JP2007074893A - ブラシレス直流モータ及び其の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】磁力で平衡に定位がされる固定子を備えたブラシレス直流モータ及びその固定子を提供する。
【解決手段】前記固定子の上部磁極片と下部磁極片は複数個の対応する方向に延伸する延伸部を有し、且つ前記上部磁極片の延伸部と前記下部磁極片の延伸部は互いに実質的に接触しない形でずらして配列される。実施例において前記上部磁極片のそれぞれの延伸部の末端は外向きにポジション部を形成することができ、前記ポジショニング部は前記モータの回転子の磁極リング下部に位置しており、磁極リングの磁気作用を増加させることができる。別の実施例においてポジショニング部は前記下部磁極片の延伸部間に形成され、且つモータの回転子の磁気リングの下部に延伸しており、軸向きの吸引力を提供することによりモータの回転子に安定した回転を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明はブラシレス直流モータ及び其の固定子に関し、特に回転子の平衡で安定した回転と回転子の回転力増加を提供できるブラシレス直流モータ及び其の固定子に関する。

一般的に公知の平衡定位のブラシレス直流モータで、例えば、特許文献１の「ブラシレス直流モータの平衡定位及び其の磁極片の構造」は、固定子構造内における下部磁極片の磁極端からレグが放射状に延伸し、前記レグがリングシートを保持しており、前記リングシートと回転子のリング形永久磁極が相互に作用することにより吸引力が形成され、回転子に安定した回転を提供するようになっている。しかしながら、このような固定子構造は回転子の回転軸の傾斜，振動，摩擦，騒音等の問題を克服することができるが、こういった構造自身の軸方向の吸引力が回転子の回転を妨げるため、モータ駆動効率を向上させたい場合には、磁極片のスタック（積層）枚数を増やす方法を用いることしかできず、すでにモータ内のスペースに限りのある状況下では、このような方法は容易ではないと考えられる。

その他の公知のブラシレス直流モータで、例えば特許文献２の「外回転子を有するブラシレス直流モータ」は、モータの固定子構造内の上部と下部の各磁極片を互いに向き合う方向に折り曲げ、相補状態に配列するように形成したものである。このような方式を用いることにより、効果的に回転子の磁石と作用する磁極の面積を増加させることができるが、しかしながらこのようなモータは軸方向に比較的大きな振動力を有するので、回転子は安定した状態で回転できない。
中華民国特許公告第４２１３６９号明細書 米国特許第４８９１５６７号明細書

本発明は、上記した公知のブラシレス直流モータの欠点を改善し、且つモータ作製が小型化に向かう趨勢下において、回転速度は高めなければならない状況に対応することが可能な、磁力で平衡に定位がされる固定子を備えたブラシレス直流モータ及びその固定子を提供することを目的とする。

本発明はモータ作製が小型化に向かう趨勢下において、回転速度は高めなければならない状況に対応することが可能な、磁力で平衡に定位がされる固定子を備えたブラシレス直流モータ及びその固定子を提供する。前記固定子の上部磁極片および下部磁極片における本体の外周縁は、間隔をあけて、軸方向に沿い、対応する方向に延伸された複数個の延伸部を有しているため、効果的に磁極面積を増加させることができる、前記下部磁極片の本体には更に複数個のレグが延伸して形成されており、それぞれのレグは外向きにポジショニングリングを形成しており、前記ポジショニングリングは前記下部磁極片の本体と同一の平面上にはなく、且つモータ回転子の磁気リング下方に位置している。モータが作動している時、ポジショニングリングと回転子の磁気リングの極性とは相異なるため、軸方向の吸引力が生じ、安定的に前記回転子を回転させることができる。

上記目的を達成させるために、本発明はモータ作製が小型化に向かう趨勢下において、回転速度は高めなければならない状況に対応することのできる、磁力で平衡に定位がされる固定子を備えたブラシレス直流モータ及びその固定子を提供し、それは主に、回転子及び前記回転子と連結される固定子を含む。前記回転子は、一端がほぼ開放された円柱状を呈し、其の内側の壁には磁気リングが設けられており、封止端の一側面の中心部には回転軸が設けられている。前記固定子は、磁気伝導スリーブと、前記磁気導電スリーブの外側を囲んで設けられるコイルと、前記コイルの両側を挟むように設けられている上部磁極片および下部磁極片とを含む。前記上部磁極片および下部磁極片と前記回転子の磁気リングは磁気作用を生ずる。前記固定子の上部磁極片および下部磁極片における本体の外周縁は、実質的に間隔をあけて、軸方向に沿って対応する方向に延伸している複数個の延伸部を有し、前記上部磁極片および下部磁極片の前記延伸部は、互いに実質的に接触しない形でずらして配列されるため、効果的に磁極面積を増加させることができる。前記下部磁極片における本体の前記延伸部構造の備わっていない所には複数個のレグが形成されており、それぞれのレグは外向けにポジショニングリングを形成しており、ポジショニングリングは下部磁極片の本体とは同一の平面上にはなく、且つ前記回転子の磁気リングの下方に位置している。モータが作動している時、前記ポジショニングリングは前記回転子の磁気リングの極性と相異なることにより、軸方向に吸引力が生じ、前記回転子が平衡且つ安定的に回転する。

本発明の別の目的はブラシレス直流モータを提供することにあり、その固定子の上部磁極片および下部磁極片における本体の外周縁は、軸方向に沿って対応する方向に延伸し突出している複数個の延伸部を有し、これにより磁極面積を効果的に増加させることができる。前記上部磁極片におけるそれぞれの延伸部の末端は、外向きに１つのポジショニング部を形成している。前記ポジショニング部は、静止時にモータの回転子の磁気リングと磁気作用を起こすことにより吸引力を提供し、モータ作動時には、補助力を生じることによって回転子の回転力を増加させることが可能である。

上記目的を達するために、本発明にはブラシレス直流モータを提供する。回転子及び回転子と連結される固定子を含む。前記回転子は、ほぼ一端の開放された円柱状を呈し、其の内側の壁には磁気リングが設けられており、封止端の一側面の中心部には回転軸が設けられている。前記固定子は磁気伝導スリーブと、前記磁気伝導スリーブの外側を囲んで設けているコイルと、コイルの両側を挟むように設けられている上部磁極片および下部磁極片とを含み、前記上部磁極片および下部磁極片は前記回転子の磁気リングと磁気作用を生ずる。前記固定子の上上部磁極片および下部磁極片における本体の外周縁は、間隔をあけて、軸方向に沿って対応する方向に延伸し突出している複数個の延伸部を有し、前記上部磁極片および下部磁極片の前記延伸部は、互いに実質的に接触しない形でずらして配列されるため、効果的に磁極面積を増加させることができる。前記上部磁極片のそれぞれの延伸部末端には外向きにポジショニング部を形成している。前記ポジショニング部は、静止時にモータの回転子の磁気リングと磁気作用を起こすことにより吸引力を提供し、モータ作動時には、補助力を生じることによって回転子の回転力を増加させることが可能である。

本発明によれば、モータ作製が小型化に向かう趨勢下において、回転速度は高めなければならない状況に対応することが可能な、磁力で平衡に定位がされる固定子を備えたブラシレス直流モータ及びその固定子を提供できた。

図１および図２を参照すると、磁力で平衡が保たれ、位置決めがされる固定子を備えた本発明の磁力平衡ポジショニング固定子構造を有するブラシレス直流モータＭ１は、回転子１と、前記回転子１と連結する固定子２と、固定子２を固定し支持する軸受座３とを含んでいる。

前記回転子１は、開口１００に連結する内側の壁１０１と、底部１０２とにより、一端がほぼ開放された円柱状を呈しており、内側の壁１０１には磁気リング１０が設けられており、封止端にある底部１０２の一側面の中心には回転軸１１が設けられている。

前記固定子２は、中空の磁気伝導スリーブ２０と、前記磁気伝導スリーブ２０の外側周囲を覆って設置されるコイル２１と、コイル２１の両側をそれぞれ挟んで設けられる上部磁極片２２および下部磁極片２３とを含み、前記上部磁極片２２および下部磁極片２３は、前記磁気伝導スリーブ２０の両端である２つの端部にそれぞれ配置され、回転子１の磁気リング１０と磁気作用を生ずる。前記上部磁極片２２および下部磁極片２３と前記磁気伝導スリーブ２０は、磁気伝導材料（Magnetically conductive material）によってできており、好ましくはケイ素鋼板によって形成される。前記磁気伝導スリーブ２０は、更にターニング（旋削）或いはローリング（圧延）を利用して成形することが可能である。

前記固定子２の上部磁極片２２における本体２２０ｂの中心には、回転軸１１と軸受座３が貫通可能な軸穴２２０が備わっており、且つ前記上部磁極片２２の外周縁には、本体２２０ｂに連結して、前記下部磁極片２３の方向に向けて延伸する複数個の第１延伸部２２１が間隔を有して備えられている。前記下部磁極片２３は、平面２３０ｆを有する本体２３０ｂに回転軸１１と軸受座３が貫通可能な軸穴２３０を有しており、且つ前記下部磁極片２３の外周縁には、本体２３０ｂに連結して、前記上部磁極片２２の方向に向けて延伸する複数個の第２延伸部２３１が間隔を有して備えられている。前記第１延伸部２２１と第２延伸部２３１は、互いに実質的に接触しない形で、互い違いにずらして配列される。前記下部磁極片２３における本体２３０ｂの前記第２延伸部２３１の備わっていない所には、２つの隣接した前記第２延伸部２３１の間に位置して、複数個のサポーティングレグ（脚部）２３２が延伸して突出形成され、この前記レグ２３２の末端２３２ｅは前記下部磁極片２３の本体２３０ｂの平面２３０ｆより低くなっており、且つそれぞれのレグ２３２の末端２３２ｅからは径方向外向きに延伸して突出するポジショニング（位置決め）リング２３３を形成しているため、回転子１，固定子２および軸受座３を組立てた状態では、前記ポジショニングリング２３３は回転子１の磁気リング１０よりも下部に位置することとなる。前記下部磁極片２３の前記第２延伸部２３１，レグ２３２，ポジショニングリング２３３は、前記第１延伸部２２１及び上部磁極片２２と同様に、プレス及び曲げ加工によって一体成形される。

前記固定子２は軸受座３の外側に設けてあり、前記軸受座３の内側には少なくとも１つの軸受３０を設けてあり、軸受３０は、前記軸受座３内部の回転軸１１へ延伸して枢接するのに用いられる。また、ここでのサポーティングレグ２３２とポジショニングリング２３３は、ポジショニング部を構成すると共に、少なくとも一つの当該ポジショニング部は、固定子２の一端部から延伸して形成されている。

前記固定子２が励磁された時、前記上部磁極片２２と下部磁極片２３は相異なる磁極を生じる。前記上部磁極片２２本体と其の第１延伸部２２１は、磁気リング１０の対応する部分と同一の磁極を有していて、双方の間に斥力が生ずることにより回転子１が回転し、同時に前記下部磁極片２３本体とその第２延伸部２３１と前記磁気リング１０の対応する部分との間にも、斥力が生ずることにより回転子１が回転する。しかしながら、前記下部磁極片２３のポジショニングリング２３３は、磁気リング１０の磁極の異なる部分の下方に位置する故に、双方の間で軸方向の吸引力が生じ、この吸引力が回転子１に対し平衡で安定した回転を提供することができる。

図３及び図４を参照すると、本発明のブラシレス直流モータＭ２の別のもう１つの実施例は、開口４００を有する回転子４と、前記回転子４に連結される固定子５と、固定子５を固定し支持する軸受座６とを含む。

前記回転子４は、開口４００に連結する内側の壁４０１と、底部４０２とにより、一端がほぼ開放された円柱状を呈し、その内側の壁４０１には磁気リング４０が設けられており、封止端にある底部１０２の一側面の中心には１つの回転軸４１が設けられている。

前記固定子５は、中空の磁気伝導スリーブ５０と、前記磁気伝導スリーブ５０の外側周囲を覆って設置されるコイル５１と、コイル５１の両側をそれぞれ挟んで設けられる上部磁極片５２および下部磁極片５３を含み、前記上磁極片５２および下部磁極片５３は、前記磁気伝導スリーブ５０の両端である２つの端部にそれぞれ連結し配置され、回転子４の磁気リング４０と磁気作用を生ずる。前記上部磁極片５２および下部磁極片５３と前記磁気伝導スリーブ５０は磁気伝導材料によってできており、好ましくはケイ素鋼板によってできている。前記磁気導電スリーブ５０は、更にターニング或いはローリングを利用して成形することが可能である。

前記固定子５の上部磁極片５２における本体５２０ｂの中心には、回転軸４１と軸受座６が貫通可能な軸穴５２０が備わっており、且つ前記上部磁極片５２の外周縁には、本体５２０ｂに連結して、前記下部磁極片５３の方向に向けて軸方向に突出して延伸する複数個の第１延伸部５２１が間隔を有して備えられている。前記下部磁極片５３の本体５３０ｂには、回転軸４１と軸受座６が貫通可能な軸穴５３０を有しており、且つ前記下部磁極片５３の外周縁には、本体５３０ｂに連結して、前記上部磁極片５２の方向に向けて軸方向に突出して延伸する複数個の第２延伸部５３１が間隔を有して備えられている。前記第１延伸部５２１と第２延伸部５３１は、互いに実質的に接触しない形で、互い違いにずらして配列される。前記上部磁極片５２のそれぞれの延伸部５２１の末端５２２ｅからは径方向外向きに延伸するポジショニング部５２２を形成しており、よって回転子４，固定子５および軸受座６を組立てた状態では、前記ポジショニング部５２２は回転子４の磁気リング４０の下に位置することとなる。前記上部磁極片５２の前記第１延伸部５２１及びポジショニング部５２２は、前記第２延伸部５３１及び下部磁極片５３と同様に、プレス及び曲げ加工によって一体成形することが可能である。

上記固定子５は軸受座６の外側に設けられており、前記軸受座６の内側の壁には少なくとも１つの軸受６０が設けられており、軸受６０は、軸受座６内部の回転軸４１へ延伸して枢接するのに用いられる。また、複数個のポジショニング部５２２は固定子５の一端部に位置する。

前記固定子５が励磁された時、前記上部磁極片５２と下部磁極片５３は相異なる磁極を生じる。前記上部磁極片５２本体と其の第１延伸部５２１は、磁気リング４０の対応する部分と同一の磁極を有していて、双方の間に斥力が生ずることにより回転子４が回転し、同時に前記下部磁極片５３本体とその第２延伸部５３１と前記磁気リング４０の対応する部分との間にも、斥力が生ずることにより回転子４が回転する。それ以外に、上部磁極片５２のポジショニング部５２２は更に上部磁極片５２の磁気作用面積を増加させることができ、そのことにより補助的な斥力が生じ、回転子４の回転させる動力をより増加させることができる。

本発明を好ましい実施形態によって以上のように開示したが、これは本発明を限定しようとするものではなく、当業者によれば、本発明の精神と範囲を逸脱しない限りにおいて、様々な変更および均等な装置に適合させることができる。よって、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲で定義されたものが基準とされる。

本発明の第１実施例におけるブラシレス直流モータ及び其の固定子構造の立体分解図である。 図１のａ−ａ線に沿ったブラシレス直流モータの断面図である。 本発明の第２実施例におけるブラシレス直流モータ及び其の固定子構造の立体分解図である。 図３のｂ−ｂ線に沿ったブラシレス直流モータの断面図である。

符号の説明

１，４ 回転子（Rotor）
１０，４０ 磁気リング（Magnetic ring）
１１，４１ 回転軸（Shaft）
２，５ 固定子（Stator）
２０，５０ 磁気伝導スリーブ（Magnetically conductive sleeve）
２１，５１ コイル（Coil）
２２，５２ 上部磁極片（Upper magnetic pole piece）
２２１，５２１ 第１延伸部（Upper protruding portion）
２２０，２３０，５２０，５３０ 軸穴（Axial hole）
２３，５３ 下部磁極片（Lower magnetic pole piece）
２３１，５３１ 第２延伸部（Lower protruding portion）
２３２ サポーティングレグ（Supporting leg）
２３３ ポジショニングリング（Positioning ring）
５２２ ポジショニング部（Positioning portion）
３，６ 軸受座（Seat）
３０，６０ 軸受（Bearing）

Claims (12)

1. 其の内部に磁気リングが設けられている回転子と、
   磁気伝導スリーブ（Magnetically conductive sleeve），前記磁気伝導スリーブの周囲に設置されるコイル，前記磁気伝導スリーブの両端にそれぞれ位置する第１磁極片と第２磁極片を少なくとも有し、前記第１磁極片が前記第２磁極片の方向に延伸している複数個の第１延伸部を有し、前記第２磁極片が前記第１磁極片の方向に延伸している複数個の第２延伸部を有している一組の磁極片を備える固定子と、を含み、
   前記磁極片の内の１つは少なくとも１つのポジショニング部を備えており、このポジショニング部は前記回転子の前記磁気リングに対応して配置されるブラシレス直流モータ。
2. 前記第１延伸部と前記第２延伸部は互いに実質的に接触しない形でずらして配列される請求項１に記載のブラシレス直流モータ。
3. 前記少なくとも１つのポジショニング部は前記第１磁極片の突出している前記第１延伸部末端から径方向に延伸している請求項１に記載のブラシレス直流モータ。
4. 前記少なくとも１つのポジショニング部はサポーティングレグとリングから構成されており、前記サポーティングレグは前記第２磁極片の２つの隣接した前記第２延伸部の間から延伸して突出しており、前記リングは前記サポーティングレグの末端に形成されている請求項１に記載のブラシレス直流モータ。
5. 前記サポーティングレグの前記末端は前記第２磁極片の本体の平面より低くなっている請求項４に記載のブラシレス直流モータ。
6. 前記磁気伝導スリーブは、ターニングまたはローリング成形されたものである請求項１に記載のブラシレス直流モータ。
7. 前記複数の磁極片の前記複数の延伸部及び前記ポジショニング部は、プレス及び曲げ加工により一体成形されたものである請求項１に記載のブラシレス直流モータ。
8. 複数個の軸方向に延伸する第１延伸部及び前記第１延伸部の末端から外向きに形成された複数個のポジショニング部を有する第１磁極片と、
   複数個の軸方向に延伸する第２延伸部を有し、前記第２延伸部は前記第１延伸部と互いに実質的に接触しない形でずらして配列される第２磁極片と、
   一端が前記第１磁極片に連結され、もう一端が前記第２磁極片に連結された磁気伝導スリーブと、
   前記磁気伝導スリーブの外側周囲に設置されたコイルとを含むブラシレス直流モータの固定子。
9. 前記複数個のポジショニング部は前記固定子の端部に位置する請求項８に記載のブラシレス直流モータの固定子。
10. ブラシレス直流モータの固定子であって、
    複数個の第１延伸部及び少なくとも１つのポジショニング部を有し、前記少なくとも１つのポジショニング部と前記第１延伸部は間隔をあけてその外周に形成されており、前記第１延伸部は軸向きに延伸しており、前記少なくとも１つのポジショニング部が前記固定子の端部から延伸して形成されている第１磁極片と、
    複数個の軸向きに延伸している第２延伸部を有し、前記第２延伸部は第１延伸部と互いに実質的に接触しない形でずらして配列される第２磁極片と、
    一端が前記第１磁極片と連結されており、もう一端が前記第２磁極片と連結されている磁気伝導スリーブと、
    前記磁気伝導スリーブの外側を取り囲んで設けられるコイルとを含むブラシレス直流モータの固定子。
11. 前記少なくとも１つのポジショニング部はサポーティングレグとリングから構成されており、前記サポーティングレグは前記第１磁極片から延伸して突出しており、前記リングは前記サポーティングレグの前記末端から径方向に延伸して突出している請求項１０に記載のブラシレス直流モータの固定子。
12. 前記サポーティングレグの前記末端は前記第１磁極片の本体の平面より低くなっている請求項１１に記載のブラシレス直流モータの固定子。

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