JP2006271184A - ブラシレス直流モーター - Google Patents

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Abstract

【課題】 磁束の短絡を防止し且つ磁束の漏洩を最小化することによってトルクリップルを低減することができるブラシレス直流モーターを提供する。
【解決手段】 複数の磁束短絡防止穴が、回転子コアにおいてマグネットがはめ込まれる各設置穴の間から回転子コアの外周縁に達する領域にわたって配置される。この複数の磁束短絡防止穴は、回転子コアの中心から隣接する設置穴間の中心に続く第１線に対して対称に形成され、回転子コアの中心から複数の磁束短絡防止穴の外側端に続く第２線と第１線がなす角度は、略１５〜２０°にする。好ましくは、回転子コアの外周縁と複数の磁束短絡防止穴の外周縁間の長さ及び各マグネットと複数の磁束短絡防止穴間の長さはそれぞれ、回転子コアと固定子間のギャップよりも小さく形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ブラシレス直流モーターに係り、より詳細には、トルクリップルを低減することによって、振動及び騒音を低減し且つ運転効率を向上させられるブラシレス直流モーターに関する。
一般に、モーターは、各種の電子製品に設置されて回転駆動力を生じさせるものであり、その一つに、体積及び重さを小さくし、速度制御が容易にできるブラシレス直流モーターがある。
従来のブラシレス直流モーターは、固定子と、固定子の内部に回転自在に収容される回転子と、回転子の中心に挿設される回転軸と、を備える。固定子は、複数枚の磁性鋼板を略円筒形状に積層してなる固定子コアと、この固定子コアに円周方向に配列された複数のスロットと、複数のスロットに巻取された複数のコイルと、を備えてなる（特許文献１）。
回転子は、複数枚の磁性鋼板を略円筒形状に積層してなり、固定子の中空部内に一定間隔だけ離隔された状態で設置される回転子コアと、回転子コアに円周方向に配列された複数の設置穴と、各設置穴内にはめ込まれる複数のマグネットとを備える。また、回転軸は、回転子の中心に形成された中空部に圧入されて回転子と共に回転する。
したがって、固定子のスロットに巻取された複数のコイルに電流が印加されると、各コイルの極性が順次に変わり、これに対応する回転子の各マグネットの極性と固定子の各コイルに形成される極性とが一致する場合に生じる反発力と異なる場合に生じる吸引力により遠心力が発生し、これにより、回転子が回転軸と共に回転しながら回転駆動力を生じさせるものである。
しかしながら、このように構成される従来のブラシレス直流モーターは、マグネットがはめ込まれる各設置穴の間で磁束が短絡または漏洩するのを防止するための構造を備えておらず、構造的にトルクリップルが大きく発生するため、騒音及び振動が増加し且つ運転効率が劣化するという問題があった。
日本公開特許公報第２００２−８４６９３号
本発明は上記の従来技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、磁束の短絡を防止し且つ磁束の漏洩を最小化することによって、トルクリップルを低減することができるブラシレス直流モーターを提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、固定子と、回転子とからなり、前記回転子は、回転子コア、該回転子コアに形成された複数の設置穴、前記各設置穴にはめ込まれて固定される複数のマグネット、及び前記各設置穴の間で多層構造に配列された複数の磁束短絡防止穴を有することを特徴とするブラシレス直流モーターを提供する。
前記複数の磁束短絡防止穴は、前記回転子コアの中心から前記隣接する設置穴の間の中心に続く第１線に対して両側が対称に形成される。
好ましくは、前記回転子コアの中心から前記複数の磁束短絡防止穴の外側端に続く第２線と、前記第１線とがなす角度は、略１５〜２０°とする。
好ましくは、前記回転子コアの外周縁と前記複数の磁束短絡防止穴の外周縁間の長さは、前記回転子コアと前記固定子間のギャップよりも小さく形成される。
好ましくは、前記各マグネットと前記複数の磁束短絡防止穴間の長さは、前記回転子コアと前記固定子間のギャップよりも小さく形成される。
上記の目的を達成するために、本発明の他の側面によれば、固定子と、前記固定子の内部に一定のギャップをおいて配置される回転子と、を備え、前記回転子は、回転子コア、前記回転子コアに形成された複数の設置穴、前記各設置穴に挿入される複数のマグネット、及び前記各設置穴の間で多層構造に形成される複数の磁束短絡防止穴を有することを特徴とするブラシレス直流モーターが提供される。
前記複数の磁束短絡防止穴は、前記隣接する設置穴の間から前記回転子コアの外周縁に至る領域において略V形状に配置される。
本発明によるブラシレス直流モーターは、各マグネットの端部での磁束の短絡を防止し、磁束が固定子を介して最大限に鎖交するようにすることによってトルクリップルは低減し、トルクは大きくすることができるため、モーターの振動と騒音を低減し、運転効率を向上させる効果が得られる。
以下、添付の図面を基づき、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態によるブラシレス直流モーターの概略的な構造を示す横断面図である。図１に示すように、本発明によるブラシレス直流モーターは、磁性鋼板を積層して略円筒形状にした固定子１０と、固定子１０と同様に複数枚の磁性鋼板が積層されて略円筒形状に形成され、固定子１０に一定間隔だけ離隔された状態で収容されて回転する回転子２０と、回転子２０の中空の中心部に圧入されて回転子２０と共に回転する回転軸３０とを備える。
固定子１０は、固定子１０の外周縁を形成する円環形状のヨーク１１と、このヨーク１１から半径方向の内側に延設される複数のティース１２と、各ティース１２の間に形成された複数のスロット１３と、磁気的に３相の磁界を形成するように複数のスロット１３に巻取されたコイル１４とを備えてなる。
回転子２０は、略円筒形状に形成された回転子コア２１と、この回転子コア２１の中心部外側において円周方向に沿って形成された複数の設置穴２２と、各設置穴２２内にはめ込まれる複数のマグネット２３と、回転軸３０が挿通して回転子２０と共に回転するように回転子コア２１の中心に形成された軸穴２４と、各設置穴２２の外側に形成された複数のリベット穴２５と、隣接する設置穴２２の間に多層構造に形成された複数の磁束短絡防止穴４０と、を備える。
マグネット２３がはめ込まれる複数の設置穴２２は、細長い長方形状に形成され、その端部が互いに一定間だけ離隔された状態で、回転子コア２１の中心に形成された軸穴２４を取り囲むように配置される。
上記のように構成された回転子２０は、回転子コア２１を形成するそれぞれの磁性鋼板が、マグネット２３がはめ込まれる各設置穴２２の外側に形成されたリベット穴２５にリベット(図示せず）締結されて互いに結合され、回転子２０の上部と下部に磁束の漏洩を防止するための円形の銅板(図示せず）が付着されることによって組み立てれる。
次に、回転子２０を拡大した図２及び図３を参照して複数の磁束短絡防止穴４０の構造について詳細に説明する。
図２及び図３に示すように、磁束の短絡を防止するために回転子コア２１に形成された複数の磁束短絡防止穴４０は、それぞれの設置穴２２と設置穴２２との間から回転子コア２１の外周縁２１ａに達する領域にわたって配置される。
複数の磁束短絡防止穴４０は、第１層乃至第４層４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの多層構造に形成され、第１層４０ａ乃至第４層４０ｄはそれぞれ略V形状に形成され、互いに一定間隔だけ離れて配置される。
このように本発明の実施の形態では、複数の磁束短絡防止穴４０が、複数の穴またはスロットが４つの層を形成してなる構造を例示したが、回転子コア２１の大きさと設置穴２２またはマグネット２３の配置構造によって他の構造にすることも可能である。例えば、複数の磁束短絡防止穴４０を４つにしなくて良く、複数の磁束短絡防止穴４０の層数もまた４層にしなくて良い。
第１層４０ａは、回転子コア２１の中心から隣接する設置穴２２または隣接するマグネット２３間の中心に続く第１線Ｏ１−Ｏ２を基準に形成される角度が最も小さく、この角度は、第４層４０ｄに行くほど益々大きくなり、よって、第４層４０ｄにおいて最も大きくなる。また、第１層４０ａ及び第２層４０ｂは単一のスロット構造で形成され、第３層４０ｃ及び第４層４０ｄは、互いに連結されていない１対のスロット構造で形成される。第３層４０ｃ及び第４層４０ｄの１対のスロットは、第１及び第２層の少なくとも一つに対して互いに対向するように配置されることができる。
上記のような構造を有する複数の磁束短絡防止穴４０は、回転子コア２１の中心から隣接するマグネット２３間の中心に続く第１線Ｏ１−Ｏ２を基準にして両側に対称に形成され、回転子コア２１の中心から複数の磁束短絡防止穴４０の外側端に続く第２線Ｏ１−Ｏ３と第１線Ｏ１−Ｏ２とがなす角度θ１は、略１５〜２０°とする。
また、複数の磁束短絡防止穴４０は、回転子コア２１の外周縁２１ａと複数の磁束短絡防止穴４０の外周縁間の長さＬ１は、回転子コア２１と固定子１０の内周縁間のギャップＧ１よりも小さく形成されるようにし、同様に、各設置穴２２または各マグネット２３と複数の磁束短絡防止穴４０間の長さＬ２も回転子コア２１と固定子１０の内周縁間のギャップＧ１よりも小さくする。また、隣接する各層４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ間のギャップもギャップＧ１よりも小さく形成し、回転子２１の円周方向に沿った各層４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの幅は設置穴２２のそれよりも小さく形成する。
ここで、磁束短絡防止穴４０の外周縁は、回転子コア２１の外周縁と隣接する部位を示し、したがって、磁束短絡防止穴４０の内周縁は、回転子コア２１の軸穴２４に対向する部位を示す。各磁束短絡防止穴４０の少なくとも一部分、例えば層４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの少なくとも一つの少なくとも一部分は、隣接する設置穴２２または隣接するマグネット２３端部の間に配置される。また、層４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの少なくとも一つの少なくとも一部分は、回転子コア２１の外周縁と設置穴２２またはマグネット２３との間に配置される。
このように複数の磁束短絡防止穴４０が構成されることによって、各マグネット２３の間で磁束の短絡を効果的に防止すると同時に、漏洩磁束の最小化及び鎖交磁束の最大化を実現することができる。
上記のように構成された本発明によるブラシレス直流モーターを作動するために、固定子１１の複数のスロット１３に巻取された複数のコイル１４に電流を印加すると、各コイル１４の極性が順次に変わり、各コイル１４に対応するそれぞれのマグネット２３の極性と各コイル１４に形成される極性が一致する場合に発生する反発力と異なる場合に発生する吸引力により遠心力が発生し、これにより、回転子２０が回転軸３０と共に回転しながら回転駆動力を生じさせるようになる。
このような本発明のブラシレス直流モーターの作動中に、各設置穴２２の間から回転子コア２１の外周縁２１ａにわたって配置された複数の磁束短絡防止穴４０により、磁束の短絡が防止されると同時に、漏洩磁束の最小化及び鎖交磁束の最大化ができ、これにより、モーターの振動と騒音が最小限に抑えられる。
図４及び図５はそれぞれ、図１に示すブラシレス直流モーターにおける逆起電力線図及びトルク線図である。
図４及び図５に示すように、本発明によるブラシレス直流モーターは、トルクは大きくなり、トルクリップル及びコギングトルクは最小化され、振動及び騒音が最小限に抑えられた状態で作動可能である。
本発明の一実施の形態によるブラシレス直流モーターの横断面図である。 図１に示す回転子を示す拡大図である。 図１に示す複数の磁束短絡防止穴を示す拡大図である。 図１に示すブラシレス直流モーターにおける逆起電力を示す線図である。 図１に示すブラシレス直流モーターにおけるトルクを示す線図である。
符号の説明
１０ 固定子
１１ 固定子コア
１４ コイル
２０ 回転子
２１ 回転子コア
２２ 設置穴
２３ マグネット
４０ 磁束短絡防止穴

Claims (15)

  1. 固定子と、回転子とからなり、
    前記回転子は、回転子コア、該回転子コアに形成された複数の設置穴、前記各設置穴にはめ込まれて固定される複数のマグネット、及び前記各設置穴の間で多層構造に配列された複数の磁束短絡防止穴を有することを特徴とするブラシレス直流モーター。
  2. 前記複数の磁束短絡防止穴は、前記回転子コアの中心から前記隣接する設置穴の間の中心に続く第１線に対して両側が対称に形成されることを特徴とする請求項１に記載のブラシレス直流モーター。
  3. 前記回転子コアの中心から前記複数の磁束短絡防止穴の外側端に続く第２線と、前記第１線とがなす角度は、略１５〜２０°となることを特徴とする請求項２に記載のブラシレス直流モーター。
  4. 前記回転子コアの外周縁と前記複数の磁束短絡防止穴の外周縁間の長さは、前記回転子コアと前記固定子間のギャップよりも小さく形成されることを特徴とする請求項１に記載のブラシレス直流モーター。
  5. 前記各マグネットと前記複数の磁束短絡防止穴間の長さは、前記回転子コアと前記固定子間のギャップよりも小さく形成されることを特徴とする請求項１に記載のブラシレス直流モーター。
  6. 固定子と、
    前記固定子の内部に一定のギャップをおいて配置される回転子と、を備え、
    前記回転子は、回転子コア、前記回転子コアに形成された複数の設置穴、前記各設置穴に挿入される複数のマグネット、及び前記各設置穴の間で多層構造に形成される複数の磁束短絡防止穴を有することを特徴とするブラシレス直流モーター。
  7. 前記複数の磁束短絡防止穴は、前記隣接する設置穴の間から前記回転子コアの外周縁に至る領域において略V形状に配置されることを特徴とする請求項６に記載のブラシレス直流モーター。
  8. 前記複数の設置穴及び前記複数の磁束短絡防止穴はそれぞれ４個であり、各磁束短絡防止穴は前記隣接する設置穴の間に配置されることを特徴とする請求項６に記載のブラシレス直流モーター。
  9. 前記複数の磁束短絡防止穴はそれぞれ、前記隣接する設置穴の間に配置される第１部分と、前記回転子の外周縁と該当する前記設置穴の一つとの間に配置される第２部分とからなることを特徴とする請求項６に記載のブラシレス直流モーター。
  10. 前記複数の磁束短絡防止穴はそれぞれ、前記一定のギャップよりも小さい第２ギャップをおいて互いに離れて配置される複数の層からなることを特徴とする請求項６に記載のブラシレス直流モーター。
  11. 前記回転子コアの中央に形成される軸穴と、
    前記軸穴に挿入されて前記回転子コアと共に回転する回転軸と、をさらに備え、
    前記多層構造の複数の磁束短絡防止穴は、前記回転軸の円周方向に略１５〜２０°の角度で配置されることを特徴とする請求項６に記載のブラシレス直流モーター。
  12. 前記多層構造の複数の磁束短絡防止穴は、回転子コアの中心から隣接する設置穴間の中心に続く放射状の直線上に配置される第１穴と、前記第１穴の両側に配置される端部及びこれら端部を連結する中央部を有し、前記直線上に配置される第２穴と、前記直線に対して互いに対向するように配置される第３穴と、前記直線に対して互いに対向するように配置される第３穴と、からなることを特徴とする請求項６に記載のブラシレス直流モーター。
  13. 隣接する第１穴、第２穴、第３穴、第４穴間の各距離は、前記一定のギャップよりも小さく形成されることを特徴とする請求項１１に記載のブラシレス直流モーター。
  14. 前記第２及び第３穴の少なくとも一部分は、前記隣接する設置穴の間に配置されることを特徴とする請求項１１に記載のブラシレス直流モーター。
  15. 前記多層構造の複数の磁束短絡防止穴は、前記回転子コアの放射方向に異なる長さを有する複数の穴からなることを特徴とする請求項６に記載のブラシレス直流モーター。
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