JP2006081384A - Ｂｌｄｃモータのローター - Google Patents

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Abstract

【課題】 円周方向に着磁されたマグネットの同一極性を相互に対向して配置することで、マグネットの磁束漏洩を最小化してモータのトルクを向上させることができるBLDCモータのローターを提供する。
【解決手段】 ステーター１２の内周面に回転自在に配置されたフレーム３０と、前記フレーム３０の外周面に等間隔を有して放射状に連結された各ローターティース３２と、前記各ローターティース３２の間に固定されて相互対向面の極性が同一になるように放射状に配列された各マグネット３４と、を含んでBLDCモータのローターを構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、BLDC(ブテシレスDCモータ)モータのローターに関するもので、詳しくは、マグネットの磁束漏洩を最小化してモータのトルクを向上させることができるBLDCモータのローターに関するものである。
一般に、BLDCモータは、磁気回路の構成によって表面取付型(surface mounted magnet type)と埋め込み型(interior permanent magnet type)とに区分される。
ここで、表面取付型モータのトルクは、マグネットから発生する磁束とステーターのコイルにより形成される磁束との相互作用により発生するマグネットトルクである。また、埋め込み型モータのトルクは、ステーターのコイルに印加される電流による磁極とローターマグネットの磁力による磁極との相対的な位置に従って発生する磁気抵抗差により磁気抵抗トルクが重畳されて発生するトルクと、前記表面取付型モータのトルクと、を合わせたトルクである。
図７は、従来のBLDCモータを示した分解斜視図で、図８は、従来のBLDCモータを示した平面図である。
従来のBLDCモータは、洗濯機のケースに固定されて電源が印加されるステーター１０２と、該ステーター１０２の外周面に所定のエアギャップを有して配置され、洗濯機の洗濯槽に連結されて前記ステーター１０２に電源が印加されると、前記ステーター１０２との相互作用により回転されるローター１０４と、から構成される。
ここで、前記ステーター１０２は、多数の円状のシートが積層されたステーターコア１０６と、該ステーターコア１０６の外周面に放射状に所定間隔を有して装着された各ティース１０８と、これら各ティース１０８に巻線されて電源が印加されるコイル１１０と、から構成される。
また、前記ローター１０４は、前記ステーター１０２の受容空間を有し、その外周面に磁束経路であるバックヨークを形成するローターフレーム１２０と、該ローターフレーム１２０の内周面に配置された多数のマグネット１２２と、から構成される。
前記マグネット１２２は、円弧状に形成されており、半径方向に着磁されて前記ローターフレーム１２０の内周面に円周方向に配列される。
以下、このような従来のBLDCモータの作用を説明する。
まず、コイル１１０に電源が印加されると、前記ローター１０４のマグネット１２２により形成される磁束とステーター１０２のコイル１１０により形成される磁束との相互作用によりトルクが発生してマグネット１２２が回転され、前記マグネット１２２が固定されたマグネットフレーム１２０が回転される。
このような従来のBLDCモータは、図９に示すように、ローター１０４の相対的な位置による磁束分布を示しているが、ステーター１０２のコイル１１０に印加される電流による磁極とマグネット１２２の磁力による磁極との相対的な位置に従って磁気抵抗差が発生していない。
そこで、従来のBLDCモータは、逆起電力を増加するために、ローター１０４の積層長さをステーター１０２の積層長さよりも大きく設置する。通常、これをオーバーハング(overhang)というが、このオーバーハングは、ステーター巻線と鎖交するマグネット１２２の磁束を所定量だけ増加して逆起電力を向上する。この場合、ローター１０４のオーバーハングによって発生する逆起電力は増加するが、そのオーバーハングが所定以上になると、それ以上逆起電力が増加せずに同一水準を維持する。よって、モータのトルクを高めるには限界がある。
図１０は、従来のBLDCモータのオーバーハング長さによる磁束密度を示したグラフである。
従来のBLDCモータは、図１０に示すように、ローター１０４のオーバーハングが増加するにつれてマグネット１２２の磁束密度が徐々に増加するが、ローター１０４のオーバーハングが約６mm以上になると、マグネット１２２の磁束密度が増加せずに同一の水準を維持することが分かる。
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、円周方向に着磁されたマグネットの同一極性を相互に対向して配置することで、マグネットの磁束漏洩を最小化してモータのトルクを向上させることができるBLDCモータのローターを提供することを目的とする。
このような目的を達成するため、本発明に係るBLDCモータのローターは、ステーターの内周面に回転自在に配置されたフレームと、前記フレームの外周面に等間隔を有して放射状に連結された各ローターティースと、前記各ローターティースの間に固定されて相互対向面の極性が同一になるように放射状に配列された各マグネットと、を含んで構成されることを特徴とする。
前記フレームは、円板状に形成されており、その中央に回転軸が固定される固定ホールが形成されるとともに、非磁性体により形成されることを特徴とする。
前記各ローターティースは、相互分離されており、前記フレームの外周面に等間隔を有して連結されることを特徴とする。
前記各ローターティースは、前記マグネットの両側面に接触するように内側から外側に行くほどその幅が広くなる菱形状に形成されることを特徴とする。
前記各ローターティースには、その内側および外側に前記マグネットの離脱を防止する第１および第２ストッピング突起が形成されることを特徴とする。
前記フレーム、ローターティースおよびマグネットは、相互に組み立てられた後、モールディング処理されることを特徴とする。
前記各マグネットは、円周方向に着磁されて相互対向面が同一の極性を有するように前記各ローターティースの間に固定されることを特徴とする。
本発明のBLDCモータは、同一の積層及び体積を有する従来のモータよりも磁束密度を増加させるため、トルクを大きく増加させてモータの性能を向上させることができるという効果がある。
また、モータのコイル巻線量を減少させるため、生産原価を節減して同一トルク対比でモータを小型化することができるという効果がある。
以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るBLDCモータのローターを示した斜視図で、図２は、図１のA部の拡大図で、図３は、図２のB部の拡大断面図である。
本発明に係るBLDCモータは、リング状に形成され、電源が印加されるコイル１４が巻線されたステーター１２と、該ステーター１２の内周面に所定のエアギャップを有して配置され、前記コイル１４に電源が印加されると、前記ステーター１２と相互作用することで回転するローター１０と、から構成される。
ここで、BLDCモータが洗濯機に適用される場合、前記ステーター１２は、洗濯機のケースなどの固定体に固定され、前記ローター１０は、洗濯機の洗濯槽に連結されて洗濯槽を回転させる。
前記ステーター１２は、多数の円状のシートが積層されたステーターコア１６と、該ステーターコア１６の内周面に放射状に所定間隔を有して装着された各ステーターティース１８と、これら各ステーターティース１８にそれぞれ巻線され、相互連結されて電源が印加されるコイル１４と、から構成される。
前記ステーターコア１６の外周面には、前記ステーター１２を固定体(図示せず)に固定するために、ボルトなどが通過する固定ホール２０が等間隔を有して形成される。
図４は、本発明に係るBLDCモータのローターを示した平面図で、図５は、図４のC部の拡大図である。
前記ローター１０は、前記ステーター１２の内周面に回転自在に配置され、その中央に回転シャフトが装着されたフレーム３０と、該フレーム３０の外周面に等間隔を有して放射状に連結された各ローターティース３２と、これら各ローターティース３２の間に固定された多数のマグネット３４と、から構成される。
前記フレーム３０は、円板状に形成されており、その中央には、回転軸が固定される固定ホール３６が形成され、その外周面には、前記各ローターティース３２が等間隔を有して固定される。ここで、前記フレーム３０は、非磁性体により形成されることが好ましい。
前記各ローターティース３２は、前記フレーム３０の外周面に等間隔を有して放射状に配置され、前記各ローターティース３２の間には、マグネット３４が固定される。ここで、前記各ローターティース３２は、マグネット３４の両側面に接触するように内側から外側に行くほどその幅が広くなる菱形状に形成されることが好ましい。
前記各ローターティース３２の内側端および外側端には、前記マグネット３４の離脱を防止する第１ストッピング突起４０および第２ストッピング突起４２がそれぞれ形成される。ここで、前記第１ストッピング突起４０は、前記各ローターティース３２の内側端で幅方向に延長されて前記マグネット３４の内側面に係止され、前記第２ストッピング突起４０は、前記各ローターティース３２の外側端で幅方向に延長されて前記マグネット３４の外側面に係止される。
ここで、前記各ローターティース３２は、ケイ素鋼板を板金で製作するか、磁性粉末を焼結して製作することが好ましい。
また、前記各ローターティース３２は、その内側面が相互連結されて一体に製作されるが、この場合、前記各ローターティースの間を連結するブリッジにより磁束漏洩が発生してトルクが低下する。従って、前記各ローターティース３２は、ブリッジのない単品で製作された後、フレーム３０に放射状に固定することが好ましい。
これら各ローターティース３２とフレーム３０との間には、前記各ローターティース３２をフレーム３０の外周面に締結する締結部が形成される。ここで、前記締結部は、前記各ローターティース３２の内側端の上面に突出された係止突起４８と、前記フレーム３０の外周面に形成されて前記係止突起４８が挿入される係止溝４６と、から構成される。
前記マグネット３４は、前記各ローターティース３２の間に装着され、前記フレーム３０の外周面に放射状に配列されて円周方向の幅よりも半径方向の長さが長い矩形状に形成される。また、前記マグネット３４は、円周方向に着磁されて相互対向面が同一の極性になるように配列される。
前記マグネット３４の両側面の上端には、前記各ローターティース３２の上面に係止されてマグネット３４の下側方向への離脱を防止する係止突起５０が形成される。
前記のようにフレーム３０の外周面に各ローターティース３２を放射状に装着し、各ローターティース３２の間にマグネット３４を固定した後、プラスチック射出金型作業により一体にモールディングすることで、ローター１０の各構成要素の間をより堅固に締結し、かつ、前記各ローターティース３２の間のブリッジを非磁性体により形成して磁束の漏洩を最小化する。
以下、このように構成された本発明に係るBLDCモータの製造過程を説明する。
まず、ケイ素鋼板を板金加工するか磁性粉末を焼結して各ローターティース３２を単品で製造する。次いで、金型に各ローターティース３２を放射状に配列し、前記各ローターティース３２の間に各マグネット３４を配置する。このとき、前記各ローターティース３２が菱形状に形成されるため、前記各マグネット３４は、前記各ローターティース３２の間に接触配置され、各ローターティース３２の両端に形成された第１ストッピング突起４０および第２ストッピング突起４２は、マグネット３４が離脱されないように支持する。
その後、前記各ローターティース３２の内周面に形成された係止突起４８をフレーム３０の外周面に形成された係止溝４６に挿入し、前記各ローターティース３２とフレーム３０との間を連結する。
その後、金型にプラスチックなどの非磁性体物質を注入することで、前記各ローターティース３２の間、各ローターティース３２と各マグネット３４との間及び各ローターティース３２とフレーム３０との間が一体にモールディングされて相互結合される。
以下、このような本発明に係るBLDCモータの作用を説明する。
まず、コイル１４に電源を印加すると、前記ローター１０のマグネット３４により形成される磁束とステーター１２のコイル１４により形成される磁束との相互作用によりトルクが発生してマグネット３４が回転され、前記マグネット３４が固定されたフレーム３０が回転し、前記フレーム３０に固定された回転シャフトが回転する。
次いで、ステーター１２のコイル１４に印加される電流による磁極とマグネット３４の磁力による磁極との相対的な位置に従って磁気抵抗差が発生し、この磁気抵抗差によって磁気抵抗トルクが発生することで、図６に示すように、磁束密度が大きく増加した円周方向の磁力分布図を形成するようになる。
本発明に係るBLDCモータを示した斜視図である。 図１のA部の拡大図である。 図２のB部の拡大図である。 本発明に係るBLDCモータのローターを示した平面図である。 図４のC部の拡大図である。 本発明に係るBLDCモータの磁束分布図である。 従来のBLDCモータを示した分解斜視図である。 従来のBLDCモータを示した平面図である。 従来のBLDCモータの磁束分布図である。 従来のBLDCモータのオーバーハング長さによる磁束密度を示したグラフである。
符号の説明
１０ ローター
１２ ステーター
１４ コイル
１６ ステーターコア
１８ ステーターティース
２０ 固定ホール
３０ フレーム
３２ ローターティース
３４ マグネット
４０ 第１ストッピング突起
４２ 第２ストッピング突起
４６ 係止溝
４８、５０ 係止突起

Claims (13)

  1. ステーターの内周面に回転自在に配置されたフレームと、
    前記フレームの外周面に等間隔を有して放射状に連結された各ローターティースと、
    前記各ローターティースの間に固定されて相互対向面の極性が同一になるように放射状に配列された各マグネットと、
    を含むことを特徴とするBLDCモータのローター。
  2. 前記フレームは、円板状に形成されており、その中央には、回転軸が固定される固定ホールが形成されることを特徴とする、請求項１記載のBLDCモータのローター。
  3. 前記フレームは、非磁性体により形成されることを特徴とする、請求項１記載のBLDCモータのローター。
  4. 前記各ローターティースは、相互分離されており、前記フレームの外周面に等間隔を有して連結されることを特徴とする、請求項１記載のBLDCモータのローター。
  5. 前記各ローターティースは、前記マグネットの両側面に接触するように内側から外側に行くほどその幅が広くなる菱形状に形成されることを特徴とする、請求項４記載のBLDCモータのローター。
  6. 前記各ローターティースは、ケイ素鋼板を板金加工して製造されることを特徴とする、請求項４記載のBLDCモータのローター。
  7. 前記各ローターティースは、磁性粉末を焼結して製造されることを特徴とする、請求項４記載のBLDCモータのローター。
  8. 前記各ローターティースには、その内側および外側に前記マグネットの離脱を防止する第１および第２ストッピング突起が形成されることを特徴とする、請求項４記載のBLDCモータのローター。
  9. 前記第１ストッピング突起は、前記ローターティースの内側端で幅方向に形成されて前記マグネットの内側面を支持し、前記第２ストッピング突起は、前記ローターティースの外側端で幅方向に形成されて前記マグネットの外側面を支持することを特徴とする、請求項８記載のBLDCモータのローター。
  10. 前記各ローターティースの内側上面には、係止突起が形成されており、前記フレームの外周面には、前記係止突起が挿入される係止溝が円周方向に形成されることを特徴とする、請求項１記載のBLDCモータのローター。
  11. 前記フレーム、ローターティースおよびマグネットは、相互に組み立てられた後、モールディング処理されることを特徴とする、請求項１記載のBLDCモータのローター。
  12. 前記各マグネットは、円周方向に着磁されて相互対向面が同一の極性を有するように前記各ローターティースの間に固定されることを特徴とする、請求項１記載のBLDCモータのローター。
  13. 前記各マグネットの両側面には、前記各ローターティースの上面に係止される係止突起が形成されることを特徴とする、請求項１２記載のBLDCモータのローター。
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