁石を配置して各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させる所謂永久磁石界磁のランデル型構造のロータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ランデル型構造のロータにおいては、モータの高出力化を図るために、交互に配置された爪状磁極の間に、磁路を整流するための極間磁石を配置したものも提案されている（例えば特許文献２参照）。このようなモータは、有底筒状のヨークハウジングとこのヨークハウジングの一端に設けられるエンドフレームとを有するケース内に、前記ロータと前記ステータとが収容されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−４３７４９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１５０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のようなモータでは、ロータの軸方向一端面側に磁性体のヨークハウジングが位置し、ロータの軸方向他端面側に樹脂製のエンドフレームが位置することとなる。この場合、ロータの界磁磁石からの磁束の一部がケース側（ヨークハウジング側）に漏れてしまい、出力特性の悪化を招く虞がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、漏れ磁束を抑え出力特性を向上させることができる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】
上記課題を解決するモータは、径方向に延びるティースを周方向に複数有するステータコア、及び前記ティースに巻装される巻線を有するステータと、それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第１及び第２ロータコアと、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、第１ロータコアの前記爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記第２ロータコアの前記爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを有するロータとを、有底筒状で磁性体のヨークハウジング及び該ヨークハウジングの開口部を閉塞する蓋部を有するケース内に収容するモータであって、前記ステータと前記爪状磁極との径方向における離間距離をＡ、前記第１及び第２ロータコアと前記ヨークハウジングとの軸方向における離間距離をＢとしたとき、５．０≦Ｂ／Ａの範囲となる。
【０００８】
この構成によれば、ステータと爪状磁極との径方向における離間距離をＡ、第１及び第２ロータコアとヨークハウジングとの軸方向における離間距離をＢとしたとき、５．０≦Ｂ／Ａの範囲とされる。ここで、図５に前記Ｂ／Ａを変化させた時のＴ−Ｎ特性並びにＴ−Ｉ特性を示し、図６に定格負荷時において前記Ｂ／Ａを変化させた時の電流比率を示す。図５では、Ｂ／Ａが「３」の時のＴ−Ｉ特性のグラフを線Ｔｉ１で示し、Ｂ／Ａが「６」の時のＴ−Ｉ特性のグラフを線Ｔｉ２で示し、Ｂ／Ａが「９」の時のＴ−Ｉ特性のグラフを線Ｔｉ３で示す。また、図５では、Ｂ／Ａが「３」の時のＴ−Ｎ特性のグラフを線Ｔｎ１で示し、Ｂ／Ａが「６」の時のＴ−Ｎ特性のグラフを線Ｔｎ２で示し、Ｂ／Ａが「９」の時のＴ−Ｎ特性のグラフを線Ｔｎ３で示す。また、図６では、前記Ｂ／Ａが「６」のＤＣ電流を１００％として示している。図５からわかるように、前記Ｂ／Ａの値が大きいほど、同一のＤＣ電流で得られるトルクが高くなる。図６からわかるように、前記Ｂ／Ａが「５」未満ではＤＣ電流が顕著に下がるものの、Ｂ／Ａが「５」以上では減少率が緩やかとなることがわかる。これにより、Ｂ／Ａを「５」以上とすることでステータと爪状磁極との径方向における離間距離Ａに対して、第１及び第２ロータコアとヨークハウジングとの軸方向における離間距離Ｂを確保して、軸方向への漏れ磁束が減ったため、出力特性（モータ特性）が向上されたこととなる。
【０００９】
上記モータにおいて、前記ロータコアと前記ヨークハウジングとの軸方向における離間距離は径方向内側に対して径方向外側が長いことが好ましい。
この構成によれば、ロータコアとヨークハウジングとの軸方向における離間距離を、１周あたりの表面積の大きな部位である径方向外側が長くすることで、漏れ磁束をより好適に低減させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のモータによれば、漏れ磁束を抑え出力特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態におけるブラシレスモータの断面図である。
【図２】同上におけるブラシレスモータの平面図である。
【図３】同上におけるロータの斜視図である。
【図４】同上におけるロータの断面図である。
【図５】ステータと爪状磁極との径方向における離間距離Ａ／ロータコアとヨークハウジングとの軸方向における離間距離Ｂを変化させた時のＴ−Ｎ特性及びＴ−Ｉ特性を示すグラフである。
【図６】定格負荷におけるＤＣ電流の比率を示すグラフである。
【図７】ディテントトルクの偏りについて説明するための説明図である。
【図８】テータと爪状磁極との径方向における離間距離Ａ／ロータコアとヨークハウジングとの軸方向における離間距離Ｂと、ディテントトルクとの関係について説明するためのグラフである。
【図９】別例におけるブラシレスモータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、モータの一実施形態について説明する。
図１に示すように、モータとしてのブラシレスモータ１１のモータケース１２は、略有底円筒状に形成されたヨークハウジング１３と、このヨークハウジング１３のフロント側（図１中、左側）の開口部を閉塞するエンドプレート１４とを有している。前記ヨークハウジング１３は例えば磁性体の鉄で構成される。また、前記エンドプレート１４は例えば非磁性体の樹脂材料で構成される。
【００１３】
図１に示すように、ヨークハウジング１３の内周面にはステータ１６が固定されている。ステータ１６は、径方向内側に延びる複数のティース１７ａを有するステータコア１７と、ステータコア１７のティース１７ａにインシュレータ１９を介して巻回される巻線２０とを備えている。ステータ１６は、外部の制御回路Ｓから巻線２０に駆動電流が供給されることで回転磁界を発生する。
【００１４】
図２に示すようにステータコア１７は、計１２個のティース１７ａを有している。従って、ティース１７ａ間に形成されるスロット１７ｂの数も１２個とされている。
図２及び図５に示すようにティース１７ａは、巻回部１８ａと、巻回部１８ａの径方向内側の端部から周方向両側に突出する突出部１８ｂとを備える。巻回部１８ａは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線２０が集中巻にて巻回されている。
【００１５】
図１に示すように、ブラシレスモータ１１のロータ２１は回転軸２２を有し、ステータ１６の内側に配置されている。回転軸２２は非磁性体の金属シャフトであって、ヨークハウジング１３の底部１３ａ及びエンドプレート１４に支持された軸受２３，２４により回転可能に支持されている。
【００１６】
図３及び図４に示すように、ロータ２１は、前記回転軸２２が圧入されることで互いの軸方向の間隔が保持されつつ回転軸２２に固定される第１及び第２ロータコア３１，３２と、第１ロータコア３１と第２ロータコア３２との軸方向の間に介在される界磁磁石としての環状磁石３３を備える。更に、ロータ２１は、背面補助磁石３４，３５と、極間磁石３６，３７とを備える。
【００１７】
図３及び図４に示すように、第１ロータコア３１は、略円板状の第１コアベース３１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では５つ）の第１爪状磁極３１ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出して形成されている。
【００１８】
図３及び図４に示すように、第２ロータコア３２は、第１ロータコア３１と同形状であって、略円板状の第２コアベース３２ａの外周部に、等間隔に複数の第２爪状磁極３２ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出して形成されている。そして、第１及び第２ロータコア３１，３２は、その中央孔に回転軸２２が圧入されるとともに、第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの軸方向の外側（相反する側）の距離が予め設定された一定の距離となるように回転軸２２に対して圧入固定される。この際、第２ロータコア３２は、各第２爪状磁極３２ｂが周方向に隣り合う第１爪状磁極３１ｂ間に配置されるようにして、且つ第１コアベース３１ａと第２コアベース３２ａとの軸方向の間に環状磁石３３が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア３１に対して組み付けられている。
【００１９】
環状磁石３３は、フェライト磁石やネオジム磁石等の磁石であって、中央孔が形成された円環状に形成され、第１爪状磁極３１ｂを第１の磁極（本実施形態ではＮ極）として機能させ、第２爪状磁極３２ｂを第２の磁極（本実施形態ではＳ極）として機能させるように、軸方向に磁化されている。即ち、本実施形態のロータ２１は、界磁磁石としての環状磁石３３を用いた所謂ランデル型構造のロータである。ロータ２１は、Ｎ極となる４つの第１爪状磁極３１ｂと、Ｓ極となる４つの第２爪状磁極３２ｂとが周方向に交互に配置されており、極数が８極（極対数が４個）となる。すなわち、本実施形態では、ロータ２１の極数が「８」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されている。つまり、前記ロータ２１の極数を２ｎ（但しｎは自然数であり、本実施形態では４）、スロット１７ｂの数（スロット数）を３ｎとして、極数とスロット数の比が２：３となるように構成されている。
【００２０】
各第１爪状磁極３１ｂの背面３１ｃ（径方向内側の面）と第２コアベース３２ａの外周面３２ｄとの間には、背面補助磁石３４が配置されている。背面補助磁石３４は、その軸直交方向断面が略扇形状とされ、第１爪状磁極３１ｂの背面３１ｃに当接する側が第１爪状磁極３１ｂと同極のＮ極に、第２コアベース３２ａの外周面３２ｄに当接する側が同第２コアベース３２ａと同極のＳ極となるように磁化されている。
【００２１】
また、各第２爪状磁極３２ｂの背面３２ｃと第１コアベース３１ａの外周面３１ｄとの間には、第１爪状磁極３１ｂと同様に、背面補助磁石３５が配置されている。背面補助磁石３５は、その軸直交方向断面が扇形状とされ、背面３２ｃに当接する側がＳ極に、第１コアベース３１ａの外周面３１ｄに当接する側がＮ極となるように磁化されている。背面補助磁石３４，３５としては、例えばフェライト磁石を用いることができる。
【００２２】
図２及び図３に示すように、第１爪状磁極３１ｂと第２爪状磁極３２ｂとの周方向の間には、極間磁石３６，３７が配置されている。
図１に示すように、ロータ２１は、第１及び第２ロータコア３１，３２と、ヨークハウジング１３（底部１３ａ）との軸方向において離間距離Ｂだけ離間されている。その離間距離Ｂは、径方向内側に対して径方向外側の方が離間され、離間距離Ｂ１＜離間距離Ｂ２と設定されている。また、ここで前記第１及び第２爪状磁極３１ｂ、３２ｂ（第１及び第２ロータコア３１，３２）は、前記ステータ１６（ステータコア１７）と径方向において所定距離（離間距離Ａ）だけ離間されている。そして、離間距離Ｂ／離間距離Ａは、５．０≦Ｂ／Ａ≦９．０の範囲となるように設定されている。
【００２３】
また、図１に示すように、ロータ２１には、略円板状のマグネット固定部材４１を介してセンサ磁石４２が設けられている。詳しくは、マグネット固定部材４１は、中央にボス部４１ａが形成された円板部４１ｂと、この円板部４１ｂの外縁から筒状に延びる筒部４１ｃとを有し、該筒部４１ｃの内周面及び円板部４１ｂの表面に当接するように環状のセンサ磁石４２が固着されている。そして、マグネット固定部材４１は、第１ロータコア３１と近い側で、そのボス部４１ａが回転軸２２に外嵌されて固定されている。
【００２４】
そして、エンドプレート１４において、センサ磁石４２と軸方向に対向する位置には磁気センサとしてのホールＩＣ４３が設けられている。ホールＩＣ４３は、センサ磁石４２に基づくＮ極とＳ極の磁界を感知するとそれぞれＨレベルの検出信号とＬレベルの検出信号とを前記制御回路Ｓに出力する。
【００２５】
次に、上記のように構成されたブラシレスモータ１１の作用について説明する。
制御回路Ｓから巻線２０に３相の駆動電流が供給されると、ステータ１６にて回転磁界が発生され、ロータ２１が回転駆動される。この際、ホールＩＣ４３と対向するセンサ磁石４２が回転することで、ホールＩＣ４３から出力される検出信号のレベルがロータ２１の回転角度（位置）に応じて切り替わり、その検出信号に基づいて制御回路Ｓから巻線２０に最適なタイミングで切り替わる３相の駆動電流が供給される。これにより、良好に回転磁界が発生され、ロータ２１が良好に連続して回転駆動される。
【００２６】
ここで、本実施形態では、前記ステータと爪状磁極との径方向における離間距離をＡ、第１及び第２ロータコアとヨークハウジングとの軸方向における離間距離をＢとしたとき、５．０≦Ｂ／Ａ≦９．０の範囲とされる。図５に前記Ｂ／Ａを変化させた時のＴ−Ｎ特性（トルク−回転数特性）並びにＴ−Ｉ特性（トルク−電流特性）を示し、図６に定格負荷時において前記Ｂ／Ａを変化させた時の電流比率を示す。図５では、Ｂ／Ａが「３」の時のＴ−Ｉ特性のグラフを線Ｔｉ１で示し、Ｂ／Ａが「６」の時のＴ−Ｉ特性のグラフを線Ｔｉ２で示し、Ｂ／Ａが「９」の時のＴ−Ｉ特性のグラフを線Ｔｉ３で示す。また、図５では、Ｂ／Ａが「３」の時のＴ−Ｎ特性のグラフを線Ｔｎ１で示し、Ｂ／Ａが「６」の時のＴ−Ｎ特性のグラフを線Ｔｎ２で示し、Ｂ／Ａが「９」の時のＴ−Ｎ特性のグラフを線Ｔｎ３で示す。また、図６では、前記Ｂ／Ａが「６」のＤＣ電流を１００％として示している。図５からわかるように、前記Ｂ／Ａの値が大きいほど、同一のＤＣ電流で得られるトルクが高くなる。図６からわかるように、前記Ｂ／Ａが「５」未満ではＤＣ電流が顕著に下がるものの、Ｂ／Ａが「５」以上では減少率が緩やかとなることがわかる。これにより、Ｂ／Ａを「５」以上とすることでステータ１６と爪状磁極３１ｂ，３２ｂとの径方向における離間距離Ａに対して、第１及び第２ロータコア３１，３２とヨークハウジング１３との軸方向における離間距離Ｂを確保して、軸方向への漏れ磁束が減ったため、出力特性（モータ特性）が向上されたこととなる。
【００２７】
また、ロータ２１の軸方向一端面側に磁性体（鉄製）のヨークハウジング１３が位置し、ロータ２１の軸方向他端面側に樹脂製のエンドプレート１４が位置することで、ロータ２１の環状磁石３３からの磁束の一部がケース１２側（ヨークハウジング１３側）に漏れてしまい磁気バランスが崩れる虞がある。
【００２８】
すなわち、図７に示すように、一方の磁極によって発生するディテントトルクＣ１と他方の磁極によって発生するディテントトルクＣ２がＣ１＞Ｃ２となり、ピーク差ＣＸ（＝Ｃ１−Ｃ２）が発生してしまう。
【００２９】
そこで、本実施形態では、Ｂ／Ａの範囲を前述のように「５」以上とすることで、爪状磁極３１ｂ，３２ｂとステータ１６との径方向における離間距離Ａに対してロータコア３１，３２とヨークハウジング１３との軸方向における離間距離Ｂが十分に確保してヨークハウジング１３側からの漏れ磁束を抑える。その結果、図８に示すようにピーク差ＣＸが小さくなり磁気バランスの向上が図れる。さらに、ディテントトルクＣ１，Ｃ２の両方が概ね向上されるため、ロータ２１の保持力を高めることができる。
【００３０】
次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）ステータ１６と爪状磁極３１ｂ、３２ｂとの径方向における離間距離をＡ、第１及び第２ロータコア３１，３２とヨークハウジング１３（底部１３ａ）との軸方向における離間距離をＢとしたとき、５．０≦Ｂ／Ａの範囲とすることで、図５及び図６示すように、漏れ磁束を抑えて出力特性（モータ特性）の向上を図ることができる。また、図８からわかるように、前記Ｂ／Ａを大きくしてロータコア３１，３２と磁性体からなるヨークハウジング１３の軸方向の距離を大きくすることで漏れ磁束が低減し、ディテントトルクＣ１，Ｃ２が増加するため、ロータ２１の保持力を高めることができる。
【００３１】
（２）ロータコア３１，３２とヨークハウジング１３との軸方向における離間距離を、１周あたりの表面積の大きな部位である径方向外側を径方向内側よりも長くすることで、漏れ磁束をより好適に低減させることが可能となる。
【００３２】
尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、ロータコア３１，３２とヨークハウジング１３（底部１３ａ）との軸方向における離間距離Ｂ（Ｂ１，Ｂ２）を径方向内側と径方向外側とで異なるように構成したが、これに限らない。
【００３３】
例えば、図９に示すように、径方向内側と径方向外側とで、離間距離Ｂ（Ｂ１＝Ｂ２）を一定とする構成を採用してもよい。また、径方向内側の離間距離Ｂ１と径方向外側の離間距離Ｂ２とが、Ｂ１＞Ｂ２となるように構成を採用してもよい。
【００３４】
・上記実施形態では、Ｂ／Ａの上限を「９」としたが、これ以上としてもよい。
・上記実施形態では、ロータ２１の極数が「１０」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されたブラシレスモータに具体化したが、ロータ２１の極数やステータ１６のティース１７ａの数は変更してもよい。例えば、ロータ２１の極数が「８」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されたブラシレスモータに具体化してもよい。
【００３５】
・上記実施形態では、ロータ２１に、背面補助磁石３４，３５と極間磁石３６，３７とを設ける構成としたが、これに限らない。例えば背面補助磁石のみを設ける構成、極間磁石のみを設ける構成、背面補助磁石及び極間磁石を省略する構成を採用してもよい。
【００３６】
・上記各変形例同士を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０…モータ、１２…ケース、１３…ヨークハウジング、１４…蓋部としてのエンドプレート、１６…ステータ、１７…ステータコア、１７ａ…ティース、２０…巻線、２１…ロータ、３１，３２…ロータコア、３１…第１ロータコア、３１ｂ，３２ｂ…爪状磁極、３２…第２ロータコア、Ａ，Ｂ，Ｂ１，Ｂ２…離間距離。
【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】
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【図８】
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【図９】
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