JP2002204560A

JP2002204560A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2002204560A
Application number: JP2001000546A
Authority: JP
Inventors: Hideo Okano; 秀雄岡野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-01-05
Filing date: 2001-01-05
Publication date: 2002-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】モータのステータ構造の改善によりモータ効
率の改善と薄型化を図る。【解決手段】歯部は本体部と一体的に形成され、複数
の鍔部のそれぞれは、一体のリングとして本体部および
歯部とは別途形成された後に、複数の歯部のそれぞれの
外周上に円周方向に張り出すように配置、固定されてお
り、回転軸の軸方向において、鍔部の長さは歯部の厚さ
より大きくされており、隣接する鍔部の円周方向の間隔
は０．５ｍｍ以下としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音響機器、映像機
器、情報機器または産業用のブラシレスモータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年の音響機器、映像機器、情報機器ま
たは産業用等の機器は、高性能、小型化、薄型化が進ん
でいるため、回転精度の向上、回転騒音の減少等の観点
から、モータに用いられる軸受として、動圧軸受が採用
される傾向にある。したがって、音響機器、映像機器、
情報機器または産業用等の機器においては、動圧軸受の
薄型化や高効率のモータが求められている。

【０００３】従来のブラシレスモータについて、図１０
および図１１を参照しつつ説明する。図１０は、従来の
ブラシレスモータを用いたスピンドルモータの断面図で
ある。図１１（ａ）は従来のブラシレスモータで用いら
れるステータコアの平面図、図１１（ｂ）は図１１
（ａ）のステータコアのＸＩ−ＸＩ断面図である。

【０００４】図１０のスピンドルモータは、ベース１０
０中央に設けられた円柱状ホルダ１０２、ホルダ１０２
の内周に外周が沿うように固定された円柱状スリーブ１
０４、スリーブ１０４に挿入された回転軸１０６、ホル
ダ１０２の外周に固定されたステータコア１０８、ハブ
１１０を介して回転軸１０６に固定された磁石１１２等
からなる。

【０００５】図１０に示すように、回転軸１０６の底部
にはスラストプレート１１４が固定されており、ホルダ
ー１０２の底面との間でスラスト軸受を形成している。
スリーブ１０４の内周には動圧発生用の溝１１６が設け
られており、スリーブ１０４の内部に挿入される回転軸
１０６の外周との間で動圧軸受が形成されている。

【０００６】図１０および図１１に示すように、ステー
タコア１０８の外周には複数の歯部１１８が等間隔で形
成されている。歯部１１８の先端には、ステータコア１
０８の円周方向に張り出した鍔部１２０が設けられてい
る。ステータコア１０８、歯部１１８および鍔部１２０
は一体的に形成される。隣り合う鍔部１２０は微小な間
隔（スロットオープン）１２２をおいて配してあり、こ
の構成によりステータコア１０８は開溝形状となってい
る。このように形成されたステータコア１０８において
は、スロットオープン１２２から巻き回すまたは挿入す
ることにより、歯部１１８にコイル１２４が巻き回され
ている。このように構成されたステータコア１０８およ
びコイル１２４によりステータが形成される。

【０００７】以上の構成により、ステータコア１０８の
外周に対向して設けられた磁石１１２と、コイル１２４
が巻き回されたステータコア１０８との間に働く電磁作
用によって、回転軸１０６はその軸線を中心にして回転
可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ブラシレスモータには、次の欠点がある。１．ステータ
コア１０８、歯部１１８および鍔部１２０が一体的に形
成された場合、スロットオープン１２２からコイル１２
４を挿入または巻回するためには、作業性を考慮する
と、コイル銅線径の数倍の大きさが必要となる。例え
ば、小型モータを構成する場合は通常１ｍｍから３ｍｍ
程度必要となる。

【０００９】スロットオープン１２２をこのような大き
さにした場合は、空隙の磁束密度分布に脈動が生じやす
くなるため、磁束の低下があり、空隙の磁気抵抗が増加
したのと等価となる。設計上の空隙は「カータ係数Ｋｃ
×空隙」とみなさなくてはならないため、磁石の有効利
用がしづらい。ここで、カータ係数とは、スロットオー
プン１２２の空隙パーミアンスに対する影響を表す係数
のことである。

【００１０】２．一般に、音響機器、映像機器、情報機
器または産業用のＤＣブラシレスモータにおいては、ス
テータコア１０８の積厚（軸方向の厚さ）は、磁石１１
２の厚さに対して薄いものとなっている。ステータコア
１０８は、その積厚の範囲外の磁石１１２の部分の磁束
を完全に収束できないため、上記構成においては、磁石
１１２の厚さに対して磁石１１２の能力を有効利用して
いるとは言い難い。

【００１１】そこで本発明の目的は、モータのステータ
構造の改善によりモータ効率の改善と薄型化を図ること
にある。本発明の上記以外の目的及び本発明の特徴とす
るところは、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を
読むことにより、一層明確になるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のブラシレスモータは、ベースと、ベース上
に回転自在に支持された回転軸と、本体部の外周面上に
おいて円周方向に等間隔に複数の歯部が設けられたステ
ータコア、歯部のそれぞれに保持された励磁コイル、お
よび、歯部のそれぞれの外周上に配置された複数の鍔部
を備えるステータと、回転軸に固定され、鍔部に対向す
る内周面に設けた磁石の磁極を円周方向に交互に異なら
せたロータと、を有し、回転軸の軸方向において、ステ
ータコアの積厚が磁石の厚さより小さいブラシレスモー
タであって、歯部は本体部と一体的に形成され、複数の
鍔部のそれぞれは、一体のリングとして本体部および歯
部とは別途形成された後に、複数の歯部のそれぞれの外
周上に円周方向に張り出すように配置、固定されてお
り、回転軸の軸方向において、鍔部の長さは歯部の厚さ
より大きくされており、隣接する鍔部の円周方向の間隔
は０．５ｍｍ以下であることを特徴としている。

【００１３】さらに、本発明のブラシレスモータの製造
方法は、ベースと、ベース上に回転自在に支持された回
転軸と、本体部の外周面上において円周方向に等間隔に
複数の歯部が設けられたステータコア、歯部のそれぞれ
に保持された励磁コイル、および、歯部のそれぞれの外
周上に配置された複数の鍔部を備えるステータと、回転
軸に固定され、鍔部に対向する内周面に設けた磁石の磁
極を円周方向に交互に異ならせたロータと、を有し、回
転軸の軸方向において、ステータコアの積厚が磁石の厚
さより小さいブラシレスモータの製造方法であって、歯
部を本体部と一体的に形成する工程と、回転軸の軸方向
において歯部の厚さより大きな長さを有する複数の鍔部
を、一体のリングとして、本体部および歯部とは別途形
成する工程と、隣接する鍔部の円周方向の間隔が０．５
ｍｍ以下となるように、複数の鍔部のそれぞれを複数の
歯部のそれぞれの外周上に円周方向に張り出すように配
置、固定する工程と、からなる。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明にかかる第１実施例を図１〜
図７を参照しつつ詳しく説明する。図１は、本発明のブ
ラシレスモータを用いたスピンドルモータ１の断面図で
ある。

【００１５】図１のスピンドルモータ１は、ベース３の
中央に設けられた円柱状の軸受けホルダ５、ホルダ５の
内周５ａに外周７ａが沿うように固定された円柱状の軸
受けスリーブ７、スリーブ７に挿入されその軸を中心に
回転自在な回転軸９、ホルダ５の外周に固定されたステ
ータ１１、回転軸９に固定されたロータ１３等からな
る。

【００１６】回転軸９の底部にはスラストプレート１５
が固定されており、ホルダー５の底面５ｂとの間でスラ
スト軸受１７を形成している。スリーブ７の内周には動
圧発生用の溝１９が設けられており、スリーブ７の内部
に挿入される回転軸９の外周９ｂとの間で動圧軸受２１
が形成されている。

【００１７】本実施例のステータ１１は、ステータコア
２３、コイル（励磁コイル）２５および鍔部２７からな
る。鍔部２７は、後述するように、固定子リング２９と
してスタータコア２３とは別途に製造した後に、コイル
を保持したスタータコア２３と一体に組み立てられる。

【００１８】スタータコア２３について、図２および図
３を参照しつつ説明する。図２（ａ）は本実施例のブラ
シレスモータで用いられるステータコア２３の平面図、
図２（ｂ）は図２（ａ）のスタータコア２３のＩＩ−Ｉ
Ｉ断面図である。図３（ａ）は図２（ａ）のスタータコ
ア２３にコイル２５を巻き回した状態の平面図、図３
（ｂ）は図３（ａ）のスタータコア２３のＩＩＩ−ＩＩ
Ｉ断面図である。

【００１９】図２に示すように、ステータコア２３は本
体部３１と歯部３３とからなり、円柱形に積層した本体
部３１の外周面３１ａ上に１２個の歯部が等間隔で、円
周方向に３０°ごとに設けられている。図３に示すよう
に、各歯部にはコイル２５が巻き回される。本実施例に
おいては，歯部の間隔は十分広いため、コイル２５の巻
き回しは容易にできる。

【００２０】次に、固定子リング２９について、図４〜
図６を参照しつつ説明する。図４（ａ）は本実施例のブ
ラシレスモータで用いられる固定子リング２９の平面
図、図４（ｂ）は図４（ａ）のスタータコア２３のＡ４
−Ｏ４−Ｂ４断面図である。図５（ａ）は図４（ａ）の
固定子リング２９の鍔部の内側を樹脂でモールドした状
態の固定子リング２９の平面図、図５（ｂ）は図５
（ａ）の固定子リング２９のＡ５−Ｏ５−Ｂ５断面図で
ある。図６（ａ）は図５（ａ）の固定子リング２９の外
径の突起部３５を切り落とした状態の固定子リング２９
の平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の固定子リング２９
のＡ６−Ｏ６−Ｂ６断面図である。

【００２１】図４に示すように、積層構造の固定子リン
グ２９は、珪素鋼板をプレスして積層カシメ等を行うこ
とにより、円柱状に形成される。その外周２９ａには１
２個の突起部３５が等間隔に円周方向に３０°ごとに設
けられている。固定子リング２９の半径方向において、
それぞれの突起部３５の内側には円周方向の幅（０．５
ｍｍ以下）、半径方向の溝（スロットオープン）３７が
設けられている。溝３７の深さは、固定子リング２９の
半径方向における厚さより大きく、固定子リング２９の
外周２９ａの表面を超えて突起部３５内に及んでいる。
したがって、突起部３５を削除して固定子リング２９の
外径を均一とした場合には、固定子リング２９が溝３７
で分離されるようになっている。

【００２２】固定子リング２９の内周においては、それ
ぞれの溝３７をつなぐ鍔部３９が固定子リング２９の半
径方向内側へやや膨らんでおり、鍔部３９の中央部分３
９ａが最も内側へ膨らんでいる。鍔部３９の中央部分は
それぞれ、円周方向に一定の幅を有している。固定子リ
ング２９の内径は鍔部３９の中央部分で最も小さくなっ
ているとともに、鍔部３９の中央部分の内径と歯部にお
けるスタータコア２３の外径とは等しく設定してある。
この構成により、固定子リング２９の内側にスタータコ
ア２３を嵌入等により同心に固定することが可能とな
る。さらに、固定子リング２９の鍔部３９、スタータコ
ア２３の歯部ともに、円周方向に３０°ごとに等間隔に
設けてあるため、歯部の外周上に鍔部３９を配置、固定
することができる。

【００２３】次に、上述のように構成された固定子リン
グ積層は、溝３７およびその周囲を樹脂でモールドされ
る。図５（ａ）に鍔部３９の内側を樹脂でモールドした
状態の固定子リング２９（固定子リングモールド）の平
面図を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）の固定子リング
２９のＡ５−Ｏ５−Ｂ５断面図である。モールド４１
は、固定子リング２９の半径方向外側以外に対して行
う。固定子リング２９の半径方向におけるモールド４１
の厚さは、各鍔部の中央部の厚さと同一またはそれ以下
となるようにされている。また、モールド４１の厚さが
鍔部中央部の厚さより小さい場合であっても、少なくと
も溝３７を埋める程度以上の厚さをモールド４１は有す
るようにしている。以上のようにモールド４１を構成す
ることにより、モールド後の固定子リング２９の内径は
ほぼ均一となるため、固定子リング２９へのスタータコ
ア２３の嵌入が容易となる。

【００２４】一方、図５に示すように、固定子リング２
９の外周の突起部３５は、モールド後においても依然と
して突出している。本実施例においては、モールド後に
突起部３５を切削等の機械加工で削除し、固定子リング
２９の外径を均一としている。図６（ａ）は、外径の突
起部３５を切り落とした状態の固定子リング２９（固定
子リング仕上げ）の平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の
固定子リング２９のＡ６−Ｏ６−Ｂ６断面図である。こ
の構成により、磁石４５と固定子リング２９との距離
は、突起部３５の厚さにより制約を受けることがなくな
り、コイル２５およびスタータコア２３と磁石４５との
距離を小さくすることができる。よって、磁石４５の能
力を有効に利用することのできるブラシレスモータを提
供できる。また、突起部３５を機械加工により削除する
ことにより、各鍔部は樹脂のみにより連結されているた
め、各鍔部は磁気的には分離されるが、固定子リング２
９が分裂することはない。

【００２５】以上のようにスタータコア２３とは別途製
造された固定子リング２９の半径方向内側に、歯部にコ
イル２５が巻き回されたスタータコア２３を嵌入等の方
法により固定することによりステータ１１が形成され
る。図７（ａ）は、固定子リング２９の内側に、コアが
巻き回されたスタータコア２３が固定されたステータ１
１（ステータ組立）を示す平面図であり、図７（ｂ）は
図７（ａ）のステータ１１のVII−VII断面図である。固
定子リング２９とスタータコア２３は同心状に固定され
ている。固定子リング２９の各鍔部の内周は、スタータ
コア２３の各歯部の外周に接触するように設けられ、か
つ、鍔部の円周方向の中心と歯部の円周方向の中心とが
一致している。鍔部は、歯部の外周上に円周方向に張り
出すように設けられており、隣接する鍔部の間隔すなわ
ち溝３７の幅は０.５ｍｍ以下となる。さらに、鍔部
は、固定子リング２９の円周方向および軸方向のいづれ
においても、歯部および本体の厚さより厚くしてある。
このようにコイル２５の外側に十分な厚さを有する鍔部
を配置したことにより、歯部に巻き回されたコイル２５
が歯部からはずれることがない。また、固定子リング２
９の突起部３５を機械加工により削除してあるため、各
鍔部は磁気的には分離されているが樹脂により連結され
ている。

【００２６】一方、ロータ１３は、図１に示すように、
回転軸９の上端に回転軸９と同心に固定された円柱状の
ハブ４３と、ハブ４３の内周面に配された磁石４５と、
からなる。磁石４５は、ステータ１１の鍔部の外周に対
向しており、円周方向において磁極を交互に変化させて
設けられている。また、スタータコア２３の積厚は、回
転軸９の軸方向において、磁石４５の厚さより小さくな
っている。この構成により、ロータ１３は、励磁された
ステータ１１と磁石４５との間に働く吸引力および反発
力の作用によって、回転軸９を中心にして回転可能とな
っている。

【００２７】以上の構成においては、溝３７（スロット
オープン）を狭くすることができるため、磁気空隙長を
短くしたことと等価となる。このため、磁石４５の有効
活用を図ることができ、モータの特性、効率が向上す
る。

【００２８】また、磁石４５から発生する磁束を有効に
使えることにより、スタータコア２３の積厚を薄くする
ことができるため、モータの薄型化を実現できる。

【００２９】また、本発明を動圧軸受モータに適用する
と、効率のよいモータが得ることができる。

【００３０】本実施例においては，ステータ１１の外周
側に磁石４５を含むロータ１３を配置した形態（アウタ
ーロータタイプ）をとったが、ステータ１１の内周側に
磁石４５を含むロータ１３を配置した形態（インナーロ
ータ）にも適用できる。

【００３１】次に、本発明にかかる第２実施例を図８を
参照しつつ説明する。図８（ａ）は本実施例のブラシレ
スモータで用いられる固定子リング５０の平面図、図８
（ｂ）は図８（ａ）の固定子リングのVIII−VIII断面図
である。本実施例の固定子リング５０は、第１実施例と
同様に円柱形状であるが、突起部および溝は設けられて
おらず、外周上に１２個の鍔部５２を等間隔に配置して
いる。各鍔部５２は両凸形状で同一であって、外側の凸
面５２ａは円柱形の固定子リング５０の外周を形成し、
内側の凸面５２ｂはその中央部分が固定子リング５０の
内径を規定している点は第１実施例と同様である。

【００３２】第２実施例の固定子リングにおいては、溝
（スロットオープン）をまったくなくして鍔部と鍔部と
の間をわずかな幅でつなげており、磁束の漏洩の影響の
少ない場合には有効である。以上のようにステータコア
とは別途製造された固定子リングの半径方向内側に、歯
部にコイルが巻き回されたステータコアを嵌入等の方法
により固定することによりステータが形成される。以上
述べた以外の構成、作用、効果は第１実施例と同様であ
る。

【００３３】次に、本発明にかかる第３実施例を図９を
参照しつつ説明する。図９（ａ）は本実施例のブラシレ
スモータで用いられる固定子リング６０の平面図、図９
（ｂ）は図９（ａ）の固定子リングのＡ９−Ｏ９−Ｂ９
断面図である。図９の固定子リングは、その形状は第1
実施例の固定子リングと同様であるが、電磁鉄板に代え
てソフトフェライト材により又は珪素鉄合金をＭＩＭ
（メタルインジェクションモールド）により形成してあ
る。ソフトフェライト材又は珪素鉄合金をＭＩＭで形成
したもので固定子リングを形成することは、特にモータ
が小さく、珪素鋼板の積層カシメが寸法的に難しい場合
に適している。以上述べた以外の構成、作用、効果は第
１実施例と同様である。

【００３４】本発明について上記実施例を参照しつつ説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改
良または変更が可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
スロットオープンを狭くすることにより磁気空隙長を短
くしたことと等価となるため、磁石の有効活用が図れて
モータの特性、効率が向上する。

【００３６】また、磁石から発生する磁束を有効に使え
ることにより、ステータコアの積厚を薄くすることがで
きるため、モータの薄型化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブラシレスモータを用いたスピンドル
モータの断面図である。

【図２】（ａ）は本実施例のブラシレスモータで用いら
れるステータコアの平面図、（ｂ）は（ａ）のステータ
コアのＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図３】（ａ）は図２（ａ）のステータコアにコイルを
巻き回した状態の平面図、（ｂ）は（ａ）のステータコ
アのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

【図４】（ａ）は本実施例のブラシレスモータで用いら
れる固定子リングの平面図、（ｂ）は（ａ）の固定子リ
ングのＡ４−Ｏ４−Ｂ４断面図である。

【図５】（ａ）は図４（ａ）の固定子リングの鍔部の内
側を樹脂でモールドした状態の固定子リングの平面図、
（ｂ）は（ａ）の固定子リングのＡ５−Ｏ５−Ｂ５断面
図である。

【図６】（ａ）は図５（ａ）の固定子リングの外径の突
起部を切り落とした状態の固定子リングの平面図、
（ｂ）は（ａ）の固定子リングのＡ６−Ｏ６−Ｂ６断面
図である。

【図７】固定子リングの内側に、コアが巻き回されたス
テータコアが固定されたステータ（ステータ組立）を示
す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のステータのVII―VII
断面図である。

【図８】本実施例のブラシレスモータで用いられる固定
子リングの平面図、（ｂ）は（ａ）の固定子リングのVI
II−VIII断面図である。

【図９】本実施例のブラシレスモータで用いられる固定
子リングの平面図、（ｂ）は（ａ）の固定子リングのＡ
９−Ｏ９−Ｂ９断面図である。

【図１０】従来のブラシレスモータを用いたスピンドル
モータの断面図である。

【図１１】（ａ）は従来のブラシレスモータで用いられ
るステータコアの平面図、（ｂ）は（ａ）のステータコ
アのＸＩ−ＸＩ断面図である。

【符号の説明】

３ベース９回転軸１１ステータ１３ロータ２３ステータコア２５コイル２７、５２鍔部２９、５０、６０固定子リング３１本体部３３歯部４５磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベースと、該ベース上に回転自在に支持された回転軸と、本体部の外周面上において円周方向に等間隔に複数の歯
部が設けられたステータコア、該歯部のそれぞれに保持
された励磁コイル、および、該歯部のそれぞれの外周上
に配置された複数の鍔部を備えるステータと、該回転軸に固定され、該鍔部に対向する内周面に設けた
磁石の磁極を円周方向に交互に異ならせたロータと、を
有し、該回転軸の軸方向において、該ステータコアの積厚が該
磁石の厚さより小さいブラシレスモータであって、該歯部は該本体部と一体的に形成され、該複数の鍔部のそれぞれは、一体のリングとして該本体
部および該歯部とは別途形成された後に、該複数の歯部
のそれぞれの外周上に円周方向に張り出すように配置、
固定されており、該回転軸の軸方向において、該鍔部の長さは該歯部の厚
さより大きくされており、隣接する該鍔部の円周方向の間隔は０．５ｍｍ以下であ
ることを特徴とするブラシレスモータ。