JP2006304416A - スケルトンタイプのｂｌｄｃモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ駆動時に発生するコギングトルクのうち、高次のコギングトルクのみを減少させることにより、モータの性能を維持しながらも共振騒音を低減させることができるスケルトンタイプのＢＬＤＣモータを提供する。
【解決手段】 スケルトンタイプのＢＬＤＣモータは、磁極分離線４０を基準にＮ極とＳ極とに分離されるロータ１４と、ロータ１４がエアギャップをおいて配置され、内側面に第１ポールシュー２２、第２ポールシュー２４及び一対のデテントグルーブ３６が形成されるステータ１２とから構成され、磁極分離線４０が通過するロータ１４の両端部には、デテントグルーブ３６との間のエアギャップを大きくするために、円形から所定の幅だけ除去された形状のエアギャップ形成部６０が形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スケルトンタイプのＢＬＤＣモータに関し、特に、コギングトルクを低減して共振騒音を低減したＢＬＤＣモータに関する。

図７は、従来のスケルトンタイプ(skeleton type)のＢＬＤＣモータの斜視図で、図８は、従来のスケルトンタイプのＢＬＤＣモータの断面図で、図９は、図８のB−B線断面図である。

これらの図に示すように、従来のスケルトンタイプのＢＬＤＣモータは、電源が印加されるステータ１０２と、ステータ１０２の内周面にエアギャップをおいて配置され、ステータ１０２との相互作用により回転するロータ１０４と、ロータ１０４の中央に装着され、ロータ１０４と共に回転しながら外部に回転力を伝達する回転軸１０６とを含む。

ステータ１０２の一方側には、ロータ１０４を駆動するための駆動回路が実装されたＰＣＢ１０８が設置され、このＰＣＢ１０８は、ＰＣＢカバー１１０内に収納される。

ステータ１０２は、複数のシートが積層されてリベットにより締結され、内側にロータ１０４が収容される第１ポールシュー１１２と第２ポールシュー１１４とが一体に形成されるステータコア１１６と、このステータコア１１６に固定される一対のボビン１１８、１２０と、この１対のボビン１１８、１２０にそれぞれ巻かれ、交互に電源が印加される一対のコイル１２２、１２４とから構成される。

上記の第１ポールシュー１１２及び第２ポールシュー１１４には、ロータ１０４の初期起動のために、ロータのトルクが０の位置に整列されないように、ロータ１０４の回転軸線に対し対称をなすようにデテントグルーブ１２６がそれぞれ形成される。

ロータ１０４は、図１０に示すように、ロータ１０４の中心から半径方向に形成される磁極分離線１２８を基準にして、一方側はＮ極、他方側はＳ極からなる円板状のマグネット１３０と、このマグネット１３０の内周面に配置され、その中央に回転軸１０６が固定されるマグネットフレーム１３２とから構成される。

ロータ１０４は、モータハウジング１４０の内部に収容され、このモータハウジング１４０には、回転軸１０６を回転自在に支持する一対の軸受１４２、１４４が配設される。

ＰＣＢカバー１１０には、ロータ１０４の回転位置を検出する位置検出センサ(図示せず)が配設され、この位置検出センサは、センサ収容部１３６に収容される。

以下、このように構成された従来のスケルトンタイプのＢＬＤＣモータの動作を説明する。

モータに電源が印加されると、位置検出センサは、ロータ１０４の磁極分離線１２８の情報を利用してロータ１０４の回転位置を検出し、その検出された結果に基づいて、一対のコイル１２２、１２４の何れか一つに直流電源が印加される。すると、ステータコア１１６が励磁されてマグネット１３０を回転させ、これにより、マグネット１３０が装着されるマグネットフレーム１３２が共に回転し、このマグネットフレーム１３２に固定された回転軸１０６が回転する。

初期起動時に、ロータ１０４は、第１ポールシュー１１２及び第２ポールシュー１１４に比べて相対的に大きいエアギャップを有するように形成されたデテントグルーブ１２６により、トルクが０の位置に整列されないようになる。

しかしながら、上記のような従来のスケルトンタイプのＢＬＤＣモータにおいては、磁気エネルギーが最小の平衡状態に移動しようとする接線方向の力であるコギングトルク(cogging torque)が必然的に発生し、このようなコギングトルクは、電流とは関係なくマグネットと第１ポールシュー及び第２ポールシュー間で発生する。

また、ロータの回転によりロータの磁極分離線がデテントグルーブを過ぎるとき、ロータとステータ間のエアギャップが変わり、これにより磁束密度が変化して基本次数だけでなく高次のコギングトルクが発生し、その高次のコギングトルクがモータの共振騒音の主要原因となり、モータにおいて騒音が増加するという問題点がある。

上述のようなコギングトルクの発生を減らすために、マグネットの着磁方法を改善するか、マグネットの形状を変更して加振源を低減させるなどの方法を用いて騒音を低減するための研究開発に力を注いだが、これらの方法を用いる場合、高次(４次、５次....)のコギングトルクはもちろん、基本次数のコギングトルクも共に減少して、一定水準のコギングトルクを必要とするモータの性能低下を招くという問題点がある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、モータ駆動時に発生するコギングトルクのうち、高次のコギングトルクのみを減少させることにより、モータの性能を維持しながらも共振騒音を低減させることができるスケルトンタイプのＢＬＤＣモータ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に、本発明によるスケルトンタイプのＢＬＤＣモータは、磁極分離線を基準にＮ極とＳ極とに分離されるロータと、該ロータがエアギャップをおいて配置され、内側面に第１ポールシュー、第２ポールシュー及び一対のデテントグルーブが形成されるステータとから構成され、前記磁極分離線が通過するロータの両端部には、前記デテントグルーブとの間のエアギャップを大きくするために、円形から所定の幅だけ除去された形状のエアギャップ形成部が形成されることを特徴とする。

本発明によるスケルトンタイプのＢＬＤＣモータにおいては、ロータのＮ極とＳ極とを分離する磁極分離線が通過するロータの両端部を除去したエアギャップ形成部を有するようにすることで、ステータに形成されたデテントグルーブとの間のエアギャップを大きくして、高次のコギングトルクを減少させて共振騒音を減らすことができるという効果がある。

以下、添付の図面を参照して、本発明によるスケルトンタイプのＢＬＤＣモータの好ましい実施形態を説明する。

図１は、本発明によるスケルトンタイプのＢＬＤＣモータの断面図で、図２は、図１のA−A 線断面図である。

図に示すように、本発明によるスケルトンタイプのＢＬＤＣモータは、モータハウジング１０と、このモータハウジング１０の内部に固定され、電源が印加されるステータ１２と、ステータ１２の内周面にエアギャップをおいて配置され、ステータ１２との相互作用により回転するロータ１４と、このロータ１４の中央に装着され、ロータ１４と共に回転しながら外部に回転力を伝達する回転軸１６とを含む。

ステータ１２の一方側には、ロータ１４を駆動するための駆動回路が実装されたＰＣＢ１８が設置され、このＰＣＢ１８は、ＰＣＢカバー２０内に収納される。ＰＣＢカバー２０には、ロータ１４の回転位置を検出する位置検出センサ(図示せず)が配設され、この位置検出センサは、センサ収容部５２に収容される。

ステータ１２は、複数のシートが積層されてリベットにより締結され、内部にロータ１４が収容される第１ポールシュー２２と第２ポールシュー２４とが一体に形成されるステータコア２６と、このステータコア２６に固定される一対のボビン２８、３０と、この一対のボビン２８、３０にそれぞれ巻かれ、交互に電源が印加される一対のコイル３２、３４とから構成される。

第１ポールシュー２２及び第２ポールシュー２４には、ロータ１４の初期起動のために、ロータのトルクが０の位置に整列されないように、ロータ１４の回転軸線に対し対称になる位置に一対のデテントグルーブ３６がそれぞれ形成される。

回転軸１６とモータハウジング１０との間には、軸受５０が装着されて回転軸１６を回転自在に支持する。

ロータ１４は、図３に示すように、ロータ１４の中心を横切ってロータ１４を二つの部分に区画する磁極分離線４０を基準にして、一方側はＮ極、他方側はＳ極からなる円板状のマグネット４２と、このマグネット４２の内周面に固定され、その中央に回転軸１６が固定されるマグネットフレーム４４とから構成される。

ここで、ロータ１４は、円形に形成され、半円状のＮ極と半円状のＳ極とからなる。

また、上記の磁極分離線４０が通過するロータ１４の両端部には、円形から幅Ｔだけ除去された形状を有するエアギャップ形成部６０が形成される。このエアギャップ形成部６０は、磁極分離線４０が通過するロータ１４の直径Ｌ１が、磁極分離線４０と９０°をなすロータ１４の直径Ｌより小さくなるように形成される。

また、エアギャップ形成部６０は、磁極分離線４０が通過するロータ１４の直径Ｌ１から、磁極分離線４０と９０°をなすロータ１４の直径Ｌ側に行くほど、その直径が次第に大きくなるように形成されることが好ましい。そして、エアギャップ形成部６０は、円の中心から左／右方向に１〜１．５ｍｍ程度偏心して形成されることが好ましい。

このようなエアギャップ形成部６０は、磁極分離線４０がステータ１２に形成されたデテントグルーブ３６を通過するときに大きなエアギャップが形成されるようにして、高次のコギングトルクを減少させる。

以下、このように構成された本発明によるスケルトンタイプのＢＬＤＣモータの動作を説明する。

モータに電源が印加されると、位置検出センサは、ロータ１４の位置情報を検出し、駆動回路は、上記の位置検出センサにより検出された結果に基づいて、一対のコイル３２、３４の何れか一つに直流電源を供給する。すると、ステータコア２６が励磁されて、ロータ１４との相互作用によりロータ１４が回転する。

このとき、ロータ１４は、Ｎ極とＳ極との分離線である磁極分離線４０がステータ１２のデテントグルーブ３６を通過するときに、ロータ１４に形成されたエアギャップ形成部６０により最大のエアギャップを有するようになるので、高次のコギングトルク成分が減少する。

ここで、上記のコギングトルクとは、磁気エネルギーが最小の平衡状態に移動しようとする接線方向の力であり、電流とは関係なくロータとステータ間のエアギャップにより発生し、本発明の構成により、微小回転角の変化による磁気エネルギーのエネルギー変化が正弦波状になって、高周波成分のコギングトルクが効果的に減少し、これにより、共振騒音を減少させることができる。

図４は、従来のスケルトンモータのロータと本発明によるスケルトンモータのロータとが３６０°回転するときのコギングトルクを比較したグラフである。

図４に示すように、従来のロータ１０４によるコギングトルクの測定値Ｐに比べて、本発明のロータ１４によるコギングトルクの測定値Ｑ、Ｒは、高周波成分の４次以上のコギングトルクが減少したことが分かる。

図５は、本発明と従来技術との高次のコギングトルクを比較したグラフで、本発明のコギングトルクＢが従来のコギングトルクＡに比べて低く、特に、ハーモニックレベル(harmonic level)が４以上の高いレベルにおいて、本発明のコギングトルクが従来に比べて８０％以上減少したことが分かる。

図６は、本発明のスケルトンモータと従来のスケルトンモータとから発生する騒音を比較したグラフで、本発明のスケルトンモータの騒音Ｔが従来のスケルトンモータの騒音Ｓに比べて顕著に低いことが分かる。

本発明によるスケルトンタイプのＢＬＤＣモータの断面図である。 図１のA−A線断面図である。 本発明によるスケルトンタイプのＢＬＤＣモータの図２のロータの詳細を示す図である。 本発明のモータと従来のモータとのコギングトルクを比較したグラフを示す図である。 本発明のモータと従来のモータとの高次のコギングトルクを比較したグラフを示す図である。 本発明のモータと従来のモータとの騒音を比較したグラフを示す図である。 従来のスケルトンタイプのＢＬＤＣモータの斜視図である。 従来のスケルトンタイプのＢＬＤＣモータの断面図である。 図８のB−B線断面図である。 従来のスケルトンタイプのＢＬＤＣモータのロータの正面図である。

符号の説明

１０ モータハウジング
１２ ステータ
１４ ロータ
１６ 回転軸
１８ ＰＣＢ
２０ ＰＣＢカバー
２２ 第１ポールシュー
２４ 第２ポールシュー
２６ ステータコア
２８、３０ ボビン
３２、３４ コイル
３６ デテントグルーブ
４０ 磁極分離線
４２ マグネット
４４ マグネットフレーム
６０ エアギャップ形成部

Claims (6)

1. 磁極分離線を基準にＮ極とＳ極とに分離されるロータと、
   前記ロータがエアギャップをおいて配置され、内側面に第１ポールシュー、第２ポールシュー及び一対のデテントグルーブが形成されるステータとから構成され、
   前記磁極分離線が通過するロータの両端部には、前記デテントグルーブとの間のエアギャップを大きくするためのエアギャップ形成部が形成されることを特徴とするスケルトンタイプのＢＬＤＣモータ。
2. 前記エアギャップ形成部は、前記磁極分離線が通過するロータの両端部が、円形から所定の幅だけ除去された形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のスケルトンタイプのＢＬＤＣモータ。
3. 前記エアギャップ形成部は、前記磁極分離線が通過するロータの直径が、前記磁極分離線と９０°をなすロータの直径より小さく形成されることを特徴とする請求項１に記載のスケルトンタイプのＢＬＤＣモータ。
4. 前記エアギャップ形成部は、前記磁極分離線が通過するロータの直径から、前記磁極分離線と９０°をなすロータの直径側に行くほど、ロータの直径が次第に大きくなるように形成されることを特徴とする請求項３に記載のスケルトンタイプのＢＬＤＣモータ。
5. 前記エアギャップ形成部は、円の中心から左／右方向に１〜１．５ｍｍ程度偏心して形成されることを特徴とする請求項１に記載のスケルトンタイプのＢＬＤＣモータ。
6. 前記モータは、２極の単相モータであることを特徴とする請求項１に記載のスケルトンタイプのＢＬＤＣモータ。

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