DE69233394T2

DE69233394T2 - Bürstenloser gleichstrommotor

Info

Publication number: DE69233394T2
Application number: DE69233394T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Suwa-shi MIYAZAWA; Kinya Suwa-shi MATSUZAWA; Norio Suwa-shi Ito; Yasushi Suwa-shi SOYA; Koichi Suwa-shi SAITO
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2012-11-11
Also published as: EP0613229A1; DE69233394D1; TW209920B; SG52547A1; WO1993010593A1; EP0613229A4; EP0613229B1; US6166470A; JP3146492B2; HK1018171A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motor, der eine Magnetfeldwicklung an Statorjochen, einen Permanentmagneten an einem Rotor und keine Bürste hat, und insbesondere eine Motorstruktur.
STAND DER TECHNIK
Herkömmliche bekannte bürstenlose Gleichstrom-(DC)-Motoren enthalten einen in 50 gezeigten Motor vom Kerntyp und einen Motor vom kernlosen Typ, wie er in 51 gezeigt ist.
Wie es in 50 gezeigt ist, hat der obige Motor 52 vom Kerntyp ein Statorjoch 53, das durch Schichten von elektromagnetischen Stahlplatten ausgebildet ist, die in eine bestimmte Form ausgestanzt sind, und hat eine Magnetfeldspule 54, die in einem Schlitzabschnitt des Statorjochs 53 im isolierten Zustand angeordnet ist. Ein Anker- bzw. Rotormagnet 56 ist an einem Rotor 55 angeordnet. Weiterhin weist ein Motorabschnitt das Statorjoch 53 und den Rotor auf, und ein Schaltkreiseinheitenabschnitt 57 besteht aus einem Schaltkreiselement und ähnlichem.
Der obige Motor 60 vom kernlosen Typ hat eine kernlose Magnetfeldspule 59, die durch eine selbstschmelzende Leitung in der Form eines Rings ausgebildet ist, der in einem Stator 58 angeordnet ist, wie es in 51 gezeigt ist. Die Magnetfeldspule 59 ist ausgebildet, wie es beispielsweise in 52 und in 53 gezeigt ist. Weiterhin ist ein Rotor 61 mit einem Rotormagneten 63 versehen. Weiterhin bilden der Stator 58 und der Rotor 61 einen Motorabschnitt, und eine Schaltkreiseinheit 76 besteht aus einem Schaltkreiselement und ähnlichem.
Bei den Motoren 51 und 60 mit den obigen Strukturen kann ein Zusammenbauen durch Anbringen von einer Richtung einer motortragenden Stütze (einem runden Vorsprung bzw. einer Welle) aus durchgeführt werden.
Es ist der Motor 60 vom Kerntyp bekannt, der beispielsweise in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 23754/1989 beschrieben ist. Der bürstenlose Gleichstrom-(DC)-Motor 60 von diesem Typ hat einen Rotor 61, der aus einem becherförmigen Anker- bzw. Rotorjoch 62, einem ringförmigen Anker- bzw. Rotormagneten 63, der an den inneren Umfang des Rotorjochs angeheftet ist, und einer Welle 65, die an der Mitte des Rotorjochs 62 mit einer Bürste 64 angebracht ist, besteht, wie es in 54 gezeigt ist. In der Figur stellt 66 einen Drehtisch dar.
Wie es in 55 gezeigt ist, weist ein Stator 67 ein erstes und ein zweites Statorjoch 68, 69 auf, die aus einer weichmagnetischen Metallplatte hergestellt sind, und eine Spuleneinheit 70, die zwischen den Statorjochen 68, 69 angeordnet ist. Beide Statorjoche 68, 69 haben ausgebildete magnetische Pole 68a, 69a, die von dem Zentrum bzw. von der Mitte in radialer Richtung nach außen ausgedehnt sind und in rechten Winkeln gebogen sind, und haben Ringe 71, 72, die bei dem Zentrum entlang der Biegerichtung der magnetischen Pole 68a, 69a integral ausgebildet sind. In der Figur sind vier Pole gezeigt.
Das erste Statorjoch 68 und das zweite Statorjoch 69 des Stators 67 sind mit der Spuleneinheit dazwischen zusammengesetzt, und der Ring 71 und der andere Ring 72 sind derart verbunden, dass sie magnetisch verbunden sind, um einen Magnetkreis zu bilden, und zwar unter Einhalten eines bestimmten Spalts von der Umfangsfläche des Rotormagneten 63 des Rotors 61, und die Magnetpole 68a, 69a des ersten und des zweiten Statorjochs 68, 69 sind in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet.
Weiterhin ist eine Hülse 73 innerhalb des Rings 71 des Stators 67 angebracht bzw. eingepasst und wird die Welle 65 des Rotors 61 in der Hülse 73 über ein Lager 74 gestützt. Bis zu dem Boden der Hülse 73 ist eine Basisplatte bzw. Grundplatte 75 angebracht, um den Stator 67 zu stützen, und eine Leiterplatte 76 ist an der Basisplatte 75 fixiert. In der Figur stellt 77 ein Magnetpol-Abtastelement zum Erfassen eines Magnetpols des Rotors dar.
Darüber hinaus ist als Spannmagnet zum Adsorbieren und Fixieren eines sich drehenden Werkstücks ein Spannmagnet 79 verwendet worden, der magnetisiert ist, wie es in 57 gezeigt ist.
Weiterhin sind bürstenlose Gleichstrom-(DC)-Motoren, die unter Verwendung von Statorjochen strukturiert sind, die durch Biegen einer weichmagnetischen Metallplatte ausgebildet sind, beispielsweise aus der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 23754/1989 und der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 214458/1990 bekannt. Bei solchen Motoren sind Magnetpole in einer asymmetrischen Form ausgebildet, um die statische stabile Position eines Rotors aus der Position eines Erregerdrehmoments von 0 zu verschieben, haben die Magnetpole von einem Statorjoch eine unterschiedliche Form gegenüber denjenigen des anderen Statorjochs, und ist die Position von jedem Stator verschoben, um ein magnetisches Ungleichgewicht zu veranlassen, um die stabile Position des Rotors zu verschieben, um dadurch einen Totpunkt der Motordrehung zu eliminieren.
Jedoch haben die obigen herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motoren ungeachtet des Kerntyps oder des kernlosen Typs die folgenden strukturellen Nachteile.

1) Ein runder Vorsprung bzw. eine Welle ist für eine Lagerung beim Zentrum des Motors angeordnet, ein relativ großes Loch ist beim Zentrum der Schaltkreiseinheit angeordnet, um zu vermeiden, dass dieses Loch einen Freiheitsgrad zur Anordnung und einen effektiven Bereich für Schaltkreisteile ruiniert, und daher wird die Form dese Motorkörpers groß.
2) Da die Schaltkreiseinheit derart angeordnet ist, dass sie durch den Motorabschnitt bedeckt ist, wenn ein Zusammenbauen beendet ist, kann eine Entfernung der Schaltkreiseinheit allein nicht durchgeführt werden. Weiterhin waren ein Austausch, eine Modifikation und eine Einstellung schwierig.
3) Das Ende der Wicklung der Magnetfeldspule ist an die Leiterplatte durch Herumführen der Magnetfeldspule zu einem Draht angeschlossen, so dass aufgrund des Zerbrechens von Draht oder eines Kontakts von Wicklungen während eines Betriebs auf einfache Weise ein Schichtenkurzschluss oder ähnliches stattfindet, und insbesondere hat der kernlose Typ einen Nachteil eines Veranlassens einer Menge von Schwierigkeiten beim Verdrahten und eines Erhöhens von Arbeits-Mannstunden.

Weiterhin hatte insbesondere der Motor vom kernlosen Typ die folgenden strukturellen Nachteile.

1) Da der Stator eine derartige Struktur hat, dass sie durch wechselseitiges Zusammenfügen der Ringe von beiden Statorjochen angebracht wird, ist eine Genauigkeit beim Bearbeiten der Ringe erforderlich, was in einem Erhöhen von Kosten resultiert und eine Menge von Schwierigkeiten beim Zusammenbauen verursacht.
2) Da die Hülse zum Stützen des Lagers in den angepassten Ringabschnitt eingefügt wird, wird die Anzahl von Teilen erhöht, was Zusammenbauarbeiten vermehrt.
3) Beim Miniaturisieren des Motors kann eine magnetische Sättigung in dem Magnetkreis um die Welle herum verursacht werden.
4) Da der Drehtisch, der auf den Rotor gelegt ist, separat ausgebildet wird, wird die Zusammenbauarbeit erhöht, und es ist schwierig, die Flachheit des Drehtischs sicherzustellen.
5) Da die Basisplatte am Boden der Hülse angebracht bzw. eingepasst wird, die durch den Stator geführt ist, ist zum Sicherstellen eines Senkrechtstehens der Hülse eine Verarbeitungsgenauigkeit des Anpassungsteils der Basisplatte erforderlich, und eine ausreichende Stärke kann nicht auf einfache Weise erhalten werden. Wie es in 56 gezeigt ist, kann der Stator 67 an der flachen Basisplatte 75 durch Schrauben mit einer Schraube 78 fixiert werden, aber ein Anordnungsraum kann nicht zwischen der Basisplatte 75 und dem Stator 67 zur Verfügung gestellt werden, und es ist schwierig, die Leiterplatte und das Magnetpol-Abtastelement anzuordnen.
6) Weiterhin muss beim Zusammenbauen eine Anbringposition bzw. Einpassposition des Magnetpol-Abtastelements jedes Mal bestimmt werden, was die Genauigkeit eines Positionierens verschlechtert und eine Effizienz einer Zusammenbauarbeit erniedrigt.
7) Der Spannmagnet 79 zum Adsorbieren und Fixieren eines sich drehenden Werkstücks ist allgemein in obere und untere zwei Pole magnetisiert, so dass seine Anziehungskraft schwach ist, und dann, wenn der Spannmagnet keine magnetische Substanz an der Bodenfläche bzw. der unteren Fläche hat, fließt ein Leckfluss in das Statorjoch oder das Rotorjoch, was einen Nachteil eines nachteiligen Beeinflussens der Motorleistungsfähigkeit verursacht.

Weiterhin gibt es ungeachtet des Motors vom Kerntyp oder vom kernlosen Typ folgende Nachteile bezüglich der Motorcharakteristiken.

1) Da das bei dem stabilen Positionspunkt des Permanentmagnetrotors erzeugte Erregerdrehmoment relativ klein ist, ist das Starten instabil und kann nur unter einer sehr begrenzten Bedingung selbst aktiviert werden, und ein großes Startdrehmoment kann nicht erhalten werden.
2) Da ein magnetisches Gleichgewicht zerstört werden muss, wird eine Magnetpolform speziell, und wird ein Leckfluss erhöht, wodurch die Motoreffizienz erniedrigt wird.
3) Da die zwei Statorjoche unterschiedliche Magnetpolformen haben, sind zwei Pressformen erforderlich, und ein Management von Teilen wird kompliziert.

EP-A-0 299 512 offenbart einen bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motor, der folgendes aufweist: einen Rotor, der einen Ankermagneten aufweist, welcher eine Vielzahl von an einem Ankerjoch angeordneten Magnetpolen in der Umfangsrichtung ausbildet, einen Stator, der eine Vielzahl von Magnetpolen aufweist, die an einem Statorjoch, welches einen Luftspalt neben dem Ankermagneten aufweist, in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind, eine Spuleneinheit, die an dem Statorjoch angeordnet ist und eine Magnetfeldspule zum Erregen der Magnetpole des Stators aufweist, und ein Magnetpol-Abtastelement zum Erfassen eines Pols des Ankermagneten, wobei die eingestellte Position des Magnetpol-Abtastelements in der Umgebung des magnetisch neutralen Punkts angeordnet ist und das Verhältnis (Φ/Θ) eines Öffnungswinkels (Φ) der Magnetpole des Stators, der sich von der Drehmitte des Rotors öffnet, zu einem ähnlichen Öffnungswinkel (Θ) je Magnetpol des Rotors in dem Wertebereich von 0,75 ≤ (Φ/Θ) ≤ 0,8 liegt.
Angesichts des obigen dient diese Erfindung zum Lösen der obigen Nachteile und zielt darauf ab, die Verbindung der Spuleneinheit und der Schaltkreiseinheit zu vereinfachen, und macht es einfach, die Schaltkreiseinheit allein auszutauschen und einzustellen, und zwar selbst nach dem Zusammenbauen des Motors, und reduziert die Anzahl von Anbringteilen, erleichtert den Zusammenbau, reduziert Mannstunden und verbessert die Motorleistungsfähigkeit und stellt einen nicht teuren bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motor mit einem hohen Startdrehmoment zur Verfügung, was eine Startfähigkeit in einem weiten Bereich zur Verfügung stellt, und zwar mit einer hohen Motoreffizienz und Produktivität.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zum Erreichen der obigen Aufgaben hat der bürstenlose Gleichstrom-(DC)-Motor gemäß der Erfindung die Merkmale, die im Anspruch 1 angezeigt sind. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angezeigt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 Eine vertikale Schnittansicht des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
2 Eine auseinandergezogene Schnittansicht des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
3 Eine Rückansicht des ersten Statorjochs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
4 Eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 3 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
5 Eine Draufsicht auf das zweite Statorjoch gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
6 Eine vertikale Schnittansicht des zweiten Statorjochs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
7 Eine Draufsicht auf die Spuleneinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
8 Eine vertikale Schnittansicht der Spuleneinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
9 Eine Rückansicht der Spuleneinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
10 Eine Draufsicht auf die Basisplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
11 Eine vertikale Schnittansicht der Basisplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
12 Eine Rückansicht der Basisplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
13 Eine vertikale Schnittansicht des wesentlichen Teils der Spuleneinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
14 Eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der 13 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
15 Eine Draufsicht auf die Spuleneinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
16 Eine vertikale Schnittansicht der Spuleneinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
17 Eine Rückansicht der Spuleneinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
18 Eine vertikale Schnittansicht des bürsten Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
19 Eine auseinandergezogene Schnittansicht des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
20 Eine Draufsicht auf das Statorjoch gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
21 Eine Schnittansicht des Stators gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
22 Eine auseinandergezogene Schnittansicht entlang der Linie C-C der 20 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
23 Eine perspektivische Ansicht des Spannmagneten gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
24 Eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel des Spannmagneten gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt.
25 Eine perspektivische Ansicht des ersten und des zweiten Statorjochs gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
26 Eine auseinandergezogene Schnittansicht des Statorjochs gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
27 Eine vertikale Schnittansicht des wesentlichen Teils des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
28 Eine vertikale Schnittansicht des wesentlichen Teils des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
29 Eine vertikale Schnittansicht des wesentlichen Teils des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem achten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
30 Eine erklärende Ansicht zum Beschreiben der Beziehung zwischen dem Magnetpol-Abtastelement und dem Magnetfluss gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
31 Eine vertikale Schnittansicht des wesentlichen Teils des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
32 Eine vertikale Schnittansicht des wesentlichen Teils des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
33 Eine vertikale Schnittansicht des wesentlichen Teils des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem elften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
34 Eine vertikale Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Stützstruktur mit gezogener Linie gemäß einem elften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt.
35 Eine vertikale Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Stützstruktur mit gezogener Linie gemäß einem elften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt.
36 Eine vertikale Schnittansicht, die das Rotorjoch gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt.
37 Eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Rotorjochs gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
38 Eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
39 Eine schematische Draufsicht, die die Aktion des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschreibt.
40 Eine schematische Draufsicht, die die Aktion des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschreibt.
41 Eine vergrößerte Draufsicht des wesentlichen Teils, die den Öffnungswinkel beschreibt, gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
42 Charakteristische Ansichten, die die Beziehung zwischen dem elektrischen Winkel und dem Versatzarbeitsdrehmoment gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigen.
43 Eine erklärende Ansicht, die das Erregerdrehmoment gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschreibt.
44 Ein Schaltungsdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der Treiberschaltung des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt.
45 Eine Draufsicht des Statorjochs gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
46 Eine Seitenansicht des Statorjochs gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
47 Eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des wesentlichen Teils gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
48 Eine perspektivische Ansicht des Statorjochs gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
49 Eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des wesentlichen Teils des Statorjochs gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
50 Eine vertikale Schnittansicht, die die Struktur eines herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors vom Kerntyp zeigt.
51 Eine vertikale Schnittansicht, die die Struktur eines herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors vom kernlosen Typ zeigt.
52 Eine Draufsicht auf die Magnetfeldspule eines herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors vom kernlosen Typ.
53 Eine Vorderansicht der Magnetfeldspule eines herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors vom kernlosen Typ.
54 Eine vertikale Schnittansicht, die einen herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motor vom Kerntyp zeigt.
55 Eine auseinandergezogene Schnittansicht, die einen herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motor vorn Kerntyp zeigt.
56 Eine vertikale Schnittansicht, die den wesentlichen Teil eines herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors vom kernlosen Typ zeigt.
57 Eine perspektivische Ansicht des Spannmagneten eines herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors vom kernlosen Typ.
58 Eine Tabelle, die Unterschiede zwischen dem Umfangslängenverhältnis und der Magnetpolbreite zeigt.
59 Eine Tabelle, die Unterschiede zwischen dem Umfangslängenverhältnis und der Magnetpolbreite zeigt.
60 Eine Tabelle, die die Beziehung zwischen der Magnetpolbreite und der Verschiebung zeigt.
BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ein erstes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
1 und 2 zeigen eine vertikale Schnittansicht und eine auseinandergezogene vertikale Schnittansicht des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors dieser Erfindung. In 1 und in 2 stellt 1 einen bürstenlosen Gleichstrom- (DC)-Motor dar, 2 einen Rotor, 3 eine Welle (Drehwelle), 10 einen Stator, 19 eine Schaltkreiseinheit, 20 eine Basisplatte, an welche der Motor 1 angebracht ist.
Der obige Rotor 2 hat die Welle 3 mittels Presspassung an das Zentrum eines Ankerjochs 4 angebracht, das in der Form eines Bechers ausgebildet ist, und einen Rotormagneten (Permanentmagneten) 5, der an den Innenumfang des Rotorankers 4 fixiert ist. Der Rotormagnet 5 ist in der Form eines Rings ausgebildet und hat N- und S-Pole, die abwechselnd in der Umfangsrichtung magnetisiert sind, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel acht Pole magnetisiert sind. Der Rotormagnet 5 kann eine Kombination aus einer Vielzahl von fliesenförmigen Permanentmagneten sein, oder ein schichtenförmiger Gummimagnet, der in einen Ring geformt ist.
Der obige Stator 10 weist ein erstes Statorjoch 11 auf, ein zweites Statorjoch 16 und eine Spuleneinheit 12. Das erste Statorjoch 11 und das zweite Statorjoch 16 sind durch Ausstanzen einer weichmagnetischen Metallplatte in eine vorgeschriebene Form ausgebildet, und die gestanzten Teile, die sich in der radialen Richtung ausdehnen, sind in rechten Winkeln gebogen, um Magnetpole 11a, 16a auszubilden. Weiterhin ist ein zylindrischer Teil 17 integral mit dem zweiten Statorjoch 16 ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben, da der Motor 1 acht Pole hat, die Statorjoche 11, 16 jeweils vier Magnetpole 11a, 16a, die in bestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung ausgebildet sind. Weiterhin haben das erste Statorjoch 11 und das zweite Statorjoch 16 die Spuleneinheit 12, die später beschrieben wird, dazwischen angeordnet, und sind zusammengesetzt, um wechselseitig den Magnetpolen 11a und 16a der Statorjoche 11 und 16 gegenüberzuliegen, so dass die Magnetpole 11a, 16a in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind.
Die obige Spuleneinheit 12 weist einen Spulenkörper 14 auf, der aus Kunstharz hergestellt ist und der einen Flansch 14a an jedem Ende hat, und eine Magnetfeldspule 15, die auf den Spulenkörper gewickelt ist. Weiterhin ist der zylindrische Teil 17 des zweiten Statorjochs 16 in den Spulenkörper 14 eingefügt. Weiterhin haben die Flansche 14a des Spulenkörpers 14 eine Vielzahl von Anschlussstiften 12a, die in der axialen Richtung des Motors 1 vorstehen, Pins 12b zum Bestimmen der Zusammenbauposition des Statorjochs 11 und des zweiten Statorjochs 16 in einer radialen Richtung und Stifte 12c, die zum Fixieren des zweiten Statorjochs 16 an der Basisplatte 20 verwendet werden.
Weiterhin hat die Basisplatte 20, die den Stator 10 stützt, einen Träger 20a zum Tragen des Stators 10 bei dem zentralen Außenumfang und zum Tragen des Lagers 18 beim Innenumfang. Weiterhin sind Löcher 20b zum Fixieren des Stators 10 und Löcher 20c zum elektrischen Verbinden der Magnetfeldspule 15 und der Schaltkreiseinheit 19 in der Basisplatte 20 ausgebildet, und die Schaltkreiseinheit 19, die ein Magnetpol-Abtastelement 21 zum Erfassen eines Magnetpols des Rotormagneten 5 hat, ist zum Fixieren von der gegenüberliegenden Seite des Stators 10 eingefügt. Weiterhin wird nach einem Zusammenbauen eine Unterlegscheibe 22 an das führende Ende der Welle 3 des Rotors 2 eingepasst, um zu verhindern, dass die Welle 3 herauskommt. Weiterhin bilden der Rotor 2 und der Stator 10 einen Motorabschnitt.
Weiterhin werden Details unter Bezugnahme auf 3 bis 12 beschrieben werden.
Der Spulenabschnitt 12, der zwischen dem ersten Statorjoch 11 und dem zweiten Statorjoch 16 anzuordnen ist, wird mit den Stiften 12c der Spuleneinheit 12 mit den Löchern 16c des zweiten Statorjochs 16 ausgerichtet eingefügt, die Löcher 11c des ersten Statorjochs 11 werden mit den Stiften 12b der Spuleneinheit 12 ausgerichtet und das erste Statorjoch 11 und das zweite Statorjoch 16 werden verbunden und fixiert, und dann werden die führenden Enden der eingefügten Stifte 12b durch thermisches Verstemmen fixiert. Das erste Statorjoch 11 und das zweite Statorjoch 16 können durch Presspassen oder mechanisches Verstemmen mittels einer Presse fixiert werden. Ein Magnetkreis wird in einem guten Gleichgewicht durch das erste Statorjoch 11 und das zweite Statorjoch 16 gebildet.
Zum Anbringen des festen Stators 10 an die Basisplatte 20 zum Stützen werden die Stifte 12c der Spuleneinheit 12 in die Löcher 20b der Basisplatte 20 eingefügt und von der gegenüberliegenden Seite des Stators 10 durch thermisches Verstemmen an der Basisplatte 20 fixiert. Der Stator 10 und die Schaltkreiseinheit 19 werden durch Einfügen der Anschlussstifte 12a der Spuleneinheit 12 in die Löcher 20c der Basisplatte 20 und durch Löten der Schaltkreiseinheit 19 zum Fixieren elektrisch verbunden, und gleichzeitig wird der Stator 10 an der Basisplatte 20 und an der Schaltkreiseinheit 19 fixiert. Weiterhin wird das Magnetpol-Abtastelement 21 an der Schaltkreiseinheit 19 angebracht, und die Schaltkreiseinheit 19 wird durch Stifte 20d der Basisplatte 20 geführt und fixiert, um genau mit dem Stator 10 positioniert zu sein.
Somit wird der Stator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf einfache Weise durch die Löcher des ersten Statorjochs und die Projektionen aus synthetischem Harz der Spuleneinheit positioniert und wird der Stator an der Basisplatte durch die Löcher der zweiten Statoreinheit und die Projektionen aus synthetischem Harz der Spuleneinheit genau und auf einfache Weise fixiert. Die Vielzahl von Anschlussstiften, die von den Flanschen des Spulenkörpers vorstehen, lässt zu, eine gezogene Linie bzw. gezogene Leitung der Magnetfeldspule auf einfache Weise mit der Schaltkreiseinheit zu verbinden, und hat einen derartigen Effekt, dass das Magnetpol-Abtastelement des Rotormagneten auf einfache Weise bei einer geeigneten Position festgelegt werden kann.
Nun wird ein zweites Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben werden. 13 und 14 zeigen dieses Ausführungsbeispiel.
In 13 und in 14 ist eine gezogene Leitung 15 um den Spulenkörper 14 gewickelt, sind die Anschlussstifte 12a integral mit dem Spulenkörper 14 am Flansch 14a ausgebildet und hat die gezogene Leitung 15 Nuten 12A, die ausgebildet sind, um ein einfaches Binden von ihrem führenden Ende an die Anschlussstifte 12a zuzulassen, und um das Zerbrechen eines Drahtes zu verhindern.
Somit wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel deshalb, weil Stützteile der Anschlussstifte integral mit dem Spulenkörper unter Verwendung von synthetischem Harz ausgebildet sind, ein Abstand zwischen den Anschlussstiften geeignet bestimmt und wird die Größe eines Presspassungsteils auf einfache Weise gesteuert. Weiterhin wird deshalb, weil die Führungsnuten für eine gezogene Leitung angeordnet sind, eine Ausbeute eines Zerbrechens eines Drahtes verbessert.
Weiterhin wird ein drittes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben werden. 15 bis 17 zeigen dieses Ausführungsbeispiel.
In 15 bis 17 ist die Magnetfeldwicklung 15 um den Spulenkörper 14 gewickelt, sind die Anschlussstifte 12a integral mit dem Spulenkörper 14 an dem Flansch 14a ausgebildet, sind die Anschlussstifte 12a in einem gleichen Abstand unter Berücksichtigung einer Wicklungseffizienz angeordnet und sind die Nuten 12A angeordnet, um ein einfaches Biegen des führenden Endes einer gezogenen Leitung an den Anschlussstiften 12a zuzulassen und um das Zerbrechen eines Drahtes zu verhindern.
Somit kann gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durch Ausbilden der Anschlussstifte integral mit dem Spulenkörper unter Verwendung von synthetischem Harz, was einen Abstand zwischen den Anschlussstiften gleich macht und durch Anordnen der Führungsnuten für die gezogenen Leitungen, ein Position auf einfache Weise bestimmt werden, wenn die Größensteuerung von Presspassteilen und eine Wicklungsarbeit automatisiert wird, kann eine Ausbeute einer Wicklungsarbeit verbessert werden und kann die Festigkeit der Anschlussstifte erhöht werden.
Weiterhin sind gemäß den obigen ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispielen der Stator, der Rotor und die Schaltkreiseinheit separat aufgebaut und ist die Schaltkreiseinheit von der Außenseite der Basisplatte angebracht, so dass ein Zusammenbauen einfach ist.
Darüber hinaus wird gemäß den obigen ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispielen ein Zusammenbauen bessert durchgeführt und wird der Prozess auf einfache Weise gesteuert. Insbesondere gibt es einen Effekt, dass der Stator und der Rotor zusammengebaut werden können, ohne dass sie durch die Fertigstellung der Schaltkreiseinheit beschränkt werden.
Weiterhin wird gemäß den obigen ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispielen ein Packungsbereich der Schaltkreiseinheit erhöht, um die Verwendung von billigen elektronischen Teilen zuzulassen, wird ein Freiheitsgrad für das Design erhalten, wird die Bearbeitbarkeit beim Zusammenbauen der Schaltkreiseinheit verbessert und kann der Rotor allein unter Zurücklassen der Schaltkreiseinheit wie sie ist entfernt werden, indem die Stopp-Unterlegscheibe von dem Mittenloch entfernt wird.
Weiterhin wird gemäß den obigen ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispielen durch direktes Löten der Anschlussstifte der Spuleneinheit an die Schaltkreiseinheit eine Ausbeute im Vergleich mit einem herkömmlichen Verfahren verbessert, bei welchem die gezogene Leitung zum Anschließen herumgeführt wird.
Weiterhin können gemäß den obigen ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispielen im Fall eines Fehlers der Schaltkreiseinheit und des Rotors der Austausch, eine Modifikation oder eine Einstellung der Schaltkreiseinheit und des Rotors auf einfache Weise durchgeführt werden.
Weiterhin können gemäß den obigen ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispielen, da der Statorabschnitt im Vergleich mit einem herkömmlichen besonders dünn gemacht werden kann, Produkte mit einer dünnen Form zur Verfügung gestellt werden, die die Marktanforderungen erfüllen.
Nun wird ein viertes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. 18 zeigt eine vertikale Schnittansicht des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors dieses Ausführungsbeispiels, und 19 zeigt seine auseinandergezogene Schnittansicht. In 18 und in 19 stellt 1 einen bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motor dar, 2 einen Rotor, 10 einen Stator, 19 eine Schaltkreiseinheit, 20 eine Basisplatte, auf welcher der Motor 1 angebracht ist.
Der Rotor 2 ist in der Form eines Bechers ausgebildet, hat eine Welle (eine Drehwelle) 3, die beim Zentrum bzw. in der Mitte mittels Presspassung angebracht ist, und hat einen Ankermagneten (Permanentmagneten) 5, der an den Innenumfang des Ankerjochs 4 fixiert ist. Der Ankermagnet bzw. Rotormagnet 5 ist in der Form eines Rings ausgebildet und hat N- und S-Pole, die in der Umfangsrichtung abwechselnd magnetisiert sind.
Weiterhin ist ein aus Kunstharz hergestellter Drehtisch 6 integral ausgebildet, um an dem Außenumfang des Rotorjochs bzw. Ankerjochs 4 angeordnet zu werden. Daher können Mannstunden zum Zusammenbauen reduziert werden und kann der Drehtisch 6 horizontal gehalten werden.
Ein Bezugszeichen 7 stellt einen Spannmagneten dar, der in vielen Polen magnetisiert ist, wie es in 23 und 24 gezeigt ist. Die Magnetisierungsrichtung enthält die Ausbildung von Ns und Ss, wie es in 23 gezeigt ist, und die Ausbildung eines Magnetkreises an der unteren Fläche, um herumzufließen, wie es in 24 gezeigt ist. Daher ist im Unterschied zu einem herkömmlichen, der magnetisiert ist, um einen Magnetfluss in dieselbe Richtung zu richten, ein Magnetpfad kurz und ist ein Leckfluss gering, was in der Verhinderung eines nachteiligen Effekts am Motor und in der Erhöhung einer Adsorptionsfixierkraft resultiert. Wenn ein einziger Spannmagnet 7 am Drehtisch 6 angeordnet ist, wie es in 19 gezeigt ist; hat derjenige, der in 24 gezeigt ist, einen geringeren Leckfluss, und dann, wenn der Magnet 7 am Ankerjoch 4 angeordnet ist, das aus magnetischem Material hergestellt ist, wie es in 36 gezeigt ist, die später gezeigt wird, kehrt ein Magnetfluss über das magnetische Material zurück, so dass der in 23 gezeigte Magnet denselben Effekt wie derjenige hat, der in 24 gezeigt ist.
Der obige Stator 10 weist ein oberes erstes Statorjoch 11 in der Figur auf, eine Spuleneinheit 12, ein unteres zweites Statorjoch 16 und eine Hülse 17.
Das erste und das zweite Statorjoch 11, 16 sind aus einer weichmagnetischen Metallplatte hergestellt, die in eine vorgeschriebene Form ausgestanzt ist, und sich in radialer Richtung erstreckende Teile sind unter rechten Winkeln gebogen, um einen Magnetpol 11a oder 16a auszubilden, wie es in 20 und in 21 gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben, da der Motor 1 8 Pole hat, die Statorjoche 11, 16 jeweils vier Magnetpole 11a, 16a in bestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung. Weiterhin sind die Statorjoche 11, 16 mit den Magnetpolen 11a, 16a zusammengesetzt, die wechselseitig in der Umfangsrichtung gegenüberliegend zu der Hülse 17 sind, die aus weichmagnetischem Material hergestellt ist und dazwischen angeordnet ist, wie es in 20 gezeigt ist, um einen Magnetkreis auszubilden.
Die obige Spuleneinheit 12 weist einen Spulenkörper 14 auf, der aus Kunstharz hergestellt ist, mit einem Flansch 14a an jedem Ende, und einer Magnetfeldspule 15, die auf ihn gewickelt ist. Weiterhin ist die obige Hülse 17 in der Form eines Zylinders ausgebildet, hat ein Verbindungsteil bzw. Passteil 17a, das geformt ist, um an jedem Ende ausgebildet vorzustehen, und in Verbindungslöcher bzw. Passlöcher 11b und 16b eingepasst ist, die in der Mitte der Statorjoch 11, 16 ausgebildet sind, wie es in 22 gezeigt ist. Weiterhin stehen Stifte 12b von beiden Flanschen 14a des Spulenkörpers 14 vor, sind jeweils Löcher 11c, 16c zum Passen zu diesen Stiften 12b in den Statorjochen 11, 16 ausgebildet, und dann, wenn das erste und das zweite Statorjoch 11, 16 mit der Spuleneinheit 12 zusammengebaut werden, wird eine relative Positionierung in der Umfangsrichtung mit den Statorjochen 11, 16 durchgeführt.
Bezüglich der relativen Positionierung der Statorjoche 11, 16 können, anstelle eines Anordnens der vorgenannten Stifte 12b und der Passlöcher 11c, 16c, die Passteile 17a der Hülse 17 und die Einfügelöcher 11b, 16b der Statorjoche 11, 16 um dorthinein eingefügt zu werden, ihre flachen Formen derart ausgebildet haben, dass sie polygonal oder nicht kreisförmig sind, so dass ein Zusammenbauen und ein relatives Positionieren in der Umfangsrichtung gleichzeitig durchgeführt werden kann.
Weiterhin wird nach einem Zusammenbauen des ersten Statorjochs 11, der Spuleneinheit 12, der Hülse 17 und des zweiten Statorjochs 16 zu dem Stator 10 ein Passloch 19a einer Schaltkreiseinheit 19 zu einem Passvorsprung bzw. einer Passprojektion 20a eingepasst, der bzw. die ausgebildet ist, um in der Mitte einer Basisplatte 20 vorzustehen, und das Lager 18 wird von unten von der Passprojektion 20a eingepasst, um den gesamten Motor zusammenzubauen. Das Lager 18 hat einen Flansch 18a, der am unteren Ende ausgebildet ist, und welcher größer als das Loch der Passprojektion 20a der Basisplatte 20 ist, die nach oben in die Hülse 17 des zusammengebauten Stators 10 eingefügt ist, und das erste Statorjoch 11 und das zweite Statorjoch 12 sind mit der Hülse 17 durch Verstemmen fixiert, um eine oberste Öffnung 18b mit einem Spannwerkzeug zu vergrößern. Das erste Statorjoch 11 und das zweite Statorjoch 12 können an der Hülse 17 durch eine Presspassung fixiert werden, oder das Lager 18 kann in der Hülse 17 durch eine Presspassung fixiert sein. In der Figur stellt 21 ein Magnetpol-Erfassungselement zum Erfassen einer Magnetpolposition des Rotors dar.
Die auf der Basisplatte 20 angeordnete Schaltkreiseinheit 19 ist durch Anheften bzw. Kleben oder Schrauben in zuvor ausgebildete Löcher in der Schaltkreiseinheit 19 und der Basisplatte 20 fixiert, so dass das Magnetpol-Abtastelement (Hallelement) 21, das an der Schaltkreiseinheit 19 angeordnet ist, bei einer vorgeschriebenen Stelle positioniert ist.
Daher kann dann, wenn die am Ende der Hülse angeordneten Einfügeteile und die Einfügelöcher der Statorjoche bei diesem Ausführungsbeispiel derart ausgebildet sind, dass sie nicht kreisförmig sind, der Stator durch einfaches Anbringen bzw. Einpassen der Einfügeteile in die Einfügelöcher zusammengebaut werden, so dass ein Positionieren der Statorjoche möglich ist und ein Zusammenbauen einfach ist. Weiterhin ist es nicht nötig, einen Ringabschnitt an jedem Statorjoch anzuordnen, wie bei einem herkömmlichen Motor, kann ein Wicklungsvolumen des Spulenkörpers in einer radialen Richtung erhöht werden und ist er besonders zum Miniaturisieren des Motors geeignet.
Da die Basisplatte durch eine Sandwichbauweise der Passprojektion der Basisplatte zwischen dem Flansch des Lagers und dem Stator zusammengebaut werden kann, ist es nicht nötig, Löcher mit Gewinde auszubilden, um den Stator und die Basisplatte zu schrauben, wie bei einem herkömmlichen Motor, was die Struktur und ein Zusammenbauen vereinfacht.
Weiterhin kann deshalb, da die Basisplatte durch Presspassen des Lagers zu der Passprojektion zusammengebaut wird und die Passprojektion, die derart ausgebildet ist, dass sie eine flache Fläche hat, mittels Sandwichbauweise durch den Flansch des Lagers angeordnet wird, eine vertikale Genauigkeit des Lagers sichergestellt werden. Darüber hinaus kann deshalb, weil die Passprojektion der Basisplatte zum Anbringen verwendet wird, ein Raum zwischen dem Spulenabschnitt und der Basisplatte vorgesehen werden, um die Schaltkreiseinheit und das Magnetpol-Abtastelement anzubringen.
Da dieses Ausführungsbeispiel den Rotor und den Drehtisch integral ausbildet, werden die Anzahl von Teilen und Mannstunden zum Zusammenbauen reduziert. Weiterhin wird ein Nachteil, dass der Drehtisch geneigt wird, wenn er zusammengebaut wird, wie es bei einem herkömmlichen Motor gesehen wird, korrigiert, und eine horizontale Genauigkeit des Drehtischs kann sichergestellt werden, um dadurch eine Arbeitsfähigkeit bei einer Massenproduktion zu verbessern und Kosten zu einem großen Ausmaß zu reduzieren.
Nun wird ein fünftes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Statorjoche 11, 16 eine Hülse (einen zylindrischen Abschnitt) 23 integral ausgebildet, haben einen Ausschnittsabschnitt 24, der durch Schneiden (D-Schnitt) auf einem halben Weg um eine Rundung und das führende Ende jeder Hülse 23 und können wechselseitig positioniert werden, wie es in 25 gezeigt ist. Beide Hülsen 23 sind zu einer Länge ausgebildet, die nahezu eine Hälfte der Länge in der axialen Richtung ist, wenn beide Statorjoche 11, 16 zusammen angeordnet werden, und die Richtung jedes Ausschnittsabschnitts 24 wird geeignet eingestellt, so dass ein relatives Positionieren der Statorjoche 11, 16 in der Umfangsrichtung durchgeführt werden kann. Weiterhin können dann, wenn die Position von beiden Ausschnittsabschnitten 24 richtig ausgewählt ist, in derselben Form vorbereitete Statorjoche als die Statorjoche 11, 16 verwendet werden.
Dann wird ein sechstes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Hülse 26 integral mit einem Statorjoch 16 ausgebildet, das den Stator 10 bildet, und ein Passloch 27 zum Einpassen des führenden Endes der Hülse 26 darin ist in der Mitte des anderen Statorjochs 11 ausgebildet, wie es in 26 gezeigt ist. Weiterhin wird in der Hülse 26 von beiden Statorjochen 11, 16, die mit der Spuleneinheit 12 dazwischen aneinander angebracht sind, das Lager 18 durch eine Presspassung oder durch Verstemmen direkt angebracht, wie es in 27 ist.
Daher benötigt dieses Ausführungsbeispiel nicht den zylindrischen Teil von einem der Statorjoche, wie ein herkömmlicher Motor, ist bezüglich der Produktivität der Statorjoche überlegen, kann ein ausschließliches Volumen für die Wicklung der Spuleneinheit sicherstellen, reduziert die Anzahl von Teilen und vereinfacht eine Zusammenbauarbeit.
Als nächstes wird ein siebtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Hülse 28 integral mit einer Basisplatte 20 ausgebildet, die den Motor 1 stützt, und ein Lager 29 ist innerhalb der Hülse 28 angeordnet, wie es in 28 gezeigt ist. Weiterhin ist ein Stufenabschnitt 30, der den Stator 10 stützt, an dem unteren Teil der Hülse 28 in der Figur ausgebildet, um einen Raum zwischen dem Stator 10 und der Basisplatte 20 sicherzustellen, so dass die Schaltkreiseinheit 19 und das Magnetpol-Abtastelement 21 angeordnet werden können.
Daher reduziert dieses Ausführungsbeispiel die Anzahl von Teilen, reduziert Mannstunden für ein Zusammenbauen, stellt den Raum für die Leiterplatte sicher und erhält sicher eine vertikale Genauigkeit des Lagers.
Weiterhin wird ein achtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Hülse 17, die das Lager 29 stützt und die an der Innenseite des Stators 10 angebracht ist, aus einem Material mit einer hohen magnetischen Permeabilität hergestellt, wie es in 29 gezeigt ist.
Daher hätte, da ein Hilfs-Magnetkreis auf der Innenseite des Stators ausgebildet wird, der Magnetkreis in der Vergangenheit einen reduzierten Bereich auf der Innenseite, und eine magnetische Sättigung würde auf einfache Weise veranlasst, wenn ein Magnetfluss auf der Spuleneinheitsseite mächtig gemacht würde, aber deshalb, weil der Hilfs-Magnetkreis bei diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet wird, kann ein leistungsstarker Magnetfluss erhalten werden, ohne eine magnetische Sättigung zu erzeugen.
Darüber hinaus wird ein neuntes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben werden. Dieses Ausführungsbeispiel hat eine Struktur zum Verhindern nachteiliger Effekte auf das Magnetpol-Abtastelement, mittels des Rotormagneten bzw. Ankermagneten. Insbesondere wird das Magnetpol-Abtastelement 21 bei einer Stelle positioniert, um dem Rotormagneten 5 nahezu gegenüberzuliegen, wie es in 30 gezeigt ist, und wird durch einen Magnetfluss A in der Richtung betrieben, die nahezu 90 Grad gegenüber dem Rotormagneten 5 ist. Jedoch dann, wenn das Stützelement 20, wie beispielsweise die Basisplatte, an welcher das Magnetpol-Abtastelement 21 angebracht ist, magnetisches Material ist, wirkt der Leckfluss des Motormagneten über das Stützelement 20 als Magnetfluss (Pfeil B in der Figur) parallel zu dem Magnetpol-Abtastelement, was möglicherweise veranlasst, dass das Magnetpol-Erfassungselement eine Fehlfunktion ausführt.
Daher wird dann, wenn bei diesem Ausführungsbeispiel ein Zusammenbauen durchgeführt wird, wie es in 31 gezeigt ist, das Stützelement 20 in der Umgebung des Magnetpol-Abtastelements, das das Magnetpol-Abtastelement 21 stützt, aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt, wie beispielsweise aus Aluminium, Messing, nichtmagnetischem rostfreiem Stahl, Kunstharz oder Keramik. Somit kann eine Fehlfunktion selbst dann sicher verhindert werden, wenn das Magnetpol-Abtastelement durch beispielsweise ein Einbetten in das Stützelement angeordnet ist.
Im weiteren wird ein zehntes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Magnetpol-Erfassungselement 21, um auf der Schaltkreiseinheit 19 angeordnet zu werden, auf einfache Weise bei einer vorgeschriebenen Position positioniert werden, um dem Rotormagneten 5 gegenüberzuliegen, wie es in 32 gezeigt ist.
Insbesondere steht, wie es in 32 gezeigt ist, ein Positionierstift 31 auf der Basisplatte 20 vor, sind Positionierlöcher 32, 33 in der Schaltkreiseinheit 19 und in einem Statorjoch 16 des Stators 10 ausgebildet und werden die Löcher 32 und 33 aufeinanderfolgend zu dem Positionierstift 31 eingepasst, wenn ein Zusammenbauen durchgeführt wird, so dass der Stator 10 und das Magnetpol-Abtastelement 21 auf einfache Weise positioniert werden können.
Bezüglich des Positionierstifts und der Löcher, die an diesen anzupassen bzw. anzubringen sind, kann der Positionierstift an den Stator und der Schaltkreiseinheit vorstehen und können die Löcher in einem anderen Element ausgebildet sein. Der Positionierstift kann aus Metall hergestellt sein und in etwas getrieben sein, das integral aus Harz gebildet ist, oder nach einem Zusammenbauen entfernt werden.
Nun wird ein elftes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben werden. Dieses Ausführungsbeispiel verhindert, dass eine gezogene Leitung 15a der Magnetfeldspule 15 der Spuleneinheit 12, die an dem Stator 10 angebracht ist, aufgrund der Umdrehung des Rotors 12 zum Schweben gebracht wird und mit dem Bodenende bzw. dem unteren Ende des Rotors 2 in Kontakt gebracht wird. Daher steht bei diesem Ausführungsbeispiel ein Stift 35 nahe einem gezogenen Teil der Magnetfeldspule 15 an dem unteren Teil des Spulenkörpers 14 nach unten vor, wird die gezogene Leitung 15a um den Stift 35 gewunden und an der Schaltkreiseinheit 19 auf der Basisplatte 20 durch Lötmittel 36 fixiert, wie es in 33 gezeigt ist. Weiterhin kann, wie es in 34 gezeigt ist, ein Durchgangsloch 37 in der Basisplatte ausgebildet sein, um an der Bodenfläche der Basisplatte durch das Lötmittel 36 eine Fixierung zu erreichen. Weiterhin kann ein Fixieren, wie es in 35 gezeigt ist, an der Rückseite der Schaltkreiseinheit 19 unter Verwendung des Lötmittels 36 durchgeführt werden.
Daher wird es bei diesem Ausführungsbeispiel, da das Ende der Magnetfeldspule an der Schaltkreiseinheit in einem Zustand fixiert wird, in welchem sie an die Anschlussstifte gebunden ist, die von dem Spulenkörper vorstehen, verhindert, dass sie mit dem Rotor in Kontakt gelangt, wenn sie zu der Position weg vom Rotor herumgeführt wird. Insbesondere kann sie von unten unter einem Winkel hereingeführt werden, wie es in der Figur gezeigt ist. Weiterhin wird nach einem Fixieren dann, wenn das lose Ende in das Loch gezogen wird, das in der Basisplatte ausgebildet ist, ein Schweben bzw. Flattern des Endes eliminiert, so dass es derartige Vorteile gibt, dass sein Kontakt verhindert werden kann und eine Betriebsfähigkeit bzw. Bearbeitbarkeit verbessert werden kann.
Dann wird ein zwölftes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Drehtisch 6 an die Außenoberfläche des Rotorjochs bzw.
Ankerjochs 4 des Rotors 2 gestellt, wie es in 36 gezeigt ist. Der Drehtisch 6 ist aus Harz oder metallischem Material hergestellt und hat einen Spannmagneten 7 zur Anbringung und Fixierung auf der obersten Oberfläche angeordnet. Weiterhin ist eine Einpassstruktur 40 zwischen dem Rotorjoch 4 und dem Drehtisch 6 angeordnet. Diese Einpassstruktur 40 hat eine Struktur, das ein Einpassausschnitt 41 in der Form einer Nut in der Umfangsrichtung an dem Außenumfang des Rotorjochs 4 ausgebildet ist, und eine Einpassprojektion 42, die in der Umfangsrichtung an den Einpassausschnitt 41 angebracht bzw. mit diesem in Einpassung gebracht ist, an dem Innenumfang des Drehtischs 6 ausgebildet.
Daher wird, da dieses Ausführungsbeispiel die Einpassstruktur zwischen dem Rotorjoch und dem Drehtisch zur Verfügung stellt, wenn der aus Harz hergestellte Drehtisch integral mit dem Rotorjoch ausgebildet ist, verhindert, dass Harz von dem Rotorjoch nach oben schwemmt. Wie die obige Einpassstruktur können eine Nut oder ein Loch und eine Projektion, die daran angebracht werden kann, an jedem Element ausgebildet werden.
Obwohl diese Erfindung unter Verwendung der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist. es zu verstehen, dass diese Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, und sie alle Ausführungsbeispiele zum Erreichen der Aufgabe dieser Erfindung abdeckt.
Wie es oben beschrieben ist, ist gemäß den vierten bis zwölften Ausführungsbeispielen die Einpassprojektion der Basisplatte in Sandwichbauweise zwischen dem Flansch des Lagers und dem Stator angeordnet, um die Basisplatte anzubringen, so dass es nicht nötig ist, ein Loch mit einem Gewinde anzuordnen und zu schrauben, wie bei einer herkömmlichen, was die Struktur und die Zusammenbauarbeit vereinfacht.
Weiterhin ist zum Zusammenbauen der Basisplatte die Einpassprojektion, die derart ausgebildet ist, dass sie eine flache Fläche hat, durch den Flansch des Lagers durch Presspassung zwischen dem Lager und der Einpassprojektion in Sandwichbauweise angeordnet, so dass eine vertikale Genauigkeit des Lagers sichergestellt werden kann. Darüber hinaus kann, da die Einpassprojektion der Basisplatte zum Einpassen verwendet wird, der Raum zwischen der Spule und der Basisplatte zur Verfügung gestellt werden, um die Leiterplatte und das Magnetpol-Abtastelement anzuordnen. Weiterhin kann die Anzahl von Zusammenbauteilen reduziert werden, ist ein Zusammenbauen einfach, werden Mannstunden für ein Zusammenbauen reduziert und kann die Motorleistungsfähigkeit verbessert werden.
Nun wird ein dreizehntes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben werden. Dieses Ausführungsbeispiel wird einen Fall beschreiben, der auf einen vierpoligen bürstenlosen Außenrotor-Gleichstrom-(DC)-Motor 1 angewendet ist, der in 37 gezeigt ist.
Ein Rotor 2 dieses Ausführungsbeispiels hat einen Rotormagneten bzw. Ankermagneten 5; der in vier Polen magnetisiert ist, in der zylindrischen Form fixiert ist und in der Umfangsrichtung zu der Innenwand eines becherförmigen Ankerjochs bzw. Rotorjochs 4, und hat eine Welle 3, die mittels Presspassung in der Mitte angeordnet ist, wie es in 37 gezeigt ist. Der Rotormagnet 5 kann eine Kombination aus einer Vielzahl von Segmenten oder schichtenförmigen Magneten, die nach oben gerollt sind und in vielen Polen magnetisiert sind, sein.
Wie es in 38 gezeigt ist, sind ein erstes Statorjoch 11 und ein zweites Statorjoch 16 angeordnet, um den Polen des Rotormagneten 5 gegenüberzuliegen. Das erste Statorjoch 11 ist aus einer weichmagnetischen Metallplatte hergestellt, die in eine gewünschte Form ausgestanzt ist und gebogen ist, um Magnetpole 11a auszubilden, und ein Ring 23 ist integral in der Mitte durch Ziehen geformt. Das zweite Statorjoch 16 ist auch auf dieselbe Weise geformt, um Magnetpole 16a und einen Ring 17 auszubilden, und ein Lager 18 ist in den Ring 17 eingefügt. Die Magnetpole, und zwar jeweils von dem ersten Statorjoch 11 und dem zweiten Statorjoch 16, haben zwei Pole, die eine Hälfte der Magnetpolzahl sind, und sind kombiniert, um abwechselnden Magnetpolen 11a und 16a gegenüberzuliegen. Das erste Statorjoch 11 und das zweite Statorjoch 16 haben dieselbe Form, und ihre Richtungen und Winkel werden dann geändert, wenn sie kombiniert werden. Zwischen dem ersten Statorjoch 11 und dem zweiten Statorjoch 16 ist eine Spuleneinheit 12 zur Erregung in Sandwichbauweise angeordnet, und ein Stator 10 ist durch das erste und das zweite Statorjoch 11, 16 und die Spuleneinheit 12 ausgebildet. Unter dem zweiten Statorjoch 16 ist ein Positions-Abtastelement (das hierin nachfolgend Hallelement genannt wird) 21, welches ein Sensor zum Erfassen eines Pols des Rotormagneten bzw. Ankermagneten 5 ist, und das Hallelement 21 ist an eine Schaltkreiseinheit 19 mit einem Treiber-Schaltkreiselement für den Motor 1 angebracht.
Weiterhin ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Öffnungswinkel Φ von jedem Magnetpol 11a, 16a bis zu einer Größe ausgebildet, die in einen Wertebereich von 75% oder darüber und weniger als 100% in Bezug auf einen Öffnungswinkel Θ für jeden Pol fällt, wie es in 41 gezeigt ist. Anders ausgedrückt wird in Bezug zu einem Öffnungswinkel Θ von jedem Pol des Rotormagneten 5, wenn die Umfangsrichtung von dem Drehzentrum bzw. Umdrehungszentrum des Rotors 2 angesehen wird, ein Öffnungswinkel Φ von jedem Magnetpol 11a, 16a des Stators 10 derart bestimmt, dass er 75% oder darüber und weniger als 100% ist.
Die Gründe zu einer Bestimmung, wie sie oben beschrieben ist, werden unter Bezugnahme auf 39 bis 42 beschrieben werden. 39 und 40 sind schematische Draufsichten, die das Prinzip eines Betriebs des Motors beschreiben. 41 ist eine vergrößerte Draufsicht auf den wesentlichen Teil, der einen Öffnungswinkel beschreibt, und 42 enthält erklärende Ansichten von Versatzdrehmomenten des Motors.
Allgemein ist die Beziehung zwischen dem Rotormagneten 5 und jedem Magnetpol 11a, 16a des Stators in dem bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motor wie folgt. Insbesondere ist der Rotormagnet 5 in der Form eines Rings an den Innenumfang des Rotorjochs 4 angebracht und hat der Rotormagnet 5 das Segment von jedem Pol in einer radialen Richtung in einem gleichen Abstand in der Umfangsrichtung magnetisiert, wie es in 39 und in 40 gezeigt ist. Weiterhin sind die Magnetpole 11a, 16a des ersten und des zweiten Statorjochs 11, 16 abwechselnd angeordnet, um dem Rotormagneten 5 gegenüberzuliegen. Jeder Magnetpol 11a, 16a hat die Form eines Rechtecks oder eines Trapezes und ist bezüglich der Vordrehungsrichtung und der Nachdrehungsrichtung symmetrisch.
Ein Versatzdrehmoment wird gemäß einem Magnetkreis erzeugt, der aus dem Rotormagneten 5 und den Statorjochen 11, 16 besteht, und das Drehmoment wird in Intervallen von 90 Grad bezüglich eines elektrischen Winkels Null. Aber der Punkt eines Drehmoments von Null enthält einen instabilen Punkt, bei welchem der Rotor nicht stillstehen kann, und einen stabilen Punkt, bei welchem der Rotor stabil stillsteht. Der instabile und der stabile Punkt existieren abwechselnd.
Diese Beziehung wird in weiterem Detail beschrieben werden. Wenn eine Grenze der Pole des Rotormagnets 5 in der Mitte der Magnetpole 11a, 16a positioniert ist, wie es in 39 gezeigt ist, ist das Drehmoment maximal, und wenn die Mitte bzw. das Zentrum der Magnetpole 11a, 16a mit dem Zentrum der Pole des Rotormagneten 5 ausgerichtet ist, wie es in 40 gezeigt ist, ist das Versatzdrehmoment bei der Position von Null. Andererseits ist die positionsmäßige Beziehung zwischen den Magnetpolen 11a, 16a und dem Rotormagneten 5, das ein maximales Drehmoment durch Laufenlassen eines elektrischen Stroms durch die Wicklung 15 erhalten werden kann, dort, wo eine Grenze der Pole des Rotormagneten 5 in der Mitte der Magnetpole 11a, 16a positioniert ist, wie es in 39 gezeigt ist. Wenn der stabile Punkt entworfen ist, um zu dieser Position zu kommen, wird ein Startdrehmoment erhalten, das größer als dasjenige zu Beginn eines Laufenlassens eines elektrischen Stroms ist. Daher kann der Motor 11 einen Eigenstart ohne einen Totpunkt durchführen, indem ein stabiler Punkt in der positionsmäßigen Beziehung des Rotormagneten und der Magnetpole hergestellt wird, wie es in 39 gezeigt ist, so dass das Vorsehen von solchen Bedingungen erwünscht ist. Wenn die Breite der Magnetpole 11a, 16a in der Umfangsrichtung geändert wird, werden die Positionen des instabilen und des stabilen Punkts geändert, was veranlasst, dass die Position des Rotormagneten in Bezug auf die Magnetpole geändert wird. Genauer gesagt können dann, wenn die Breite m jedes Magnetpols 11a, 16a in der Umfangsrichtung in Bezug auf die Längs P von einem Pol des Rotormagneten 5 in der Umfangsrichtung geändert wird, wie es in 41 gezeigt ist, die Positionen des instabilen und stabilen Punkts geändert werden, so dass es strukturmäßig möglich ist, dass der stabile Punkt bei der vorgenannten Position mit einem maximalen Erregerdrehmoment eingestellt wird. Dieses Ausführungsbeispiel ist angesichts des obigen strukturiert worden.
Weiterhin wird eine Beschreibung angesichts der elektrischen Eigenschaften des Motors unter Bezugnahme auf 42 durchgeführt werden.
42(a) bis (d) sind Ansichten, die Versatzdrehmomente des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors 1 beschreiben, und die horizontale Linie bezeichnet einen elektrischen Winkel und die vertikale Linie ein Drehmoment (relativer Wert). 42(a) zeigt ein Versatzdrehmoment, wenn das Verhältnis m/P einer Breite (die hierin nachfolgend Magnetpolbreite m genannt wird) der Magnetpole 11a, 16a des Stators 10 in der Umfangsrichtung zu einer Umfangslänge pro Pol des Rotormagneten 5 (hierin nachfolgend Länge pro Pol P genannt) 85% ist. Gleichermaßen zeigt 42(b) ein Versatzdrehmoment, wenn das Verhältnis 80% ist. 42(c) zeigt ein Versatzdrehmoment, wenn das Verhältnis 75% ist und 42(d) zeigt ein Versatzdrehmoment, wenn das Verhältnis 70% ist. Wie es aus den obigen Figuren zu sehen ist, sind die stabilen Punkte des Motors Θ Grad, 180 Grad (π) und 360 Grad (2π), und sind die instabilen Punkte 90 Grad (π/2) und 270 Grad (3π/2). Die stabilen Punkte sind dann, wenn eine Grenze der Pole des Rotormagneten 5 in der Mitte jedes Magnetpols 11a, 16a positioniert ist, wie es in 39 gezeigt ist, und die instabilen Punkte erscheinen dann, wenn die Mitte jedes Magnetpols 11a, 16a mit der Mitte jedes Pols des Rotormagneten 5 ausgerichtet ist, wie es in 14 gezeigt ist. Ein Versatzdrehmoment, wenn eine Magnetpolbreite m 80% ist, hat die Form ähnlich zu einer Sinuswelle, aber die Form wird zerstört, wenn die Magnetpolbreite m schmaler wird, und wenn die Magnetpolbreite m 75% oder darunter ist, erscheint ein Drehmoment von 0 in der Nähe von 45 Grad in einem elektrischen Winkel, als ob die Frequenz verdoppelt ist. Aber es wurde durch Experimente bestätigt, dass diese Punkte mit einem Drehmoment von 0 in der Nähe von 45 Grad instabile Punkte sind. Aber dann, wenn die Magnetpolbreite m 70% ist, erscheint ein stabiler Punkt in Abständen von 90 Grad bezüglich eines elektrischen Winkels.
Anders ausgedrückt erscheint ein stabiler Punkt in jedem Fall der positionsmäßigen Beziehung der 39 oder 40, und immer in dem Zustand der 39 fehlt eine Stabilität bezüglich einer Zuverlässigkeit. Weiterhin ist dann, wenn die Magnetpolbreite m kleiner als 70% ist, der Zustand der 40 ein stabiler Punkt, und ist derjenige der 39 ein instabiler Punkt, so dass es nicht erwünscht ist, weil ein Eigenstart des Motors nicht durchgeführt werden kann. Andererseits erhöht sich dann, wenn die Magnetpolbreite m etwa 100% ist, ein Magnetabfluss durch die angrenzenden Magnetpole, und die Magnetpole werden abhängig von einem Zusammenbaufehler gegeneinander geklopft bzw. gestoßen aber es ist möglich, einen Bereich nahe 100% anzuwenden, wo die benachbarten Magnetpole einander nicht stören.
Die obige Beschreibung ist basierend auf der Umfangslänge P auf einer Polseite des Rotormagneten 5 und der Magnetpolbreite m des Stators durchgeführt worden, aber eine Magnetpolbreite wird basierend auf einem Verhältnis m/P der Längen in beiden Umfangsrichtungen bestimmt, und ein richtiger Wert kann nicht in Abhängigkeit von der Größe eines Luftspalts g zwischen dem Rotormagneten 5 und den Magnetpolen 11a, 16a erhalten werden. Daher kann ein richtiges Einstellen durchgeführt werden, wenn ein Umfangswinkel bei dem Umdrehungszentrum des Motors 1 zum Ausdrücken verwendet wird, wie es in 41 gezeigt ist. Genauer gesagt kann dann, wenn ein Öffnungswinkel pro Pol des Rotormagneten 5 Θ ist und ein Öffnungswinkel der Magnetpole 11a, 16a Φ ist, wie es in 41 gezeigt ist, eine richtige Magnetpolbreite durch Ausdrücken in Φ/Θ × 100 (%) erhalten werden.
Demgemäß stellt dieses Ausführungsbeispiel eine Magnetpolbreite basierend auf beiden Öffnungswinkeln Θ und Φ ein. 58 und 59 zeigen Unterschiede bzw. Differenzen zwischen einem Verhältnis der Umfangslängendimensionen P zu m, die bei der obigen Beschreibung verwendet sind, und einem Verhältnis der Öffnungswinkel Θ und Φ dieses Ausführungsbeispiels.
58 zeigt, dass Magnetpole acht sind, der Innendurchmesser des Rotormagneten 5 15,8 mm ist, der Außendurchmesser des Stators 10 15,2 mm ist und der Luftspalt g 0,3 mm ist. 59 zeigt, dass Magnetpole acht sind, der Innendurchmesser des Rotormagneten 5 16,2 mm ist, der Außendurchmesser des Stators 10 15,2 mm ist und der Luftspalt g 0,5 mm ist.
Eine Differenz zwischen dem Verhältnis m/P bezüglich der Umfangslängendimensionen und dem Verhältnis Φ/Θ bezüglich der Öffnungswinkel ist nicht so groß, wenn der Luftspalt g klein ist und der Motordurchmesser groß ist, aber diese Differenz wird groß, wenn der Luftspalt g groß ist und der Motordurchmesser klein ist.
Bezüglich des optimalen Bereichs eines Verhältnisses von beiden Öffnungswinkeln ist die untere Grenze des Bereichs, dass Φ/Θ × 100 gilt, was nahezu 70% des Verhältnisses von m/P entspricht, wobei die Umfangslänge 75% ist. Die obere Grenze des Bereichs ist diejenige, dass Φ/Θ × 100 kleiner als 100% ist, wie es geeignet ist, wenn benachbarte Magnetpole einander nicht kontaktieren. Wie es später angesichts der Beziehung bei dem Verschieben eines Magnetpol-Abtastelements 21 beschrieben wird, ist ein Verhältnis des Öffnungswinkels Φ des Magnetpols zu dem Öffnungswinkel Θ pro Pol oder ein Bereich von Φ/Θ vorzugsweise 75% oder darüber und kleiner als 100%. Weiterhin zeigte ein Testergebnis an, dass es optimal ist, wenn es nahezu 85% ist.
Ein bevorzugtes Starten des wie oben strukturierten bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors 1 wird unter Bezugnahme auf 43 und 44 beschrieben werden.
43 ist ein Diagramm, das die Beziehung eines Versatzdrehmoments und eines Erregerdrehmoments des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors 1 zeigt, wobei die horizontale Linie einen elektrischen Winkel bezeichnet und die vertikale Linie ein Drehmoment. Ein Referenzcode a stellt ein Versatzdrehmoment dar, und b ein Erregerdrehmoment. Stabile Punkte sind 0, π und 2π. 44 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Treiberschaltung für den bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motor 1 zeigt, wobei ein Hallelement 21 einen S- oder N-Pol des Rotormagneten 5 erfasst, um einen Transistor Q1 oder Q2 EIN- oder AUS-zuschalten, um einen elektrischen Strom durch eine Spule 15 abwechselnd laufen zu lassen und um jeden Magnetpol 11a, 16a des Stators 10 zu erregen.
Kehrt man zurück zu der 39 und der 40, wird die Einstellposition des Hallelements 21 beschrieben werden. Das Hallelement 21 zum Umschalten eines Erregerstroms ist bei einer Position angeordnet, die zu der gegenüberliegenden Seite von einer erwünschten Umdrehungsrichtung von der Mitte des Magnetpols 11a und des Magnetpols 16a verschoben ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist deshalb, weil die Umdrehungsrichtung in Gegenuhrzeigerrichtung ist, das Hallelement 21 in der Uhrzeigerrichtung verschoben. Weil das Hallelemert 21 verschoben ist, wird der Rotor 2 bei der frühen Stufe eines Startens etwas umgekehrt gedreht, aber der Erregerstrom wird sofort geschaltet, um eine erwünschte Umdrehung zu bewirken. Das Hallelement 21 in 43 ist um 20 Grad bezüglich eines elektrischen Winkels verschoben positioniert. Beispielsweise dann, wenn der Rotor 2 in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird, wird das Hallelement 21 in Richtung zum Magnetpol 11a verschoben. Ein Erfassen eines S-Pols des Rotormagneten 5 und in Erregen, um zu veranlassen, dass der Magnetpol 11a ein S-Pol ist und der Magnetpol 16a ein N-Pol ist, lassen die Rückstoßanziehung zu, um den Rotor in Gegenuhrzeigerrichtung zu drehen. Wenn der Rotormagnet 5 positioniert ist, wie es in 40 gezeigt ist, ist er in einem Zustand, um sich auch in Gegenuhrzeigerrichtung zu drehen. Aber selbst dann, wenn er sich in Uhrzeigerrichtung dreht, erfasst das Hallelement 21 einen N-Pol des Rotormagneten 5, um die Erregung zu schalten, was ihn veranlasst, sich in Gegenuhrzeigerrichtung zu drehen. Im obigen Zustand fällt das Drehmoment in den schattierten Teilen ab, um die Drehrichtung zu verhindern, wie es in 43 gezeigt ist. Wenn das Hallelement 21 zu einem großen Ausmaß verschoben wird, wird ein die Drehung verhinderndes Drehmoment erhöht, mit nachteiligen Effekten bezüglich des Drehmoments und der Dreheigenschaften. Daher erfolgt ein Verschieben vorzugsweise um 45 Grad bezüglich eines elektrischen Winkels.
Weiterhin wird dann, wenn das Hallelement 21 bei einem neutralen Punkt (keine Verschiebung) des Versatzdrehmoments positioniert ist, was in der Mitte von beiden Magnetpolen 11a, 16a ist, das vorgenannte Drehmoment zum Bremsen verloren, aber ein Totpunkt wird erzeugt und ein Starten kann nicht durchgeführt werden. Daher muss ein Verschieben größer als Null gemacht werden. Vorzugsweise ist ein Verschieben 5 Grad oder darüber, und zwar angesichts eines Zusammenbaufehlers.
Weiterhin wird das Verhältnis Φ/Θ des Öffnungswinkels des Magnetpols angesichts des Startens des Motors, der Motorcharakteristiken und eines Verschiebens des Magnetpol-Abtastelements 21 unter Bezugnahme auf 60 diskutiert werden: 60 zeigt die Ergebnisse von Tests, die durch die Erfinder durchgeführt sind. Der Motor dieses Ausführungsbeispiels ist klein, und dann, wenn eine Magnetpolbreite erhöht wird, erfolgt auf einfache Weise eine magnetische Leckage zwischen den benachbarten Magnetpolen, und es ist überlegen bei einem Starten, aber die Motorcharakteristiken sind im Vergleich mit einem Fall, bei welchem eine Magnetpolbreite schmal ist, bezüglich einer magnetischen Leckage unterlagen. Jedoch dann, wenn der Motor vergrößert wird und ein Raum zwischen Magnetpolen proportional erhöht wird, können die Motorcharakteristiken vollständig zufriedenstellend sein, was unterschiedlich von 60 ist. Bei einer Magnetpolbreite von 70% oder darunter erscheint ein stabiler Punkt des Rotormagneten 5 in dem Zustand, der in 40 gezeigt ist, was ein Problem bei der Startleistungsfähigkeit veranlasst. Bei einer Magnetpolbreite von 60 bis 70% kann ein Starten durch Erhöhen eines Spalts zwischen dem Rotormagneten 5 und den Magnetpolen 11a, 16a und durch Erniedrigen eines Versatzdrehmoments durchgeführt werden, aber ein Zuverlässigkeit ist etwas geringer. Bei einer Magnetpolbreite von 45 bis 55% kann ein Starten aufgrund der Struktur nicht durchgeführt werden, die bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, aber es scheint so zu sein, dass die Startleistungsfähigkeit beispielsweise durch Anordnen einer Vielzahl von Magnetpol-Abtastelementen 21 sichergestellt werden kann, und zwar eines bei der Position, die bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, und ein anderes bei einer Position um etwa 30 bis 60 Grad bezüglich eines elektrischen Winkels entfernt, und durch Kleinmachen eines Versatzdrehmoments. Ein Durchführen, wie es oben beschrieben ist, ist schwer zum Sicherstellen des Startens, wenn eine Magnetpolbreite 40% oder darunter ist. Weiterhin ist es dann, wenn das Verschieben des Magnetpol-Abtastelements 21 größer als 45 Grad ist, es nicht vorzuziehen, weil ein Drehmoment zum Bremsen sich erhöht und die Motorcharakteristiken verschlechtert werden, aber es scheint in Abhängigkeit davon einsetzbar zu sein, wo es verwendet bzw. eingesetzt wird, wenn das Verschieben bis zu 90 Grad erfolgt.
Realistisch kann gesehen werden, dass das Verhältnis eines Öffnungswinkels Φ des Magnetpols zu einem Öffnungswinkel Θ pro Pol des Rotormagneten oder ein Bereich von Φ/Θ wünschenswerterweise 75% oder darüber und weniger als 100 ist, und weiterhin ist der optimale Bereich um 85%, wie es in 60 gezeigt ist.
Das Ausführungsbeispiel des vierpoligen bürstenlosen Außenrotor-Gleichstrom-(DC)-Motors ist oben beschrieben worden, aber es ist zu verstehen, dass derselbe Effekt erhalten werden kann, wenn die Polanzahl zwei, sechs, acht oder darüber ist, und der Motor ein Innenrotortyp ist. Weiterhin ist es auch möglich, bei ihm die obigen ersten bis zwölften Ausführungsbeispiele anzuwenden.
Somit kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel der stabile Punkt eines Rotors bei der Position für ein maximales Erregerdrehmoment angeordnet werden, und ein stabiler Eigenstart und ein hohes Startdrehmoment können durch Anordnen des Öffnungswinkels des Magnetpols des Rotors derart, dass er 75% oder darüber und kleiner als 100% des Öffnungswinkels pro Pol des Rotormagneten ist, erhalten werden.
Weiterhin gibt es deshalb, weil der Motor eine Struktur hat, bei welcher die Magnetpole eine einfache Form eines Rechtecks oder eines Trapezes haben und die Statorjoche mit derselben Form kombiniert werden, um gegenüber zu liegen, Effekte, dass seine Produktion einfach ist, seine Produktivität beachtlich ist, ein niedriger Preis realisiert wird und seine Leistungsfähigkeit beachtlich ist.
Nun wird ein vierzehntes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motor seinen Rotor und seinen Stator durch Schichtenbildung von Stahlplatten hergestellt, was unterschiedlich von den ersten bis dreizehnten Ausführungsbeispielen ist. 45 und 46 zeigen einen Stator dieses Ausführungsbeispiels. Weiterhin zeigen 48 und 49 einen Stator 47 dieses Ausführungsbeispiels.
Wie es in 45 und 46 gezeigt ist, hat der Stator dieses Ausführungsbeispiels ein Statorjoch 45, das durch Schichtenbildung von vielen Stahlplatten strukturiert ist, die in eine bestimmte Form ausgestanzt worden sind, und es gibt vier Pole, und die Magnetpolbreite ist derart strukturiert, dass sie dieselben Bedingungen wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel erfüllt. Eine Magnetfeldspule 46 ist an jedem Magnetpol 45a des Statorjochs 45 angeordnet.
Bezüglich einer Struktur von jedem Magnetpol 45a des Statorjochs 45 können Magnetpolabschnitte, die durch Schichtenbildung separat ausgebildet sind, zusammengelegt werden, wie es in 47 gezeigt ist. Das Statorjoch 45 der 47 ist eine Verbesserung des Statorjochs 45 der 45. Eine Spuleneinheit 51 ist durch die um einen aus Harz hergestellten Spulenkörper 51a gewickelte Magnetfeldspule 46 strukturiert, und die Spuleneinheit ist in einen Schenkel 45b des Magnetpols 45a eingefügt, und dann ist ein Endteil 45b des Magnetpols 45a an ein Einpassteil 45c angebracht bzw. in dieses eingepasst. Diese Struktur hat Effekte, dass da in 47 gezeigte Statorjoch 45 durch Wickeln auf den Spulenkörper ausreichend ist, so dass eine Bearbeitung eines Wickelns verbessert wird und eine Produktivität überlegen ist, während ein Wickeln an dem Schenkel von jedem Magnetpol in einem Fall der Form durchgeführt werden muss, die in 45 gezeigt ist.
Weiterhin kann ein Statorjoch 47 strukturiert sein, wie es in 48 und 49 gezeigt ist. Das Statorjoch 47 der 48 ist in einer geschichteten Struktur mit derselben Form bei dem Statorjoch 11 oder 16 realisiert, das unter Bezugnahme auf 1 oder 19 beschrieben ist. Das Statorjoch 11 oder 16, das unter Bezugnahme auf 1 oder 19 beschrieben ist, hat den Magnetpol 11a oder 16a durch Biegen eines weichmagnetischen Materials ausgebildet, das in eine erwünschte Form ausgestanzt worden ist, während das Statorjoch 47 der 48 eine Struktur hat, die denselben Effekt durch Anbringen eines Statorjochsubstrats 48 hat, das in eine erwünschte Form zu einem Magnetpol 49 ausgestanzt ist, der durch Stapeln vieler Platten vorbereitet ist, die durch einen Einpassteil 48a mittels einer Fixiereinrichtung, wie beispielsweise von Stiften oder Schrauben, in eine erwünschte Form ausgestanzt sind. In 48 und 49 ist das Statorjochsubstrat 48 einzeln, kann aber angesichts einer magnetischen Sättigung und einer Festigkeit in vielen Anzahlen verwendet werden. Die Fixiereinrichtung des Magnetpols 49 kann ein Schweißen sein. Bei diesem Statorjoch 47 kann ein Wirbelstromverlust des Statorjochs, der dann auftritt, wenn der Motor mit einer hohen Geschwindigkeit läuft, nämlich der sogenannte Kernverlust, reduziert werden, und da das Statorjoch durch Stanzen erzeugt wird, wird auf einfache Weise eine hohe Genauigkeit erhalten, was bezüglich der Produktivität überlegen ist.
Bezüglich des bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motors können die Magnetpole des Statorjochs durch Biegen hergestellt werden, wie es bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, oder können durch die mehrschichtigen Stahlplatten ausgebildet werden, wie bei diesem Ausführungsbeispiel, und der Rotormagnet ist nicht derart beschränkt, dass er aus vielen Segmenten hergestellt wird, sondern kann auch auf einen Motor angewendet werden, der durch Gießen oder Sintern erzeugt wird. Weiterhin ist der Motor vom Außenrotortyp mit einer radialen Spaltstruktur bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben worden, aber diese Erfindung deckt alle Arten von Ausführungsbeispielen ab, wie beispielsweise einen Innenrotortyp und eine axiale Spaltstruktur, um die gleichen Aufgaben zu erreichen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Der bürstenlosen Gleichstrom-(DC)-Motor dieser Erfindung kann insbesondere auf einen kleinen Motor angewendet werden, und ist bevorzugt zum Verbessern des Startens eines bürstenlosen Motors.

Claims

Bürstenloser Gleichstrom-(DC)-Motor, der folgendes aufweist: einen Rotor (2), der einen Ankermagneten (5) aufweist, welcher eine Vielzahl von an einem Ankerjoch (4) angeordnete Magnetpole in der Umfangsrichtung ausbildet, einen Stator (10), der eine Vielzahl von Magnetpole (11a, 16a) aufweist, die an einem Statorjoch (11, 16), welches einen Luftspalt neben dem Ankermagneten (5) aufweist, in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind, eine Spuleneinheit (12), die an dem Statorjoch (11, 16) angeordnet ist und eine Magnetfeldspule (15) zum Erregen der Magnetpole des Stators (10) aufweist, und ein Magnetpol-Abtastelement (21) zum Erfassen eines Pols des Ankermagneten (5), wobei in der Umgebung des maximalen Drehmomentpunkts des erregten Drehmoments, das erzeugt wird, wenn ein elektrischer Strom durch die Magnetfeldspule (15) läuft, ein fest-stationärer Positionspunkt festgelegt ist, wo der Rotor mittels eines Versatzdrehmoments in einem sich aus dem Rotor (2) und dem Stator (10) zusammensetzenden Magnetkreis anhält, und wobei sich die festgelegte Position des Magnetpol-Abtastelements (21) bei einer Position befindet, die in der Umfangsrichtung von der Zwischenposition eines Magnetpols des Ankermagneten (5) verschoben ist, wobei das Verhältnis (Φ, Θ) eines Öffnungswinkels (Φ) der Magnetpole (11a, 16a) des Stators (10), der sich von der Drehmitte des Rotors (2) öffnet, zu einem ähnlichen Öffnungswinkel (Θ) je Magnetpol des Rotors (2) in dem Wertebereich von 0,75 ≤ (Φ, Θ) ≤ 1,0 liegt, und wobei das Magnetpol-Abtastelement (21) bei einer Position festgelegt ist, die in der umgekehrten Umdrehungsrichtung in einem Wertebereich von 5 bis 45 Grad im elektrischen Winkel verschoben ist.
Bürstenloser Gleichstrom-(DC)-Motor nach Anspruch 1, bei welchem der Rotor (2) eine bei der Mitte eines Rotorjochs (4) angeordnete Welle (3) und einen ringförmigen Ankermagneten (5) aufweist, dessen N- und S-Pole in der Umfangsrichtung abwechselnd magnetisiert sind, bei welchem der Stator (10) erste und zweite Statorjoche (11, 16) aufweist, die Magnetpole haben, welche durch Ausformen einer weichen magnetischen Metallplatte ausgebildet sind, welche derart zusammengesetzt sind, dass sie einander gegenüberliegen, wobei diese Statorjoche neben dem Ankermagneten (5) einen Luftspalt aufweisen, und wobei diese Statorjoche die Magnetpole (11a, 16a) der in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordneten ersten und zweiten Statorjoche (11, 16) aufweisen, bei welchem die Spuleneinheit (12) zwischen beiden Statorjoche (11, 16) des Stators (10) angeordnet ist und die Magnetfeldspule aufweist, welche an einem Spulenkörper (14), der an beiden Enden einen Flansch bzw. hervorspringenden Rand (14a) aufweist, angeordnet ist, und bei welchem eine Hülse (17) in ein bei der Mitte des Stators (10) angeordnetes Durchgangsloch eingeführt ist und darin über ein Lager (18) die Drehwelle abstützt, und bei welchem ein Flansch bzw. hervorspringender Rand (18a) bei einem Ende des Lagers (18) angeordnet ist, ein Anschlussvorsprung (20a) mit einem konvexen Querschnitt bei einem Anschlussteil einer Basisplatte (20) ausgebildet ist, an welcher eines der ersten und zweien Statorjoche (11, 16) befestigt ist, wobei eines der ersten und zweiten Statorjoche (11, 16) derart an der Basisplatte befestigt ist, dass der Anschlussvorsprung (20a) der Basisplatte (20) zwischen einem der Statorjoche (11, 16) und dem Flansch bzw. hervorspringenden Rand (18a) des Lagers (18) untergebracht ist, ein Anschlussteil (17a) bei beiden Enden einen Vorsprung aufweist und an der Hülse (17) angeordnet ist, ein Anschlussloch (11b, 16b), an welches das Anschlussteil (17a) angeschlossen ist, in dem ersten und zweiten Statorjoch (11, 16) angeordnet ist, ein Anschlussloch (16b, 11b), in welchem das Vorder-Ende der Hülse (17) angeschlossen ist, in dem anderen der Statorjoche (11, 16) ausgebildet ist, und bei welchem das Vorder-Ende der Hülse (17) angeschlossen oder verstemmt bzw. aufgespreizt ist, um das Lager (18) mit dem anderen der Statorjoche zu fixieren bzw. zu befestigen.
Bürstenloser Gleichstrom-(DC)-Motor nach Anspruch 2, bei welchem der Spulenkörper (14) einen Stift (35) aufweist, der hiermit in Richtung der Schaltkreis-Einheit (19) integral ausgebildet ist, um eine gestreckte Leitung (15a) der Magnetfeldspule (15) derart anzubinden, dass die Bestückung mit der an dem Stift (35) angebundenen, gestreckten Leitung (15a) durchgeführt werden kann.
Bürstenloser Gleichstrom-(DC)-Motor nach Anspruch 2, bei welchem an dem Rotorjoch (4) ein Drehkranz bzw. eine Drehplattform (6) mit dem Rotorjoch (4) integral ausgebildet ist.
Bürstenloser Gleichstrom-(DC)-Motor nach Anspruch 2, bei welchem ein Aufspann-Magnet (7) zum Adsorbieren und Fixieren einer Dreharbeit derart strukturiert ist, dass er durch Magnetisieren in vielen Magnetpolen oder durch Kombinieren einer Vielzahl von Segmenten eine minimale Länge einer Magnetbahn aufweist.
Bürstenloser Gleichstrom-(DC)-Motor nach Anspruch 2, bei welchem das Lager mit der Basisplatte, an welcher der Stator befestigt ist, integral ausgebildet ist.
Bürstenloser Gleichstrom(DC)-Motor nach Anspruch 2, bei welchem die Hülse (17) aus einem Material hergestellt ist, welches eine hohe magnetische Permeabilität aufweist.
Bürstenloser Gleichstrom-(DC)-Motor nach Anspruch 2, bei welchem zum Positionieren eine Anschluss-Struktur, welche einen Positionierstift (31) und zu dem Stift (31) passende Positionierlöcher (32, 33) aufweist, zusammen mit einer Schaltkreis-Einheit (19), an welcher das Magnetpol-Abtastelement (2) befestigt ist, zusammen mit der Basisplatte (20), an welcher das Schaltboard befestigt ist, und zusammen mit dem Stator angeordnet ist.
Bürstenloser Gleichstrom-(DC)-Motor nach Anspruch 2, bei welchem ein Stift zum Anbinden einer gestreckten Leitung der Magnetfeldspule der Spuleneinheit von dem Stator hervorsteht, und bei welchem das Vorder-Ende der gestreckten Leitung an der Schaltkreis-Einheit befestigt ist.