(57)【要約】【課題】大トルクかつ低コギング、省スペースを実現できるブラシレスモータを提供することを目的とする。【解決手段】マグネット内装型ロータ１１は、外周近傍に設けた薄肉部１２でロータ極間が連続的につながり、ロータヨーク１３内に極性の異なるマグネット１４を交互に２０個備えている。回転軸１５はロータヨーク１３と圧入によって固定されている。ステータ２１は、磁極ティース２２ごとに集中巻装した巻線２３を１８個備えている。マグネット内装型ロータ１１とステータ２１とは周方向に僅かなギャップを有して対向しており、軸受を備えたブラケットをステータ２１の両端部に配設してマグネット内装型ロータ１１の回転軸１５を回転自在に支承する（図示せず）。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ極間は円周近傍に設けた薄肉部で連続的につながり、ロータヨーク内に極性の異なるマグネットを交互に備えたマグネット内装型ロータと、磁極ティースごとに集中巻装した巻線を備えたステータとを備え、前記マグネット内装型ロータの磁気特性によりロータ極間の薄肉部で積極的に磁気飽和させることを特徴としたマグネット内装型ブラシレスモータ。
【請求項２】
磁気特性が磁化力２０００Ａ／ｍで磁束密度１．５Ｔ以上、磁化力９０００Ａ／ｍで磁束密度１．８Ｔ以下を満足するロータヨークを用いた請求項１に記載のマグネット内装型ブラシレスモータ。
【請求項３】
磁気特性が残留磁束密度１．０Ｔ以上を満足するマグネットを用いた請求項１または請求項２に記載のマグネット内装型ブラシレスモータ。
【請求項４】
マグネット内装型ロータは、形状が概ね台形の溝部に直方体のマグネットを埋め込んだ請求項１に記載のマグネット内装型ブラシレスモータ。
【請求項５】
ロータ極間の薄肉部のうち、隣り合う台形の溝部間が平行である請求項４に記載のマグネット内装型ブラシレスモータ。
【請求項６】
ロータ極数を２０、磁極ティース数を１８に設定し、１８個の磁極ティースのうち連続する３個を１相１組として３相を順次配列し、奇数番目と偶数番目の巻方向を逆巻装する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のマグネット内装型ブラシレスモータ。
【請求項７】
請求項６に記載のマグネット内装型ブラシレスモータをダイレクト駆動して荷室を昇降するエレベータ。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のマグネット内装型ブラシレスモータをダイレクト駆動してドアを開閉するエレベータ。
【請求項９】
マグネット内装型ブラシレスモータの出力軸をドアの開閉方向と直交するように配置した請求項８に記載のエレベータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周対向のマグネット内装型ブラシレスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業用機器の駆動源にはメンテナンスの面からブラシレスモータが主流になっており、省スペース化と高性能化が求められている。
【０００３】
ブラシレスモータは、用途によって低速回転用途と高速回転用途に大きく分かれ、低速回転用途として駆動源に減速機構を用いずモータの出力で直接駆動するダイレクト駆動（例えば、エレベータの昇降用やドア開閉用など）があり、省スペース化と低速域で大トルクが求められている。
【０００４】
ダイレクト駆動用ブラシレスモータには、ロータ表面にマグネットを装着したマグネット外装型モータが用いられ、ステータの磁極ティース数とロータ極数を多く設定することで大トルクかつ低トルクリップルを実現している。
【０００５】
例えば、エレベータのかご（以下荷室という）をダイレクト駆動するモータには、起動時に大きなトルクが必要となるため、ステータのティース数とロータの磁極数の最適化が提案されており、磁極ティースの個数ｎを１８×（１＋Ｚ）、マグネット磁極の個数ｍを１６×（１＋Ｚ）、（但しＺは１以上の整数）にそれぞれ設定することで、トルクリップルの低減および巻線係数の向上を図っている（例えば、特開２０００−２０１４６２号公報参照）。
【０００６】
また、ドア開閉用の駆動源には、減速機付モータが用いられ、減速機でモータの回転速度を減速して大トルクを得るようにしており、この駆動源をドア内部に設置している。
【０００７】
一方、高速回転用途の代表として機器のスピンドルを駆動するブラシレスモータには、低速域では大トルク、起動後は高速域まで広範囲に使用され、高速域でのマグネット飛散を防止するため、ロータヨークにマグネットを埋め込んだマグネット内装型モータが提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記ブラシレスモータには、以下のような問題点があった。
【０００９】
ダイレクト駆動用のマグネット外装型ブラシレスモータには、低振動を実現するため低トルクリップルおよび低コギング化が望まれているが、滑らかな動作を必要とするエレベータの駆動源にコギングトルクの大きなモータを用いると、コギングトルクに起因する振動が荷室に伝わり、快適性が損なわれるという問題があった。そこで、マグネット断面形状をカマボコ状に偏肉させて低コギングトルク化を図る手法がとられるが、マグネット外形の加工が複雑となり高価なものになるという問題があった。
【００１０】
一方、ロータヨーク内にマグネットを埋め込んだマグネット内装型モータは、高速域においてマグネット飛散防止には有効であるが、大トルクを得るために磁束密度の大きなネオジ−鉄系焼結マグネットを用いると、コギングトルクが大きくなり磁気振動として問題となった。
【００１１】
本発明は前記従来の問題を解決するもので、搭載する機器の省スペース化および振動抑制に貢献するもので、大トルクかつ低コギング、省スペースを実現できる安価なブラシレスモータを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために本発明のマグネット内装型ブラシレスモータは、ロータ極間は円周近傍に設けた薄肉部で連続的につながり、ロータヨーク内に極性の異なるマグネットを交互に備えたマグネット内装型ロータと、磁極ティースごとに集中巻装した巻線を備えたステータとを備え、前記マグネット内装型ロータの磁気特性によりロータ極間の薄肉部で積極的に磁気飽和させることを特徴としたもので、磁気特性が磁化力２０００Ａ／ｍで磁束密度１．５Ｔ以上、磁化力９０００Ａ／ｍで磁束密度１．８Ｔ以下を満足するロータヨークに形状が概ね台形の溝部を設けて、磁気特性が磁束密度で１．０Ｔ以上を満足する直方体のマグネットを埋め込んだものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
前記の課題を解決するため請求項１に記載のマグネット内装型ブラシレスモータは、ロータ極間は円周近傍に設けた薄肉部で連続的につながり、ロータヨーク内に極性の異なるマグネットを交互に備えたマグネット内装型ロータと、磁極ティースごとに集中巻装した巻線を備えたステータとを備え、前記マグネット内装型ロータの磁気特性によりロータ極間の薄肉部で積極的に磁気飽和させることを特徴としたもので、ロータ極間で積極的に磁気飽和させることができ、主磁束を磁極ティースに導き大トルクを実現できる。
【００１４】
また、請求項２に記載のマグネット内装型ブラシレスモータは、請求項１のロータヨークを数値で示したもので、磁気特性が磁化力２０００Ａ／ｍで磁束密度１．５Ｔ以上、磁化力９０００Ａ／ｍで磁束密度１．８Ｔ以下を満足するロータヨークを用いたので、薄肉部での磁気飽和が容易となる。
【００１５】
また、請求項３に記載のマグネット内装型ブラシレスモータは、請求項１または請求項２に用いるマグネットを数値で示したもので、磁気特性が磁束密度で１．０Ｔ以上を満足するマグネットを用いることで、薄肉部での磁気飽和が容易となる。
【００１６】
また、請求項４、請求項５に記載のマグネット内装型ブラシレスモータは、形状が概ね台形の溝部に直方体のマグネットを埋め込み、互いに隣り合う溝部間を平行にしたもので、もれ磁束を抑制でき主磁束を磁極ティースに効率よく導くことができる。また、マグネット形状を直方体にすることで外形加工が容易となり安価に入手できる。
【００１７】
また、請求項６は、請求項１から請求項５に記載のマグネット内装型ブラシレスモータにおいて、ロータ極数を２０、磁極ティース数を１８に設定し、１８個の磁極ティースのうち連続する３個を１相１組として３相を順次配列し、奇数番目と偶数番目の巻方向を逆巻装するので、大トルクで低トルクリップルかつ低コギングを実現できる。
【００１８】
また、請求項７は、請求項６に記載のマグネット内装型ブラシレスモータをダイレクト駆動して荷室を昇降するエレベータであり、ロータ極数と磁極ティース数の好ましい設定により滑らかなダイレクト駆動を実現できる。
【００１９】
さらに、請求項８、請求項９は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のマグネット内装型ブラシレスモータを採用することで、機器のダイレクト駆動源として利用でき、薄型化が容易でありドア内に設置できるため開閉装置の設置スペースを小さくできる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について、図を参照して説明する。
【００２１】
本実施例は磁極ティース数が１８、磁極数が２０のマグネット内装型ブラシレスモータである。図１（ａ）において、１１はマグネット内装型ロータで、外周近傍に設けた薄肉部１２でロータ極間が連続的につながり、ロータヨーク１３内に極性の異なるマグネット１４を交互に２０個備えている。回転軸１５はロータヨーク１３と圧入によって固定されている。２１はステータで、磁極ティース２２ごとに集中巻装した巻線２３を１８個備えている。
【００２２】
マグネット内装型ロータ１１とステータ２１とは周方向に僅かなギャップを有して対向しており、軸受を備えたブラケットをステータ２１の両端部に配設してマグネット内装型ロータ１１の回転軸１５を回転自在に支承する（図示せず）。
【００２３】
ステータ２１は、磁極ティース２２のうち連続する３個を１相１組として３相を順次配列し、奇数番目と偶数番目の巻方向を逆巻装しており、Ｕ，Ｖ，Ｗ上のバーは巻線の巻装方向が逆であることを表わしている（図２（ａ）参照）。磁極ティース２２に巻線２３を巻装後、１８０°離れた同相（３個で１相１組）を並列に接続し、３相をＹ結線する（図２（ｂ）参照）。
【００２４】
そして、図示しない磁極検出センサーの磁極検出信号に基づき順次通電することで回転を維持できる。
【００２５】
このようにロータ１１の磁極数を２０、ステータ２１の磁極ティース数を１８に設定することで、コギングの発生次数を１８０と大きくでき、コギングトルクを小さくできる。
【００２６】
ところで、ロータヨーク１３には、磁化力２０００Ａ／ｍで磁束密度１．５Ｔ以上、磁化力９０００Ａ／ｍで磁束密度１．８Ｔ以下を満足する電気鉄板を選定する。図３は電気鉄板の磁気特性を比較したもので、縦軸に磁束密度（Ｔ）、横軸に磁化力（Ａ／ｍ）を示しており、本願発明に好適な電気鉄板と一般的な電気鉄板を同じ磁化力の線上で比較すると、一般的な電気鉄板に比べて小さな磁束密度で磁気飽和することが分かる。
【００２７】
このロータヨーク１３は、電気鉄板をプレス抜きしたコアを積層したもので、円形の外周近傍に設けた薄肉部１２でロータ極間は連続的につながり、概ね台形の溝部１３ａを等間隔に備えている。また、隣り合う台形の溝部間が平行になるように配置する（台形の長辺が外周側、短辺が内側）。この台形の溝部１３ａに後述する直方体のマグネット１４を溝部１３ａに装着すると両サイドに三角柱の空間ができる。この空間によって磁束が隣の磁極にもれるのを防止でき、溝部１３ａの台形の長辺側を磁極ティース２２側に配置することによって主磁束を効率良く磁極ティース２２に導くことができる（図１（ｂ）参照）。
【００２８】
通常、薄肉部１２の寸法を電気鉄板の板厚と同等以下に寸法規制することで磁気飽和させるに対して、本願発明では前記の磁気特性を満足する材料を採用することで、薄肉部１２の寸法を板厚と同等以上に設定しても磁気飽和させることができる。これにより、薄肉部１２における機械強度が増加するので、マグネット１４に作用する遠心力でロータヨーク１３の薄肉部１２が変形することもなく、マグネット内装型ロータ１１は高速域まで使用可能となる。
【００２９】
このように、薄肉部寸法を通常より大きく設定しても磁気飽和させることができ、プレス加工時や回転中においても薄肉部１２に歪みや変形が発生しにくく、金型設計における薄肉形成の規制条件を緩和できるので、金型およびステータヨークを容易に作ることができる。
【００３０】
一方、マグネット１４には、磁束密度で１．０Ｔ以上を満足するネオジ−鉄系焼結マグネットを用い、着磁後に溝部１３ａ埋め込み固着する。マグネット１４の形状は、溝部１３ａの台形の短辺と高さにほぼ等しく、長さはロータヨークの積厚にほぼ等しく設定した直方体のため、焼結後の外形研削加工が容易となりマグネットを安価に入手できる。
【００３１】
マグネット内装型ブラシレスモータのロータヨークおよびマグネットの磁気特歪性と形状を上述したように設定することで、ロータ極間の薄肉部で積極的に磁気飽和させ、主磁束を磁極ティースに導き、大トルクかつ低コギングを達成できる。したがって、エレベータの荷室の昇降用やドア開閉装置などのダイレクト駆動源として利用できる。
【００３２】
なお、磁極数を多く設定すると一般的にモータ外径は大きくなるが、同じ出力を得る場合には、ロータヨークの積層寸法を薄型化できる。このため直方体のマグネット長さが短いためロータヨーク溝部の隙間を小さくしても容易にマグネットを装着でき、マグネットの磁束を有効に活用できる。また、ステータヨーク内径が大きくなるため、巻線の巻装作業が容易になり高密度の巻線が可能になる。
【００３３】
また、モータの薄型化によりモータ出力軸をドアの開閉方向と直交するように配置すれば、ダイレクト駆動と併せてドア開閉装置の薄型化が可能となり、省スペース化が実現できる。
【００３４】
前記の実施例は一例であり、ロータのマグネット極数を２０、ステータの磁極ティース数を１８に限定するものではない。また、アウターロータ型ブラシレスにおいても同様に実施できる。
【００３５】
また、要求されたモータの外径寸法や要望特性によって各極数を決定するが、コギングトルクを小さくするには最小公倍数が大きくなるように極数を８以上あるいは磁極ティース数を９以上から選定する。また、大トルクで低トルクリップルを実現するため磁極ティース数を大きく設定するが、同相をバランスよく配列（機械角で１８０°方向が同相）することで、ロータには常に接線方向の力が作用するので電磁作用による振動を抑制できる。
【００３６】
【発明の効果】
前記の実施例から明らかなように、請求項１から請求項３に記載の発明によれば、ロータ極間で積極的に磁気飽和させ、主磁束を磁極ティースに導き大トルクを実現できる。
【００３７】
また、請求項４および請求項５に記載の発明によれば、もれ磁束を抑制でき主磁束を磁極ティースに効率よく導くことができる。また、マグネット形状を直方体にすることで外形加工が容易となり安価に入手できる。
【００３８】
また、請求項６に記載の発明によれば、ロータ極数を２０、磁極ティース数を１８に設定し、１８個の磁極ティースのうち連続する３個を１相１組として３相を順次配列し、奇数番目と偶数番目の巻方向を逆巻装するので、大トルクかつ低コギングを実現できる。
【００３９】
また、請求項７に記載の発明によれば、ロータ極数と磁極ティース数の好ましい設定により滑らかなダイレクト駆動を実現できる。
【００４０】
さらに、請求項８および請求項９に記載の発明によれば、機器のダイレクト駆動源として利用でき、薄型化が容易でありドア内に設置できるため開閉装置の設置スペースを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施例における断面図
（ｂ）本発明の一実施例における要部拡大図
【図２】（ａ）本発明の一実施例における巻線の配置図
（ｂ）本発明の一実施例における巻線の結線図
【図３】本発明のロータヨークに用いる電気鉄板の磁気特性の説明図
【符号の説明】
１１　マグネット内装型ロータ
１２　薄肉部
１３　ロータヨーク
１３ａ　溝部
１４　マグネット
２１　ステータ
２２　磁極ティース
２３　巻線
【図１】
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【図２】
2004072836.tif 000004
【図３】
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