JP2001186743A - 単相の無整流子電動機 - Google Patents

単相の無整流子電動機

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JP2001186743A
JP2001186743A JP2000278340A JP2000278340A JP2001186743A JP 2001186743 A JP2001186743 A JP 2001186743A JP 2000278340 A JP2000278340 A JP 2000278340A JP 2000278340 A JP2000278340 A JP 2000278340A JP 2001186743 A JP2001186743 A JP 2001186743A
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hub
holder
shaft
phase
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JP2000278340A
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Kang Yong-Gyu
榮奎 姜
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Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electro Mechanics Co Ltd
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/16—Centering rotors within the stator; Balancing rotors

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不起動点の除去が容易になされるとともに、
最適のコギング力を生成するための調整を容易にする。 【解決手段】 中央部位を管形状で上向きに突出させた
ホルダ１１１を一体形成した平板フレーム１１０と、フ
レーム１１０の一側面に付着されて外部から電源が入力
される印刷回路基板１１５と、ホルダ１１１の内径部に
挿入されてベアリング１４１によって回転可能に支持さ
れるシャフト１４０と、シャフト１４０の上端部に結合
され、上部面の端部が下方に延設されるハブ１３０と、
ハブ１３０の内周面に付着される同心円を有するマグネ
ット１３５と、ホルダ１１１の外周面に結合されて放射
状に延設されたアーム１２１端部にステータ歯１２２が
形成されたステータ鉄片１２０'が多数個積層され、ス
テータ歯１２２の円周上の長さが異なりつつ、その円周
上の長さの中心も異なるように積層されながら軸上で空
隙非対称構造を有するステータ１２０とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ステータのステー
タ歯を、マグネットに対して均一な空隙を維持する状態
であるとともに厚さが非対称になるようにして不起動点
（dead-point）を除去できるようにする単相の無整流子
電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的にＨＤＤ（ハードディスクドライ
ブ）、ＦＤＤ（フロッピー（登録商標）ディスクドライ
ブ）、冷却ファン（cooling fan）等のような小型の精
密機器でディスクの駆動又はファン駆動のために使用さ
れるスピンドルモータは、その種類が非常に多様であ
る。
【０００３】その中でも精密制御の必要はなく単純な駆
動だけが目的の冷却ファンには、主に低廉に製造された
無整流子電動機が採用されている。
【０００４】このような無整流子電動機は、ほとんどが
ステータに対してマグネットをステータの半径方向に備
えるラジアルタイプの３相駆動方式を採用しているが、
最近では、より構成を簡素化させるとともに、経済性を
向上させる趨勢にしたがって、単相又は２相の駆動方式
が適用される場合も順次多くなっている。
【０００５】だが、駆動方式を単相とする場合、起動さ
れない不起動点（dead−point）が発生するという最も
致命的な欠陥を内包することとなる。
【０００６】図１は、現在、冷却ファンに主に使われて
いる無整流子電動機の一例を図示したものであり、底部
には平板のフレーム１を具備し、このフレーム１の一側
面に印刷回路基板２が付着され、また、フレーム１の中
央には上向きに突出される管形状のホルダ１ａが一体に
形成されている。
【０００７】そして、ホルダ１ａの外周面には、多数の
ステータ鉄片を積層させたステータ３が結合され、この
ステータ３は放射状に形成された複数個のアーム３ａに
単相のコイル４が捲線されている。
【０００８】前記ホルダ１ａの内径部にはシャフト５が
回転可能に嵌入され、このシャフト５の終端には円筒形
のハブ６が一体に結合されている。
【０００９】前記ハブ６は、外周縁終端部を下方に延設
させた円筒形状に形成され、このように下方に延設され
た延長端部の内周面にはステータ３の終端部と互いに均
一な空隙（air gap）を有するように対向するようにし
てマグネット６ａが付着されている。
【００１０】こうしたハブ６は、図示していないが円周
にブレードが形成されることによってファンモータの機
能を果たしている。
【００１１】前記のような構成を有する単相の無整流子
電動機は、コイル４に通電される電流によってステータ
３とマグネット６ａとの間で相互作用によって発生され
る電磁気力により駆動力を発生させ、このときの駆動力
によってハブ６を回転させる。
【００１２】一方、前記のような単相の無整流子電動機
の構成で、ステータ３に捲線させたコイル４を単相に形
成させると、コイル４では通常、図２に示したとおり、
実線のコイルトルクと点線のコギングトルクが発生され
る。
【００１３】このようなコイルトルクとコギングトルク
は、一点鎖線の合成トークで表したとおり、コイルトル
クがゼロである点と、コギングトルクとコイルトルクの
合成トルクゼロ点が一致するゼロトルク部分が存在する
ようになって起動できなくなる。このように電動機が起
動しない位置を通常、不起動点(dead-point)という。
【００１４】一方、コギングトルクは、互いに対向する
ステータ３の終端面とマグネット６ａとの間で発生され
るトルクである。このようなコギングトルクは、コイル
トルクとゼロ状態で合成されないようにすることで電動
機を円滑に駆動させることができる。
【００１５】しかし、図３のように、アーム３ａの外周
端部に形成されるステータ歯３ｂをマグネット６ａと均
一な空隙を有しつつ、両側に対称をなす構造に形成させ
ると、ステータ歯３ｂでは、極中心と磁気中心が一致す
る状態となる。
【００１６】即ち、前記マグネット６ａの極中心がステ
ータ歯３ｂの磁気中心と一致しようとする性質によっ
て、ステータ歯３ｂは、常にマグネット６ａの一極性と
作用する状態となる。
【００１７】このようにステータ３のステータ歯３ｂが
マグネット６ａの一極性とのみ作用するようになると、
ステータ歯３ｂとマグネット６ａは、互いに半径方向で
引いたり押したりする作用のみ奏するため、ハブ６が固
定された状態となって全く駆動できなくなる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】上記のように合成トル
クがゼロになる不起動点（dead−point）の除去のた
め、従来ではステータ３の構造を改善する方法が提案さ
れている。
【００１９】例えば、図４及び図５のように、ステータ
歯３ｂの極中心を基準にステータ歯３ｂのマグネット６
ａと対向する面が非対称となるようにする方法がある。
しかし、ステータ歯３ｂとマグネット６ａとの間の空隙
を非対称的に形成するには、非対称量を決定する、とい
うたいへん精密な作業が要求されるため、製造効率及び
生産性が低下する問題がある。
【００２０】本発明は、上記従来技術の不都合を解決す
るためになされたもので、その目的は、ステータ歯側の
ステータ鉄片の一部を切断し、ステータ歯での厚さが非
対称になるようにすることで、より簡単に電動機の不起
動点（dead−point）を除去することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本發明は、中央部位を管形状で上向きに突出させた
ホルダを一体に形成した平板のフレームと、前記フレー
ムの一側面に付着されて外部から電源が入力される印刷
回路基板と、前記ホルダの内径部に挿入されてベアリン
グによって回転可能に支持されるシャフトと、前記シャ
フトの上端部に結合され、上部面の端部が下方に延設さ
れるハブと、前記ハブの内周面に付着される同心円を有
するマグネットと、前記ホルダの外周面に結合されて放
射状に延設されたアーム端部にステータ歯が形成された
ステータ鉄片が多数個積層され、ステータ歯の円周上の
長さが異なりつつ、その円周上の長さの中心も異なるよ
うに積層されながら軸上に空隙非対称構造を有すること
によって不起動点を除去するステータとから構成されて
いる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明は、単相の無整流子電動機
に関するもので、特に多数のステータ鉄片を積層させた
ステータのステータ歯の厚さを非対称にすることによっ
て、電動機の不起動点（dead−point）を除去できるよ
うにする単相の無整流子電動機に関するものである。
【００２３】図６のように、本発明は大きくステータ１
２０とハブ１３０とから構成され、ステータ１２０に対
してハブ１３０が半径方向に回転される構成は、従来と
同様である。
【００２４】即ち、フレーム１１０は、中央部上に管形
状で上向きに突出されたホルダ１１１が一体に形成さ
れ、このフレーム１１０の一側面にはホルダ１１１の外
周縁に印刷回路基板１１５が付着される。
【００２５】ここで、前記印刷回路基板１１５は、外部
から入力される電源を、後述する単相のコイル１２５に
所定の電源を供給するようになる。
【００２６】そして、ホルダ１１１の外周面には、印刷
回路基板１１５の上部に平板のステータ鉄片１２０'を
多数積層させて一体に結合させたステータ１２０が固着
されている。
【００２７】このような、ステータ１２０は、通常、放
射状方向に延設された複数個のアーム１２１が備えら
れ、このアーム１２１には単相のコイル１２５が捲線さ
れている。
【００２８】前記ステータ１２０に対して回転するシャ
フト１４０は、一端がホルダ１１１に嵌入されて回転可
能にベアリング１４１に支持され、このシャフト１４０
の他端にはハブ１３０がシャフト１４０とともに回転可
能に結合されている。
【００２９】このとき、ハブ１３０は、シャフト１４０
とともに一体に回転される回転体として、上部面の端部
が下方へ延設された延長端部が形成されている。
【００３０】こうしたハブ１３０の延長端部は、ステー
タ１２０と所定の空隙をおいて外側から覆いかぶさるよ
うな形状となっている。
【００３１】一方、前記ハブ１３０の延長端部外周面に
は、放射状方向に多数個のブレードが形成され、それに
よってハブ１３０の回転時に風を発生させるようにし、
ファンモータの機能を果たすように構成されており、そ
れ以外にも図示していないが、ハブ１３０に多様な形態
の動力伝達要素、即ちベルトやギアなどを利用して他の
装置を駆動させ得るように構成することもできる。
【００３２】また、前記ハブ１３０の延長端部内周面に
は同心円を有するマグネット１３５が付着され、このマ
グネット１３５はステータ１２０のアーム１２１終端部
に形成された円弧型のステータ歯１２２と空隙をなしつ
つ、相互作用により電磁気力を形成するようになってい
る。
【００３３】こうした構成によって、本発明は、単相の
無整流子電動機１００で不起動点を除去するためのコギ
ングトルクを得るためのものとして、理想的なコギング
トルクを得るためにステータ１２０のアーム１２１終端
部に形成される円弧型のステータ歯１２２の一部を切断
して除去されるようにすることで、その厚さが非対称に
なる構造を有するように形成することに著しい特徴があ
る。
【００３４】即ち、前記ステータ１２０が軸上に空隙の
非対称構造を有することで、電動機が駆動できない不起
動点を除去するのである。
【００３５】上述したような特徴を有するステータ歯１
２２は、多様な形状で非対称構造を達成することができ
るが、本実施形態では、図７乃至図１３に示すような構
造が採用される。
【００３６】図７に図示されたとおり、ステータ１２０
は、放射状に複数個形成されるアーム１２１の終端部に
円弧型のステータ歯１２２を形成した一枚一枚のステー
タ鉄片１２０'を軸方向Ｖに多数個積層させて一体に結
合させるようにした構成である。ここで前記ステータ歯
１２２の一端を一部切断されるようにすることで、アー
ム１２１の中心線ｍに対してステータ歯１２２が非対称
となる形状に備えられるようにするのである。
【００３７】即ち、前記ステータ１２０は、それぞれの
ステータ鉄片１２０'に形成されたステータ歯１２２の
円周上の長さが互いに異なるように形成されつつ、その
円周上の長さの中心も異なる位置にある状態で積層され
るようにし、一側が階段形状を有するように構成されて
いる。
【００３８】また、図１０に示すように、上端部と下端
部側のステータ鉄片１２０'を同時に切断し、一部が除
去されるように構成させることもでき、図１１に示すよ
うに、ステータ１２０は垂直の軸方向vに積層される多
数個のステータ鉄片１２０'を具備し、ステータ鉄片１
２０'の各ステータ歯１２２は、円周上の長さは、ａで
表したように相互に同じ長さを有するように形成され、
アーム１２１の中心線ｍに対してそれぞれステータ歯１
２２の中心が互いに異なる位置に具備されるようにする
ことで非対称構造が達成されるように構成されている。
【００３９】反面、図１２乃至図１３に示すように、ス
テータ１２０が前述したような多数個のステータ鉄片１
２０'が積層されて構成されるのではなく、単一体に形
成された場合、ステータ歯１２２、ｈを横方向に切断し
た時、切断面ｃを中心で、上、下ステータ歯１２２ａ，
１２２ｂの大きさが違うように製造され、全体的なステ
ータ歯１２２の形状が非対称になるようにすることもで
きる。
【００４０】即ち、前記ステータ歯１２２ａ，１２２ｂ
を軸方向ｖが法線になる平面上で切断したとき、切断面
ｃを中心に、上、下に配置されるステータ歯１２２ａ，
１２２ｂの形状が互いに異なるように形成されること
で、ステータ１２０が軸上に空隙非対称構造を有するよ
うに構成することができる。
【００４１】上記のように、前述した構成に従ってステ
ータ１２０を形成すると、マグネット１３５と対向する
ステータ歯１２２の断面積が非対称の構造、即ち、軸上
で空隙非対称構造を有するようになる。
【００４２】従って、ステータ１２０は、アーム１２１
を中心にステータ歯１２２の両側端部の厚さが異なるよ
うになるため、ステータ歯１２２とマグネット１３５と
の作用力には対向面間で偏差が発生するようになる。
【００４３】ここで、図８のように、前記ステータ１２
０とマグネット１３５との間の空隙は常に一定に維持さ
れるようにし、前記マグネット１３５に対向するステー
タ歯１２２の対応面は、極中心で対称になるようにする
ことで、磁束の円滑な移動が安定的に維持されるように
する。
【００４４】一方、ステータ歯１２２をなす一側のステ
ータ鉄片１２０'を切断するとき、前述したように、マ
グネット１３５との安定した磁束の円滑な移動を実現す
るために最小限切断されないステータ鉄片１２０'を必
ず１つ以上維持しつつ、その一方で、切断される部位は
自由に調整が可能である。
【００４５】このような構成を有する本発明は、外部か
ら入力される電源が印刷回路基板１１５を介してステー
タ１２０のアーム１２１に捲線させたコイル１２５に通
電されると、ステータ１２０の各ステータ歯１２２では
電気場が形成され、このときの電気場と各ステータ歯１
２２に対向する方向に位置されたマグネット１３５の磁
場との間の相互作用によって所定の電磁気力を発生させ
つつ、回転力を誘発するようになる。
【００４６】このとき、ステータ１２０の各ステータ歯
１２２での磁気中心は、極中心からステータ鉄片１２
０'が切断されていない方向に移動するように形成され
るため、結局、マグネット１３５の極中心がステータ歯
１２２の磁気中心と一致されるようにする特性によっ
て、マグネット１３５が所定の角度で回転しつつ、図９
に示すような状態になる。
【００４７】従って、ステータ１２０のアーム１２１に
捲線された単相コイル１２５に電流を通電させるように
なると、ステータ歯１２２とマグネット１３５との間に
はマグネット１３５を回転方向に押したり引いたりする
力が作用するようになるため、マグネット１３５が付着
されたハブ１３０を持続的に回転させることができるよ
うになる。
【００４８】また、電流の通電が断絶されてもマグネッ
ト１３５は極中心が再びステータ歯１２２の自己中心と
一致されるように作用するようになるため、結局、ステ
ータ歯１２２は、図９のような状態で復帰されるため、
不起動点を除去できるようになる。
【００４９】図１４は、本発明によって外部から入力さ
れる電源が単相のコイル１２５に誘導されながら発生す
るようになるコイルトルクとコギングトルク、及びこれ
らを合成した合成トルクを示したものである。
【００５０】本発明で円弧型のステータ歯１２２がマグ
ネット１３５と対向する面が非対称的に、即ち、軸上で
空隙非対称構造を有することによってコイルトルクとコ
ギングトルクは、合成トルクと同じようにゼロ状態の角
度で合成されないため、不起動点が完全に除去できるよ
うになる。
【００５１】
【発明の効果】以上のように、本発明はステータ歯をな
す一側のステータ鉄片を一部切断させる簡単な作業工程
だけで不起動点を除去できるため、製造性と生産性が向
上する経済的な利点がある。
【００５２】また、必要とするコギング力発生のために
はステータ鉄片の切断の大きさと切断するステータ鉄片
の選択のみを考慮すればよいため、コギング力調整が非
常に容易になる利点がある。
【００５３】従って、本発明は、ステータ歯の厚さを非
対称になるようにする簡単な構造改善を通じて不起動点
の除去が容易になされるため、電動機の性能向上を図る
ことができ、特にステータ歯の非対称とされる比率に応
じてコギング力が変化されることから、最適なコギング
力生成のための調整が非常に容易で、製品設計の自由度
も一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の一般的な単相の無整流子電動機を示し
た側断面図である。
【図２】 従来の単相の無整流子電動機におけるトルク
波形図である。
【図３】 図１のａ−ａ線断面図である。
【図４】 図１の単相の無整流子電動機でステータの他
の実施形態を示した平断面図である。
【図５】 図１の単相の無整流子電動機でステータの他
の実施形態を示した平断面図である。
【図６】 本発明に係る単相の無整流子電動機を示した
分解斜視図である。
【図７】 図６の単相の無整流子電動機でステータを示
した分解斜視図である。
【図８】 本発明が適用された単相の無整流子電動機を
表した平断面図である。
【図９】 図８の作動状態を表した平断面図である。
【図１０】 本発明に係るステータの他の実施形態を表
した斜視図である。
【図１１】 本発明に係るステータの他の実施形態を表
した斜視図である。
【図１２】 本発明に係るステータの他の実施形態を表
した斜視図である。
【図１３】 本発明に係るステータの他の実施形態を表
した斜視図である。
【図１４】 本発明に係るトルク波形図である。
【符号の説明】
１１０ フレーム １１１ ホルダ １１５ 印刷回路基板 １２０ ステータ １２０' ステータ鉄片 １２１ アーム １２２ ステータ歯 １３０ ハブ １３５ マグネット １４０ シャフト
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA01 AB01 AE07 AE08 5H019 AA01 CC04 DD01 EE01 EE14 FF01 GG01 5H607 AA12 BB01 BB07 BB09 BB14 BB17 CC05 FF04 5H621 AA01 BB08 GA01 GA04 GA12 JK13

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 中央部位を管形状で上向きに突出させた
    ホルダを一体に形成した平板のフレームと、 前記フレームの一側面に付着されて外部から電源が入力
    される印刷回路基板と、 前記ホルダの内径部に挿入されてベアリングによって回
    転可能に支持されるシャフトと、 前記シャフトの上端部に結合され、上部面の端部が下方
    に延設されるハブと、 前記ハブの内周面に付着される同心円を有するマグネッ
    トと、 前記ホルダの外周面に結合されて放射状に延設されたア
    ーム端部にステータ歯が形成されたステータ鉄片が多数
    個積層され、ステータ歯の円周上の長さが異なりつつ、
    その円周上の長さの中心も異なるように積層されながら
    軸上に空隙非対称構造を有することによって不起動点を
    除去するステータとを含むことを特徴とする、単相の無
    整流子電動機。
  2. 【請求項２】 前記ハブは、外周面に放射状方向に風を
    発生させる多数個のブレードが形成されたことを特徴と
    する、請求項１記載の単相の無整流子電動機。
  3. 【請求項３】 前記ステータは、１枚又は２枚以上のス
    テータ鉄片が多数個積層されてなることを特徴とする、
    請求項１記載の単相の無整流子電動機。
  4. 【請求項４】 中央部位を管形状で上向きに突出させた
    ホルダを一体に形成した平板のフレームと、 前記フレームの一側面に付着されて外部から電源が入力
    される印刷回路基板と、 前記ホルダの内径部に挿入されてベアリングによって回
    転可能に支持されるシャフトと、 前記シャフトの上端部に結合され、上部面の端部が下方
    に延設されるハブと、 前記ハブの内周面に付着される同心円を有するマグネッ
    トと、 前記ホルダの外周面に結合されて放射状に延設されたア
    ーム端部にステータ歯が形成されたステータ鉄片が多数
    個積層され、ステータ鉄片の各ステータ歯における円周
    上の長さは同じで、その円周上の長さの中心は異なるよ
    うに積層されつつ、軸上で空隙非対称構造を有すること
    によって不起動点を除去するステータとを含むことを特
    徴とする、単相の無整流子電動機。
  5. 【請求項５】 前記ハブは、外周面に放射状方向に風を
    発生させる多数個のブレードが形成されたことを特徴と
    する、請求項４記載の単相の無整流子電動機。
  6. 【請求項６】 前記ステータは、１枚又は２枚以上のス
    テータ鉄片が多数個積層されてなることを特徴とする、
    請求項４記載の単相の無整流子電動機。
  7. 【請求項７】 中央部位を管形状で上向きに突出させた
    ホルダを一体に形成した平板のフレームと、 前記フレームの一側面に付着されて外部から電源が入力
    される印刷回路基板と、 前記ホルダの内径部に挿入されてベアリングによって回
    転可能に支持されるシャフトと、 前記シャフトの上端部に結合され、上部面の端部が下方
    に延設されるハブと、 前記ハブの内周面に付着される同心円を有するマグネッ
    トと、 前記ホルダの外周面に結合され、放射状に延長されたア
    ームの終端部にステータ歯が形成され、このステータ歯
    の軸方向が法線になる平面上に切断したとき、切断面を
    中心に上、下ステータ歯の形状が異なるように成形され
    たステータとを含むことを特徴とする、単相の無整流子
    電動機。
  8. 【請求項８】 前記ハブは、外周面に放射状方向に風を
    発生させる多数個のブレードが形成されたことを特徴と
    する、請求項７記載の単相の無整流子電動機。
  9. 【請求項９】 前記ステータは、１枚又は２枚以上のス
    テータ鉄片が多数個積層されてなることを特徴とする、
    請求項７記載の単相の無整流子電動機。
  10. 【請求項１０】 前記ステータは単一体で形成されたこ
    とを特徴とする、請求項７記載の単相の無整流子電動
    機。
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