(57)【要約】      （修正有）【課題】トルク特性の向上及び出力効率の改善を行うことができるブラシレスモータ、及び送風装置を提供する。【解決手段】送風装置のブラシレスモータのステータコア２１は、中心軸を環状に囲むコアバック２１１と、コアバックから径方向外側に延びる複数のティース２１２と、を有する。各々のティースは、ブラシレスモータのロータと径方向に対向して周方向に並ぶ複数の小歯２１３と、周方向に隣り合う小歯間において径方向内側に凹むティース凹部２１５と、を有する。ティース凹部の周方向長さは、ロータのマグネット１２の周方向長さの０．８倍以上且つ１．９倍以下である。或いは、ティース凹部の径方向長さは、マグネットの径方向長さの１．７倍以上且つ５．８倍以下である。【選択図】図３Ａ
2019097349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータを回転駆動するステータと、を備えるアウターロータ型のブラシレスモータであって、
前記ロータは、前記ステータと径方向に対向する複数のマグネットを有し、
複数の前記マグネットは、第１磁極と、前記第１磁極とは磁極が異なる第２磁極と、を有し、
前記第１磁極及び前記第２磁極は、周方向において交互に設けられ、
前記ステータは、複数のコイル部が設けられるステータコアを有し、
前記ステータコアは、前記中心軸を環状に囲むコアバックと、前記コアバックから径方向外側に延びる複数のティースと、を有し、
各々の前記ティースは、
前記ロータと径方向に対向して周方向に並ぶ複数の小歯と、
周方向に隣り合う前記小歯間において径方向内側に凹むティース凹部と、
を有し、
前記ティース凹部の周方向長さは、前記マグネットの周方向長さの０．８倍以上且つ１．９倍以下である、ブラシレスモータ。
【請求項２】
前記ティース凹部の径方向長さは、前記マグネットの径方向長さの１．７倍以上且つ５．８倍以下である、請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
中心軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータを回転駆動するステータと、を備えるアウターロータ型のブラシレスモータであって、
前記ロータは、前記ステータと径方向に対向する複数のマグネットを有し、
複数の前記マグネットは、第１磁極と、前記第１磁極とは磁極が異なる第２磁極と、を有し、
前記第１磁極及び前記第２磁極は、周方向において交互に設けられ、
前記ステータは、複数のコイル部が設けられるステータコアを有し、
前記ステータコアは、前記中心軸を環状に囲むコアバックと、前記コアバックから径方向外側に延びる複数のティースと、を有し、
各々の前記ティースは、
前記ロータと径方向に対向して周方向に並ぶ複数の小歯と、
周方向に隣り合う前記小歯間において径方向内側に凹むティース凹部と、
を有し、
前記ティース凹部の径方向長さは、前記マグネットの径方向長さの１．７倍以上且つ５．８倍以下である、ブラシレスモータ。
【請求項４】
前記ティース凹部の周方向長さは、前記マグネットの周方向長さよりも大きい、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【請求項５】
前記ティース凹部の周方向長さは、周方向に隣り合う前記小歯のうちの周方向一方側に位置する前記小歯の径方向外側且つ周方向他方側における端部と、周方向に隣り合う前記小歯のうちの周方向他方側に位置する前記小歯の径方向外側且つ周方向一方側における端部との間の周方向における長さである、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【請求項６】
前記ティース凹部の径方向長さは、前記マグネットの径方向長さよりも大きい、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【請求項７】
前記ティース凹部の径方向長さは、前記ティースの径方向外側における仮想の周縁部と前記ティース凹部の径方向内側における面との間の最大の間隔である、請求項６に記載のブラシレスモータ。
【請求項８】
前記ティース凹部の径方向長さは、前記ティース凹部の周方向の中心における径方向長さである、請求項６又は請求項７に記載のブラシレスモータ。
【請求項９】
前記マグネットは、最大エネルギー積が３０［ＭＧＯｅ］以上の希土類焼結磁石である、請求項１〜請求項８のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【請求項１０】
小歯開角は、軸方向から見て、同じ前記ティースにおいて、周方向に隣り合う前記小歯のうちの周方向一方側に位置する第１小歯の周方向の中心と前記中心軸とを結ぶ線、及び、周方向に隣り合う前記小歯のうちの周方向他方側に位置する第２小歯の周方向の中心と前記中心軸とを結ぶ線がなす角度であり、
小歯外角は、同じ前記ティースにおいて、軸方向から見て、前記第１小歯の周方向一方側における端部と前記中心軸とを結ぶ線、及び、前記第２小歯の周方向他方側における端部と前記中心軸とを結ぶ線がなす角度であり、
マグネットピッチは、軸方向から見て、前記マグネットの前記第１磁極の周方向の中心と前記中心軸とを結ぶ線、及び、前記第１磁極と周方向に隣り合う前記第２磁極の周方向の中心と前記中心軸とを結ぶ線がなす角度であり、
各々の前記ティースにおいて、前記小歯開角が前記マグネットピッチの２倍よりも大きく、前記小歯外角が前記マグネットピッチの３倍よりも小さい、請求項１〜請求項９のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【請求項１１】
前記マグネットは、前記第１磁極を有する第１マグネットと、前記第２磁極を有する第２マグネットと、を有し、
前記第１マグネット及び前記第２マグネットは、周方向において間隔を有して交互に配列され、
マグネット外角は、軸方向から見て、前記第１マグネットの周方向一方側における端部と前記中心軸とを結ぶ線、及び、周方向他方側において次に配置されている前記第１マグネットの周方向他方側における端部と前記中心軸とを結ぶ線がなす角度であり、
各々の前記ティースにおいて、前記小歯外角が前記マグネット外角よりも大きい、請求項１０に記載のブラシレスモータ。
【請求項１２】
各々の前記ティースは、
前記コアバックから径方向に延び且つ前記コイル部が設けられる基部と、
前記基部の径方向外側における端部に設けられる先端部と、
を有し、
各々の前記ティースにおいて、
各々の前記小歯は、前記先端部に設けられ且つ接続部を介して前記基部に接続され、
軸方向から見て、前記接続部の最小幅は、前記基部の周方向長さの４０％以上である、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のブラシレスモータ。
【請求項１３】
中心軸を中心にして回転可能な羽根と、
前記羽根を回転させる請求項１〜請求項１２のいずれかに記載のブラシレスモータと、を備える送風装置。
【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、及び送風装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、突極の先端に複数の小歯が設けられた所謂バーニア構造のステータコアを有するステッピングモータが知られている。たとえば、特許文献１は、バーニア構造をブラシレスモータに適用し、さらに、コギングトルクを低減するため、小歯の開角を電気角で１４５°〜１６０°としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−６１３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、コギングトルクの低減を優先しているため、ブラシレスモータのトルク特性の向上及び出力効率の改善はあまり重視されておらず、トルク特性の向上及び出力効率を優先して向上させるための設計はなされていない。
【０００５】
本発明は、上記の状況を鑑みて、トルク特性の向上及び出力効率の改善を行うことができるブラシレスモータ、及び送風装置を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の例示的なブラシレスモータは、中心軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータを回転駆動するステータと、を備えるアウターロータ型のブラシレスモータであって、前記ロータは、前記ステータと径方向に対向する複数のマグネットを有し、複数の前記マグネットは、第１磁極と、前記第１磁極とは磁極が異なる第２磁極と、を有し、前記第１磁極及び前記第２磁極は、周方向において交互に設けられ、前記ステータは、複数のコイル部が設けられるステータコアを有し、前記ステータコアは、前記中心軸を環状に囲むコアバックと、前記コアバックから径方向外側に延びる複数のティースと、を有し、各々の前記ティースは、前記ロータと径方向に対向して周方向に並ぶ複数の小歯と、周方向に隣り合う前記小歯間において径方向内側に凹むティース凹部と、を有し、前記ティース凹部の周方向長さは、前記マグネットの周方向長さの０．８倍以上且つ１．９倍以下である。
【０００７】
或いは、本発明の例示的なブラシレスモータは、中心軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータを回転駆動するステータと、を備えるアウターロータ型のブラシレスモータであって、前記ロータは、前記ステータと径方向に対向する複数のマグネットを有し、複数の前記マグネットは、第１磁極と、前記第１磁極とは磁極が異なる第２磁極と、を有し、前記第１磁極及び前記第２磁極は、周方向において交互に設けられ、前記ステータは、複数のコイル部が設けられるステータコアを有し、前記ステータコアは、前記中心軸を環状に囲むコアバックと、前記コアバックから径方向外側に延びる複数のティースと、を有し、各々の前記ティースは、前記ロータと径方向に対向して周方向に並ぶ複数の小歯と、周方向に隣り合う前記小歯間において径方向内側に凹むティース凹部と、を有し、前記ティース凹部の径方向長さは、前記マグネットの径方向長さの１．７倍以上且つ５．８倍以下である。
【０００８】
また、本発明の例示的な送風装置は、中心軸を中心にして回転可能な羽根と、前記羽根を回転させる上記のブラシレスモータと、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の例示的なブラシレスモータ、及び送風装置によれば、ブラシレスモータのトルク特性の向上及び出力効率の改善を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、シーリングファンの構成例を示す斜視図である。
【図２】図２は、モータの構成例を示す断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、マグネット及びステータコアを軸方向から見た図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ステータと対向するマグネットを周方向から見た断面図である。
【図４】図４は、基部の周方向幅に対する接続部の最小幅の比に応じて発生するモータのトルク特性の測定結果を示すグラフである。
【図５】図５は、マグネットに小歯が対向する構造を軸方向から見た図である。
【図６】図６は、マグネットに小歯が対向する構造の拡大図である。
【図７Ａ】図７Ａは、ティース凹部の周方向長さ比に対する正規化トルク特性の変化を示すグラフである。
【図７Ｂ】図７Ｂは、周方向長さ比Ｒｗ≒０．８の場合での径方向長さ比Ｒｒに対するトルク特性Ｋｅの変化を示すグラフである。
【図７Ｃ】図７Ｃは、周方向長さ比Ｒｗ≒１．９の場合での径方向長さ比Ｒｒに対するトルク特性Ｋｅの変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照して本発明の例示的な実施形態を説明する。
【００１２】
まず、本明細書では、シーリングファン１００のモータ１１０の回転軸を中心軸ＣＡと呼び、中心軸ＣＡと平行な方向を「軸方向」と呼ぶ。さらに、ステータコア２１からベアリング３に向かう軸方向一方側の方向を「軸方向上側」と呼び、ベアリング３からステータコア２１に向かう軸方向他方側の方向を「軸方向下側」と呼ぶ。各々の構成要素の表面において、軸方向上側に向く面を「上面」と呼び、軸方向下側に向く面を「下面」と呼ぶ。また、各々の構成要素において、軸方向上側における端部を「上端部」と呼び、軸方向下側における端部を「下端部」と呼ぶ。
【００１３】
また、中心軸ＣＡに直交する直線が延びる方向を「径方向」と呼ぶ。さらに、中心軸ＣＡに向かう径方向一方側の方向を「径方向内側」と呼び、中心軸ＣＡから離れる径方向他方側の方向を「径方向外側」と呼ぶ。各々の構成要素の側面において、径方向内側を向く側面を「内側面」と呼び、径方向外側を向く側面を「外側面」と呼ぶ。また、各々の構成要素において、径方向内側における端部を「内端部」と呼び、径方向外側における端部を「外端部」と呼ぶ。
【００１４】
また、中心軸ＣＡを中心とする回転方向を「周方向」と呼ぶ。各々の構成要素の側面において、周方向を向く側面を「周方向側面」と呼ぶ。
【００１５】
なお、以上に説明した方向及び面の呼称は、実際の機器に組み込まれた場合での位置関係及び方向などを示すものではない。
【００１６】
また、本明細書では、モータ１１０のトルクの特性を示す値としてモータの１１０の逆起電力定数Ｋｅを用いており、逆起電力定数Ｋｅをトルク特性Ｋｅと呼ぶ。
【００１７】
＜１．実施形態＞
＜１−１．シーリングファンの構成＞
図１は、シーリングファン１００の構成例を示す断面図である。シーリングファン１００は、モータ１１０と羽根１２０とを備える送風装置である。羽根１２０は、中心軸ＣＡを中心にして回転可能であり、モータ１１０に取り付けられている。モータ１１０は、羽根１２０を回転させる。なお、羽根１２０の数は、図１では３枚であるが、この例示に限定されず、１枚、又は３以外の複数枚であってもよい。なお、モータ１１０は、本実施形態ではシーリングファン１００が有するアウターロータ型のブラシレスＤＣモータである。
【００１８】
＜１−２．モータの構成＞
次に、モータ１１０の構成を説明する。図２は、モータ１１０の構成例を示す断面図である。なお、図２では、中心軸ＣＡを含む切断面でモータ１１０を切断している。
【００１９】
モータ１１０は、図２に示すように、上下方向に延びる中心軸ＣＡを中心として回転可能なロータ１と、ロータ１を回転駆動するステータ２と、ベアリング３と、を備えている。
【００２０】
ロータ１は、図２に示すように、ロータコア１１と、ステータ２と径方向に対向するマグネット１２と、マグネット１２をロータコア１１に接着する接着部材１３と、ロータコア１１及びベアリング３を収容するハウジング１４と、を有する。ロータコア１１は、上下方向に延びる中心軸ＣＡを環状に囲む部材であり、電磁鋼鈑などが積層された積層鋼板からなる。複数のマグネット１２は、ロータコア１１の内側面に設けられており、該内側面において周方向に配列されている。接着部材１３は、ロータコア１１と各々のマグネット１２との間に設けられ、複数のマグネット１２をロータコア１１に固定する。ハウジング１４は、上側ハウジング部１４ａと、筒状の軸受ホルダ１４ｂと、下側ハウジング部１４ｃと、を有している。上側ハウジング部１４ａは、軸方向下側から見て環状であり、内部にロータコア１１を収容する。軸受ホルダ１４ｂは、上側ハウジング部１４ａの径方向内側における内周縁から軸方向上側に延びている。軸受ホルダ１４ｂの内部には、ベアリング３が設けられており、さらにシャフト２４が挿通されている。下側ハウジング部１４ｃは、上側ハウジング部１４ａの軸方向下側に取り付けられており、上側ハウジング部１４ａの下端部を覆っている。なお、マグネット１２の構成は後に説明する。
【００２１】
ステータ２は、ステータコア２１と、インシュレータ２２と、コイル部２３と、シャフト２４と、を有する。ステータコア２１は、たとえば軸方向に積層された電磁鋼板からなる鉄心部材であり、径方向においてロータ１のマグネット１２と対向している。インシュレータ２２は、たとえば樹脂材料を用いた絶縁部材であり、ステータコア２１の少なくとも一部を覆っている。また、ステータコア２１には、複数のコイル部２３が設けられている。コイル部２３は、インシュレータ２２を介してステータコア２１の後述する基部２１２ａに巻き付けられている導線からなる。シャフト２４は、軸方向に延びる筒状の部材である。シャフト２４には、ステータコア２１が取り付けられている。なお、ステータコア２１の構成は後に説明する。
【００２２】
ベアリング３は、ロータ１のハウジング１４とシャフト２４との間に取り付けられ、シャフト２４に対してロータ１を回転可能に支持している。
【００２３】
＜１−３．マグネット及びステータコア＞
次に、マグネット１２及びステータコア２１について説明する。図３Ａは、マグネット１２及びステータコア２１を軸方向から見た図である。図３Ｂは、ステータ２と対向するマグネット１２を周方向から見た断面図である。なお、図３Ｂは、図３ＡのＡ−Ａ線に沿う断面を示している。
【００２４】
＜１−３−１．マグネットの構成＞
マグネット１２は、図３Ａに示すように、ステータ２のステータコア２１と径方向に対向している。周方向から見て、マグネット１２の軸方向長さＬｍａは、図３Ｂに示すように、ステータコア２１の軸方向長さＬｓａと、マグネット１２の径方向における厚さである径方向長さＬｍｒとの和（Ｌｓａ＋Ｌｍｒ）よりも大きい。こうすれば、ステータコア２１とロータ１との間に流れる磁束のうち、マグネット１２の内側面と外側面とに直接に流れる磁束を抑制できる。これにより、モータ１１０のトルク特性Ｋｅの向上及び効率の改善に寄与することができる。
【００２５】
また、図３Ｂに示すように、マグネット１２の軸方向における中央位置Ｐｍと、ステータコア２１の軸方向における中央位置Ｐｓとは、軸方向において異なっている。こうすれば、ステータ２がロータ１を駆動する際、ロータ１に軸方向の力を与えることができる。これにより、ロータ１の軸方向における振動を抑制し、モータ１１０のトルク特性Ｋｅの向上及び効率の改善を図ることができる。
【００２６】
マグネット１２は、１０個のＳ極と、１０個のＮ極と、を有する。各々のＳ極及び各々のＮ極は、周方向において交互に配列されている。なお、Ｓ極及びＮ極のうちの一方は本発明の「第１磁極」の一例であり、他方は本発明の「第１磁極とは磁極が異なる第２磁極」の一例である。
【００２７】
より具体的には、マグネット１２は、Ｓ極及びＮ極のうちの一方の第１磁極を有する第１マグネット１２１と、Ｓ極及びＮ極のうちの他方の第２磁極を有する第２マグネット１２２と、を有する。第１マグネット１２１及び第２マグネット１２２は、周方向において間隔を有して交互に配列されている。
【００２８】
また、マグネット１２は、たとえばネオジム焼結磁石などの希土類焼結磁石であり、好ましくは最大エネルギー積が３０［ＭＧＯｅ］以上の希土類焼結磁石である。より具体的には、第１マグネット１２１及び第２マグネット１２２がそれぞれ、最大エネルギー積が３０［ＭＧＯｅ］以上の希土類焼結磁石であることが好ましい。本実施形態において、マグネット１２の最大エネルギー積がこの値未満である場合、後述するように小歯２１３及びティース凹部２１５の寸法の大きさを調整しても、モータ１１０のトルク特性Ｋｅは大きく向上しない。そのため、上述のような最大エネルギー積を有する希土類焼結磁石をマグネット１２に用いることにより、逆起電力定数Ｋｅが向上し易くなる。
【００２９】
＜１−３−２．ステータコアの構成＞
ステータコア２１は、図３Ａに示すように、中心軸ＣＡを環状に囲むコアバック２１１と、コアバック２１１から径方向に延びる複数のティース２１２と、を有する。なお、ステータコア２１が有するティース２１２の数は、本実施形態では６個であるが、この例示に限定されず、６以外の複数であってもよい。各々のティース２１２は、基部２１２ａと、先端部２１２ｂと、複数の小歯２１３と、接続部２１４と、ティース凹部２１５と、を有する。
【００３０】
基部２１２ａは、先端部２１２ｂ及びコアバック２１１間に設けられており、コアバック２１１から径方向に延び、インシュレータ２２で覆われている。基部２１２ａには、コイル部２３が設けられており、より具体的には前述のごとく、コイル部２３を構成する導線がインシュレータ２２を介して巻き付けられている。ここで、図３Ａに示すように、基部２１２ａの径方向内側において基部２１２ａとコアバック２１１とがなす角度θｃ１、及び、基部２１２ａの径方向外側において基部２１２ａと後述する小歯２１３を基部２１２ａに接続する接続部２１４とがなす角度θｃ２とは同じである。なお、基部２１２ａには断面が円形の導線が隙間無く巻きつけられている。本実施形態では、角度θｃ１、θｃ２は、たとえば１２０°となっている。こうすれば、ティース２１２の基部２１２ａにコイル部２３が設けられる際、コイル部２３の径方向外側及び径方向内側において導線の巻き付けが折り返される時における導線の乱れを抑制又は防止できるので、効率良く磁束を発生させることができる。
【００３１】
先端部２１２ｂは、基部２１２ａの外端部に設けられている。より具体的には、先端部２１２ｂは、複数の小歯２１３と、接続部２１４と、ティース凹部２１５と、を有している。
【００３２】
複数の小歯２１３は、先端部２１２ｂに複数設けられ、ロータ１と径方向に対向して周方向に並んでいる。各々のティース２１２において、各々の小歯２１３は接続部２１４を介して基部２１２ａに接続されている。なお、各々のティース２１２の先端部２１２ｂに設けられる小歯２１３の数は、本実施形態では２個であるが、この例示に限定されず、３以上の複数であってもよい。また、以下では、同じティース２１２の先端部２１２ｂにおいて、周方向に隣り合う小歯２１３のうち、周方向一方側に位置する小歯２１３を第１小歯２１３ａと呼び、周方向他方側に位置する小歯２１３を第２小歯２１３ｂと呼ぶ。
【００３３】
小歯２１３の軸方向における端部の位置に関して、マグネット１２の上端部の軸方向位置は、図３Ｂでは小歯２１３の上端部よりも軸方向一方側である。また、マグネット１２の下端部の軸方向位置は、図３Ｂでは小歯２１３の下端部よりも軸方向下側である。但し、これらの例示に限定されず、該上端部の軸方向位置は小歯２１３の上端部と同じであってもよいし、該下端部の軸方向位置は小歯２１３の下端部と同じであってもよい。こうすれば、マグネット１２の上端部及び下端部を小歯２１３と径方向に対向させることができる。従って、ステータ２とロータ１との間により多くの磁束を得ることができる。
【００３４】
また、小歯２１３の外側面は、径方向外側を向いており、且つ、マグネット１２と径方向に対向している。小歯２１３の外側面の周方向幅Ｗｒｏに関して、周方向において、基部２１２ａの周方向幅Ｗｒｂは、小歯２１３の外側面の周方向幅Ｗｒｏよりも狭くなっている。また、コアバック２１１の径方向幅Ｗｄは、小歯２１３の外側面の周方向幅Ｗｒｏよりも狭くなっている。こうすれば、基部２１２ａに導線が巻き付ける領域を十分に確保することができるので、トルク特性Ｋｅを向上し、モータ１１０の効率を改善することができる。また、ステータコア２１及びロータ１間に良好な磁気回路を形成することもできる。
【００３５】
各々のティース２１２において、接続部２１４は前述のごとく各々の小歯２１３を基部２１２ａの外端部に接続している。接続部２１４の最小幅Ｗｍは、基部２１２ａの周方向幅Ｗｒｂの４０％以上であることが好ましい。なお、最小幅Ｗｍは、基部２１２ａが延びる方向及び軸方向の両方に垂直な方向における接続部２１４における最小の幅Ｗｍである。こうすれば、基部２１２ａに導線が巻き付ける領域を十分に確保することができるので、図４に示すようにモータ１１０のトルク特性Ｋｅを向上し、モータ１１０の効率を改善することができる。また、磁気回路が飽和することなく、ステータコア２１及びロータ１間に良好な磁気回路を形成することもできる。
【００３６】
次に、ティース凹部２１５は、各々のティース２１２において、周方向に隣り合う小歯２１３間に設けられ、径方向内側に凹んでいる。ティース凹部２１５の寸法の大きさ、特に径方向長さＷｈｒ及び周方向長さＷｈｃは、モータ１１０のトルク特性Ｋｅに影響することが確かめられている。ティース凹部２１５の寸法の大きさとモータ１１０のトルク特性Ｋｅとの相関は、後に説明する。
【００３７】
＜１−３−３．マグネットに対向する小歯の周方向寸法＞
次に、マグネット１２に対向する小歯２１３の周方向寸法について説明する。図５は、マグネット１２に小歯２１３が対向する構造を軸方向から見た図である。なお、図５では、ステータコア２１の構成を見やすくするため、インシュレータ２２及びコイル部２３の図示は省略している。
【００３８】
＜１−３−３−１．マグネットの周方向寸法の定義＞
まず、図５を参照して、マグネット１２のマグネットピッチθｍｐ、及びマグネット外角θｍｏの定義を説明する。
【００３９】
マグネットピッチθｍｐは、軸方向から見て、マグネット１２の第１磁極の周方向の中心と中心軸ＣＡとを結ぶ線、及び、第１磁極と周方向に隣り合う第２磁極の周方向の中心と中心軸ＣＡとを結ぶ線がなす角度θｍｐである。言い換えると、マグネットピッチθｍｐは、軸方向から見て、第１マグネット１２１の周方向の中心と中心軸ＣＡとを結ぶ線、及び、第２マグネット１２２の周方向の中心と中心軸ＣＡとを結ぶ線がなす角度θｍｐである。本実施形態では、１０個の第１マグネット１２１と１０個の第２マグネット１２２とが周方向において交互且つ等間隔に並べられている。そのため、マグネットピッチθｍｐの機械角は１８°となっている。また、マグネットピッチθｍｐの電気角は１８０°となる。
【００４０】
マグネット外角θｍｏは、軸方向から見て、第１マグネット１２１の周方向一方側における端部と中心軸ＣＡとを結ぶ線、及び、周方向他方側において次に配置されている第１マグネット１２１の周方向他方側における端部と中心軸ＣＡとを結ぶ線がなす角度θｍｏである。本実施形態では、マグネット外角θｍｏの機械角はたとえば５０．３°である。また、この場合、マグネット外角θｍｏの電気角は５０３°となる。
【００４１】
＜１−３−３−２．小歯の周方向寸法の定義＞
次に、同じく図５を参照して、小歯２１３の小歯開角θｔｐ、及び小歯外角θｔｏの定義を説明する。
【００４２】
小歯開角θｔｐは、同じティース２１２において、軸方向から見て、第１小歯２１３ａの周方向の中心と中心軸ＣＡとを結ぶ線、及び、第２小歯２１３ｂの周方向の中心と中心軸ＣＡとを結ぶ線がなす角度θｔｐである。本実施形態では、小歯開角θｔｐの機械角はたとえば３７．３°である。また、この場合、小歯開角θｔｐの電気角は３７３°となる。
【００４３】
小歯外角θｔｏは、同じティース２１２において、軸方向から見て、第１小歯２１３ａの周方向一方側における端部と中心軸ＣＡとを結ぶ線、及び、第２小歯２１３ｂの周方向他方側における端部と中心軸ＣＡとを結ぶ線がなす角度θｔｏである。本実施形態では、小歯外角θｔｏの機械角はたとえば５３．４°である。この場合、小歯外角θｔｏの電気角は５３４°となる。
【００４４】
＜１−３−３−３．マグネットに対向する小歯の周方向寸法＞
小歯開角θｔｐは、図５に示すように、各々のティース２１２において、マグネットピッチθｍｐの２倍よりも大きくなっている。こうすれば、第１磁極と対向する小歯２１３を確保できるので、より適した磁気回路をステータコア２１及びロータ１間に形成できる。従って、ブラシレスモータ１１０のトルク特性Ｋｅの向上及び出力効率の改善を行うことができる。
【００４５】
また、小歯外角θｔｏは、各々のティース２１２において、マグネットピッチθｍｐの３倍よりも小さくなっている。その理由は、周方向において、各々のティース２１２が有する複数の小歯２１３に突き合わせることができる磁極のピッチは、マグネットピッチθｍｐの３倍が最大となり、これを越えると各々のティース２１２の基部２１２ａに設けられたコイル部２３と交差しない無効磁束が増加するためである。従って、小歯外角θｔｏがマグネットピッチθｍｐの３倍を越えないようにすることによって、無効磁束の増加を防止でき、ステータコア２１及びロータ１間に良好な磁気回路を形成できる。
【００４６】
各々のティース２１２において、小歯外角θｔｏがマグネット外角θｍｏよりも大きくなっている。こうすれば、トルクを発生させるティース２１２が有する複数の小歯２１３において、３個の磁極と突き合わせられる面積を最大値に近づけることができる。従って、ステータコア２１及びロータ１間により良好な磁気回路を形成できる。
【００４７】
＜１−３−４．ティース凹部の寸法＞
次に、ティース凹部２１５の寸法について説明する。特に、マグネット１２に対するティース凹部２１５の寸法比とモータ１１０のトルク特性Ｋｅとの相関を説明する。図６は、マグネット１２に小歯２１３が対向する構造の拡大図である。図７Ａ〜図７Ｂは、マグネット１２に対するティース凹部２１５の寸法比に応じたモータ１１０のトルク特性Ｋｅの変化を示している。具体的には、図７Ａは、ティース凹部２１５の周方向長さ比Ｒｗに対するトルク特性Ｋｅの変化を示すグラフである。図７Ｂは、周方向長さ比Ｒｗ≒０．８の場合でのティース凹部２１５の径方向長さ比Ｒｒに対するトルク特性Ｋｅの変化を示すグラフである。図７Ｃは、周方向長さ比Ｒｗ≒１．９の場合での径方向長さ比Ｒｒに対するトルク特性Ｋｅの変化を示すグラフである。
【００４８】
なお、周方向長さ比Ｒｗは、マグネット１２の周方向長さＬｍｃに対するティース凹部２１５の周方向長さＷｈｃの比である。径方向長さ比Ｒｒは、マグネット１２の厚さである径方向長さＬｍｒに対するティース凹部２１５の径方向長さＷｈｒの比である。
【００４９】
図６は、たとえば図３Ａの破線で囲まれた部分に対応している。また、図７Ａ〜図７Ｃでは、トルク特性Ｋｅの変化を示す値として、正規化トルク特性ＮＫｅを用いている。本実施形態では、Ｋｅ＝３００［ｍＶ・ｓ／ｒａｄ］でトルク特性Ｋｅ（つまりモータ１１０の逆起電力定数）を正規化した値を正規化トルク特性ＮＫｅとしている。図７Ａは、所定の径方向長さ比Ｒｒ（＝５．０）における正規化トルク特性ＮＫｅを示している。図７Ｂは、図７ＡにてＮＫｅ≧１となる複数のプロットの周方向長さ比Ｒｗ（≒０．８〜１．９）のうち、周方向長さ比Ｒｗを最小値０．８に固定した場合での径方向長さ比Ｒｒに対する正規化トルク特性ＮＫｅを示している。図７Ｃは、図７ＡにてＮＫｅ≧１となる複数のプロットの周方向長さ比Ｒｗ（≒０．８〜１．９）のうち、周方向長さ比Ｒｗを最大値１．９に固定した場合での径方向長さ比Ｒｒに対する正規化トルク特性ＮＫｅを示している。
【００５０】
＜１−３−４−１．ティース凹部の周方向長さ＞
ティース凹部２１５の周方向長さＷｈｃは、たとえば図６に示すように軸方向から見て、ティース凹部２１５を形成する隣り合う小歯２１３において、周方向一方側における内側面から周方向他方側における内側面までの周方向における距離である。周方向長さＷｈｃは、本実施形態では、ティース凹部２１５の外端部においてティース２１２の外周縁に沿う仮想の周縁部２１２ｃ（図６の破線参照）に沿う周方向の距離を採用している。より具体的には、ティース凹部２１５の周方向長さＷｈｃは、周方向に隣り合う小歯２１３のうちの周方向一方側に位置する小歯２１３ｂの径方向外側且つ周方向他方側における端部と、周方向に隣り合う小歯２１３ａのうちの周方向他方側に位置する小歯２１３の径方向外側且つ周方向一方側における端部との間の周方向における長さとしている。このように規定した周方向長さＷｈｃに基づく周方向長さ比Ｒｗを後述の範囲内にすることにより、トルク特性Ｋｅに寄与しない磁束のループの発生をより効果的に抑制できる。これは、周方向に隣り合う第１磁極及び第２磁極のうちの一方から他方に流れる磁束のループは、モータ１１０のトルク特性Ｋｅには寄与せず、小歯２１３の径方向外側且つ周方向における端部を経由して発生し易いためである。
【００５１】
図７Ａによれば、前述のように、周方向長さ比Ｒｗが０．８〜１．９のプロットにおいて、正規化トルク特性ＮＫｅが１．００以上となっている。従って、ティース凹部２１５の周方向長さＷｈｃは、マグネット１２の周方向長さＬｍｃの０．８倍以上且つ１．９倍以下であることが好ましい。図７Ａに示すように、ティース凹部２１５の周方向長さＷｈｃがマグネット１２の周方向長さＬｍｃに対して小さ過ぎても大き過ぎても、モータ１１０のトルク特性Ｋｅが低下する。そのため、ティース凹部２１５の周方向長さＷｈｃを上述の範囲とすることにより、所望のトルク特性Ｋｅを得ることができる。
【００５２】
また、ティース凹部２１５の周方向長さＷｈｃは、マグネット１２の周方向長さＬｈｃよりも大きいことがさらに好ましい。このようにすれば、トルク特性Ｋｅに寄与しない磁束のループの発生を抑制できる。これは、周方向において交互に設けられる第１磁極と第２磁極との間において、両者のうちの一方から小歯２１３を経由して他方に流れる磁束の発生を抑制できるためである。従って、モータ１１０のトルク特性Ｋｅを向上し、その出力効率を向上することができる。
【００５３】
＜１−３−４−２．ティース凹部の径方向長さ＞
ティース凹部２１５の径方向長さＷｈｒは、たとえば図６に示すように軸方向から見て、ティース凹部２１５の外端部においてティース２１２の外周縁に沿う仮想の周縁部２１２ｃ（図６の破線参照）からティース凹部２１５の底部である内端部までの径方向における距離である。より具体的には、径方向長さＷｈｒは、本実施形態では、ティース２１２の径方向外側における仮想の周縁部２１２ｃとティース凹部２１５の径方向内側における面との間の最大の間隔であり、且つ、ティース凹部２１５の周方向の中心における径方向長さである。但し、この例示に限定されず、径方向長さＷｈｒは、上記の２つの条件のうちの一方を満たす長さであってもよい。すなわち、径方向長さＷｈｒは、仮想の周縁部２１２ｃとティース凹部２１５の径方向内側における面との間の最大の間隔であるが、ティース凹部２１５の周方向の中心における径方向長さでなくてもよい。或いは、径方向長さＷｈｒは、ティース凹部２１５の周方向の中心における径方向長さであるが、仮想の周縁部２１２ｃとティース凹部２１５の径方向内側における面との間の最大の間隔でなくてもよい。
【００５４】
図７Ａによれば、前述の如く、周方向長さ比Ｒｗが０．８〜１．９のプロットにおいて、正規化トルク特性ＮＫｅが１．００以上となっている。また、図７Ｂによれば、周方向長さ比Ｒｗ≒０．８の場合、径方向長さ比Ｒｒが１．７以上のプロットにおいて、正規化トルク特性ＮＫｅが１．００以上となっている。また、図７Ｃによれば、周方向長さ比Ｒｗ≒１．９の場合、径方向長さ比Ｒｒが５．８以下のプロットにおいて、正規化トルク特性ＮＫｅが１．００以上となっている。従って、ティース凹部２１５の径方向長さＷｈｒは、マグネット１２の径方向長さＬｈｒの１．７倍以上且つ５．８倍以下であることが好ましい。図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、ティース凹部２１５の径方向長さＷｈｒがマグネット１２の径方向長さＬｈｒに対して小さ過ぎても大き過ぎても、モータ１１０のトルク特性Ｋｅが低下する。そのため、ティース凹部２１５の径方向長さＷｈｒを上述の範囲とすることにより、トルク特性Ｋｅの過度な低下を抑制できる。
【００５５】
また、ティース凹部２１５の径方向長さＷｈｒは、マグネット１２の径方向長さＬｍｒよりも大きいことがさらに好ましい。このようにすれば、マグネット１２とティース凹部２１５の径方向内側における面との間の磁気抵抗が低くなり過ぎないようにすることができる。そのため、周方向に隣り合う第１磁極と第２磁極との間において、両者のうちの一方からティース凹部２１５の径方向内側における面と小歯２１３とを経由して他方に流れる磁束が発生し難くなる。従って、トルク特性Ｋｅに寄与しない磁束のループの発生の抑制に寄与できる。
【００５６】
＜２．その他＞
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されない。本発明は、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾を生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。
【００５７】
たとえば、上述の実施形態では、モータ１１０は、本実施形態ではシーリングファン１００が有するシャフト固定型且つアウターロータ型のブラシレスＤＣモータである。但し、これらの例示には限定されず、モータ１１０は、シーリングファン１００以外の装置に備えられていてもよいし、シャフト回転型であってもよいし、インナーロータ型であってもよい。なお、モータ１１０がインナーロータ型である場合、モータ１１０の構成要素の径方向における位置が逆になることがある。たとえば、モータ１１０がインナーロータ型である場合、複数のティース２１２はコアバック２１１から径方向内側に延びる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、たとえば、ティースの先端部に複数の小歯が設けられたステータコアを有するモータに有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１００・・・シーリングファン、１１０・・・モータ、１２０・・・羽根、１・・・ロータ、１１・・・ロータコア、１２・・・マグネット、１２１・・・第１マグネット、１２２・・・第２マグネット、１３・・・接着部材、１４・・・ハウジング、１４ａ・・・上側ハウジング、１４ｂ・・・軸受ホルダ、１４ｃ・・・下側ハウジング、２・・・ステータ、２１・・・ステータコア、２１１・・・コアバック、２１２・・・ティース、２１２ａ・・・基部、２１２ｂ・・・先端部、２１２ｃ・・・ティースの仮想の周縁部、２１３・・・小歯、２１３ａ・・・第１小歯、２１３ｂ・・・第２小歯、２１４・・・接続部、２１５・・・ティース凹部、２２・・・インシュレータ、２３・・・コイル部、２４・・・シャフト、３・・・ベアリング、ＣＡ・・・中心軸、Ｋｅ・・・トルク特性、Ｐｍ・・・マグネットの軸方向における中央位置、Ｐｓ・・・ステータコアの軸方向における中央位置、θｔｐ・・・小歯開角、θｔｏ・・・小歯外角、θｍｐ・・・マグネットピッチ、θｍｏ・・・マグネット外角、θｃ１、θｃ２・・・角度、Ｌｍａ・・・マグネットの軸方向長さ、Ｌｍｒ・・・マグネットの径方向長さ、Ｌｍｃ・・・マグネットの周方向長さ、Ｌｓａ・・・ステータコアの軸方向長さ、Ｗｍ・・・接続部の最小幅、Ｗｄ・・・コアバックの径方向幅、Ｗｒｂ・・・基部の周方向幅、Ｗｒｏ・・・小歯の周方向幅、Ｗｈｒ・・・ティース凹部の径方向幅、Ｗｈｃ・・・ティース凹部の周方向長さ、Ｒｒ・・・径方向長さ比、Ｒｗ・・・周方向長さ比
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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