JP2000253608A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フレミングトルクのピークとリラクタンスト
ルクのピークとのズレを無くし、総合的なトルクの向上
を図ることができるブラシレスモータを提供する。 【解決手段】 第一の永久磁石３とスリット１ａとを含
んだ回転子１と、回転子１の外周部に配置され、上記回
転子１に駆動力を供給するためのティース８にステータ
巻線７が巻回された固定子６とを有する。回転子１は、
高透磁率の材料からなり、該回転子１の回転中心と外周
面とを結ぶ直線をｑ軸とし、上記回転中心を通り上記ｑ
軸に電気的に直交する直線をｄ軸としたときに、該回転
子１における上記ｑ軸上の磁気抵抗とｄ軸上の磁気抵抗
とが異なるように設定されると共に、該回転子１の外周
面のｑ軸とｄ軸とで囲まれた領域に第一の永久磁石３の
センターが配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石をロータ
内部に埋め込むことで、マグネットトルクであるフレミ
ングトルクに加えてリラクタンストルクをも利用するブ
ラシレスモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題が社会的話題となり省エ
ネルギー化が重要な関心となっている。特にモータ分野
において省エネルギーの観点から小型・高効率・高出力
のモータが切望されている。そのような状況の中、モー
タ構造に関して従来とは異なる構造のモータ（ブラシレ
スモータ）が登場してきている。

【０００３】このようなモータとして、例えばＳＰＭ
（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅ
ｔ）モータが挙げられる。

【０００４】上記ＳＰＭモータは、例えば図１４に示す
ように、積層鋼板で形成された回転子１２１と、この回
転子１２１の外周部表面に配置された永久磁石１２２
と、回転中の永久磁石１２２の飛散防止用に該永久磁石
１２２の外周部表面に配置された非磁性のＳＵＳ管１２
３と、ＳＵＳ管１２３の外周面に近接するように配置さ
れた固定子１２５とで構成されている。

【０００５】上記構成のＳＰＭモータでは、上記永久磁
石１２２の磁界と固定子１２５に設けられたコイル１２
６に流れる電流とによるフレミング法則に従ったフレミ
ングトルクを利用して、この駆動力が回転子１２１の中
心軸である回転軸１２４から外部に伝達されるようにな
っている。

【０００６】また、他のモータとして、シンクロナスリ
ラクタンスモータが挙げられる。このシンクロナスリラ
クタンスモータは、積層鋼板で構成された回転子と、該
回転子に駆動力を伝達するための固定子とからなる。上
記回転子内部に中央部が回転軸に凸状となるような複数
のスリットが設けられている。

【０００７】上記構成のシンクロナスリラクタンスモー
タは、回転子外周点と中心点とを結ぶ領域での磁気抵抗
差により発生するリラクタンストルクを利用したモータ
である。

【０００８】したがって、上記シンクロナスリラクタン
スモータは、磁石を使用しないため磁石磁束による鉄損
が発生しないことと、固定子コイルに誘起電圧が発生し
ないことから高効率で高速回転に適している。

【０００９】ところで、上述したＳＰＭモータは、量産
性の点で優れているが、効率化の点で改良の余地があ
る。そこで、永久磁石を回転子内部に埋め込んで、フレ
ミングトルクに加えてリラクタンストルクを利用するＩ
ＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇ
ｎｅｔ）モータが提案されている。

【００１０】上記ＩＰＭモータは、例えば図１５に示す
ように、高透磁率材の鉄芯或いは積層珪素鋼板で構成さ
れている回転子１３１の内部に、永久磁石１３２を埋め
込み、この回転子１３１の外周面に近接するように固定
子１３５を配置した構成となっている。なお、図１５で
は、ＩＰＭモータの半分の構成を示しており、残りの半
分の構成については省略している。

【００１１】上記の構成のＩＰＭモータは、４極モータ
であって、４個（図では２個）の永久磁石１３２が円周
方向に沿ってＮとＳ極が交互になるように回転子１３１
表面に配設されている。

【００１２】このような構成にすることにより、永久磁
石１３２の中心と回転子１３１中心を結ぶ方向であるｄ
軸方向のインダクタンスＬｄと、ｄ軸に対して電気角で
９０°回転した方向であるｑ軸方向のインダクタンスＬ
ｑとの間に差が生じ、永久磁石１３２によるフレミング
トルクに加えてリラクタンストルクも発生するようにな
る。

【００１３】これらの関係について、参考文献（リラク
タンストルクを利用した回転機（松井信行 他、Ｔ．Ｅ
Ｅ Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１４−Ｄ，Ｎｏ．９，’９
４））によれば、以下の（１）式となる。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで、Ｐｎ：極対数 ψａ：鎖交磁束 Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス ｉｄ：ｄ軸電流 ｉｑ：ｑ軸電流 とする。

【００１６】ところで、図１４に示すＳＰＭモータで
は、永久磁石１２２の透磁率が空気の透磁率と略等しい
ため、上記（１）式の両インダクタンスＬｄ，Ｌｑは略
等しい値となり、上記（１）式における第２項で示され
るリラクタンストルクは発生しない。

【００１７】ところが、図１５に示すＩＰＭモータで
は、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄは永久磁石１３２の
磁束が発生する方向であり、ｄ軸方向の磁束の流れは透
磁率が空気とほぼ同じ永久磁石１３２を通るため磁気抵
抗が大きくなるので、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄは
小さくなる。一方、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑは回
転子の鉄芯部を通過するため、磁気抵抗が小さくなり、
ｑ軸方向のインダクタンスＬｑは大きくなる。このた
め、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄとｑ軸方向のインダ
クタンスＬｑとの間で差が生じ、ｄ軸電流ｉｄを流すこ
とにより上記（１）式の第２項のリラクタンストルクが
発生する。

【００１８】この関係を磁束ベクトルの観点からみる
と、フレミングトルクＴｍは磁束ψａに電気的に直角な
方向の電流ｉｑを掛け合わせることで発生し、同様にリ
ラクタンストルクＴｒはインダクタンスと電流とにより
発生する磁束Ｌｄ・ｉｄ，Ｌｑ・ｉｑに各々電気的に直
角な電流ｉｄ，ｉｑを掛け合わせることで発生する。こ
れら２つのトルクを足し合せたのが総合トルクＴｔとな
る。

【００１９】ところで、この総合トルクＴｔは、入力す
る電流位相により変化する。上記の（１）式に対してこ
のことを考慮した式が、以下の（２）式である。

【００２０】

【数２】

【００２１】ここで、Ｐｎ：極対数 ψａ：鎖交磁束 Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス ｉｄ：ｄ軸電流 ｉｑ：ｑ軸電流 β：電流位相 ｉａ：電流ベクトルの大きさ とする。

【００２２】図１６は、電流位相βを変化させた場合の
フレミングトルクＴｍとリラクタンストルクＴｒ及び両
者を足し合わせた総合トルクＴｔとの関係を示すグラフ
である。

【００２３】図１６に示すグラフから、フレミングトル
クＴｍは、電流位相９０°で最大値を示し、電流位相を
すすめてゆくと小さくなり１８０°で０となっているこ
とが分かる。そして、リラクタンストルクＴｒが電流位
相１３５°で最大値を示していることから、両者を足し
合せた総合トルクＴｔは、それぞれのトルク比により変
わるが、電流位相が１１５°付近に最大値が存在してい
ることが分かる。

【００２４】従って、リラクタンストルクＴｒを有効に
利用するＩＰＭモータは、フレミングトルクＴｍのみを
利用するＳＰＭモータよりも、同一電流において高トル
クの出力が可能となることが分かる。

【００２５】しかしながら、さらなる高効率化を考えた
場合、電流位相を変えることにより総合トルクＴｔを向
上させることが可能であるが、それぞれのトルク単独で
みた場合必ずしも最大値ではない。即ち、図１６に示す
グラフでは、総合トルクＴｔが最大となる電流位相のポ
イントにおいて、フレミングトルクＴｍのピークとリラ
クタンストルクＴｒのピークとが重なっていない。

【００２６】そこで、この点を考慮した技術が特開平９
−２３５９８号公報、特開平７−１４３６９４号公報に
開示されている。

【００２７】例えば、特開平９−２３５９８号公報に
は、回転子円筒部表面近傍に回転子鉄芯に比べ磁束透磁
率が小さい第一の永久磁石を配置することにより、ｄ軸
インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑの差が同
じでもｄ軸インダクタンスＬｄを小さくすることにより
磁束と電流の直交性が良くなりモータの効率向上を図る
点、および回転子の回転方向の逆側部分に空隙、切り欠
き、あるいは磁石に対して大きい磁石挿入穴のうち少な
くとも１つを設けることにより負のトルクを低減してモ
ータの効率向上を図る点が開示されている。

【００２８】また、特開平７−１４３６９４号公報に
は、ＩＰＭモータではないが磁束と電流の直交性に着目
し、回転子外周に配置した複数個の永久磁石の間に透磁
率の高い材料からなる突起状の突極を備えた回転機で、
該磁石の位置を突起状の突極に対して４５°以上９０°
未満の角度だけ回転方向にずらすことによりフレミング
トルクとリラクタンストルクのピークを一致させる技術
が開示されている。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したシ
ンクロナスリラクタンスモータは、磁石を使用しないた
め磁石磁束により鉄損が発生しないことと、固定子コイ
ルに誘起電圧が発生しないことから高効率で高速回転に
適している反面、通常の永久磁石を使用したモータと比
較すると、発生トルクが小さく低速での効率が悪いとい
う問題を有している。

【００３０】また、上記の各公報においても、次のよう
な問題点を有している。

【００３１】特開平９−２３５９８号公報では、回転子
の回転方向の逆側部分に空隙、切り欠きあるいは磁石に
対して大きい磁石挿入穴のうち少なくとも１つを設ける
ことにより、負のトルクを発生させる部分で磁石の磁束
を低減させ、トータルとして正のトルクを発生させるの
に寄与する磁束を増大させ、正のトルクを増大させてい
るが、フレミングトルクのピークとリラクタンストルク
のピークとのズレは解決されていない。

【００３２】また、モータ構造により電流と磁束の直交
性を改善することが開示されているが、ｄ軸インダクタ
ンスＬｄ＝０においても各々のトルクピークのズレが生
じている。また、Ｌｄ＝０となる具体的な構造が明示さ
れていない。

【００３３】特開平７−１４３６９４号公報では、ロー
タの突起状の突極位置と磁石配置によりフレミングトル
クとリラクタンストルクのピークズレをなくすことが開
示されている。しかしながら、ロータ構造が突起状の突
極を有している場合は有効であるが、突起状の突極を有
していない他のロータ構造については磁石位置が限定さ
れない。

【００３４】また、上記特開平７−１４３６９４号公報
のモータ構造では、磁石の保持について明記されていな
い。

【００３５】通常、磁石を回転子の表面に配置する場
合、飛散防止のため透磁率の低いＳＵＳ管を用いる。こ
の飛散防止のＳＵＳ管等によりロータ、ステータ間のエ
アギャップが広がりモータ性能の劣化の一因となってい
る。さらに、モータの回転数が上昇するにしたがってＳ
ＵＳ管部分で発生する鉄損（渦電流損）が大きくなり効
率ダウンとなる。

【００３６】本発明は、上記の各問題点を解決するため
になされたもので、その目的は、フレミングトルクのピ
ークとリラクタンストルクのピークとのズレを無くし、
総合的なトルクの向上を図ることができるブラシレスモ
ータを提供することにある。

【００３７】

【課題を解決するための手段】請求項１のブラシレスモ
ータは、上記の課題を解決するために、回転子と、上記
回転子の外周面に近接して配置され、上記回転子に駆動
力を供給するための固定子鉄心に捲線が巻回された固定
子とを有し、上記回転子は、該回転子の回転軸と外周面
とを結ぶ直線を第１軸とし、上記回転軸を通り上記第１
軸に電気的に直交する直線を第２軸としたときに、該回
転子における上記第１軸が通過する第１領域の磁気抵抗
と第２軸が通過する第２領域の磁気抵抗とが異なるよう
に形成されると共に、上記第１軸と第２軸とで囲まれた
鋭角側の該回転子の外周面近傍に永久磁石センターが配
置されていることを特徴としている。

【００３８】上記の構成によれば、回転子における第１
軸を基準軸（ｑ軸）とし、第２軸をｑ軸に直交するｄ軸
とした場合、それぞれの軸が通る回転子の領域（第１領
域および第２領域）における磁気抵抗が異なっているの
で、磁気抵抗に関連するｑ軸方向のインダクタンスとｄ
軸方向のインダクタンスとの大きさが異なることにな
る。

【００３９】これにより、回転子に配置された永久磁石
によるフレミングトルクに加えて、リラクタンストルク
が発生するようになり、総合トルクはフレミングトルク
とリラクタンストルクとを加えたものになる。

【００４０】また、上記の永久磁石は、回転子の外周面
の第１軸と第２軸とで囲まれた領域に配置されている。
つまり、永久磁石は、第１軸を基準とした場合、電気角
で０°〜９０°の範囲に配置されることになる。

【００４１】そして、電気角で０°〜９０°の範囲に永
久磁石センターを配置することで、該永久磁石に起因す
るフレミングトルクのピーク位置と、磁気抵抗の差に起
因するリラクタンストルクのピーク位置とのズレを小さ
くすることができ、この結果、総合トルクを向上させる
ことができる。

【００４２】つまり、上記永久磁石を、上記の電気角の
範囲内で、且つ永久磁石センターを電気角で４５°付近
に配置することにより、フレミングトルクのピーク位置
とリラクタンストルクのピーク位置とをほぼ一致させる
ことができるので、総合トルクを大幅に向上させること
ができる。

【００４３】請求項２のブラシレスモータは、上記の課
題を解決するために、請求項１の構成に加えて、回転子
には、該回転子の回転軸に平行で、且つ中央部近傍が該
回転軸に向かって略凸状で、両端部が該回転子の表面近
傍にまで延びた形状の空隙部が上記回転軸の周りに複数
個形成され、上記空隙部は、上記第１領域に含まれず、
且つ第２領域に含まれることを特徴としている。

【００４４】上記の構成によれば、請求項１の作用に加
えて、空隙部の透磁率は、空気と同じ透磁率と考えて良
く、この結果、空隙部を通る第２軸の磁気抵抗が空隙部
を通らない第１軸の磁気抵抗よりも大きくなる。このよ
うに、回転子内部に空隙部を設けるだけで、簡単に磁気
抵抗の差を生じさせることができる。

【００４５】しかも、空隙部の中央部が回転子の回転軸
側に凸状で、且つ該空隙部の両端部が回転子の表面近傍
まで延びていることにより、第１軸のインダクタンスと
第２軸のインダクタンスとの差をさらに大きくすること
ができるので、リラクタンストルクを大きくすることが
できる。

【００４６】請求項３のブラシレスモータは、上記の課
題を解決するために、請求項２の構成に加えて、空隙部
に永久磁石がはめ込まれていることを特徴としている。

【００４７】上記の構成によれば、請求項２の作用に加
えて、空隙部に永久磁石がはめ込まれていることによ
り、回転子内部に永久磁石が配置されることになる。こ
れにより、回転子における等価磁石表面積が大きくな
り、フレミングトルクを増大させることができ、この結
果、総合トルクの増大が図れる。

【００４８】請求項４のブラシレスモータは、上記の課
題を解決するために、請求項１ないし３の何れかの構成
に加えて、回転子の外周面近傍の永久磁石は、表面が上
記固定子の固定子鉄心に巻回された捲線側面に対向する
ように配置されていることを特徴としている。

【００４９】上記の構成によれば、請求項１ないし３の
何れかの作用に加えて、回転子の外周面近傍の永久磁石
は、表面が上記固定子の固定子鉄心に巻回された捲線側
面に対向するように配置されていることで、磁石磁束
を、所望の領域に集中させることにより、フレミングト
ルクとリラクタンストルクのピークを略一致させること
が可能となる。

【００５０】したがって、等価エアギャップの低減、漏
れ磁束の低減が図れるので、高トルク・高効率化が図れ
るブラシレスモータを提供することができる。

【００５１】

【発明の実施の形態】本発明の各実施の形態について、
以下に説明する。なお、各実施の形態では、ブラシレス
モータとして、４極のＤＣブラシレスモータについて説
明する。また、説明の便宜上、モータの全体構造を図示
せずに、半分の構造のみを図示している。

【００５２】〔実施の形態１〕本実施の形態に係るＤＣ
ブラシレスモータは、図１に示すように、円筒形状の回
転子１と、この回転子１の外周面に近接して配置され、
該回転子１に駆動力を供給する固定子６とで構成されて
いる。

【００５３】上記回転子１は、高透磁率材の薄板積層体
を円形に打ち抜いて円筒状に形成されたものであり、回
転子１の回転軸４の軸方向に延設された空隙部であるス
リット１ａが該回転軸４の周囲に複数個形成されると共
に、該回転子１の外周面の所定の位置に切り欠き部１ｂ
が上記スリット１ａに対応して形成されている。

【００５４】上記切り欠き部１ｂには、第一の永久磁石
３がはめ込まれている。この第一の永久磁石３は、本実
施の形態では４個配置されており、１個当たりの第一の
永久磁石３の極性は図１に示すように着磁され、９０°
対では極性が反転するように配置されている。図１で
は、隣接する第一の永久磁石３同士の極性が反転してい
る。

【００５５】上記構成の回転子１の回転力は、該回転子
１の中心に設けられた回転軸４により外部に伝達され
る。

【００５６】上記回転子１の内部に形成されたスリット
１ａは、断面略円弧状に形成されており、中央が回転子
１の回転軸４に向かって凸状に形成されると共に、各々
の両端部１ａ’・１ａ’は回転子１の外周面に近接する
位置まで延びた形状となっている。このスリット１ａ
は、内部に空気が入り込むようになるので、回転子１の
他の部分に比べて低透磁率となっている。すなわち、ス
リット１ａは、回転子１の他の部分よりも磁気抵抗が高
くなっている。

【００５７】上記回転子１の外周面に形成された切り欠
き部１ｂは、該回転子１の回転中心と外周面とを結ぶ直
線（第１軸）５を基準軸（ｑ軸）とし、上記回転中心を
通り上記ｑ軸に電気的に直交する直線（第２軸）９をｄ
軸としたとき、このｑ軸とｄ軸との鋭角側の範囲（電気
角で０°〜９０°）内に形成されている。このとき、切
り欠き部１ｂのセンターは、電気角で４５°（機械角で
２２．５°）付近を通るようになっている。すなわち、
切り欠き部１ｂにはめ込まれる第一の永久磁石３のセン
ター（永久磁石センター）も電気角４５°付近を通るよ
うになっている。

【００５８】つまり、切り欠き部１ｂは、ｑ軸を基準
に、切り欠き部１ｂのセンターが電気角で４５°付近で
はめ込まれる第一の永久磁石３の外周部が一部露出して
配置されるように形成されている。

【００５９】上記ｑ軸は、回転子１におけるスリット１
ａを通らず透磁率の変化のない領域（第１領域）を通る
ように設定されると共に、上記ｄ軸は、回転子１におけ
るスリット１ａのセンターを通る領域、すなわち透磁率
が変化する領域（第２領域）を通るように設定される。

【００６０】ここで、基準軸について、図２を参照しな
がら以下に説明する。なお、図２において、ａ点は回転
子１外周部でｑ軸との交点、ｂ点は同様にｄ軸との交
点、Ｏ点は回転軸４の中心点を示している。

【００６１】この時、回転子１外周部と該回転子１中心
との間の磁気抵抗を考えると、以下のようになる。

【００６２】ａ−Ｏ間は高透磁率材の薄板積層体からな
る回転子１と回転軸４とで構成されており、磁気抵抗は
小さくなる。一方、ｂ−Ｏ間は高透磁率材の薄板積層体
からなる回転子１と、上記の回転子１に比べて透磁率が
低いスリット１ａの空気層とで構成されており、磁気抵
抗は大きくなる。

【００６３】この回転子１外周部と該回転子１中心との
間の磁気抵抗を回転子１全周に適用すると、磁気抵抗が
最小となるのはａ−Ｏ間となる。この磁気抵抗の一番小
さな点を含む軸を基準軸とする。但し、正確にはａ点近
傍の磁気抵抗は同等であるが、形状の対称性を考慮し磁
石間の中心に位置するａ点を含む軸を基準軸とする。ま
た、基準軸であるｑ軸から電気角で９０°位相を回転さ
せた軸をｄ軸とする。

【００６４】本実施の形態では、以上のように基準軸、
ｑ軸、ｄ軸を定義する。なお、本実施の形態では、ｄ軸
は、ｑ軸に対して機械角で４５°（電気角９０°）位相
を回転させたものとして図示している。

【００６５】続いて、上記回転子１に駆動力を供給する
ための固定子６について説明する。

【００６６】固定子６は、所定本数の固定子鉄心である
ティース８を備え、各ティース８間には捲線であるステ
ータ巻線７が巻回されている構成となっている。このス
テータ巻線７の巻回状態については省略する。そして、
このステータ巻線７に交流電流が与えられることで回転
磁束が発生し、この発生した回転磁束により回転子１に
フレミングトルクとリラクタンストルクとが作用し、回
転子１は回転駆動される。この回転力は、回転軸４によ
って外部に伝達される。

【００６７】以上のように構成したＤＣブラシレスモー
タの効果について原理的な説明を行う。

【００６８】まず、図１に示すように、第一の永久磁石
３のセンターを基準軸であるｑ軸から電気角で０°から
４５°までの間に配置させることにより磁石磁束分布の
センターも０°から移動してゆく。この磁束の移動量を
磁束シフト量θ（ｄｅｇ）とすると、従来技術の欄で示
した（２）式から、次の（３）式が導かれる。

【００６９】

【数３】

【００７０】一方、θ＝０（従来方式）では、電流位相
βが以下の（４）（５）式の時、トルクは最大トルク値
Ｔｍａｘを示す。

【００７１】

【数４】

【００７２】

【数５】

【００７３】さらに、磁束シフト量θ（ｄｅｇ）を適当
に変化させた時の、最大トルク値Ｔｍａｘとそのトルク
値を実現する最適な電流位相βとの関係を示したのが図
３に示すグラフである。

【００７４】ここで、磁束シフト量とは、磁石配置によ
り変化する磁束の移動量を示している。また、最大トル
ク値とは、フレミングトルクとリラクタンストルクの合
成の最大値を示している。そして、電流位相とは、固定
子コイルに通電するタイミングを示している。なお、こ
のタイミングによりトルク差が生じる。

【００７５】このグラフより、磁束シフト量θ（ｄｅ
ｇ）が電気角で４５°（機械角で２２．５°）に近くな
るほど最大トルク値Ｔｍａｘは大きくなることがわか
る。

【００７６】次に、磁石磁束分布のピーク値について、
参考文献（フェライト磁石回転機の設計（大川光吉、Ｔ
ＤＫ））のパーミアンス係数を用いて説明する。

【００７７】まず、パーミアンス係数Ｐは、磁石の動作
点を決定するもので以下の（６）式で表される。

【００７８】

【数６】

【００７９】ここで、Ｌｍ：磁石厚み Ａｇ：エアギャップ断面積 ｋｆ：起磁力損失係数 Ｌｇ：エアギャップ長 Ａｍ：磁石断面積 ｋｒ：漏れ係数 とする。

【００８０】上記（６）式において、基本的なモータパ
ラメータ（エアギャップ長Ｌｇ、エアギャップ断面積Ａ
ｇ、起磁力損失係数ｋｆ、漏れ係数ｋｒ）が同じであれ
ば、パーミアンス係数Ｐは磁石厚みＬｍに比例し磁石断
面積Ａｍに反比例する。このパーミアンス係数Ｐが大き
いほど、高い磁石動作点となり使用磁石の高い磁束密度
を得ることができる。

【００８１】従って、望ましい形態として、配置する第
一の永久磁石３の周方向長さを短く設定することにより
同一磁石体積であれば磁石厚みを厚くすることができ、
一層パーミアンス係数Ｐを大きくすることができる。

【００８２】以上のように、回転子１のスリット１ａ・
１ａ間の中心と回転子１中心を結んだ線であるｑ軸を基
準に、第一の永久磁石３を、そのセンターが電気角で４
５°付近になるように、且つ外周面近傍に配置させるこ
とにより、リラクタンストルクＴｒとフレミングトルク
Ｔｍのピーク位置のズレを解消し、最適な電流位相にお
いて高トルク・高効率化を実現できる。しかも、パーミ
アンス係数Ｐを大きくすることができるので、磁石能力
を有効に活用でき、一層の高トルク化を実現できる。

【００８３】上述したように、第一の永久磁石３を外周
表面で固定子６に対面する配置構成にすることで、磁石
磁束を、所望の領域に集中させることにより、フレミン
グトルクとリラクタンストルクのピークを略一致させる
ことが可能となると共に、等価エアギャップの低減、漏
れ磁束低減等、高トルク・高効率化を図ることが可能と
なる。

【００８４】上記第一の永久磁石３の表面配置と該磁石
保持方法について図４ないし図６に基づき詳述する。

【００８５】例えば図４に示すように、第一の永久磁石
８３を、表面が固定子６のティース８に巻回されたステ
ータ巻線７側に対向するように配置する場合、図１に示
すＤＣブラシレスモータと同じように、切り欠き部８１
ｂの中心と回転子８１中心を結んだ線を基準に、該第一
の永久磁石８３のセンターが電気角で４５°（機械角２
２．５°）付近で外周表面に露出するように配置し、且
つ該第一の永久磁石８３の両端部８３ａ，８３ｂは楔状
の形状をなすように形成する方法が考えられる。

【００８６】この場合、上記第一の永久磁石８３に対応
する回転子８１の切り欠き部８１ｂも該第一の永久磁石
８３両端部８３ａ，８３ｂの楔状の形状と逆の楔状の形
状をなしており、該第一の永久磁石８３を回転子８１の
上面から回転軸に沿って挿入可能にし、該回転子８１の
回転時の第一の永久磁石８３の飛散防止を可能にしてい
る。

【００８７】また、図５に示すように、望ましくは第一
の永久磁石９３の両端部９３ａ，９３ｂを段形状にして
もよい。これに対応する回転子９１の切り欠き部９１ｂ
の形状も該第一の永久磁石９３両端部９３ａ，９３ｂと
対応するような段形状をなしており、該第一の永久磁石
９３を回転子９１の上面から中心軸に沿って挿入可能に
し、回転子９１の回転時の第一の永久磁石９３の飛散防
止を可能にしている。

【００８８】さらに、図６に示すように、望ましくは第
一の永久磁石１０３の両端部１０３ａ，１０３ｂはスト
レートであるが、該第一の永久磁石１０３上部に非磁性
材料１０９を、それに対応する回転子１０１の外周面の
切り欠き部１０１ｂに圧入することにより、該第一の永
久磁石１０３を回転子１０１の上面から中心軸に沿って
挿入可能にし、回転子１０１の回転時の第一の永久磁石
１０３の飛散防止を可能にしている。

【００８９】本実施の形態では、回転子１に形成された
スリット１ａには空気以外は挿入されていない状態での
ＤＣブラシレスモータについて説明したが、以下の実施
の形態２では、上記スリット１ａに永久磁石を挿入した
例について説明する。

【００９０】〔実施の形態２〕本実施の形態に係るＤＣ
ブラシレスモータは、図７に示すように、前記実施の形
態１で説明した図１に示すＤＣブラシレスモータにおい
て、回転子１のスリット１ａに第二の永久磁石２が挿入
された構成となっている。

【００９１】上記第二の永久磁石２は、第一の永久磁石
３と同様に４個配置され、極性についても第一の永久磁
石３と同じように着磁されている。

【００９２】上記構成のＤＣブラシレスモータでは、第
二の永久磁石２が回転子１内部に配置されているため等
価磁石表面積が大きくなりフレミングトルクＴｍの増大
が可能になると共に、その形状がスリット１ａと同じ
く、回転子１中心側に凸状となる断面略円弧形状に形成
され、その両端部が回転子１外周面に近接する位置まで
延びていることにより、従来技術の欄で示した（１）式
のインダクタンスの差（Ｌｄ−Ｌｑ）が大きくなるの
で、リラクタンストルクＴｒの増大も可能になってい
る。

【００９３】したがって、上記構成のＤＣブラシレスモ
ータは、前記実施の形態１のＤＣブラシレスモータに比
べて、回転子１内に第二の永久磁石２が配置されている
分、総合トルクが向上し、高回転はもとより低回転にお
いても適したモータとなる。

【００９４】なお、上記の実施の形態１および２におい
て、回転子１の空隙部であるスリット１ａの形状は、中
心部分が回転軸４側に凸状となる断面略円弧状とし、該
第二の永久磁石２の形状も上記スリット１ａの形状に合
わせている。しかしながら、本願発明は、これに限定す
るものではなく、他の形状のスリットおよび第二の永久
磁石であってもよい。このような他の形状の例につい
て、以下に説明する。ここでは、便宜上、図１に示すＤ
Ｃブラシレスモータと構成の異なる部材のみについて説
明し、同じ部材については、同一の符号を付記し、その
説明は省略する。

【００９５】〔実施の形態３〕本実施の形態に係るＤＣ
ブラシレスモータは、例えば図８に示すように、図１に
示す回転子１に代えて回転子２１を備えている。

【００９６】上記回転子２１は、図１に示す回転子１と
同一の形状であるが、該回転子２１のスリット２１ａの
中心部近傍の形状が断面略長方形状をなし、スリット２
１ａの回転子２１外周面に近接する部分では、中央部か
ら所定の距離を置いて折曲されている。これに合わせ
て、スリット２１ａに挿入される第二の永久磁石２２の
形状も略長方形状になっている。なお、スリット２１ａ
の両端部側の折曲部分には磁石が挿入されないようにな
っているが、挿入されていてもよい。

【００９７】また、上記の第二の永久磁石２２は、図１
と同様に、４個配置されており、１個当たりの永久磁石
の極性は図８に示すように着磁され、９０°対では極性
が反転するように配置されている。

【００９８】上記構成のＤＣブラシレスモータによれ
ば、第二の永久磁石２２の形状が断面略長方形状である
ことから、該第二の永久磁石２２は直方体状となってい
るので、該第二の永久磁石２２の製造が容易となり、Ｄ
Ｃブラシレスモータの製作・加工が容易で量産性を向上
させることができる。

【００９９】〔実施の形態４〕本実施の形態に係るＤＣ
ブラシレスモータは、例えば図９に示すように、図１に
示す回転子１に代えて、回転子３１を備えている。

【０１００】上記回転子３１が図１に示す回転子１と異
なるのは、スリット３１ａおよび第二の永久磁石３２の
形状である。スリット３１ａの形状は、中央部が回転軸
４側に凸状となるように、ｄ軸を中心に２つに折曲さ
れ、それぞれの領域は断面略長方形状となっている。こ
のスリット３１ａの２つの領域それぞれに、スリット３
１ａの形状に沿った直方体状の第二の永久磁石３２がは
め込まれている。この場合、第二の永久磁石３２は、回
転子３１内に８個配置されることになり、１個当たりの
第二の永久磁石３２の極性は図９に示すように着磁さ
れ、９０°対では極性が反転するように配置されてい
る。

【０１０１】上記構成のＤＣブラシレスモータによれ
ば、回転子３１にはめ込む第二の永久磁石３２の形状が
直方体となり製作・加工が容易で量産性に優れている。
さらに、リラクタンストルクの増加とともに等価磁石表
面積の増加によりフレミングトルクが増大する。

【０１０２】〔実施の形態５〕本実施の形態に係るＤＣ
ブラシレスモータは、例えば図１０に示すように、図１
に示す回転子１に代えて、回転子４１を備えている。

【０１０３】上記回転子４１は、図１０に示すように、
各極毎に３個のスリット４１ａが形成されている。スリ
ット４１ａの形状は、図１に示すスリット１ａと同様
に、中央部が回転軸４側に向かって凸状となる断面略円
弧形状である。

【０１０４】そして、各スリット４１ａの端部４１ａ’
は、回転子４１の表面に近接するように形成されてい
る。

【０１０５】そして、上記の各スリット４１ａには、そ
れぞれの形状に合致した第二の永久磁石４２がはめ込ま
れている。

【０１０６】上記構成のＤＣブラシレスモータによれ
ば、一つの極内において第二の永久磁石４２を増加させ
ているので、等価磁石表面積が増大し、フレミングトル
クを増大させることができる。また一つの極内において
スリット４１ａも増加しているので、リラクタンストル
クも増加する。

【０１０７】これにより、上記構成のＤＣブラシレスモ
ータは、図１に示したＤＣブラシレスモータと比較した
場合、総合トルクが向上している。したがって、図１０
に示すＤＣブラシレスモータによれば、高トルク化を実
現できる。

【０１０８】なお、回転子４１の１極におけるスリット
４１ａの配置数は３個に限定されるものではなく、これ
以上配置されてもよく、その場合には、さらにフレミン
グトルクの向上が図れる。

【０１０９】〔実施の形態６〕本実施の形態に係るＤＣ
ブラシレスモータは、図１１に示すように、図１０に示
すスリット４１ａと同じ形状のスリット５１ａを各極に
３個ずつ配置した回転子５１を有し、上記回転子５１で
は、各極において、３個のスリット５１ａのうち回転軸
４に一番近い側のスリット５１ａにのみ第二の永久磁石
５２がはめ込まれた構成となっている。

【０１１０】上記構成のＤＣブラシレスモータによれ
ば、回転子５１における各極にはスリット５１ａが複数
設けられていることで、リラクタンストルクを増加させ
ることができる。

【０１１１】ところで、第二の永久磁石５２は、各極の
３個のスリット５１ａのうち一つだけにはめ込まれてい
るので、図１に示したＤＣブラシレスモータに比べてフ
レミングトルクが低減している。しかしながら、このフ
レミングトルクの低減分を上記のリラクタンストルクの
増加分で補うことで、実質的に総合トルクを増加させる
ことができる。

【０１１２】さらに、図１０に示すＤＣブラシレスモー
タに比べて、磁石量が少ない分、第二の永久磁石５２に
よる誘起電圧を低減させることができる。これにより、
ＤＣブラシレスモータの高速回転化を容易にでき、第二
の永久磁石５２の体積を減少させることにより、コスト
ダウンを図ることができる。

【０１１３】したがって、図１１に示すＤＣブラシレス
モータは、高速回転に適したモータとなる。

【０１１４】また、３個のスリット５１ａのうち、２個
に第一の永久磁石５２をはめ込めば、フレミングトルク
を向上させることができ、この結果、総合トルクをさら
に向上させることができる。このように、回転子５１の
１極において、複数のスリット５１ａを形成することに
より、ＤＣブラシレスモータの設計の自由度が増し、ユ
ーザが望む仕様にて容易にＤＣブラシレスモータを設計
できる。

【０１１５】〔実施の形態７〕本実施の形態に係るＤＣ
ブラシレスモータは、例えば図１２に示すように、図１
に示した回転子１とほぼ同じ構成の回転子６１を備えて
いる。

【０１１６】上記回転子６１では、図１に示す回転子１
におけるスリット１ａとほぼ同じ形状のスリット６１ａ
が形成されている。このスリット６１ａには、ｄ軸を中
心に半分の領域に第二の永久磁石６２がはめ込まれてい
る。また、第一の永久磁石３は、図１に示す回転子１と
同じように、回転子６１の表面の所定の位置に配置され
ている。

【０１１７】上記第二の永久磁石６２は、第一の永久磁
石３に近い側のスリット６１ａの領域にはめ込まれてい
ると共に、極性が図１２に示すように着磁され、９０°
対では極性が反転するように配置されている。

【０１１８】上記構成のＤＣブラシレスモータによれ
ば、第二の永久磁石６２の表面積が図１に示すＤＣブラ
シレスモータに比べて磁石表面積が小さくなるので、フ
レミングトルクは低減するが、磁石による誘起電圧が少
なく、高速回転化が可能となるとともに、磁石体積を減
少することによりコストダウンを実現できる。

【０１１９】〔実施の形態８〕本実施の形態に係るＤＣ
ブラシレスモータは、例えば図１３に示すように、図１
０に示す回転子４１とほぼ同じ構成の回転子７１を備え
ている。

【０１２０】上記回転子７１では、前記実施の形態１と
同様に、表面の所定位置において第一の永久磁石３が配
置されているが、各スリット７１ａには第二の永久磁石
がはめ込まれていない構成となっている。

【０１２１】したがって、上記構成のＤＣブラシレスモ
ータでは、フレミングトルクは低減するが、磁石による
誘起電圧が少なく、高速回転が可能となるとともに、所
望部分への磁束の集中が増し磁束の有効活用が図られる
とともに磁石体積を減少することによりコストダウンを
実現できる。

【０１２２】上述した実施の形態１〜８では、ＤＣブラ
シレスモータについて本願発明を適用した例について説
明したが、ＡＣブラシレスモータについもて本願発明を
適用することができる。

【０１２３】

【発明の効果】請求項１の発明のブラシレスモータは、
以上のように、回転子と、上記回転子の外周面に近接し
て配置され、上記回転子に駆動力を供給するための固定
子鉄心に捲線が巻回された固定子とを有し、上記回転子
は、該回転子の回転軸と外周面とを結ぶ直線を第１軸と
し、上記回転軸を通り上記第１軸に電気的に直交する直
線を第２軸としたときに、該回転子における上記第１軸
が通過する第１領域の磁気抵抗と第２軸が通過する第２
領域の磁気抵抗とが異なるように形成されると共に、上
記第１軸と第２軸とで囲まれた鋭角側の該回転子の外周
面近傍に永久磁石センターが配置されている構成であ
る。

【０１２４】それゆえ、フレミングトルクのピークとリ
ラクタンストルクのピークとのズレを小さくすることが
でき、この結果、モータの総合的なトルクを向上させる
ことができるという効果を奏する。

【０１２５】請求項２の発明のブラシレスモータは、以
上のように、請求項１の構成に加えて、回転子には、該
回転子の回転軸に平行で、且つ中央部近傍が該回転軸に
向かって略凸状で、両端部が該回転子の表面近傍にまで
延びた形状の空隙部が上記回転軸の周りに複数個形成さ
れ、上記空隙部は、上記第１領域に含まれず、且つ第２
領域に含まれる構成である。

【０１２６】それゆえ、請求項１の構成による効果に加
えて、空隙部の透磁率は、空気と同じ透磁率と考えて良
く、この結果、空隙部を通る第２軸の磁気抵抗が空隙部
を通らない第１軸の磁気抵抗よりも大きくなる。このよ
うに、回転子内部に空隙部を設けるだけで、簡単に磁気
抵抗の差を生じさせることができる。

【０１２７】しかも、空隙部の中央部が回転子の回転軸
側に凸状で、且つ該空隙部の両端部が回転子の表面近傍
まで延びていることにより、第１軸のインダクタンスと
第２軸のインダクタンスとの差をさらに大きくすること
ができるので、リラクタンストルクを大きくすることが
できるという効果を奏する。

【０１２８】請求項３の発明のブラシレスモータは、以
上のように、請求項２の構成に加えて、空隙部に永久磁
石がはめ込まれている構成である。

【０１２９】それゆえ、請求項２の構成による効果に加
えて、空隙部に永久磁石がはめ込まれていることによ
り、回転子内部に永久磁石が配置されることになる。こ
れにより、回転子における等価磁石表面積が大きくな
り、フレミングトルクを増大させることができ、この結
果、総合トルクの増大を図ることができるという効果を
奏する。

【０１３０】請求項４の発明のブラシレスモータは、以
上のように、請求項１ないし３の何れかの構成に加え
て、回転子の外周面近傍の永久磁石は、表面が上記固定
子の固定子鉄心に巻回された捲線側面に対向するように
配置されている構成である。

【０１３１】それゆえ、請求項１ないし３の何れかの構
成による効果に加えて、永久磁石は、表面が上記固定子
と対向するように配置されていることで、磁石磁束を、
所望の領域に集中させることにより、フレミングトルク
とリラクタンストルクのピークを略一致させることが可
能となる。したがって、等価エアギャップの低減、漏れ
磁束の低減が図れるので、高トルク・高効率化が図れる
ブラシレスモータを提供することができるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＤＣブラシレスモータの一例を示す概
略構成図である。

【図２】図１に示すＤＣブラシレスモータのｑ軸とｄ軸
との関係を示す説明図である。

【図３】図１に示すＤＣブラシレスモータにおける磁束
シフトとトルク比との関係を示すグラフである。

【図４】本発明のＤＣブラシレスモータにおける第一の
永久磁石と回転子との関係の一例を示す説明図である。

【図５】本発明のＤＣブラシレスモータにおける第一の
永久磁石と回転子との関係の他の例を示す説明図であ
る。

【図６】本発明のＤＣブラシレスモータにおける第一の
永久磁石と回転子との関係のさらに他の例を示す説明図
である。

【図７】本発明のＤＣブラシレスモータの他の例を示す
概略構成図である。

【図８】本発明のＤＣブラシレスモータのさらに他の例
を示す概略構成図である。

【図９】本発明のＤＣブラシレスモータのさらに他の例
を示す概略構成図である。

【図１０】本発明のＤＣブラシレスモータのさらに他の
例を示す概略構成図である。

【図１１】本発明のＤＣブラシレスモータのさらに他の
例を示す概略構成図である。

【図１２】本発明のＤＣブラシレスモータのさらに他の
例を示す概略構成図である。

【図１３】本発明のＤＣブラシレスモータのさらに他の
例を示す概略構成図である。

【図１４】従来のブラシレスモータの概略構成図であ
る。

【図１５】従来のブラシレスモータの概略構成図であ
る。

【図１６】図１５に示すブラシレスモータにおけるフレ
ミングトルク、リラクタンストルク、総合トルクの関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 回転子 １ａ スリット（空隙部） １ｂ 切り欠き部 ２ 第二の永久磁石 ３ 第一の永久磁石 ４ 回転軸 ５ 直線（第１軸） ６ 固定子 ７ ステータ巻線（捲線） ８ ティース（固定子鉄心） ９ 直線（第２軸） ２１ 回転子 ２１ａ スリット（空隙部） ２２ 第二の永久磁石 ３１ 回転子 ３１ａ スリット（空隙部） ３２ 第二の永久磁石 ４１ 回転子 ４１ａ スリット（空隙部） ４２ 第二の永久磁石 ５１ 回転子 ５１ａ スリット（空隙部） ５２ 第二の永久磁石 ６１ 回転子 ６１ａ スリット（空隙部） ６２ 第二の永久磁石 ７１ 回転子 ７１ａ スリット（空隙部） ８１ 回転子 ８１ｂ 切り欠き部 ８３ 第一の永久磁石 ９１ 回転子 ９１ｂ 切り欠き部 ９３ 第一の永久磁石 １０１ 回転子 １０１ｂ 切り欠き部 １０３ 第一の永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA09 AB07 AD04 AE08 5H619 AA01 BB01 BB06 BB13 BB15 BB24 PP02 PP06 PP08 5H622 AA03 CA02 CA05 CA10 CB04 CB05 PP03 PP10 PP11 QB02 QB05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転子と、 上記回転子の外周面に近接して配置され、上記回転子に
   駆動力を供給するための固定子鉄心に捲線が巻回された
   固定子とを有し、 上記回転子は、該回転子の回転軸と外周面とを結ぶ直線
   を第１軸とし、上記回転軸を通り上記第１軸に電気的に
   直交する直線を第２軸としたときに、該回転子における
   上記第１軸が通過する第１領域の磁気抵抗と第２軸が通
   過する第２領域の磁気抵抗とが異なるように形成される
   と共に、上記第１軸と第２軸とで囲まれた鋭角側の該回
   転子の外周面近傍に永久磁石センターが配置されている
   ことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 【請求項２】上記回転子には、該回転子の回転軸に平行
   で、且つ中央部近傍が該回転軸に向かって略凸状で、両
   端部が該回転子の表面近傍にまで延びた形状の空隙部が
   上記回転軸の周りに複数個形成され、 上記空隙部は、上記第１領域に含まれず、且つ第２領域
   に含まれることを特徴とする請求項１記載のブラシレス
   モータ。
3. 【請求項３】上記空隙部に、上記回転子の外周面近傍に
   配置された永久磁石とは別体の永久磁石がはめ込まれて
   いることを特徴とする請求項２記載のブラシレスモー
   タ。
4. 【請求項４】上記回転子の外周面近傍の永久磁石は、表
   面が上記固定子の固定子鉄心に巻回された捲線側面に対
   向するように配置されていることを特徴とする請求項１
   ないし３の何れかに記載のブラシレスモータ。