(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ鉄心の外周縁部に複数の永久磁石を周方向に列設するとともにロータ鉄心の中央の貫通孔内にロータ軸を圧入固定して成るロータと、ロータの外周を囲むとともにロータ駆動用の磁界を発生させるステータとを具備するブラシレスモータであって、ロータ鉄心の軸心と直交する断面において、各永久磁石の内周縁の周方向中央点を通る接線を描き、上記接線を描いた永久磁石とこれに隣接する他の永久磁石との間を通過するようにロータ鉄心の軸心から伸びる直線を描き、上記接線と上記直線とが交差する点を中心に上記永久磁石の周方向中央点を通る円弧を描くとき、上記永久磁石について描かれる各円弧の外側であり且つロータ鉄心の内部となる領域内の各永久磁石の内側で１対１に対応する位置に、慣性モーメント抑制用の空孔を形成し、上記領域のうち円周方向に列設される複数の空孔を除いた部分を、ロータ軸とロータ鉄心とを固定させるための固定枠部分としたことを特徴とするブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ鉄心の外周面上に複数の永久磁石を配置して成るインナーロータ型のブラシレスモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から図６に示すような、ロータ鉄心３の外周縁部に複数の永久磁石４を周方向に列設して成るロータ１と、このロータ１の外周を囲むとともにロータ１を回転駆動させるための磁界を発生させるステータ２とを具備して成る、インナーロータ型のブラシレスモータが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記ブラシレスモータにあっては、ロータ１が大径になると慣性モーメントが増大してしまい、応答性の低下等を招いてしまう。この慣性モーメントの増大を防ぐためにはロータ鉄心３に空孔を設けることが考えられるのだが、ロータ鉄心３は磁気回路の一部を形成するものであるから、単に空孔を設けるだけでは慣性モーメントが低下する一方で磁界の強さも低下し、モータ特性が低下してしまうといった問題点があった。
【特許文献１】特開２００５−１７６４５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、モータ特性に影響を与えることなくロータの慣性モーメントを低減させることのできるブラシレスモータを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明を、ロータ鉄心３の外周縁部に複数の永久磁石４を周方向に列設するとともにロータ鉄心３の中央の貫通孔内にロータ軸５を圧入固定して成るロータ１と、ロータ１の外周を囲むとともにロータ１駆動用の磁界を発生させるステータ２とを具備するブラシレスモータであって、ロータ鉄心３の軸心Ｏと直交する断面において、各永久磁石４の内周縁の周方向中央点Ｂを通る接線Ｔを描き、上記接線Ｔを描いた永久磁石４とこれに隣接する他の永久磁石４との間を通過するようにロータ鉄心３の軸心Ｏから伸びる直線Ｌを描き、上記接線Ｔと上記直線Ｌの交点Ｃを中心に上記永久磁石４の周方向中央点Ｂを通る円弧（又は円）Ａを描くとき、上記各永久磁石４について描かれる各円弧Ａの外側であり且つロータ鉄心３の内部となる領域Ｓ内の各永久磁石４の内側で１対１に対応する位置に、慣性モーメント抑制用の空孔１０を形成し、上記領域Ｓのうち円周方向に列設される複数の空孔１０を除いた部分を、ロータ軸５とロータ鉄心３とを固定させるための固定枠部分１１としたものとする。                                                                  
【０００６】
本発明のブラシレスモータにあっては、上記の如くして描かれる領域Ｓ内がロータ鉄心３内部における磁束密度の非常に疎となる部分であり、したがってヨークとしての機能を殆ど果たすことがない部分である点に着目し、この領域Ｓ内に慣性モーメント抑制用の空孔１０を形成してある。これにより、モータ特性に影響を与えることなくロータ１の慣性モーメントを低減させ、応答性の向上等を図ることが可能である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明にあっては、モータ特性に影響を与えることなくロータの慣性モーメントを低減させることができるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１〜図３には、本発明の実施形態における一例のブラシレスモータを示している。本例のブラシレスモータは図６に示す従来のものと同様の基本構成を具備するインナーロータ型のブラシレスモータであって、磁性材料を用いてロータ鉄心３を円筒状（断面円環状）に形成してあるとともに、該ロータ鉄心３の中央の貫通孔内に、円柱状を成すロータ軸５を圧入固定してある。ロータ鉄心３の断面円形状を成す外周面には、この外周面と沿う曲率で湾曲させてある瓦型の永久磁石４を複数個（本例では４個）接着させることで、外周面の略全体を覆ってある。
てある。この永久磁石４は、ロータ鉄心３の周方向に等間隔（僅かの隙間）を隔てて円周上に列設されており、周方向に隣接する永久磁石４同士が互いに異極となるように設けている。
【０００９】
上記ロータ鉄心３、永久磁石４、及びロータ軸５から成るロータ１は、ロータ軸５の軸方向両端部を支持する一対の軸受け６を介して、略円筒状を成すケース７内にてロータ軸５の軸心Ｏ廻りに回動自在に収納されている。ケース７の内周面には、所定間隔を介してロータ１の外周を囲むステータ２が装着されている。上記ステータ２は、磁性材料を用いて上記ロータ１を囲む円筒形状に主体部を形成してあるとともに、その主体部の内周面からは複数個（本例では６個）の磁極歯部８を突設させ、周方向に隣接する磁極歯部８間には両者を周方向において等間隔だけ隔てる溝部９を形成してある。各磁極歯部８にはコイル（図示せず）が巻回させてあり、隣接する各溝部９を該コイルの収納位置としている。このコイルへの通電を適宜制御することで、ロータ１を軸廻りに回転駆動させるための磁界をステータ２に発生させるものである。
【００１０】
本発明の特徴部分である空孔１０の構成について、以下に詳述する。上記空孔１０は両端の貫通した円筒形状を成すロータ鉄心３内部に設けてある空洞部分であって、円周方向に列設してある各永久磁石４の内側に１対１に対応して都合４箇所形成することで、ロータ鉄心３全体の慣性モーメントを低減させる役割を果たしている。
【００１１】
上記空孔１０の形成箇所は、ロータ鉄心３の軸心Ｏと直交する断面において、図１に斜線で示す領域Ｓ内となるように設ける。この領域Ｓを導出するには、外側に凸の断面扇形状を成すとともにその内周縁をロータ鉄心３の外周縁に接着させてある各永久磁石４において、まずその永久磁石４の内周縁（本例にあってはロータ鉄心３の外周縁と一致）の周方向中央点Ｂを通る接線Ｔを描く。なお図１にあっては、右上の永久磁石４に対して接線Ｔを描いてある。
【００１２】
次に、上記接線Ｔを描いた永久磁石４と、これに隣接する他の（図１では右下の）永久磁石４との間に設けてある隙間の中央を通過するように、ロータ鉄心３の軸心Ｏから伸びる直線Ｌを描く。そして、上記接線Ｔと上記直線Ｌの交点Ｃを中心として、上記接線Ｔを描いた永久磁石４の内周縁の周方向中央点Ｂを通る円弧Ａを描く。この円弧Ａは、中心となる交点Ｃから周方向中央点Ｂまでの距離を半径Ｒとするものである。
【００１３】
上記円弧Ａを、複数列設される各永久磁石４とこれに隣接する他の永久磁石４との間でそれぞれ描いていったとき、これら各円弧Ａの外側であり且つロータ鉄心３の内部となる領域が、上記空孔１０を形成するための領域Ｓとなる。
【００１４】
なお本例にあっては、軸心Ｏと直交する断面においてロータ鉄心３の外周縁が円形状であるとともに、永久磁石４の内周縁が該ロータ鉄心３の外周縁にぴたりと沿う円弧形状であるから、隣接する一対の永久磁石４において、互いの周方向中央点Ｂを中心として他方へと向けて描いた円弧Ａは一致する。したがって、隣接する一対の永久磁石４の互いの周方向中央点Ｂを通る接線Ｔの交点Ｃを中心とし、両側の周方向中央点Ｂを通る円弧Ａを各組み合わせの永久磁石４について描いていったとき、都合４つ描かれる上記円弧Ａに囲まれるロータ鉄心３内部の領域が、上記領域Ｓとなるものである。
【００１５】
そして、上記領域Ｓ内の略全体を占めるように空孔１０を形成すれば、磁界の強さに殆ど影響を及ぼすことなく効果的にロータ鉄心３の慣性モーメントを低減させることができ、その理由は下記の通りである。
【００１６】
図４（ａ）には、ロータ鉄心３に上記空孔１０を設けていない場合（即ち図６に示す従来の場合）に生じる磁束密度分布を示しており、図４（ｂ）にはロータ鉄心３に上記空孔１０を設けた場合に生じる磁束密度分布を示している。また図中の細線は磁束線であり、これら磁束密度分布や磁束線は電磁界解析により求めたものである。磁束密度は、青であれば疎の状態を示し、緑、黄、赤色に近づくにつれて磁束密度は密となる。また磁束線間の隙間が広ければ磁束密度は疎であり、磁束密度が集中していれば磁束密度は密である。
【００１７】
図４から分かるように、永久磁石４の周方向半部（例えば図中右上の永久磁石４の左半部）から発生した磁束線は、この周方向半部と近い側に隣接する他の永久磁石４の、近い側の周方向半部（図中左上の永久磁石４の右半部）へと向けて円弧を描くようにロータ鉄心３内を通る。そしてこれら円弧状の磁力線の外側では、磁束密度は非常に疎の状態となっている。ロータ鉄心３内部において磁束密度が非常に疎である部分は、ヨークとしての効果を殆ど発揮することがないので、本発明にあってはこの点に着目して、上記領域Ｓ内の略全体を占めるように空孔１０を形成したものである。なお領域Ｓを形成するために描いた半径Ｒの上記円弧Ａは、永久磁石４の周方向中央を始点として隣接する他の永久磁石４の周方向中央を終点とする磁力線を近似したものである。
【００１８】
図５には、上記空孔１０を形成しない場合（即ち図６や図４（ａ）に示す従来の場合）の発生トルクを「◇」印で示し、上記空孔１０を領域Ｓ内の大部分を占める程度に形成した場合（即ち図１〜図３や図４（ｂ）に示す本例の場合）の発生トルクを「＊」印で示しているが、このグラフ図での比較からも明らかなように、上記空孔１０の存在の有無はブラシレスモータのモータ特性に殆ど影響することがない。一方でロータ鉄心３の慣性モーメントは、上記空孔１０の存在により確実に低減されるのである。
【００１９】
なお、理論上では上記領域Ｓ内の全部を空孔１０とすれば慣性モーメントを最も低減させることは勿論であるが、実際の量産性を考慮すれば、図示のようにロータ軸５とロータ鉄心３とを固定させるための固定枠部分１１を領域Ｓ内に設け、領域Ｓ内の上記固定枠部分１１を除く部分を上記空孔１０とすることが好適である。
【００２０】
また本例にあっては上記の如くロータ鉄心３の断面円形状を成す外表面に永久磁石４を接着させることで複数の永久磁石４をロータ鉄心３の外周縁部に列設してあるが、これに限定される訳ではなく、例えば永久磁石４をロータ鉄心３に埋設することで該ロータ鉄心３の外周縁部に列設させてあっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態における一例のブラシレスモータの説明図である。
【図２】同上のブラシレスモータの外観を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）側面図である。
【図３】同上のブラシレスモータの内部構造を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。
【図４】ブラシレスモータ内に生じる電磁界を解析し、磁束密度の疎密をカラーで表現した図であり、（ａ）は空孔を備えない場合、（ｂ）は空孔を備える場合を示している。
【図５】ブラシレスモータの発生トルクを、空孔の有無で対比させたグラフ図である。
【図６】従来のブラシレスモータの説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ロータ
２  ステータ
３  ロータ鉄心
４  永久磁石
１０  空孔
Ａ  円弧
Ｂ  周方向中央点
Ｃ  交点
Ｌ  直線
Ｏ  軸心
Ｓ  領域
Ｔ  接線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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