JPH0919123A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コギングとトルクリップルを最小化し、回転
むらや振動・騒音の大幅な低減とともに効率の向上を経
済的に達成したブラシレスモータを提供する。 【構成】 シールドヨーク８を、ティース７ａ、７ｂ、
７ｃと駆動用永久磁石３との間で発生するコギングトル
クが最小になるよう配置し、外側ティース７ａ、７ｂの
中央ティース７ｃと対向する面の先端部に、磁束を集中
させるためのティース先端部の凹部１１を設けたブラシ
レスモータ１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＣＤおよびＣＤ−Ｒ
ＯＭ駆動用スピンドルモータなどに適用するブラシレス
モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＣＤおよびＣＤ−ＲＯＭ駆動用ス
ピンドルモータなどに用いられているブラシレスモータ
は、図１４の従来のブラシレスモータにおける全体構成
図およびＥ型アウトコア形状図に示すように、外周部に
駆動用永久磁石１０２を固着したロータ１０１と、ロー
タ１０１に対向して配置され、３個のティースを備えた
Ｅ型アウトコア１０５に、電機子コイル１０４を巻回し
たステータ１０７と、ロータ１０１を囲むように形成し
た磁性体のシールドヨーク１０６とを備える。

【０００３】ティース１０３は、３個とも同じ幅でＥ型
アウトコア１０５に形成され、先端は、ロータ１０１の
外周方向に延在し、所定の間隙をとって駆動用永久磁石
１０２に対向し、先端の幅もそれぞれ同じ幅で形成され
ている。

【０００４】シールドヨーク１０６は、ロータ１０１を
挟んだ反対側のＥ型アウトコア１０５と対称の位置で、
シールドヨーク１０６を形成する弧の中点とロータ１０
１の中心を結ぶ直線が、ロータ１０１の中心を通る中央
のティースの中心線と重なるように設置されて構成され
たブラシレスモータが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のＣＤおよびＣＤ
−ＲＯＭ駆動用スピンドルモータなどに用いられている
ブラシレスモータは、スロット形の３ティースＥ型アウ
トコアを備えたステータで構成されている。

【０００６】ステータは、３個のティースそれぞれに直
接電機子コイルを巻回した構造となり、構造的には簡単
になって製造効率が向上する反面、突極構造を持つステ
ータは、ティースとロータ外周の駆動用永久磁石との間
でコギングを発生し、高速応答や低速回転での定速駆動
を要求されるロータでは、ロータのトルクむらあるいは
回転むら特性を悪化させる課題がある。

【０００７】また、Ｅ型アウトコアの３個のティースの
形状は、中央ティースと外側ティースでは形状が異なる
ために磁気的に均一とはならず、不均一なコギングトル
クを発生しやすく、また、外側テイースは中央テイース
に比べ、駆動用永久磁石の磁束を効率よく集中させるこ
とができないので、ブラシレスモータの平均起動トルク
が小さくなり、トルクリップルも大きくなる課題があ
る。

【０００８】さらに、ロータ外周の駆動用永久磁石の磁
界の影響を遮蔽するため、磁性体のシールドヨークを配
置すると、シールドヨークと駆動用永久磁石との間でも
コギングトルクが発生する。

【０００９】Ｅ型アウトコアの３個のティースと駆動用
永久磁石との間で発生するコギングトルクと、シールド
ヨークと駆動用永久磁石との間で発生するコギングトル
クの周期が合うと、両者は合成されてコギングはさらに
大きくなる。

【００１０】複雑に合成された不均一なコギングトルク
や回転駆動中のトルクリップルは、ブラシレスモータの
振動や騒音を増大させ、特に低速回転数領域における振
動やワウ・フラッタを大きくする課題がある。

【００１１】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたもので、その目的は、ブラシレスモータの
コギングを最小化するとともにトルクリップルを減少さ
せ、振動や騒音の低減を図ったブラシレスモータを提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明に係るブラシレスモータは、シールドヨー
クを、ティースと前記駆動用永久磁石との間で発生する
コギングトルクが最小になるよう配置したことを特徴と
する。

【００１３】また、この発明に係るブラシレスモータ
は、中央ティース先端の幅と外側ティース先端の幅の比
を、０．６〜０．９に設定したことを特徴とする。

【００１４】さらに、この発明に係るブラシレスモータ
は、シールドヨークの弧の中点とロータの中心を結ぶ直
線が、Ｅ型アウトコアの中央ティースから電気角でｎπ
±π／４（ｎ＝±２，±３，±４）に相当する位置に、
シールドヨークを配置したことを特徴とする。

【００１５】また、この発明に係るブラシレスモータ
は、シールドヨークと駆動用永久磁石の間隙とティース
と駆動用永久磁石の間隙との比を、３〜７に設定したこ
とを特徴とする。

【００１６】さらに、この発明に係るブラシレスモータ
は、Ｅ型アウトコアの両外側ティースの中央ティースと
対向する面の先端部に、磁束を集中させるための凹部を
設けたことを特徴とする。

【００１７】また、この発明に係るブラシレスモータ
は、ティースの前記駆動用永久磁石に対向する面の面積
を等しくし、外側ティースに巻き回した電機子コイルの
巻数と中央ティースに巻き回した電機子コイルの巻数の
比を、１．１〜１．４に設定したことを特徴とする。

【００１８】さらに、この発明に係るブラシレスモータ
は、ティースの前記駆動用永久磁石に対向する面の面積
を等しくし、外側ティース先端と前記駆動用永久磁石と
の間隙に対する中央ティース先端と前記駆動用永久磁石
との間隙の比を、０．４〜０．７に設定したことを特徴
とする。

【００１９】また、この発明に係るブラシレスモータ
は、２個の外側ティースの前記駆動用永久磁石に対向す
る面と中央ティースの前記駆動用永久磁石に対向する面
との面積比を、１．２〜１．６に設定としたことを特徴
とする。

【００２０】

【作用】この発明に係るブラシレスモータは、シールド
ヨークを、ティースと前記駆動用永久磁石との間で発生
するコギングトルクが最小になるよう配置したので、テ
ィースと駆動用永久磁石との間で発生するコギングトル
クと、シールドヨークと駆動用永久磁石との間で発生す
るコギングトルクは、同じ大きさ同じ周期で互いに逆の
位相となり、両者のコギングトルクが互いに打ち消し合
うことができる。

【００２１】また、この発明に係るブラシレスモータ
は、中央ティース先端の幅と外側ティース先端の幅の比
を、０．６〜０．９に設定したので、ティースと駆動用
永久磁石との間で発生するコギングトルクの周期と、シ
ールドヨークと駆動用永久磁石との間で発生するコギン
グトルクの周期を等しくするとともに、コギングトルク
の周期と振幅のバラツキを均一にすることができる。

【００２２】さらに、この発明に係るブラシレスモータ
は、シールドヨークの弧の中点とロータの中心を結ぶ直
線が、Ｅ型アウトコアの中央ティースから電気角でｎπ
±π／４（ｎ＝±２，±３，±４）に相当する位置に、
シールドヨークを配置したので、シールドヨークと駆動
用永久磁石との間で発生するコギングトルクの周期が、
ティースと駆動用永久磁石との間で発生するコギングト
ルクの周期と逆の位相になり、両者のコギングトルクは
互いに打ち消し合うことができる。

【００２３】また、この発明に係るブラシレスモータ
は、シールドヨークと駆動用永久磁石の間隙とティース
と駆動用永久磁石の間隙との比を、３〜７に設定したの
で、シールドヨークと駆動用永久磁石との間で発生する
コギングトルクが、ティースと駆動用永久磁石との間で
発生するコギングトルクと同じ大きさにできる。

【００２４】さらに、この発明に係るブラシレスモータ
は、Ｅ型アウトコアの両外側ティースの中央ティースと
対向する面の先端部に、磁束を集中させるための凹部を
設けたので、外側ティースの電機子コイルに誘起される
逆起電力を大きくし、中央ティースの電機子コイルに誘
起される逆起電力と等しくすることができる。

【００２５】また、この発明に係るブラシレスモータ
は、ティースの前記駆動用永久磁石に対向する面の面積
を等しくし、外側ティースに巻き回した電機子コイルの
巻数と中央ティースに巻き回した電機子コイルの巻数の
比を、１．１〜１．４に設定したので、外側ティースの
電機子コイルの巻数を増やして外側ティースの電機子コ
イルに誘起する逆起電力を大きし、中央ティースの電機
子コイルに誘起される逆起電力と等しくすることができ
る。

【００２６】さらに、この発明に係るブラシレスモータ
は、ティースの前記駆動用永久磁石に対向する面の面積
を等しくし、外側ティース先端と前記駆動用永久磁石と
の間隙に対する中央ティース先端と前記駆動用永久磁石
との間隙の比を、０．４〜０．７に設定したので、中央
ティースの電機子コイル軸心の磁束が、外側ティースの
電機子コイル軸心に集中される磁束と等しくなり、中央
ティースと外側ティースの各々の電機子コイルに誘起さ
れる逆起電力を等しくすることができる。

【００２７】また、この発明に係るブラシレスモータ
は、２個の外側ティースの前記駆動用永久磁石に対向す
る面と中央ティースの前記駆動用永久磁石に対向する面
との面積比を、１．２〜１．６に設定したので、外側テ
ィースの電機子コイル軸心の磁束を、中央ティースの電
機子コイルの軸心磁束と等しくし、外側ティースと中央
ティースの各々の電機子コイルに誘起される逆起電力を
等しくすることができる。

【００２８】

【実施例】以下に、この発明の実施例を添付図面に基づ
いて説明する。図１はこの発明に係るブラシレスモータ
の全体構成図である。

【００２９】本発明は、ロータ外周の磁極とステータコ
アの間と、同じくロータ外周の磁極とシールドヨークの
間で、それぞれ発生するコギングトルクの周期性に着目
し、前者のコギングトルクを後者のコギングトルクで打
ち消してブラシレスモータのコギングを最小化するもの
である。

【００３０】また、本発明は、ロータ外周の磁極からテ
ィースに集中される磁束が、中央と外側のティース形状
の違いから均一でなく、各々の電機子コイルに誘起され
る逆起電力が異なってトルクリップルの一因となること
に着目し、ティース先端の形状や寸法あるいは電機子コ
イルを改善し、逆起電力の違いによって生じるロータ駆
動トルクのトルクリップルを、最小化するものである。

【００３１】図１において、本実施例のブラシレスモー
タ１は、シャフト４に固定されて回転自在のロータ２
と、ロータ２に対向して配置した三相のステータ９と、
ロータ２を囲むように配置したシールドヨーク８と、電
機子コイル５に流す励磁電流を制御し、ロータ２を回転
駆動させる電機子コイル駆動手段８とを備え、全体が構
成されている。

【００３２】ロータ２は、外周部に固着した８極の駆動
用永久磁石３を備え、ティース７ａ、７ｂ、７ｃと駆動
用永久磁石３との間で発生するコギングトルクを小さく
する目的で、コギングの発生源となる駆動用永久磁石３
の磁極の切り替わり部分の急激な磁界の変化を避け、滑
らかに切り替わるように所謂サイン着磁を施している。

【００３３】ステータ９は、３個のティース７ａ、７
ｂ、７ｃを成形したＥ型アウトコア６と、各々のティー
スに巻回した電機子コイル５とを備え、ティース７ａ、
７ｂ、７ｃの先端部は、駆動用永久磁石３の外周面に所
定の間隙を介して延在し、外側ティース７ａ、７ｂは、
中央ティース７ｃと幅が異り、中央ティースと対向する
面の先端部には、ティース先端の凹部１１が形成されて
いる。

【００３４】シールドヨーク８は、駆動用永久磁石３の
磁束が、記録媒体やヘッドの動作に影響しないように磁
束の漏洩を遮蔽するため、ロータ２を囲むようにロータ
２の中心と同じくした円弧状の磁性体で形成されるとと
もに、ブラシレスモータ１のコギングが最小となる位置
に配置されている。

【００３５】ここで、コギング特性に関するこの発明の
本旨の有意性を示すため、本実施例のブラシレスモータ
におけるコギング特性を図２、図３、図４に示す。

【００３６】図２は、この発明に係るブラシレスモータ
のＥ型アウトコアのみのコギングトルク特性図であり、
シールドヨーク８を削除し、ロータ２とＥ型アウトコア
６だけで構成した時の、ロータ２に発生するコギングト
ルク波形を表す。

【００３７】図３は、この発明に係るブラシレスモータ
のシールドヨークのみのコギングトルク特性図であり、
Ｅ型アウトコア６を削除し、ロータ２とシールドヨーク
８だけで構成した時のロータ２に発生するコギングトル
ク波形を表す。

【００３８】図２および図３において、各々のコギング
トルクの大きさと周期が同一である場合に、Ｅ型アウト
コア６に対するシールドヨーク８の位置を、各々のコギ
ングトルクの位相が互いに逆相となって互いに打ち消し
合う位置に設定できれば、ブラシレスモータのコギング
を最小にすることが可能であることがわかる。

【００３９】図４はこの発明に係るブラシレスモータの
コギング特性図である。図４において、両者のコギング
トルクが互いに打ち消し合うようにシールドヨーク８を
配置した時の、本実施例のブラシレスモータのコギング
特性であり、図５の従来のブラシレスモータのコギング
特性図と比較し、ブラシレスモータのコギングは改善さ
れることがわかる。

【００４０】上記のような、両者のコギングトルク変動
の周期・位相・振幅が、所定の条件となるシールドヨー
クの配置位置を求めた実施例を、以下に順を追って説明
する。

【００４１】ここで、以下、Ｅ型アウトコア６のティー
ス７ａ、７ｂ、７ｃと駆動用永久磁石３との間で発生す
るコギングトルクをコアコギング、シールドヨーク８と
駆動用永久磁石３との間で発生するコギングトルクをシ
ールドコギングと称することにする。

【００４２】コアコギングをシールドコギングで打ち消
すためには、両者のコギングトルクの周期を等しくする
必要がある。コアコギングの周期をシールドコギングに
一致させ、両者の周期を等しくした実施例を、図６のテ
ィースの幅比に対するコギングトルク特性図に基づいて
説明する。

【００４３】図６（ａ）において、Ｗ１は、Ｅ型アウト
コア６の中央ティース７ｃの先端の幅、Ｗ２は、Ｅ型ア
ウトコア６の両側のティース７ａ、７ｂの先端の幅であ
り、図６（ｂ）において、αは、シャフト４の中心とシ
ールドヨーク８の両端を結ぶ直線がなす角度であり、シ
ールドヨーク開角と称する。

【００４４】図６（ｃ）において、駆動用永久磁石１極
当たりのコアコギングおよびシールドコギングの波形を
示しており、測定時の構成は、各々図（ａ）、（ｂ）に
示すとおりシールドコギングの測定ではＥ型アウトコア
６を取り除き、コアコギングの測定ではシールドヨーク
８を取り除いている。

【００４５】さらに、その他の測定条件として、シール
ドコギングの測定におけるシールドヨーク８の開角αは
３π、コアコギングの測定では、３個のティース７ａ、
７ｂ、７ｃと駆動用永久磁石３との間隔は一定としてい
る。

【００４６】以上の測定条件において、駆動用永久磁石
１極当たりのシールドコギング１周期を基準値πとし、
中央ティース７ｃと両側のティース７ａ、７ｂの比（Ｗ
１／Ｗ２）が１．０、０．７５、０．３の時、期間πに
おけるコアコギングの波形は図６（ｃ）に示されている
とおり各々３周期、１周期、２周期となる。

【００４７】図示されていないが、（Ｗ１／Ｗ２）が
０．６〜０．９の範囲において、期間πにおけるコアコ
ギングの周期は１周期となり、両側ティース７ａ、７ｂ
に対する中央ティース５ｃの幅を０．６倍〜０．９倍に
することにより、コアコギングとシールドコギングの周
期を等しくすることができる。

【００４８】また、両側ティース７ａ、７ｂに比べて磁
束密度の高い中央ティース７ｃの幅を狭くしたことで、
３個のティースの磁束密度の不均一性も少なくすること
ができる。

【００４９】なお、本実施例では、両側ティース７ａ、
７ｂに対する中央ティース７ｃの幅は、０．７５倍に設
定した。

【００５０】コアコギングをシールドコギングで打ち消
すためには、周期の一致した両者のコギングトルクの周
期を、互いに逆位相とする必要がある。

【００５１】Ｅ型アウトコア６に対するシールドヨーク
８の位置を調節し、シールドコギングの位相を、コアコ
ギングの位相に対して逆位相にした実施例を、図７のシ
ールドヨークの配置に対するコギングトルク特性図に基
づいて説明する。

【００５２】図７において、中央ティース７ｃの中心線
とシールドヨーク８の弧の中点とロータ２の中心を結ぶ
直線とがなす角の、中央ティース７ｃの中心線からの角
度に対するシールドコギングを表わしており、シールド
コギングは電気角でｎπ±π／４および（ｎ＋１）π±
π／４のとき最小となっている。

【００５３】この時、ティース７ａ、７ｂ、７ｃと駆動
用永久磁石３との間隙は０．３（ｍｍ）、シールドヨー
ク８と駆動用永久磁石３との間隙は１．０（ｍｍ）、シ
ールドヨーク開角αは３πとし、角度はいずれも電気角
で表わしている。

【００５４】図７から、以上の条件においては、シール
ドヨーク８の位置が、電気角でｎπおよびこの位置から
πだけ離れた（ｎ＋１）πの位置でコギングは最小とな
り、従って、コギングが最小となる位置の実用範囲は、
ｎπ±π／４（ｎ＝±２、±３、±４）であり、この範
囲でシールドコギングはコアコギングと逆位相となる。
なお、本実施例ではｎ＝４に設定した。

【００５５】図８は、駆動用永久磁石とティースとの間
隙に対するコギング・起動トルク特性図である。

【００５６】図８において、ティース７ａ，７ｂ、７ｃ
と駆動用永久磁石３との間隙に対する起動トルク特性か
ら、仕様上の要請や設計上の理由によって決まる起動ト
ルク値に対し、確保すべきティース７ａ，７ｂ、７ｃと
駆動用永久磁石３との間隙は、製造上のバラツキなどを
考慮して本実施例におけるブラシレスモータでは、０．
２〜０．５（ｍｍ）の範囲に設定した。

【００５７】また、決定されたティース７ａ、７ｂ、７
ｃと駆動用永久磁石３との間隙に対するコアコギングの
値は、図８のコギングトルク特性より、約６０〜３０
（ｇ・ｃｍ）の範囲であることがわかる。

【００５８】本実施例では、ティース７ａ、７ｂ、７ｃ
と駆動用永久磁石３との間隙を０．３５（ｍｍ）とし、
この時のコアコギング値は、約５０（ｇ・ｃｍ）と読み
取れる。

【００５９】コアコギングをシールドコギングで打ち消
すためには、周期の一致した両者のコギングトルクの周
期を互いに逆位相にし、さらに、両者のコギングトルク
の振幅を互いに等しくする必要がある。

【００６０】シールドヨーク８と駆動用永久磁石３との
間隙を調整し、シールドコギングの振幅を、コアコギン
グの振幅と等しくした実施例を、図９のシールドヨーク
と駆動用永久磁石３との間隙に対するコギングトルク特
性図に基づいて説明する。

【００６１】図９は、シールドヨーク開角αが、ｎπと
ｎπ±π／４における、シールドヨーク８と駆動用永久
磁石３との間隙に対するシールドコギングの測定値であ
る。

【００６２】シールドコギングの振幅をコアコギングと
等しくする、シールドヨーク８と駆動用永久磁石３との
間隙の最適値は、図９に基づいて次のようにして決め
る。

【００６３】コアコギングの設定値は既に記述したとお
り、ティース７ａ、７ｂ，７ｃと駆動用永久磁石３との
間隙０．２〜０．５（ｍｍ）において、６０〜３０（ｇ
・ｃｍ）の範囲であり、本実施例では、間隙を０．３５
（ｍｍ）、コアコギング値を約５０（ｇ・ｃｍ）に設定
した。

【００６４】また、前述したとおり、コアコギングとシ
ールドコギングが、互いに逆位相となるシールドヨーク
８の位置は、電気角でｎπ±π／４（ｎ＝±２、±３、
±４）に相当する範囲であり、本実施例ではｎ＝４に設
定した。

【００６５】既に決定された設定値により、図９におい
て、シールドコギングは、６０〜３０（ｇ・ｃｍ）の範
囲（斜線部）内で、ｎ＝４であることからα＝ｎπのシ
ールドコギングの曲線を対象とし、シールドヨーク８と
時の駆動用永久磁石３との間隙の取り得る値は、１．２
５〜３．５０（ｍｍ）の範囲となる。

【００６６】コアコギング設定値約５０（ｇ／ｃｍ）と
等しくなるシールドコギングにおいて、シールドヨーク
８と駆動用永久磁石３との間隙は、ティース７ａ、７
ｂ，７ｃと駆動用永久磁石３との間隙の５倍とすること
で、コアコギングとシールドコギングは互いに打ち消し
合うことが可能となる。本実施例では、シールドヨーク
８と駆動用永久磁石３との間隙は、１．７５（ｍｍ）に
設定した。

【００６７】以上、説明してきたように、図４のこの発
明に係るブラシレスモータのコギング特性図に示すとお
り、ブラシレスモータのコギングの変動幅は約２５（ｇ
・ｃｍ）となり、図５に示した従来のブラシレスモータ
のコギングの変動幅約８０（ｇ・ｃｍ）と比較して、約
７０％減少することができた。

【００６８】次に、中央と外側の電機子コイル５に誘起
される逆起電力を等しくするため、ティース７ａ、７
ｂ、７ｃの先端の形状や寸法あるいは電機子コイル５を
改善した実施例について説明する。

【００６９】図１２のこの発明に係るＥ型アウトコアに
よる電機子コイルの逆起電力とロータのトルクリップル
波形図、図１３の従来のＥ型アウトコアによる電機子コ
イルの逆起電力とロータのトルクリップル波形図であ
り、ここで、ステータ９の逆起電力特性に関する本発明
の有意性を示す。

【００７０】図１２および図１３において、回転角度に
対する電機子コイル５に誘起される逆起電力とロータに
生じるトルクリップルを表し、逆起電力の波形は、中央
と外側の電機子コイル５のそれぞれが示されている。

【００７１】中央と外側の両者の逆起電力の振幅が等し
ければ、図１２に示すとおりトルクリップルの波高値は
一定となり、図１３における両者の振幅が異る場合と違
って、トルクリップルは安定して中央と外側との逆起電
力違いは、トルクリップルに表れない。

【００７２】中央と外側の電機子コイル５の逆起電力を
等しくするには、ティース７ａ、７ｂ、７ｃによって集
中された駆動用永久磁石３からの磁束を、中央のティー
ス７ｃと外側ティース７ａ、７ｃで等しくすればよい。

【００７３】以下に、ティース７ａ、７ｂ、７ｃの先端
の形状や寸法あるいは電機子コイル５を改善し、中央と
外側の電機子コイル５に誘起される各々の逆起電力を等
しくした実施例を、図１０のこの発明に係るＥ型アウト
コア形状図、図１１の実測による電機子コイルの逆起電
力比較図に基づいて説明する。

【００７４】図１０において、ティース７ａ、７ｂ、７
ｃの先端の形状と寸法が異なった４種類のＥ型アウトコ
ア６とそれぞれ同じ形状のロータ２が描かれており、図
中の、Ｗ１、Ｗ２は、ティース７ａ、７ｂ、７ｃの先端
のロータ２と対向した部分の幅、Ｇ１、Ｇ２は、同じく
ロータ２と対向したティース７ａ、７ｂ、７ｃの先端と
ロータ２との間隙のそれぞれ寸法を表し、また、Ｔ１、
Ｔ２は、中央ティース７ｃと外側ティース７ａ、７ｂの
電機子コイル５の巻数である。

【００７５】図に示すように、２個の外側ティース７
ａ、７ｂの先端部の形状は、中央ティース７ｃに対向し
ている側にティース先端の凹１１部が設けられており、
中央ティース７ｃの中心線に対して互いに対称で、ティ
ース７ａ、７ｂ先端のロータ２と対向した部分の幅Ｗ２
は等しく、また同じくロータ２と対向したティース７
ａ、７ｂ先端とロータ２との間隙も両者同じ寸法値であ
る。

【００７６】次に、図１０の各図に表したステータ９の
構成条件を記述する。図１０（ａ）は、Ｗ２＝Ｗ１、Ｇ
２＝Ｇ１、Ｔ２＝Ｔ１とし、従来のＥ型アウトコアの外
側ティース先端にティース先端の凹部１１を設けたもの
である。

【００７７】図１０（ｂ）は、Ｗ２＝Ｗ１、Ｇ２＝Ｇ
１、Ｔ２の巻数は、Ｔ１の巻数の１．１倍〜１．４倍と
し、以後この関係はＴ２＝（１．１〜１．４）＊Ｔ１と
表す。図１０（ｃ）は、Ｗ２＝Ｗ１、Ｔ２＝Ｔ１、Ｇ２
は、Ｇ１の０．４倍〜０．７倍、とし、以後この関係は
Ｇ２＝（０．４〜０．７）＊Ｇ１と表す。図１０（ｄ）
は、Ｇ２＝Ｇ１、Ｔ２＝Ｔ１、Ｗ２は、Ｗ１の１．２倍
〜１．６倍とし、以後この関係はＷ２＝（０．４〜０．
７）＊Ｗ１と表す。

【００７８】図１１は、上述のステータ構成条件におけ
る、中央ティース７ｃと外側ティース７ａ、７ｂの電機
子コイル５に誘起される逆起電力を実測した波形図であ
り、波形Ａは、外側ティース７ａ、７ｂの電機子コイル
５に誘起される逆起電力、波形Ｂは、中央ティース７ｃ
の電機子コイル５に誘起される逆起電力をそれぞれ表し
ている。

【００７９】図１１（ａ）は、図１４に表した、従来の
ブラシレスモータのＥ型アウトコアによる電機子コイル
の逆起電力であり、外側ティース７ａ、７ｂは、中央テ
ィース７ｃに較べて駆動用永久磁石３の磁束を効率よく
集中できないので、外側ティース７ａ、７ｂに取り付け
られた電機子コイル５の逆起電力（波形Ａ）は、中央テ
イース７ｃの電機子コイル５の逆起電力（波形Ｂ）より
約３０〜４０％小さい。

【００８０】図１１（ｂ）は、図１０（ａ）（ｂ）
（ｃ）のステータ構成条件による逆起電力の波形であ
り、波形Ａの振幅は波形Ｂに比較してやや小さく、外側
ティース７ａ、７ｂおよび中央ティース７ｃの電機子コ
イル５の逆起電力の差は少なくなっていることがわか
る。

【００８１】図１１（ｃ）は、図１０（ｄ）のステータ
構成条件による逆起電力の波形であり、波形Ａと波形Ｂ
の振幅の差はほとんどみられず、外側ティース７ａ、７
ｂおよび中央ティース７ｃの電機子コイル５の逆起電力
は、ほぼ等しくなっていることがわかる。

【００８２】なお、図１０（ｃ）（ｄ）のステータ構成
で、逆起電力をさらに厳密に等しくするには、図１０
（ｂ）のステータ構成条件のうち電機子コイル５の巻
数、Ｔ２＝（１．１〜１．４）＊Ｔ１を実施すればよ
い。

【００８３】以上、説明してきたように、ティース７
ａ、７ｂ、７ｃの先端の形状や寸法あるいは電機子コイ
ル５を改善し、ティース７ａ、７ｂ、７ｃに集中した磁
束を均等にし、外側ティース７ａ、７ｃと中央ティース
７ｃの電機子コイル５の逆起電力を等しくすることによ
り、図１２に示したように、トルクリップルの変動を最
小化することができる。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るブ
ラシレスモータは、シールドヨークを、ティースと前記
駆動用永久磁石との間で発生するコギングトルクが最小
になるよう配置し、ティースと駆動用永久磁石との間で
発生するコギングトルクと、シールドヨークと駆動用永
久磁石との間で発生するコギングトルクは、同じ大きさ
同じ周期で互いに逆の位相となり、両者のコギングトル
クが互いに打ち消し合うことができるので、ブラシレス
モータのコギングによる振動や騒音や回転むらを最小に
することができる。

【００８５】また、この発明に係るブラシレスモータ
は、中央ティース先端の幅と外側ティース先端の幅の比
を、０．６〜０．９に設定し、ティースと駆動用永久磁
石との間で発生するコギングトルクの周期と、シールド
ヨークと駆動用永久磁石との間で発生するコギングトル
クの周期を等しくするとともに、コギングトルクの周期
と振幅のバラツキを均一にすることができるので、ブラ
シレスモータの複雑なコギングの変動を最小にすること
ができる。

【００８６】さらに、この発明に係るブラシレスモータ
は、シールドヨークの弧の中点とロータの中心を結ぶ直
線が、Ｅ型アウトコアの中央ティースから電気角でｎπ
±π／４（ｎ＝±２，±３，±４）に相当する位置に、
シールドヨークを配置し、シールドヨークと駆動用永久
磁石との間で発生するコギングトルクの周期が、ティー
スと駆動用永久磁石との間で発生するコギングトルクの
周期と逆の位相になり、両者のコギングトルクは互いに
打ち消し合うことができるので、ブラシレスモータのコ
ギングによる振動や騒音や回転むらを減少させることが
できる。

【００８７】また、この発明に係るブラシレスモータ
は、シールドヨークと駆動用永久磁石の間隙とティース
と駆動用永久磁石の間隙との比を、３〜７に設定し、シ
ールドヨークと駆動用永久磁石との間で発生するコギン
グトルクが、ティースと駆動用永久磁石との間で発生す
るコギングトルクと同じ大きさにできるので、ブラシレ
スモータのコギング変動の振幅を一定にすることができ
る。

【００８８】さらに、この発明に係るブラシレスモータ
は、Ｅ型アウトコアの両外側ティースの中央ティースと
対向する面の先端部に、磁束を集中させるための凹部を
設け、外側ティースの電機子コイルに誘起される逆起電
力を大きくし、中央ティースの電機子コイルに誘起され
る逆起電力と等しくすることができるので、ブラシレス
モータの回転駆動時の不規則なトルクリップルが減少
し、振動や騒音や回転むらを減少させることができる。

【００８９】また、この発明に係るブラシレスモータ
は、ティースの前記駆動用永久磁石に対向する面の面積
を等しくし、外側ティースに巻き回した電機子コイルの
巻数と中央ティースに巻き回した電機子コイルの巻数の
比を、１．１〜１．４に設定し、外側ティースの電機子
コイルの巻数を増やして外側ティースの電機子コイルに
誘起する逆起電力を大きし、中央ティースの電機子コイ
ルに誘起される逆起電力と等しくすることができるの
で、ブラシレスモータの回転駆動時のトルクリップルが
さらに減少し、振動や騒音や回転むらを減少させること
ができる。

【００９０】さらに、この発明に係るブラシレスモータ
は、ティースの前記駆動用永久磁石に対向する面の面積
を等しくし、外側ティース先端と前記駆動用永久磁石と
の間隙に対する中央ティース先端と前記駆動用永久磁石
との間隙の比を、０．４〜０．７に設定し、中央ティー
スの電機子コイル軸心の磁束が、外側ティースの電機子
コイル軸心に集中される磁束と等しくなり、中央ティー
スと外側ティースの各々の電機子コイルに誘起される逆
起電力を等しくすることができるので、ブラシレスモー
タの回転駆動時のトルクリップルがさらに減少し、振動
や騒音や回転むらを減少させることができる。

【００９１】また、この発明に係るブラシレスモータ
は、２個の外側ティースの前記駆動用永久磁石に対向す
る面と中央ティースの前記駆動用永久磁石に対向する面
との面積比を、１．２〜１．６に設定し、外側ティース
の電機子コイル軸心の磁束を、中央ティースの電機子コ
イルの軸心磁束と等しくし、外側ティースと中央ティー
スの各々の電機子コイルに誘起される逆起電力を等しく
することができるので、ブラシレスモータの回転駆動時
のトルクリップルが最小となり、振動や回転むらをいっ
そう減少させることができる。

【００９２】よって、以上説明してきたように、本発明
によれば、スロット形ステータを備えたブラシレスモー
タの課題であったコギングやトルクリップルを最小化
し、振動や騒音やワウ・フラッタを大幅に減少させると
ともにモータ効率を向上させ、経済的に性能の大幅な向
上を達成したブラシレスモータを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るブラシレスモータの全体構成図

【図２】この発明に係るブラシレスモータのＥ型アウト
コアのみのコギングトルク特性図

【図３】この発明に係るブラシレスモータのシールドヨ
ークのみのコギングトルク特性図

【図４】この発明に係るブラシレスモータのコギング特
性図

【図５】従来のブラシレスモータのコギング特性図

【図６】ティースの幅比に対するコギングトルク特性図

【図７】シールドヨークの配置に対するコギングトルク
特性図

【図８】ティースと駆動用永久磁石との間隙に対するコ
ギング・起動トルク特性図

【図９】シールドヨークと駆動用永久磁石との間隙に対
するコギングトルク特性図

【図１０】この発明に係るＥ型アウトコア形状図

【図１１】実測による電機子コイルの逆起電力比較図

【図１２】この発明に係るＥ型アウトコアによる電機子
コイルの逆起電力とロータのトルクリップル波形図

【図１３】従来のＥ型アウトコアによる電機子コイルの
逆起電力とロータのトルクリップル波形図

【図１４】従来のブラシレスモータにおける全体構成図
およびＥ型アウトコア形状図

【符号の説明】

１…ブラシレスモータ、２…ロータ、３…駆動用永久磁
石、４…シャフト、５…電機子コイル、６…Ｅ型アウト
コア、７ａ…外側ティース、７ｂ…外側ティース、７ｃ
…中央ティース、８…シールドヨーク、９…ステータ、
１０…電機子コイル駆動手段、１１…ティース先端の凹
部。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転自在で外周部に駆動用永久磁石を固
   着したロータと、前記ロータに対向して配置され、３個
   のティースを備えたＥ型アウトコアのそれぞれに電機子
   コイルを巻回したステータと、前記ロータを囲むように
   形成した磁性体のシールドヨークと、前記電機子コイル
   に流す三相の励磁電流を制御し、前記ロータを回転駆動
   させる電機子コイル駆動手段と、を備えたブラシレスモ
   ータにおいて、 前記シールドヨークを、前記ティースと前記駆動用永久
   磁石との間で発生するコギングトルクが最小になるよう
   配置したことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 【請求項２】 中央ティース先端の幅と外側ティース先
   端の幅の比を、０．６〜０．９に設定したことを特徴と
   する請求項１記載のブラシレスモータ。
3. 【請求項３】 前記シールドヨークの弧の中点と前記ロ
   ータの中心を結ぶ直線が、前記Ｅ型アウトコアの中央テ
   ィースから電気角でｎπ±π／４（ｎ＝±２，±３，±
   ４）に相当する位置に、前記シールドヨークを配置した
   ことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
4. 【請求項４】 前記シールドヨークと前記駆動用永久磁
   石の間隙と、ティースと前記駆動用永久磁石の間隙との
   比を、３〜７に設定したことを特徴とする請求項１記載
   のブラシレスモータ。
5. 【請求項５】 回転自在で外周部に駆動用永久磁石を固
   着したロータと、前記ロータに対向して配置され、３個
   のティースを備えたＥ型アウトコアのそれぞれに電機子
   コイルを巻回したステータと、前記ロータを囲むように
   形成した磁性体のシールドヨークと、前記電機子コイル
   に流す三相の励磁電流を制御し、前記ロータを回転駆動
   させる電機子コイル駆動手段と、を備えたブラシレスモ
   ータにおいて、 前記Ｅ型アウトコアの両外側ティースの中央ティースと
   対向する面の先端部に、磁束を集中させるための凹部を
   設けたことを特徴とするブラシレスモータ。
6. 【請求項６】 ティースの前記駆動用永久磁石に対向す
   る面の面積を等しくし、外側ティースに巻き回した電機
   子コイルの巻数と中央ティースに巻き回した電機子コイ
   ルの巻数の比を、１．１〜１．４に設定したことを特徴
   とするブラシレスモータ。
7. 【請求項７】 ティースの前記駆動用永久磁石に対向す
   る面の面積を等しくし、外側ティース先端と前記駆動用
   永久磁石との間隙に対する中央ティース先端と前記駆動
   用永久磁石との間隙の比を、０．４〜０．７に設定した
   ことを特徴とする請求項５記載のブラシレスモータ。
8. 【請求項８】 ２個の外側ティースの前記駆動用永久磁
   石に対向する面と中央ティースの前記駆動用永久磁石に
   対向する面との面積比を、１．２〜１．６に設定とした
   ことを特徴とする請求項５記載のブラシレスモータ。