JPH08308198A

JPH08308198A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JPH08308198A
Application number: JP13261695A
Authority: JP
Inventors: Minoru Takahashi; 稔高橋
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1995-05-08
Filing date: 1995-05-08
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】回転位置に対する回転トルクの変動を極力小さ
くできるブラシレスモータを提供する。【構成】ブラシレスモータ１を、回転軸４の外周面に永
久磁石５を固定してなるロータ７と、このロータ７の外
周面を包囲する図示しない励磁コイルと、この励磁コイ
ルを保持する複数のティース２０が形成されたステータ
６と、を備えて構成し、永久磁石５は、Ｓ極及びＮ極が
周方向に三つずつ交互に且つ等間隔に合計６極着磁す
る。そして、スロット２１を区分けして励磁コイルを保
持するためのティース２０を、周方向に等間隔に１５個
形成する。ティース２０のロータ７側を向く端部には、
周方向に張り出すように鍔部２２を形成する。さらに、
各ティース２０の周方向の形成間隔を１ピッチとして、
各鍔部２２のロータ７側を向く面の、そのティース２０
の周方向中心部から１／４ピッチ離隔した位置に、回転
軸４の軸方向に延びる凹溝２５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ブラシレスモータの
改良に関し、特に、回転位置に対する回転トルクの変動
を極力小さくできるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のブラシレスモータは、例えば回転
軸４に直交した平面でのブラシレスモータ１の断面図で
ある図９に示すように、回転自在の回転軸４の外周面に
永久磁石５を固定してなるロータ７と、このロータ７の
外周面を包囲する図示しない励磁コイルと、この励磁コ
イルを保持する複数のティース２０が形成されたステー
タ６と、を備えて構成されていて、永久磁石５は、この
図９の例では、Ｓ極及びＮ極が周方向に三つずつ交互に
且つ等間隔に合計６極着磁されている。

【０００３】また、複数のティース２０は、回転軸４に
沿った方向（図９に直交する方向）に長い略長方形の薄
板状に形成されるとともに、図９の断面形状で回転軸４
を中心に放射状に延びるように配設されていて、図示し
ない励磁コイルは、それら各ティース２０によって区切
られた空間であるスロット２１内に配設されている。こ
の励磁コイルとしては、一般的には、３相，５相，７相
等の３以上の奇数相の励磁コイルが採用される。

【０００４】そして、ティース２０の個数Ｎは、回転ト
ルクを大きくでき、しかも巻線も容易に行えるようにす
るために、永久磁石５のＳ極，Ｎ極の総極数を偶数ｎ、
励磁コイルを３以上の奇数ａ相とすれば、Ｎ＝ａ×ｎ若
しくはＮ＝ａ×ｎ／２とするのが一般的であるが、回転
トルクのバラツキ（コギングトルク）をより小さくする
のであれば、後者の方が有利である。そこで、この図９
の例では、ｎ＝６，ａ＝５とし、Ｎ＝５×６／２＝１５
としている。

【０００５】また、ティース２０のロータ７側を向く端
部には、周方向に張り出すように鍔部２２が形成されて
いる。ただし、スロット２１内への励磁コイルの挿入を
可能にするために、隣り合ったティース２０同士の鍔部
２１間には、開口部２３が確保されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、図９に示すブ
ラシレスモータ１にあっては、ロータ７の磁極（Ｎ極，
Ｓ極）のうち、開口部２３に対向する部分は、ティース
２０に対向する部分に比べて磁気抵抗が大きくなる。そ
して、ロータ７の磁極は磁気抵抗の小さい所に引かれる
ため、開口部２３に対向する磁極は、これに近接するテ
ィース２０のうち近い方のティース２０に引かれようと
する。このため、ロータ７の磁極が開口部２３に対向す
る時とティース２０に対向する時とでは、その磁極に発
生するトルクに差が生じることになる。

【０００７】かかるトルクの差による影響を詳述する。
即ち、この図９に示すブラシレスモータ１は、ティース
２０の個数が奇数であり、それらが等間隔に配置されて
いるため、図１０に拡大図示するように、周方向１８０
度離隔した二つの変極点（Ｎ極とＳ極との境界）ｍ₁及
びｍ₂のうち、一方の変極点ｍ₁が開口部２３に対向す
る時点では、他方の変極点ｍ₂はティース２０に対向
し、逆に一方の変極点ｍ₁がティース２０に対向する時
点では、他方の変極点ｍ₂は開口部２３に対向すること
になる。

【０００８】これに対し、図１１に示すように、ロータ
７が、図１０の状態から１／４ピッチ（１ピッチは、テ
ィース２０の周方向の形成間隔である）だけ回転した状
態となると、ロータ７の各変極点ｍ₁やｍ₂は、全て同
じ状態でティース２０の鍔部２２に対向する状態とな
る。そして、図１０の状態と図１１の状態とは繰り返し
表れることになるが、図１０の状態と図１１の状態とを
比較すると、図１０の状態では計６個の変極点のうちの
半分の３個の変極点は開口部２３に対向し、図１１の状
態では全ての変極点が同等の条件で鍔部２２に対向する
ことになるから、図１０の状態と図１１の状態とでは発
生するトルクに差が生じてしまう。この結果、ロータ７
の１／２ピッチ回転を周期としたコギングが回転トルク
に生じてしまうのである。ちなみに、この図９〜図１１
に示す例のようにティース２０の個数が１５であれば、
図１２に示すように、ロータ７が１回転する間にコギン
グの山の数が３０個生じてしまう。

【０００９】このように、従来のブラシレスモータにあ
っては、コギングトルクを十分に小さくできなかったの
である。そして、例えば自動車のパワーステアリング装
置の駆動源としてブラシレスモータを利用することを考
えると、操舵系のトルク変動が大きいと、ステアリング
ホイールが重くなったり軽くなったりしてしまい、運転
者の操舵間隔に違和感を与えるため、かかるトルク変動
は極力小さいことが好ましい。従って、従来のブラシレ
スモータは、自動車のパワーステアリング装置の駆動源
として利用するのには適していなかった。

【００１０】本発明は、このような従来の技術が有する
未解決の課題に着目してなされたものであって、ゴギン
グトルクをさらに小さく抑えることができるブラシレス
モータを提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、外周面にＳ極及びＮ極が周方向に交互
に且つ等間隔に合計ｎ（ｎは偶数）極着磁された回転自
在のロータと、このロータの外周面を包囲するａ（ａは
３以上の奇数）相の励磁コイルと、この励磁コイルを保
持するＮ（Ｎ＝ａ×ｎ／２）個のティースが形成された
ステータと、を備え、前記ティースを周方向に等間隔に
形成するとともに、前記ティースの前記ロータ側を向く
端部に、周方向に張り出すように鍔部を形成したブラシ
レスモータにおいて、前記ティースの周方向の形成間隔
を１ピッチとして、前記鍔部の前記ロータ側を向く面
の、前記ティースの周方向中心部から１／４ピッチ離隔
した位置に凹溝を形成した。

【００１２】ただし、鍔部の周方向の幅は、凹溝を形成
できるような幅とする必要があり、例えば、ティースの
周方向中心部から鍔部の周方向端部までの長さを３／１
０ピッチ程度若しくはそれ以上とすれば、余裕をもって
凹溝が形成できる。

【００１３】

【作用】ティースの周方向中心部から１／４ピッチ離隔
した位置に各変極点が対向する際にロータに生じるトル
クは最大となるから、その１／４ピッチ離隔した位置に
凹溝を形成し、その位置の磁気抵抗を大きくすると、開
口部の磁気抵抗との差が小さくなって、ロータの回転位
置に伴う発生トルクの変化幅が小さくなる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の第１実施例におけるブラシレス
モータ１の構成を示す正断面図である。即ち、このブラ
シレスモータ１は、円筒形のハウジング２と、このハウ
ジング２の軸心に沿って配設され軸受３ａ，３ｂによっ
て回転自在の回転軸４と、この回転軸４に固定されたモ
ータ駆動用の永久磁石５と、の永久磁石５を包囲するよ
うにハウジング２内周面に固定され且つａ（ａは３以上
の奇数であるが、本実施例ではａ＝５とする）相の励磁
コイル６ａが巻き付けられたステータ６とから構成され
ていて、回転軸４及び永久磁石５によって回転自在のロ
ータ７が形成されている。

【００１５】また、ロータ７には、回転軸４の一方の端
部には近接してリング状の位相検出用の永久磁石８が固
定されていて、かかる永久磁石８には、Ｓ極及びＮ極が
周方向に且つ等間隔に交互に合計６極着磁されている。
これに対し、ハウジング２の軸受３ｂが配設された側の
内端面には、ステー９を介してリング状の薄板からなる
支持基板１０がその内側の絶縁部分が永久磁石８に対向
するように配設され、かかる支持基板１０の永久磁石８
側を向く面には、永久磁石８に対向するように、例えば
ホール素子等からなる位相検出素子１１が固定されてい
る。なお、実際には位相検出素子１１は５相の励磁コイ
ル６ａの駆動タイミングに対応して周方向に適宜離隔し
て５個設けられているが、図１は断面図であるため、そ
の内の一つのみを示している。

【００１６】そして、各位相検出素子１１の出力がこれ
に対向する永久磁石８の磁極によって変化することを利
用してロータ７の回転位置を認識し、それに応じて後述
する駆動回路が各励磁コイル６ａに供給する励磁電流を
切り換えて、ロータ７を適宜回転駆動させるのである。
一方、ロータ７を構成する永久磁石５は、ブラシレスモ
ータ１の回転軸４に直交した平面での断面図である図２
に示すように、Ｓ極及びＮ極が周方向に三つずつ交互に
且つ等間隔に着磁されている。

【００１７】なお、ステータ６に形成された複数のティ
ース２０や、スロット２１，鍔部２２，開口部２３に関
しては、図９に示した従来のブラシレスモータと同様で
あるため、同様の符号を付し、重複する説明は省略す
る。そして、本実施例にあっては、図３にも拡大図示す
るように、各鍔部２２のロータ７側を向く面に回転軸４
の軸方向に延びる凹溝２５を形成している。即ち、各凹
溝２５は、断面形状が半円弧状の溝であって、各ティー
ス２０の周方向の形成間隔を１ピッチとして、そのティ
ース２０の周方向中心部から１／４ピッチ離隔した位置
に形成されている。従って、その凹溝２５を形成できる
ように、各鍔部２２の幅は、ティースの周方向中心部か
ら鍔部の周方向端部までの長さを３／１０ピッチ以上と
している。

【００１８】このような構成であっても、ティース２０
の個数Ｎ＝１５であり、それらが等間隔に配置されてい
るため、図２の拡大図である図４に示すように、周方向
１８０度離隔した二つの変極点（Ｎ極とＳ極との境界）
ｍ₁及びｍ₂のうち、一方の変極点ｍ₁が開口部２３に
対向する時点では、他方の変極点ｍ₂はティース２０の
凹溝２５が形成されていない中央部に対向し、逆に一方
の変極点ｍ₁がティース２０の凹溝２５が形成されてい
ない中央部に対向する時点では、他方の変極点ｍ₂は開
口部２３に対向することになる。

【００１９】これに対し、図５に示すように、ロータ７
が、図２の状態から１／４ピッチだけ回転した状態とな
ると、ロータ７の各変極点ｍ₁やｍ₂は、全て鍔部２２
に形成された凹溝２５に対向する状態となるが、この凹
溝２５が形成された部分は、開口部２３と同様に磁気抵
抗が大きくなっている。従って、この図５に示す状態
は、従来の技術で説明した図１０に示す状態に比べて、
発生するトルクが小さいことになり、凹溝２５の幅や深
さを適宜設定すれば、図４に示す状態で発生するトルク
と図５に示す状態で発生するトルクとの差は、同等若し
くは極めて小さくなるのである。

【００２０】その結果、コギングトルクが極めて小さく
なる。ちなみに、本発明者等の実験によれば、図６に示
したように、図１２に示した従来のブラシレスモータの
場合に比べて、コギングトルクの大きさが１／３程度に
抑えられることが確認されている。しかも、本実施例に
あっては、１５個あるティース２０のそれぞれに二つず
つ凹溝２５を形成し、ティース２０の１／２ピッチの間
に一つずつ凹溝２５を存在させているため、従来のブラ
シレスモータにおけるコギングトルクがロータの１／２
ピッチの回転を一周期としていたのに対し、コギングト
ルクの周期がそのさらに半分の１／４ピッチとなる。こ
れは、凹溝２５によって、従来のコギングトルクの山の
頂点が凹んだことからも容易に判る。

【００２１】すると、ロータ７が１回転する間にコギン
グの山の数が６０個となるから、従来と比べて細かいコ
ギングトルクとなり、ブラシレスモータ１の出力がより
滑らかになる。このように、本実施例の構成であれば、
コギングトルクを小さく抑えることができ、しかも周期
を細かくして滑らかにすることができるから、本実施例
のようなブラシレスモータ１は、例えば自動車の電動パ
ワーステアリング装置の駆動源として適用すれば、運転
者の違和感をより小さくすることができる。

【００２２】図７は本発明の第２実施例を示す図であっ
て、上記第１実施例の図２と同様にブラシレスモータ１
の断面図である。なお、上記第１実施例と同様な構成に
は同じ符号を付し、その重複する説明は省略する。即
ち、本実施例では、一部の鍔部２２には上記第１実施例
と同様に凹溝２５を形成し、他の鍔部２２には凹溝２５
を形成していない。具体的には、１５個のティース２０
のうち、二つおきの計５個のティース２０の両鍔部２２
にのみ凹溝２５を形成している。つまり、凹溝２５が形
成されている一つのティース２０と、凹溝２５が形成さ
れていない隣り合った二つのティース２０とが、回転軸
４の回転中心を挟んで対向するようになっている。

【００２３】このような構成であっても、１８０度離隔
した二つの変極点が同時に凹溝２５が形成されていない
鍔部２２に対向する状態は、従来のブラシレスモータに
比べて半分になるから、例えば凹溝２５の幅や深さを適
宜選定すれば、上記第１実施例と同等の作用により、コ
ギングトルクを小さくすることができる。なお、凹溝２
５を形成する鍔部２２の選定は、図７に示す組合せに限
定されるものではなく、例えば各ティース２０の一方の
鍔部２２に凹溝２５を形成し他方の鍔部２２に凹溝２５
を形成しないようにしてもよく、これによって、上記第
１実施例と同等の作用効果が得られる。

【００２４】この第２実施例のように、一部の鍔部２２
に凹溝２５を形成するようにすれば、加工費が低減する
という利点もある。また、上記第１実施例及び第２実施
例では、各凹溝２５の幅方向の中心が、ティース２０の
周方向中心部から正確に１／４ピッチ離隔した位置にく
るようにしているが、そのような位置合わせは厳密にす
る必要はなく、例えば図８に示すように、ティース２０
の周方向中心部から略１／４ピッチである５度程度離隔
した位置に、凹溝２５を形成するようにしてもよい。こ
のような構成は、例えばスロット２１内に励磁コイルを
配設するために開口部２３をある程度確保しなければな
らない場合のように、鍔部２２の幅を十分に確保できな
い場合に有効である。要は、凹溝２５の一部が、ティー
ス２０の周方向中心部から１／４ピッチ離隔した位置を
通過するようにすればよい。

【００２５】さらに、特に図示はしないが、上記各実施
例の構成に、ステータ６を周方向に捩じられるように積
層した所謂スキュー構造を採用すれば、さらに、コギン
グトルクの大きさを抑えることができるようになる。こ
の場合には、凹溝２５の軌跡も、ステータ６の捩じれ構
造に伴って捩じれるようになる。また、上記実施例で
は、永久磁石５のＳ極及びＮ極を合計６（ｎ＝６）と
し、励磁コイル６ａを５（ａ＝５）相とし、ティース２
０の個数を１５（Ｎ＝ａ×ｎ／２＝１５）としている
が、これらの数は任意であり、要は、ｎは偶数であれば
よく、ａは３以上の奇数であればよく、それらｎ及びａ
に応じてＮを設定すればよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ティースの周方向中心部から１／４ピッチ離隔した位置
に凹溝を形成したため、ロータの回転位置に伴う発生ト
ルクの変化幅が小さくなるから、コギングトルクの大き
さを小さく抑えることができるという効果がある。その
ため、本発明に係るブラシレスモータは、例えば自動車
の電動パワーステアリング装置の駆動源として好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のブラシレスモータの正断
面図である。

【図２】第１実施例のブラシレスモータの軸に直交した
平面での断面図である。

【図３】凹溝の形成位置を説明するための拡大図であ
る。

【図４】第１実施例の作用を説明する拡大図である。

【図５】第１実施例の作用を説明する拡大図である。

【図６】本発明に係るブラシレスモータのコギングトル
ク発生図である。

【図７】第２実施例のブラシレスモータの軸に直交した
平面での断面図である。

【図８】凹溝の他の形成位置を説明するための拡大図で
ある。

【図９】従来のブラシレスモータの軸に直交した平面で
の断面図である。

【図１０】従来のブラシレスモータの作用を説明する拡
大図である。

【図１１】従来のブラシレスモータの作用を説明する拡
大図である。

【図１２】従来のブラシレスモータのコギングトルク発
生図である。

【符号の説明】

１ブラシレスモータ４回転軸５永久磁石６ステータ６ａ励磁コイル７ロータ２０ティース２１スロット２２鍔部２３開口部２５凹溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周面にＳ極及びＮ極が周方向に交互に
且つ等間隔に合計ｎ（ｎは偶数）極着磁された回転自在
のロータと、このロータの外周面を包囲するａ（ａは３
以上の奇数）相の励磁コイルと、この励磁コイルを保持
するＮ（Ｎ＝ａ×ｎ／２）個のティースが形成されたス
テータと、を備え、前記ティースを周方向に等間隔に形
成するとともに、前記ティースの前記ロータ側を向く端
部に、周方向に張り出すように鍔部を形成したブラシレ
スモータにおいて、前記ティースの周方向の形成間隔を１ピッチとして、前
記鍔部の前記ロータ側を向く面の、前記ティースの周方
向中心部から１／４ピッチ離隔した位置に凹溝を形成し
たことを特徴とするブラシレスモータ。