JP2009050138A - ブラシレス直流モータ - Google Patents

Abstract

【課題】誘起電圧の最大値部分及び最小値部分での歪曲を防止することができることによって、モータの性能を向上させることができる。
【解決手段】複数のスロット及び歯（teeth）が形成された固定子と；前記固定子の内側に設けられ、磁石埋込孔及び磁束漏れ防止孔が形成された回転子コアと；前記磁石埋込孔に埋め込まれる永久磁石と；を含むブラシレス直流モータにおいて、前記磁束漏れ防止孔は、前記回転子コアの外周縁に沿って離隔された漏れ防止孔外周縁を有し、前記漏れ防止孔外周縁から前記回転子コアの内部に向かって曲がっている曲げ孔が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブラシレス直流モータに係わり、磁束漏れ防止孔の構造を改善したブラシレス直流モータに関する。

一般に、駆動装置は、家電器機及び産業器機等を生産する産業分野で多様に使用されている。このような駆動装置において代表的なものが電気によって駆動される電動モータである。

電動モータは、使用目的に従って多様に区分される。その中で、特にブラシレス直流モータ（Brushless Direct Current Motor）は、整流子及びブラシのような機械的な接触部がなく、嵩及び重さを減少させることができ、容易に速度を制御することができる特徴がある。これによって、電気及び機械的な磨耗及びノイズが発生しないだけでなく、ブラシのあるモータより相対的に長い寿命を有する長所によってその使用範囲が拡大されている。

従来のブラシレス直流モータは、固定子と；固定子の内側に設けられ磁石埋込孔の形成されている回転子コアと；磁石埋込孔に埋め込まれる永久磁石と；回転子コアの両側面にリベット結合される上部及び下部のカバープレートと；を含む。

しかし、従来技術は、磁石埋込孔の両端部に永久磁石で発生される磁束の漏れを防止するために形成された磁束漏れ防止孔が、磁束の漏れを効率的に防止することができない問題がある。

したがって、本発明の目的は、誘起電圧の最大値部分及び最小値部分での歪曲を予防することができるブラシレス直流モータを提供することである。

また、本発明の他の目的は、モータの性能を向上させ、容易に制御することができるブラシレス直流モータを提供することにある。

前記目的は、複数のスロット及び歯（teeth）が形成された固定子と；前記固定子の内側に設けられ、磁石埋込孔及び磁束漏れ防止孔が形成された回転子コアと；前記磁石埋込孔に埋め込まれる永久磁石と；を含むブラシレス直流モータにおいて、前記磁束漏れ防止孔は、前記回転子コアの外周縁に沿って離隔された漏れ防止孔外周縁を有し、前記漏れ防止孔外周縁から前記回転子コアの内部に向かって曲がっている曲げ孔が形成されていることを特徴とするブラシレス直流モータによって達成される。

前記磁束漏れ防止孔は、前記傾斜部と連通される漏れ孔本体をさらに含み、前記曲げ孔は、前記漏れ孔本体の一側端部と連通され、前記漏れ防止孔外周縁から前記回転子コアの内部に向かって曲がり始まる曲げ部と；前記曲げ部から前記回転子コアの内部に向かって斜めになっている傾斜部と；前記傾斜部の末端を形成する端部と；を含むことが好ましい。

前記曲げ部は、前記磁石埋込孔の中心方向に曲げられていることが好ましい。
前記曲げ孔は、前記磁石埋込孔の中心と前記回転子コアの中心とが成す線に対して、前記曲げ孔と隣接する他の曲げ孔と対向に配置されていることが好ましい。

前記端部は、前記回転子コアの中心と下式による歯の個数Ｘの各外側の末端とが成す第１角度と；前記第１角度を超過して隣接する両歯の中間地点と前記回転子コアの中心とが成す第２角度と；の間に配置されることが好ましい。
歯の個数Ｘ＝固定子総スロット数／（回転子極数＊電源数）

前記傾斜部と前記端部とが合う終点は、前記漏れ防止孔外周縁が延長された線と、前記第１角度を成す線と、が合う点と；前記曲げ部から前記磁石埋込孔の断面の長手方向に平行に延長した線と；の間に配置されることが好ましい。

前記曲げ孔の曲げ部は、前記第２角度と；前記回転子コアの中心から延長されて前記第２角度の外側に隣接する一対の歯を二等分する線が成す第３角度と；の間に配置されることが好ましい。

前記磁石埋込孔は、長方形の断面形状からなり、その端部が相互に一定間隔で離隔された状態で前記回転軸を囲むよう配置されることが好ましい。

前記傾斜部の幅は、前記傾斜部が連結される前記漏れ孔本体の幅と等しいことが好ましい。

本発明によると、誘起電圧の最大値部分及び最小値部分での歪曲を予防してモータの性能を向上させることができる。
また、モータの制御性を向上させることができるので製品の信頼性を増大させることができる。

以下、添付図面を参照して本発明に対して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態によるブラシレス直流モータの概略的な構造を示した断面図であり、図２は図１の曲げ孔の部分を拡大した断面図であり、図３は図２の傾斜部を拡大した断面図である。

本発明によるブラシレス直流モータ１００は、固定子１１０と、回転子コア１２０と、磁束漏れ防止孔１４０と、曲げ孔１５０と、を含む。

固定子１１０は、図１に示すように、磁性鋼板を積層して一実施形態のように略円筒形状に形成されている。固定子１１０には、複数のスロット１１３が形成されている。固定子１１０は、ヨーク１１１、歯Ｔ及びコイル１１７をさらに備える。

ヨーク１１１は、図１に示すように、固定子１１０の外周縁を含む外形を形成し、磁性鋼板で積層され、円筒形状を有する。

スロット１１３は、図１に示すように、各歯Ｔの間に形成された空間でコイル１１７が受容されている。

歯Ｔは、図１及び図２に示すように、ヨーク１１１から内径方向である回転子コア１２０の中心０に向かって延長された形状を有する。
以下で歯Ｔに対する参照番号は、必要に従って第１歯Ｔ１、第２歯Ｔ２等で示し、総称して参照番号Ｔと示すことができる。

コイル１１７は、図１に示すように、スロット１１３に受容されて永久磁石１２３と作用して磁界を形成することによって磁束の流れを誘導する。

回転子コア１２０は、図１に示すように、固定子１１０から一定の間隔で離隔され、固定子１１０に対して回転運動可能に結合される。回転子コア１２０は、固定子１１０のように多数の磁性鋼板を積層して円筒形状になっている。回転子コア１２０は、磁石埋込孔１２１、永久磁石１２３及び回転軸１２５を含む。

磁石埋込孔１２１は、図１に示すように、回転子コア１２０の中心部の外側に円周方向に複数個が形成されている。磁石埋込孔１２１には磁束を発生させることができる永久磁石１２３を受容する。

磁石埋込孔１２１は、長方形の断面形状からなり、その端部が相互に一定間隔で離隔された状態で前記回転軸１２５を囲むよう配置されることが好ましい。

回転軸１２５は、図１に示すように、回転子コア１２０の中心に圧入されて回転子コア１２０と共に回転する。

リベット孔１２７は、永久磁石１２３が磁石埋込孔１２１から離脱されないように磁石埋込孔１２１の外側に設けられ、複数の上部プレート及び下部プレート（図示せず）を相互に結合する。

磁束漏れ防止孔１４０は、磁石埋込孔１２１の間の領域に設けられ、永久磁石１２３で発生される磁束の漏れを防止する機能を有する。

ここで、磁束漏れ防止孔１４０ａ、１４０ｂは、一実施形態として図１に示すように、磁石埋込孔１２１の中央と回転子コア１２０の中心０とを結ぶ線によって対称に二対が設けられている。即ち、一対の磁束漏れ防止孔１４０ａは、回転子コア１２０の中心０に隣接に配置され三角形の断面を有し、他の一対の磁束漏れ防止孔１４０ｂは、三角形断面の磁束漏れ防止孔１４０ａの外側に配置され略Ｌ字状を有する。以下では、磁束漏れ防止孔１４０は、略Ｌ字状を有する磁束漏れ防止孔１４０ｂだけに対して説明する。しかし、磁束漏れ防止孔１４０は、一実施形態とは異なり様々な形状を有することができる。以下で磁束漏れ防止孔１４０に対する参照番号は、特別な区別のない場合には、参照番号１４０と総称する。

磁束漏れ防止孔１４０は、Ｌ字状の漏れ孔本体１４１と、漏れ孔本体１４１の一側端部と連通され、漏れ防止孔外周縁１４３から回転子コア１２０の内部に向かって斜めに延長された曲げ孔１５０と、を含む。

ここで、漏れ防止孔外周縁１４３は、磁束漏れ防止孔１４０の外側領域で回転子コア１２０の外周縁と一定の間隔を有する。

曲げ孔１５０は、漏れ孔本体１４１の漏れ防止孔外周縁１４３に沿って設けられた端部と連通される。曲げ孔１５０は、漏れ防止孔外周縁から回転子コア１２０の内部に向かって曲げられる。曲げ孔１５０は、曲げ部１５１、傾斜部１５０及び端部１５５を含む。

曲げ孔１５０は、磁石埋込孔１２１の中心と回転子コア１２０の中心０とが成す線に対して隣接する曲げ孔１５０と対向して配置される。即ち、図２に示すように、一つの曲げ孔１５０は、磁石埋込孔１２１の中心と回転子コア１２０の中心とが成す線（図２の“０-０１”線参照）に対して隣接する他の曲げ孔１５０と対向して配置される。即ち、一つの曲げ孔１５０は、“０-０１”線に対して隣接する他の曲げ孔１５０と対称に配置される。

これによって、曲げ孔１５０によって誘起電圧の最大値部分及び最小値部分での歪曲を予防してモータの性能を向上させることができる。また、モータの制御能力を向上させることによって製品の信頼性を増大させることができる。

第１角度Ａは、回転子コア１２０の中心０と、歯の個数Ｘの各外側端（図２及び図３の“０-０２”線参照）とが成す角度である。即ち、図２に示すように、第１角度Ａは、歯の個数Ｘに当該する第１歯Ｔ１と、第２歯Ｔ２の外側末端と、回転子コア１２０の中心０と、が成す角度である。

第２角度Ｂは、回転子コア１２０の中心と、第１角度Ａを超過して隣接する一対の歯Ｔとの中間地点（図２及び図３の“０-０３”線参照）が成す角度である。即ち、図２に示すように、第２角度Ｂは、第１角度Ａを超過して隣接する一対の歯Ｔ３、Ｔ４との間の中間地点と、回転子コア１２０の中心０とが成す角度である。

第３角度Ｃは、回転コア１２０の中心から延長されて第２角度Ｂの外側に隣接する一対の歯Ｔを二等分する線（図２及び図３の“０-０４”線参照）が成す角度である。即ち、図２に示すように、第３角度Ｃは、回転子コア１２０の中心０から延長されて第２角度Ｂの外側に隣接する一対の歯Ｔ３、Ｔ４を二等分する線が成す角度である。

曲げ部１５１は、漏れ防止孔外周縁１４３から回転子コア１２０の内部に向かって曲がり始まる領域である。曲げ部１５１は、磁石埋込孔１２１の中心方向に曲がっている。曲げ部１５１は、第２角度Ｂと第３角度Ｃとの間に配置されるように形成される。

傾斜部１５３は、曲げ部１５１から回転子コア１２０の内部に向かって斜めになった領域である。傾斜部１５３は、同一の幅で形成されることが好ましい。しかし、傾斜部１５３は、磁束漏れを防止するための範囲内で幅が多少変わる等様々な形状を有することができる。傾斜部１５３の一側は曲げ部１５１と連結され、他側には端部１５３が形成される。

ここで、曲げ部１５１と傾斜部１５３との幅は、漏れ孔本体１４１の幅と同一なことが好ましい。

端部１５５は、第１角度Ａと第２角度Ｂとの間に配置されるよう形成される。

また、傾斜部１５３と端部１５５とが合う終点Ｐ１は、図３に示すように、漏れ防止孔外周縁１４３が延長された線と、第１角度を成す近い線と、が合う点Ｐ２と、曲げ部１５１から磁石埋込孔１２１の断面の長手方向に平行に延長した線Ｌ１と；の間（図３の高さ“Ｈ”参照）に配置される。

本発明に適用される歯Ｔの個数Ｘは、次の式１によって定められる。
＜式１＞
歯の個数Ｘ＝固定子総スロット数／（回転子極数＊電源数）

以下で本発明の一実施形態を図１を参照して説明する。固定子のスロット数が２４個であり、回転子の極数が４極であり、電源数が３相である場合、＜式１＞による歯Ｔの個数Ｘは、２４／（４＊３）＝２になる。以下では、歯Ｔの個数が２個である場合に対して説明するが、歯Ｔの個数は固定子１１０に形成されたスロット１１３の数等によって変更されることができる。

このような構成を有する本発明によるブラシレス直流モータ１００の作動過程は以下のとおりである。
まず、ブラシレス直流モータ１００の作動のため、固定子１１０の複数のスロット１１３に巻かれたコイル１１７に電流を引加することによって、各コイル１１７の極性が順次に変る。これによって、各コイル１１７に対応する夫々の永久磁石１２３の極性とコイル１１７に形成されている極性とが同一な場合に反発力が発生され、異なる場合に吸引力が発生される。これによって、回転子コア１２０が回転軸１２５と共に回転しながら回転駆動力を有する。

このような過程の説明のため、図４Ａ乃至図４Ｄを参照して従来技術のブラシレス直流モータ１００と、図５Ａ乃至図５Ｆを参照して本発明によるブラシレス直流モータ１００と、を以下のように比較説明する。

まず、図５Ａは本発明によるブラシレス直流モータ１００の磁束の流れを示す図であり、図５Ｂ及び図５Ｃは、図５Ａの固定子１１０の歯Ｔで、回転子コア１２０の回転よる磁束の流れの変化を説明するための概略図である。図５Ｄ及び図５Ｅは、図５Ｂ及び図５Ｃの固定子１１０の歯Ｔで、回転子コア１２０の回転による磁束の流れを示す磁束流れダイアグラムである。図５Ｆは、図５Ａの誘起電圧の変化を示す誘起電圧ダイアグラムである。

ここで、図５Ａに示すように、第１歯Ｔ１と隣接するスロット１１３にはＵ相のコイル１１７が巻かれており、第５歯Ｔ５と隣接するスロット１１３にはＶ相のコイル１１７が巻かれており、第４歯Ｔ４と隣接するスロット１１３にはＷ相のコイル１１７が巻かれていると、仮定する。ただ、以下では、Ｕ相のコイル１１７と永久磁石１２３とによって発生される磁束の変化だけを考慮して説明する。

図５Ａに示すように本発明による磁束の流れは、図４Ａに示す従来技術による磁束の流れとは差を有する。これに対しては、以下で詳細に説明する。

図５Ａに示すように回転子コア１２０が位置する場合、第１歯Ｔ１での磁束量が最大であり、第５歯Ｔ５での磁束量が最小であり、第２歯Ｔ２及び第３歯Ｔ３での磁束量は第１歯Ｔ１より小さい。

即ち、図５Ｂに示すように、傾斜部１５３の外側と第５歯Ｔ５との間（図５Ｂの“Ｋ１”参照）では、磁束が殆ど形成されない。即ち、第５歯Ｔ５の端部と磁束漏れ防止孔外周縁１４３との間が、一定の間隔で近接に形成されている。従って、第５歯Ｔ５と磁束漏れ防止孔１４０の漏れ孔本体１４１との間で、Ｕ相コイル１１７と永久磁石１２３とによって形成される磁束量が最小である。

図５Ｃに示すように、回転子コア１２０が固定子１１０に対して反時計方向に回転する。
これによって、回転子コア１２０の反時計方向への回転によって第３歯Ｔ３での磁束量は正弦的に増加し、第１歯Ｔ１及び第２歯Ｔ２での磁束量は正弦的にいよいよ減少する。

また、第５歯Ｔ５と傾斜部１５３との間に所定の通路（図５Ｃの“Ｋ２”参照）が形成される。即ち、第５歯Ｔ５の端部と磁束漏れ防止孔外周縁１４３との間には傾斜部１５３によって所定の間隔（“Ｋ２”）が形成されて、所定の間隔である“Ｋ２”領域を通じて磁束が通過する通路が形成される。即ち、傾斜部１５３によって形成された第５歯Ｔ５との間隔（“Ｋ２”）を通じて永久磁石１２３と第５歯Ｔ５との間に沿って磁束が流れる。

このような磁束の変化量を微分した誘起電圧の変化は、第１歯Ｔ１でのＵ相の誘起電圧がゼロ状態であり、反時計方向に回転コア１２０が回転することによってＵ相の誘起電圧はゼロから最小値に変る。一方、第５歯Ｔ５でのＵ相の誘起電圧は磁束量がゼロから正弦的に増加することによって誘起電圧は最大値からゼロに変る。

即ち、第５歯Ｔ５でＵ相によって発生される誘起電圧は、図５Ｅに示すように、多少正弦的な曲線を示す。しかし、図４Ｃに示すように、時間による誘起電圧の変化は直線を示す。本発明による傾斜部１５３を従来技術では採択しないためである。

ここで、誘起電圧と総磁束量はＦａｒａｄａｙ法則である次のような関係を有する。
誘起電圧＝ｄ（総磁束量）／ｄｔ
即ち、例えば、総磁束量が正弦的な関数サイン（ｓｉｎｅ）波コサイン（ｃｏｓｉｎｅ）波である場合、その微分値が誘起電圧であるので誘起電圧と総磁束量とのグラフは９０度の位相差を有する。

以上、図５Ｂ乃至図５Ｃを参照して、回転子コア１２０の微細回転による複数の歯Ｔの中で第５歯Ｔ５での磁束量及び誘起電圧の変化を説明した。
このような誘起電圧の変化を全体的に示すと図５Ｆの通りである。即ち、本発明による曲げ孔１５０によって誘起電圧の曲線は、誘起電圧の最大値及び最小値で従来技術より正弦波に近い。即ち、図４Ｄに示すように、誘起電圧の最大値及び最小値で発生される歪曲を防止することができる。

これによって、本発明によるブラシレス直流モータは、誘起電圧の最大値部分または最小値部分での歪曲現状を防止し緩和させることができるので、モータの性能を向上させることができる。また、誘起電圧の変化が正弦波にさらに近いのでモータの制御能力を向上させることができる。

本発明による一実施形態によるブラシレス直流モータの断面図である。 図１の曲げ孔の拡大断面図である。 図２の傾斜部の拡大断面図である。 従来技術によるブラシレス直流モータの磁束流れを示す磁束流れ図である。 図４Ａの固定子の歯で磁束の流れを示す磁束流れ線図である。 図４Ｂの磁束流れを誘起電圧で示す誘起電圧線図である。 図４Ａの磁束流れによる誘起電圧の変化を示す線図である。 本発明によるブラシレス直流モータの磁束流れを示す磁束流れ図である。 図５Ａの固定子の歯で磁束の流れを回転子の回転によって説明するための概略図である。 図５Ａの固定子の歯で磁束の流れを回転子の回転によって説明するための概略図である。 図５Ｂ及び図５Ｃの固定子の歯で回転子コアの回転による磁束の流れを示す線図である。 図５Ｄの磁束の流れを誘起電圧の変化によって示す線図である。 図５Ａの磁束流れによる誘起電圧の変化を示す線図である。

符号の説明

１００ ブラシレス直流モータ
１１０ 固定子
１１１ ヨーク
１１３ スロット
Ｔ 歯
１１７ コイル
１２０ 回転子コア
１２１ 磁石埋込孔
１２３ 永久磁石
１２５ 回転軸
１４０ 磁束漏れ防止孔
１４１ 漏れ孔本体
１４３ 漏れ防止孔外周縁
１５０ 曲げ孔
１５１ 曲げ部
１５３ 傾斜部
１５５ 端部

Claims (9)

1. 複数のスロット及び歯（teeth）が形成された固定子と；前記固定子の内側に設けられ、磁石埋込孔及び磁束漏れ防止孔が形成された回転子コアと；前記磁石埋込孔に埋め立てられる永久磁石と；を含むブラシレス直流モータにおいて、
   前記磁束漏れ防止孔は、前記回転子コアの外周縁に沿って離隔された漏れ防止孔外周縁を有し、前記漏れ防止孔外周縁から前記回転子コアの内部に向かって曲がっている曲げ孔が形成されていることを特徴とするブラシレス直流モータ。
2. 前記磁束漏れ防止孔は、前記傾斜部と連通される漏れ孔本体をさらに含み、
   前記曲げ孔は、
   前記漏れ孔本体の一側端部と連通され、前記漏れ防止孔外周縁から前記回転子コアの内部に向かって曲がり始まる曲げ部と；
   前記曲げ部から前記回転子コアの内部に向かって斜めになっている傾斜部と；
   前記傾斜部の末端を形成する端部と；
   を含む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。
3. 前記曲げ部は、前記磁石埋込孔の中心方向に曲げられてい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。
4. 前記曲げ孔は、前記磁石埋込孔の中心と前記回転子コアの中心とが成す線に対して、前記曲げ孔と隣接する他の曲げ孔と対向に配置されてい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。
5. 前記端部は、
   前記回転子コアの中心と下式による歯の個数Ｘの各外側の末端とが成す第１角度と；
   前記第１角度を超過して隣接する両歯の中間地点と前記回転子コアの中心とが成す第２角度と；の間に配置され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。
   歯の個数Ｘ＝固定子総スロット数／（回転子極数＊電源数）
6. 前記傾斜部と前記端部とが合う終点は、
   前記漏れ防止孔外周縁が延長された線と、前記第１角度を成す近い線と、が合う点と；
   前記曲げ部から前記磁石埋込孔の断面の長手方向に平行に延長した線と；の間に配置されることを特徴とする請求項５に記載のブラシレス直流モータ。
7. 前記曲げ孔の曲げ部は、
   前記第２角度と；
   前記回転子コアの中心から延長されて前記第２角度の外側に隣接する一対の歯を二等分する線が成す第３角度と；の間に配置されることを特徴とする請求項５に記載のブラシレス直流モータ。
8. 前記磁石埋込孔は、長方形の断面形状からなり、その端部が相互に一定間隔で離隔された状態で前記回転軸を囲むよう配置されることを特徴とする請求項５または７に記載のブラシレス直流モータ。
9. 前記傾斜部の幅は、前記傾斜部が連結される前記漏れ孔本体の幅と等しい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。

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