JP2007068323A - Ｄｃブラシレスモータ装置及びその永久磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣブラシレスモータにおいて出力特性を保ったまま、大幅な小型化と回転ムラの低減の両立を達成すること。
【解決手段】電磁石からなるステータと、中心部に配置され、その外周に永久磁石を有する磁石一体型ロータからなるＤＣブラシレスモータであって、前記永久磁石は、最大エネルギー積が１１１ｋＪ／ｍ^３以上、２３９ｋＪ／ｍ^３以下であり、１４極に着磁された、一体リング形状で、薄肉形状な異方性希土類ボンド磁石であり、前記ステータは、ティース数が１２極であり、前記ステータ半径をｒ、前記ステータの径方向厚さをｔ、前記異方性希土類ボンド磁石の径方向厚さをｄ、前記磁石一体型ロータの半径をＲとする時、磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．１０未満で、ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔが２．０以上、３．５以下とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＤＣブラシレスモータ装置及びそれに用いられる永久磁石に関する。特に、インナーロータ形ＤＣブラシレスモータにおいてＳＰＭ型モータを使用したファンモータ等の常時連続運転状態で使用されるモータにおいて、永久磁石に異方性希土類ボンド磁石を用い、モータ出力特性を保ったまま、所定の回転数を維持しつつ、大幅な小型化と回転ムラの低減、高効率化を可能としたＤＣブラシレスモータ装置及びそれに用いられる永久磁石に関する。
本発明は、例えば、出力が５０−４００W級で、モータ半径（磁気回路構成部分であって、本発明においてはステータ半径に相当する。以下同じ。）が１５−５０ｍｍの大きさのモータに関する。例えば、パワーステアリング用モータのように７００Wを超えるようなモータにおいては、出力が高すぎ、本発明の対象には含まれない。
また、本発明は一般交流電源での使用を対象としている。一般交流電源は通常、１００〜４００Ｖで使用され、本発明もその使用電圧範囲を対象とするものである。よって、本発明は自動車用等の１２Ｖ，２４Ｖ等の低電圧で使用されるモータには使用されない。

産業用、家電用に限らず、主として常時回転して使用されるモータにおいては、モータとしてポピュラーなブラシモータはブラシの磨耗のため使用されていなかった。
この常時回転して使用されるモータにおいては、産業用では３相交流電源に対応したかご型三相誘導モータが使用されていた。家庭用では、単相交流電源に対応したかご型単相誘導モータが使用されていた。１９８０年代中盤にはいると産業用マイコンが登場した。産業用かご型三相誘導モータでは、そのマイコンを利用したインバータ制御により効率化を図った。
さらに、かご型３相誘導モータにおいては、ロータも電磁石であり、かごに電流をながすため、永久磁石を使用するモータに比べ、鉄損、銅損とも大きく更なる効率化が求められていた。
おなじころ、かご型３相誘導モータの効率化のため永久磁石を使用したＤＣブラシレスモータ化により更なる効率化が図られた。
このブラシレスモータにおいては最大磁気エネルギー積が３２ｋＪ／ｍ^３程度のフェライト焼結磁石や、８ｋＪ／ｍ^３程度のフェライトボンド磁石が使用されていた。

一方、家電用では、１９９０年ごろまで、主として、かご型単相誘導モータが使用されていた。
しかし、１９９０年代はじめ頃から、家電用の汎用のインバータ制御用のマイコンの登場した。それを採用することで電流を３相へ変換することで、かご型三相誘導モータとすることで効率を５０％程度から６０％程度まで向上し、インバータ制御によりモータ回転数の可変化を図った。その後、地球温暖化対策のための省エネルギー化のニーズの増大により、２０００年ごろより、家電用においてもＤＣブラシレスモータが採用されるにいたり、効率も７５％程度まで向上した。

このように、常時回転用のモータにおいては、高効率化は進んできたものの、家電分野において期待される小型化・軽量化のニーズは満足されていなかった。
小型化に関しては、１９８０年代前半になって希土類焼結磁石（例えば、Ｎｄ焼結磁石（３１８ｋＪ／ｍ^３））の登場によりその検討がなされた。しかしながら、単に磁力の強い磁石を適用しただけでは供給磁束が大きすぎるため、ステータ側の電磁石ヨークが飽和してしまうため、ステータ外径を広げざるを得なかった。
また、単に磁力の強い磁石を使用するとコギングトルクが増大する傾向にある。更に、磁石の磁力が上がるとトルクが増加するが、逆に、磁石による供給磁束の増加によりステータコイルに発生する逆起電力のため回転数が低下してしまう関係にある。よって、単に強力な希土類磁石を使用するだけでは、小型化ができず、むしろ、コギングトルクが増大して回転ムラが増大し、所定の回転数がでないこととなっていた。そのため、モータ出力特性を保ったまま、所定の回転数を維持しつつ、大幅な小型化と回転ムラの低減の両立は、困難であり磁力の強いＮｄ焼結等の希土類焼結磁石はこの分野のブラシレスモータに使用されてこなかった。

一方、これらのモータには、常時連続運転で使用されるため、更に、高効率化も同時に求められていた。
近年、磁石分野において特開２００５−１１６９９１に記載されているように１５９ｋＪ／ｍ^３級の異方性希土類ボンド磁石が登場した。
この磁石は、焼結磁石にくらべ、成形性に優れ、リング形状で成形、配向・着磁できるため組み付け工数の低減、組み付け精度の向上が期待でき、ブラシレスモータへの適用が検討されていた。
しかし、本磁石もＮｄ焼結磁石程ではないが、従来のフェライト系磁石に比べ少なくとも４倍以上のはるかに磁力を有するため同様の問題を抱えており、その適用が困難と思われていた。
特開２００５−１１６９９１号

ファンモータ等に使用される一方向に常時回転するブラシレスモータにおいて、モータ出力特性を保ったまま、大幅な小型化と回転ムラの低減の両立を達成することを目的とする。
言い換えると、同じ大きさのモータ（磁気回路構成部）であれば、高い出力特性と回転ムラの低減を両立を達成することを目的とする。
更には、ファンモータ等に使用される一方向に常時回転するブラシレスモータにおいて、大幅に小型化と回転ムラの低減と高効率化の両立を達成することを目的とする。
言い換えると、同じ大きさのモータ（磁気回路構成部）であれば、高い出力特性と回転ムラの低減と高効率化の両立を達成することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の作用効果

本発明者等は、異方性希土類ボンド磁石の有する１５９ｋＪ／ｍ^３級の優れた磁気特性と形状自由度の高さを、いかに活用するかを鋭意検討した結果、次のような構成により、そのエネルギーを十分に活用し、モータの小型化を達成しつつ、その他のすべての課題を解決できることを見出した。

上記の課題を達成するためには、以下の手段が有効である。
本発明のＤＣブラシレスモータは、電磁石からなるステータと、中心部に配置され、磁性コアとその外周に永久磁石を有するロータからなるＤＣブラシレスモータであって、
前記永久磁石は、最大エネルギー積が１１１ｋＪ／ｍ^３以上、２３９ｋＪ／ｍ^３以下であり、１４極に着磁された、一体リング形状で、薄肉形状な異方性希土類ボンド磁石であり、
前記ステータは、ティース数が１２極であり、
前記ステータ半径をｒ、前記ステータの径方向厚さをｔ、前記異方性希土類ボンド磁石の径方向厚さをｄ、前記ロータの半径をＲとする時、
磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．１０未満で、
ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔが２．０以上、３．５以下であることを特徴とするものである。

本発明者等は、時に５０−４００W級の小型ＤＣブラシレスモータに適用する場合に効果が大きいことを見出した。
更に、この発明により、例えば、出力特性を従来のフェライト焼結磁石を使用したＤＣブラシレスモータと同等の特性をもたせた場合は、所定の回転数を維持したまま、５０％程度の小型化を図ることができつつ、回転ムラを低減することができる。また、小型化レベルをたとえば３０％程度とすれば、回転ムラを低減しつつ、高効率化を同時に達成することができる。ここで、ファンモータにおける定格回転数は１０００〜４０００ｒｐｍ程度である。
この時、従来のフェライト焼結磁石を用いた、ＤＣブラシレスモータの実力は、単位体積（磁気回路部体積）当たりの出力（以下モータ性能指標という）は、０．３〜０．６W／ｃｍ^３のレベルである。
本発明の、ＤＣブラシレスモータはモータ性能指標を０．６〜１．３５W／ｃｍ^３のレベルとするものであり、非常に優れたものである。

この発明の画期的な効果がでる理由は、明確ではないが、結果から考えてみると以下のように推測できる。
磁石から発生した供給磁束に関する磁気回路においては、まず、従来のフェライトを使用したモータにおいては磁極は８極が用いられているが（図１（ｄ））、それを更に１４極へ多極化することにより、磁気抵抗を低減した。更に、１１１ｋＪ／ｍ^３以上、２３９ｋＪ／ｍ^３以下高い最大磁気エネルギー積を有する異方性希土類ボンド磁石を一体リング形状で、磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．１０未満へ薄肉形状することにより、従来のモータでのフェライト焼結磁石よりは多い供給磁束だが、単にフェライト焼結磁石を肉厚一定で異方性希土類ボンド磁石に置き換えただけの場合（図１（ｅ）に比べ供給磁束を減らすことでステータの磁気飽和を防いで磁気抵抗の増大を防いでいる。また、その異方性希土類ボンド磁石からの供給磁束の増加に伴い、同一出力を狙う場合、ステータ側のコイルの巻き数が減らせる。そのため、コイル領域が小さくなることでティース部のポール長さｐ（図１（ａ）のｐ）を小さくできるため、大幅に磁気抵抗を低減している。これらの作用が相互に作用しモータの磁気抵抗を全体として大幅に低減することにより、異方性希土類ボンド磁石による供給磁束を十分に引き出してモータの磁気回路部分の大幅な小型化を達成している。
同時に、供給磁束が単に肉厚一定でフェライト焼結磁石を異方性希土類ボンド磁石に置き換えた場合（図１（ｅ））よりも減ることで、コギングトルクの増大を抑え、さらに多極化でコギングトルクが減少し、回転ムラも低減している。
更には、ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔが２．０以上、３．５以下であることにより、磁石の外径が大きくなり、回転トルクが増大するため、更なる小型化を可能にしている。

一方、電磁石から発生した供給磁束に関する磁気回路においては、従来のフェライトを使用したモータに比べ、異方性希土類ボンド磁石を一体リング形状で、磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．１０未満へ薄肉形状することにより、磁石を極端に薄くできている。ここで、電磁石側から見た磁石はエアギャップと同じ働きをするため、大幅な磁気抵抗の低減ができている。これにより、電磁石からの供給磁束を増加できるため、従来のモータと同等の性能にする場合は、電磁石部を小型化できる。

更に、磁気回路面からはなれて、力学的観点からみると、ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔが２．０以上、３．５以下とすることにより、従来のフェライト使用モータに比べ、ロータ半径とステータ厚さの比を大きくすることで、ロータの慣性モーメントを増大させることができる。
以上の効果が相互に作用することで、例えば、図１（ｂ）に示すような径方向への小型化により、同一出力性能であれば大幅な小型化と回転ムラの低減を同時に達成すること等ができるものと考える。更には、図１（ｃ）に示すように、例えば、軸方向に小型化した場合に小型化のレベルを少し抑えれば、回転ムラの低減と、高効率化を同時に達成することもできる。
言い換えると、発明が解決しようとする課題で述べたように、同じ大きさのモータ（磁気回路構成部）であれば、高い出力特性と回転ムラの低減と高効率化の両立を達成することもできる。

それぞれの数値限定理由について説明する。なおこれらは、単独では効果を発揮しえず、他の構成との相互作用で効果を発揮するものである。
１．磁石最大磁気エネルギー積
前記永久磁石は、本発明の他の構成に満足した上で、最大エネルギー積が１１１ｋＪ／ｍ^３以上、２３９ｋＪ／ｍ^３以下である必要がある。これにより、上述したように本発明の課題を達成することができる。
１１１ｋＪ／ｍ^３以下では、磁石による供給磁束が不十分となってしまい、主としてモータ性能指標の向上が図れず、２３９ｋＪ／ｍ^３以上では、磁石による供給磁束が本発明の構成を取っても過剰となってしまい、ステータにおいて磁気飽和が生じ、主としてモータ性能指標が十分に向上しない。また、鉄損が大きくなり効率が低下してしまう。

２．磁石極数
前記永久磁石は、本発明の他の構成に満足した上で、１４極に、主としてラジアル方向に磁化されていることが必要である。
主としてラジアル方向に磁化されていることで、磁石に対面しているステータに磁束を供給することができる。これにより、上述したように本発明の課題を達成することができる。
磁石の磁極は２の倍数で構成される。
１２極以下では、多極化が不十分であり、磁気抵抗の低減が不十分のため小型化が不十分となる。また、コギングトルクの低下が不十分なため回転ムラの低減が不十分となる。
１６極以上では、多極化は十分ではあるが、ステータの巻線コイルに発生する逆起電圧が増大するため、所定の回転数が得られなくなる場合がある。また、１６極以上では、１磁極当たりの着磁の不感帯部の相対的割合が増え、供給磁束が低下するため、小型化が図れなくなるためである。
磁石に対面しているステータに磁束を供給するため、磁石の配向・着磁は、一般的に行われるラジアル配向・着磁、極配向・着磁や、ハイブリッド配向・着磁等によることが好ましい。ハイブリッド配向・着磁とは、複数磁極からなるリング磁石において、主極部をラジアル配向・着磁し、隣接する主極部間の界面部を極異方配向・着磁するものである。
その他、公知の配向・着磁方法を使用することができる。

３．異方性希土類ボンド磁石
ボンド磁石であるため、磁石粉末と樹脂との結合により、張り合わせのない１ピースで、寸法精度良く成形できる。
フェライト焼結、希土類焼結磁石を使用したときは、各ピース毎の製造交差内の寸法差による磁石とロータ間の隙間、磁石とロータ間の接着材による隙間等による磁気抵抗が存在する。また、これらの使用したときは、張り合わせ位置決め時の位置決め誤差による磁石と磁石間の隙間の不均一、ステータと磁石間の隙間の不均一等によるによるコギングトルクが生じている。それに対し、一体でリング形状に成形された異方性希土類ボンド磁石を使用することで、これらの磁気抵抗を大幅に低減したり、コギングトルクの発生を改善できる。また、磁極間の隙間がないので、磁束供給面積を大きくとることができ、十分な磁束を供給できる。
また、焼結磁石は電気抵抗が小さいが、ボンド磁石は絶縁体である樹脂で希土類の金属粒子が覆われているため、渦電流の発生が小さくなり効率を向上させる。

異方性希土類ボンド磁石の磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．１０未満の薄肉形状化することで、他の構成要件と相まって、上述したように本発明の課題を達成することができる。
磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．０１未満では、反磁界が大となり急激に供給磁束が低下し、主としてモータ性能指標の向上が図れない。また、磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．１０を超えた場合は、磁石からの供給磁束が大きすぎ、ステータの磁気飽和を招き磁気抵抗の増大や、磁気抵抗を減少するにはステータを大きくする必要があり、主としてモータ性能指標の向上が図れない。

また、異方性希土類ボンド磁石の厚さは、０．７ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下であることが好ましい。

４．本発明の他の構成に満足した上で、ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔが２．０以上、３．５以下であることにより、上述したように本発明の課題を達成することができる。
Ｒ／ｔ値が２．０未満となると、磁石の外形が小さくなり、回転トルクの向上が得られにくくなり、主としてモータ性能指標の向上が図れない。また、回転トルクの慣性モーメントが急激に小さくなり、回転ムラの向上の効果も得られない。
また、Ｒ／ｔ値が３．５を超えると、ステータ厚さｔが、薄くなりすぎ、主としてモータ性能指標の向上が図れない。更に、Ｒ／ｔ値が２．５〜３．０がより好ましい。
ここで、従来においては、ステ−タ厚さを低減すると、ステ−タからの供給磁束が低下して、出力特性が低下してしまうと考えられてきたが、本発明の構成をとることと、ステ−タを薄くすることで、逆にステ−タ部の磁気抵抗が大幅に小さくなり、磁石側の供給磁束を有効に利用することができることで、本発明の効果が得られているとも考えられる。
この場合、図１（ａ）のティース部のポール長さｐも、従来モータに比べ大幅に短くなることとなる。尚、ティース部の厚さは磁気飽和を防ぐために厚く設けられる。

５．ステータスロット数
スロット数は、１２極であることが必要である。
ブラシレスモータの場合は、スロット数は３の倍数である。
磁石の磁極数が１４極である場合は、コギングトルクを最小化するために、及び、ステ−タに係る磁気吸引力の対称性の観点から、スロット数は、磁石磁極数とスロット数の最小公倍数が比較的大きく、偶数極となる１２極とした。
また、１８極では、本発明の対象である小型モータでは、コイルスペースの確保が困難であり、６極では、コギングトルクの減少が少ない。

６．コイル巻数
コイル巻数の限定範囲は、通常、一般交流電源の小型（インナーロータ型ＳＰＭ型）ＤＣブラシレスモータで使用される常識的な範囲である１５０−４００巻きが好ましい。

７．使用電圧
本発明の使用電圧の範囲は、用途が一般交流電源のため、１００〜４００Vの範囲で使用される。一般に、消費電力をさげるためには、高電圧タイプを使用する。高電圧タイプは、コイル巻き数を増やして、起磁力を強め、コイル線径を細くしてコイルの電気抵抗を高め、電流を小さくすることで、消費電力を下げている。

尚、ステータ１と磁石一体型ロータ２とのエアギャップは、今回、０．５ｍｍと一定にしているが、このギャップを縮めると更なる、磁気抵抗の低下が見られ、より小型化を図ることができる。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。

図１（ａ）、（ｂ）にそれぞれ実施例１、実施例２のＤＣブラシレスモータ（以下、単にモータとする。）の１例を示す。
上図は、モータの磁気回路構成部の断面図である。実施例１のモータは図面に垂直方向のモータの厚さ方向に扁平小型化を目的としたものである。磁気回路部体積は５７％の大幅な小型化をしたものである。実施例２のモータは径方向に小型化を目的としたものである。磁気回路部体積は４８％程度の小型化をしたものである。図１（ｃ）に実施例３のモータを示す。実施例３は厚さ方向に扁平小型化をしたもので、実施例１のモータに比べ、従来例に比べ小型化を５１％に抑えたものである。

本実施例のモータは、ステータ１、ステータに巻回されたコイル２、モータの中央部に設けられたロータ３、そしてロータ３の中心部から延出された回転軸４から構成されている。尚、ロータ３は円筒形状の磁性コア３１の外周に一体リング形状の永久磁石３２である異方性希土類ボンド磁石３２ａを配置したものである。
容積比較のため、従来例として従来のフェライト焼結磁石３２ｂを使用した８磁極−１２ティースのモータを図１（ｄ）に示す。また、比較例１として従来のフェライト焼結磁石３２ｂを使用した８磁極―１２ティースの構造において、単に、フェライト焼結磁石３２ｂと異方性希土類ボンド磁石３２ａを置換した場合を図１（ｅ）に示す。この場合、単に異方性希土類ボンド磁石を９ｍｍに置き換えても、着磁をすることができない。そこでこの比較例１では着磁できたものと想定して、コンピュータシミュレーションした結果を載せる。ここで、比較のため、従来のフェライト焼結磁石３２ｂを使用したモータと単に磁石を置換したモータについては、その他の諸元を同一としている。

また、比較例２として従来のフェライト焼結磁石３２ｂを使用した８磁極―１２ティースの構造において、出力特性を従来例と同じになるように、フェライト焼結磁石３２ｂと異方性希土類ボンド磁石３２ａを置換した場合を図１（ｆ）に示す。ここで、比較のため、磁石厚さｄ以外の寸法諸元を同一にして、出力特性を従来例と同じになるように、磁石厚さｄを設定した。
また、従来モータと本発明との比較のため、実施例１については、ステータ外径（モータ外径と同じ）を従来モータと同一にして、出力特性を同一としている。
また、実施例２については、モータの磁気回路構成部の厚さに略相当する、ステータ軸長をほぼ同一にして、出力特性を同一としている。

ここでモータの磁気回路構成部の体積は、ステータ部とロータ部の体積をそれぞれ求めて足し合わせた。なお、ロータ部については、磁石及び鉄からなる磁性コアの体積をもとめ、軸部は体積から除外した。
各実施例及び、従来例、比較例の緒元及び評価結果を表１に記載する。

尚、上記異方性希土類ボンド磁石３２ａは、出願人により、近年ようやく量産化が可能となったものである。例えば、この異方性希土類ボンド磁石３２ａは、特許２８１６６６８号公報、特許第３０６０１０４号公報の製造方法で作成される。この異方性希土類ボンド磁石３２ａは、最大磁気エネルギー積で１１１ｋＪ／ｍ^３〜１９９ｋＪ／ｍ^３のものを現在製造することができる。

本実施例のモータ（図１（ａ）（ｂ）（ｃ））と従来のモータ（図１（ｄ））の異なるところは、まず、従来のモータの永久磁石３２である最大磁気エネルギー積が３２ｋＪ／ｍ^３であるフェライト焼結磁石３２ｂの８極貼り付け配置に代えて、最大磁気エネルギー積が１８３ｋＪ／ｍ^３であるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末等からなる一体リング状の異方性希土類ボンド磁石３２ａにおいて１４磁極を採用したことである。ここで異方性希土類ボンド磁石は、公知のあらゆる材料が利用できる。
又、第二の特徴は、永久磁石３２を薄型化することにある。従来モータでは、磁石厚さが９ｍｍであるが、本発明の磁石厚さは、実施例１で１．５ｍｍ、実施例２で１．３ｍｍ、実施例３で１．５ｍｍと非常に薄い。これらは、表１より磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが、０．０３で０．０１以上、０．１０未満を満足している。尚、ｄ／ｒは０．０１以上、０．０６未満がより好ましい。
更に、第三の特徴は、径方向においてモータ全体に占めるロータ径とステータ厚さの比を従来のモータに比べ、大幅にロータ径の割合を多くすることにある。従来例のモータでは、ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔ値が、１．３５とロータの割合は小さいが、本発明のモータでは、Ｒ／ｔ値が、２．７６と大幅に増加している。ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔ値は２．５以上、３．０以下がより好ましい。

これらの構成をとることにより、表１に示したように、従来例に比較し、実施例１の場合は、同一出力特性においてモータ軸方向の磁石軸長、ステータ軸長を大幅に低減し、体積を５７％削減し、モータ性能指標を２．３倍に向上しつつ、コギングトルクを従来レベルより良好なレベルに保ち、更に、慣性モーメントも大幅に上昇しているため、回転ムラが大きく低減できている。更に、効率面においても従来例よりも向上している。
実施例１における、扁平率（ステータ軸長ｌ／ステータ外径２ｒ）は、０．１１である。
実施例２においては、従来例に比べ、体積を４８％削減し、モータ性能指標を１．９倍に向上しつつ、コギングトルクを従来レベルと同等レベルに保ち、更に、慣性モーメントも大幅に上昇しているため、回転ムラが大きく低減できている。但し、この場合は、慣性モーメントの増加が、実施例１に比べやや低下している。
実施例２における、扁平率は、０．２５である。
モータ性能指標を重視した場合には、磁気回路部体積を一定とした場合、偏平率が高いほどモータ性能指標は向上する。好ましい偏平率は０．０５以上、０．１５以下である。
０．０５未満では、軸方向への漏れ磁束が増加するため、磁石からのステ-タへの供給磁束が減少し、モータ性能指標が低下する。０．１５を超えるとロータ径が小さくなりモータ性能指標が低下する。

実施例３においては、モータ性能指標の向上は、従来例に比べ、体積を５１％削減し、モータ性能指標を２．０倍に向上しつつ、コギングトルクを従来レベルより良好なレベルに保ち、更に、回転ムラが大きく低減しつつ、同時に鉄損を３２％低減させることにより従来例より高効率化が図れている。

比較例１においては、単に、フェライト焼結磁石３２ｂを異方性希土類ボンド磁石３２ａに適用すると、出力特性は、モータ性能指標で１．５倍となるが、磁石からの供給磁束が大きすぎるため、回転数の増加に伴う逆起電力の増大による無負荷回転数の減少してしまう。そのため、定格時に所定のトルクがでない可能性がある。また異方性希土類ボンド磁石３２ａからの供給磁束が大きくなりすぎることでコギングトルクが従来例に比べ２４倍と極端に増大し、慣性モーメントは変化無く、回転ムラは使用できない程度に劣化している。効率は、ステータでの磁気飽和等で大きくなっているため、鉄損が２．４倍となり大幅に低下している。

比較例２においては、磁石使用量は低減でき体積減少は４８％程度あり、モータ性能指標も、従来例の１．９倍と、本発明レベルとなるが、磁石の厚みを薄くするのみでは、コギングトルクは比較例１よりも更に大きくなり（従来例の２６倍）、慣性モーメントも低下するため、回転ムラは、使用できないレベルまで劣化している。効率においても、従来例に比べ鉄損が約１．５倍と大幅に劣化して、効率が低下している。
以上より、本発明は、従来のフェライト焼結磁石を使用した８磁極―１２ティースの構造に単に高性能の異方性希土類ボンド磁石を適用したものでなく、異方性希土類ボンド磁石の高いポテンシャルを磁極数、磁石厚さ、ステータ厚さ、磁石一体型ロータ径等を有機的に組合せることで、従来では予測できないレベルでの高いモータ性能指標、回転ムラの低減、高効率化を同時に達成したＤＣブラシレスモータを提供するものである。

本発明は、一方向に常時回転するＤＣブラシレスモータにおいて、モータ出力特性を保ったまま、大幅な小型化と回転ムラの低減が必要とされるＤＣブラシレスモータに利用できる。モータサイズが同じ場合は、高性能化と回転ムラの低減が必要とされるＤＣブラシレスモータに利用できる。更には、大幅な小型化と回転ムラの低減と高効率化が必要とされるＤＣブラシレスモータに利用できる。モータサイズが同じ場合は、高性能化と回転ムラの低減と高効率化が必要とされるＤＣブラシレスモータに利用できる。特に、出力が５０−４００W級のファンモータに用いる場合に本発明は有用である。また、位置決め用のサーボモータにも有用である。但し、用途をファンモータ等に限定するものではない。

本発明のモータの断面図（（ａ）〜（ｃ））と従来例のモータの断面図（（ｄ））と比較例のモータの断面図（（ｅ）〜（ｆ））

符号の説明

１ ステータ
２ コイル
３ ロータ
３１ 磁性コア
３２ａ 異方性希土類ボンド磁石
３２ｂ フェライト焼結磁石
４ 回転軸
５ 従来例の磁性コア
６ 従来例のロータ

Claims (1)

1. 電磁石からなるステータと、中心部に配置され、磁性コアとその外周に永久磁石を有するロータからなるＤＣブラシレスモータであって、
   前記永久磁石は、最大エネルギー積が１１１ｋＪ／ｍ^３以上、２３９ｋＪ／ｍ^３以下であり、１４極に着磁された、一体リング形状で、薄肉形状な異方性希土類ボンド磁石であり、
   前記ステータは、ティース数が１２極であり、
   前記ステータ半径をｒ、前記ステータの径方向厚さをｔ、前記異方性希土類ボンド磁石の径方向厚さをｄ、前記ロータの半径をＲとする時、
   磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．１０未満で、
   ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔが２．０以上、３．５以下であることを特徴とするＤＣブラシレスモータ。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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