(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弱め界磁運転を行うブラシレスモータにおいて、
永久磁石収容孔を有する略円筒型のロータコアからなる永久磁石埋め込み型ロータであり、前記ロータコアの外周付近から内側へ伸びる複数のスリットを有し、前記スリットの径方向外側端とロータコア外周までの鉄心幅は、スリット径方向内側端と永久磁石収容孔の間の鉄心幅とほぼ等しく、かつ、前記鉄心幅は永久磁石収容孔とロータコア極間部の間の鉄心薄肉部の最小幅の約２倍以上であり、
更に、前記ロータコアの１極あたりの極間側に形成した２つのスリットと軸中心とがなす角度を、前記ロータに対向するステータにおけるティース先端部と軸中心とがなす角度と、略等しくなる構成を具備し、
更に、前記ロータの外周形状は複数の円弧により構成され、磁極中心から極間部に向けて円弧径が小さくなる構成を具備し、
更に、前記ロータに対向している前記ステータは、前記ティース先端部が跳ね上げ構造を具備して、
最高速負荷点でのトルクリップルを低速負荷点でのトルクリップルの１倍から１．５倍としたことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
請求項１記載のブラシレスモータにおいて、
前記ロータコアは降伏強度３５０Ｎ／ｍｍ２以上の電磁鋼板を積層して構成し、前記電磁鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）、前記永久磁石収容孔と極間部の間の鉄心薄肉部の最小幅をｂ（ｍｍ）、ロータ外径をｒ（ｍｍ）、回転数をＮ（ｒｐｍ）とした時、ｂ≧ｔかつ、ｂ≧ｒ×Ｎ２×１０−１０の条件を満足するブラシレスモータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載のブラシレスモータを搭載する電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は永久磁石を用いるブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石を用いるブラシレスモータにおいて、誘起電圧は、ロータに配置されている永久磁石が発生する一定磁束と、電動機の回転角速度によって決定される。つまり、誘起電圧はブラシレスモータの回転数に比例して上昇する。しかし、誘起電圧がインバータの供給電圧よりも高くなるとブラシレスモータの回転数を上昇させることができなくなる。
【０００３】
そこでブラシレスモータに供給する電流の位相を誘起電圧に対し進み位相にすることにより、誘起電圧が高い状態でも更に多くの電流を供給することが可能となるため、ブラシレスモータの回転数が上昇する。
【０００４】
このような制御を弱め界磁と呼び、高速運転領域を広げる技術として従来から知られている。しかし、電流の位相を誘起電圧に対し進み位相にすること、いわゆる電流を進角させることにより、電流とモータギャップ磁束の位相関係が変わり、トルクリップルが大きくなり、振動騒音問題が発生する。
【０００５】
従来、トルクリップルを低減する技術として、略円筒状形ロータ内部に永久磁石を埋設してなる永久磁石埋め込みロータにおいて、各極の磁石のロータコア外周側付近からロータ表面付近に伸びる複数のスリットを形成するものがあった。
【０００６】
そして、この複数のスリットを極中心の半径方向に略平行に略等間隔に設けることにより、トルクリップルを小さくし、騒音、振動を低減させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
これに対して、複数のスリットを磁石から発する磁束がロータコアの外側で収束する方向に向くように設け、かつその方向を、各ロータコアによって異ならせることで、磁気飽和によるロータの特性低下を補い、また、トルクリップルによる騒音、振動を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
また、スリットの径方向外側端とロータ鉄心の外周との間に設けられている外側薄肉部を、極中心から極間部に向けて徐々に広くすることにより、極間部の磁束密度波形の高調波成分を低減し、誘起電圧の高調波、コギングトルクを低減する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
さらに、複数のスリットの径方向外側端のピッチを略等しくし、複数のスリットの径方向内側端のピッチを永久磁石の中央部で大きくし、中央部から端部に離れるに従って小さくすることで電機子反作用磁束を軽減するとともに、外周部鉄心の磁束分布を改善することより、騒音、振動を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１８７５９７号公報
【特許文献２】特開２００６−１４４５０号公報
【特許文献３】特開２００８−１６７５８３号公報
【特許文献４】特許第４２４８９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述文献の従来技術では、一般運転の場合、つまり弱め界磁ではない場合の騒音・振動をある程度低減することができるが、弱め界磁で進角させる場合の騒音・振動の低減には対応できない。
【００１２】
従来、弱め界磁運転での最高速負荷点において、電流を大幅進角させる時は、トルクリップルは約１００％を超えることがある。この場合、大幅進角させない低速運転時よりトルクリップルが約５、６倍以上悪化する。
【００１３】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、弱め界磁で高速回転するブラシレスモータにおいて、機械強度を保ちながら、低騒音・低振動・大トルクのブラシレスモータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明のブラシレスモータは、
弱め界磁運転を行うブラシレスモータにおいて、永久磁石収容孔を有する略円筒型のロータコアからなる永久磁石埋め込み型ロータであり、前記ロータコアの外周付近から内側へ伸びる複数のスリットを有し、前記スリットの径方向外側端とロータコア外周までの鉄心幅は、スリット径方向内側端と永久磁石収容孔の間の鉄心幅とほぼ等しく、かつ、前記鉄心幅は永久磁石収容孔とロータコア極間部の間の鉄心薄肉部の最小幅の約２倍以上であり、
更に、前記ロータコアの１極あたりの極間側に形成した２つのスリットと軸中心とがなす角度を、前記ロータに対向するステータにおけるティース先端部と軸中心とがなす角度と、略等しくなる構成を具備し、
更に、前記ロータの外周形状は複数の円弧により構成され、磁極中心から極間部に向けて円弧径が小さくなる構成を具備し、
更に、前記ロータに対向している前記ステータは、前記ティース先端部が跳ね上げ構造を具備して、
最高速負荷点でのトルクリップルを低速負荷点でのトルクリップルの１倍から１．５倍としたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記発明において、前記ロータコアは降伏強度３５０Ｎ／ｍｍ２以上の電磁鋼板を積層して構成し、前記電磁鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）、前記永久磁石収容孔と極間部の間の鉄心薄肉部の最小幅をｂ（ｍｍ）、ロータ外径をｒ（ｍｍ）、回転数をＮ（ｒｐｍ）とした時、ｂ≧ｔかつ、ｂ≧ｒ×Ｎ２×１０−１０の条件を満足するブラシレスモータである。
【００１６】
また、本発明は、上述のいずれかの発明のブラシレスモータを搭載する電気機器である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るブラシレスモータは、弱め界磁で高速回転する場合であっても、機械強度を保ちながら、低騒音低振動大トルクを実現することができるため、家電製品などの低振動・低騒音・大トルクが求める用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１におけるブラシレスモータと従来のブラシレスモータの電流進角とトルクリップルの関係を示す図
【図２】本発明の実施例１におけるブラシレスモータのステータとロータを示す図
【図３】本発明の実施例１におけるブラシレスモータのロータを示す図
【図４】本発明の実施例１における永久磁石ブラシレスモータのステータスロット部を拡大して示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明の実施例１におけるブラシレスモータと従来のブラシレスモータの電流進角とトルクリップルの関係を示す図である。図２は、本発明の実施例１におけるブラシレスモータのステータとロータを示す図である。図３は本発明の実施例１におけるブラシレスモータのロータを示す図である。図４は本発明の実施例１におけるブラシレスモータのステータスロット部の拡大図である。
【００２１】
図２、図３に示すように、略円筒形のロータ１０は、内部に、長手方向に永久磁石を埋設してなる永久磁石埋め込み型ロータである。シャフト１３を軸として回転するロータ１０を構成するロータコア１２には、ロータ外周１５付近から内側に伸びる複数のスリット１４が形成されている。スリット１４の径方向外側端とロータ１０のロータ外周１５までの鉄心幅１７ｔは、スリット１４の径方向内側端と永久磁石収容孔１１との間の鉄心幅１６ｔはほぼ等しく、かつ鉄心幅１６ｔ、１７ｔは永久磁石収容孔１１と極間部の間の鉄心薄肉部１８の最小幅の約２倍である。
【００２２】
なお、ロータコア１２は板厚ｔが０．３５ｍｍの電磁鋼板３５Ｈ３００（降伏強度が３５０Ｎ／ｍｍ２以上）を積層して構成され、その外径ｒは４８ｍｍである。また、このロータコア１２有するブラシレスモータの回転数Ｎは１２０００ｒｐｍである。永久磁石収容孔１１と極間部の間の鉄心薄肉部１８の最小幅ｂは、ロータコア１２を構成する電磁鋼板の打ち抜きの可能寸法として、電磁鋼板の板厚ｔより大きくしなければならないため、ｂ≧ｔつまり、ｂ≧０．３５ｍｍとした。更に、後述のとおり、ｂ≧ｒ×Ｎ２×１０−１０の条件を満足することで、ｂ≧０．７ｍｍとした。結果、最小幅ｂを０．７ｍｍとした。
【００２３】
また、図２に示すように、ロータコア１２の１極あたりの極間側の２つのスリットとロータコア１２の軸中心とのなす角度αは、ロータ１０に対向するステータ２０のティース２１の先端と軸中心とのなす角度βに略等しくなるように設定されている。なお、ロータ１０は樹脂でモールドされている。
【００２４】
また、図４に示すように、ティース２１のティース内周２３は円弧部２３ａと直線部２３ｂより構成され、直線部２３ｂは円弧部２３ａを延長した仮想円弧部２３ｃより外周側に形成されている。そのため、ティース先端部２２は跳ね上げの構造となっている。
【００２５】
以上のように、本実施例によれば、ロータコア１２に形成されたスリット１４の径方向外側端とスリット１４の径方向内側端に通る磁束が均等となり、磁束集中などによる鉄損分布悪化で鉄損が増加することがなくなる。また、鉄心の磁束分布も改善され、スリット１４によってロータ１０からステータ２０のティース２１に流れる有効磁束が増え、出力トルクを高めることができ、本実施例におけるブラシレスモータは大トルク・低騒音・低振動を実現できる。
【００２６】
特に弱め界磁で高速回転の場合、図１に示すように、従来のブラシレスモータの構造では、弱め界磁運転での最高速負荷点において、電流を約８０度進角させる時は、トルクリ
ップルは約１３０％を超え、電流を約２０度進角時のトルクリップルが約２０％であるのに対して６倍以上悪化する。
【００２７】
これに対して、本実施例におけるブラシレスモータによれば、電流を約８０度進角させた場合でも、トルクリップルは約３０％であり、電流を約２０度進角時のトルクリップルが約２０％であるのに対して約１．５倍以内である。そのため、高速回転時の騒音・振動が大幅に抑制できることが分かる。このように、本実施例におけるブラシレスモータは、全運転領域での低騒音・低振動運転を実現することができる。
【００２８】
さらに、本実施例におけるブラシレスモータの構成によれば、機械強度を向上することができるため、１００００ｒｐｍ以上においても、十分な機械強度を保ちながら、低騒音低振動大トルクを実現するブラシレスモータを提供することができる。
【００２９】
なお、本実施例におけるブラシレスモータを搭載した電気機器は、高速回転とともに低騒音低振動大トルクのブラシレスモータの特性を利用することができるので、高機能、高性能な製品となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係るブラシレスモータは、弱め界磁で高速回転する場合であっても、機械強度を保ちながら、低騒音低振動大トルクを実現することができるため、家電製品などの低振動・低騒音・大トルクが求める用途に適している。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ロータ
１１  永久磁石収容孔
１２  ロータコア
１３  シャフト
１４  スリット
１５  ロータ外周
１６ｔ  鉄心幅
１７ｔ  鉄心幅
１８  鉄心薄肉部
２０  ステータ
２１  ティース
２２  ティース先端部
２３  ティース内周
２３ａ  円弧部
２３ｂ  直線部
２３ｃ  仮想円弧部                                                            
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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