JP2020137230A

JP2020137230A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2020137230A
Application number: JP2019026919A
Authority: JP
Inventors: 後藤　正; Tadashi Goto; 正後藤
Original assignee: Goto Co Ltd
Current assignee: Goto Co Ltd
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2020-08-31

Abstract

【課題】従来より効率を良くする【解決手段】同軸に並設された、２個の同形リング状コイル１１、１２と、リング状コイル１１、１２と同軸に配置された回転軸１３と、回転軸１３に固定されリング状コイル１１、１２同士の間に配置された円盤状のロータ１４と、円環状又は周方向に分断された円環状であるとともに、回転軸１３と同軸にロータ１４に配設され、回転軸１３の軸方向と同方向に磁化された永久磁石１５と、を備え、リング状コイル１１、１２の永久磁石１５に対向する面は、略平面状に形成されており、リング状コイル１１、１２と永久磁石１５との隙間の距離は、全て同じであり、隙間の距離をＬとし、リング状コイル１１、１２の略平面状に形成されている部分の外径をＤａ、内径をＤｂとし、永久磁石１５の外径をＤｃ、内径をＤｅとするとき、（Ｄａ−Ｄｂ）≧（Ｄｃ−Ｄｅ）＋４Ｌ、Ｄｃ＜Ｄａ−２Ｌ及びＤｅ＞Ｄｂ＋２Ｌの関係が成り立つようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、永久磁石と電磁コイルを利用したブラシレスモータに関するものである。

ブラシレスモータとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。これによれば、駆動制御回路の構成を単純にすることができ、効率もよくすることができる。

しかし、ブラシレスモータにおいては、さらなる高効率化が求められていた。

特開２００８−３１２４２７号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも効率の良いブラシレスモータを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係るブラシレスモータは、
同軸に並設された、２個の同形リング状コイルと、
前記２個のリング状コイルと同軸に配置された回転軸と、
前記回転軸に固定され、前記リング状コイル同士の間に配置された円盤状のロータと、
円環状又は周方向に分断された円環状であるとともに、前記回転軸と同軸に前記ロータに配設され、前記回転軸の軸方向と同方向に磁化された永久磁石と、を備え、
それぞれの前記リング状コイルの前記永久磁石に対向する面は、略平面状に形成されており、
それぞれの前記リング状コイルと前記永久磁石との隙間の距離は、全て同じであり、
前記隙間の距離をＬとし、前記リング状コイルの前記略平面状に形成されている部分の外径をＤａ、内径をＤｂとし、前記永久磁石の外径をＤｃ、内径をＤｅとするとき、（Ｄａ−Ｄｂ）≧（Ｄｃ−Ｄｅ）＋４Ｌの関係が成り立ち、前記永久磁石は前記リング状コイルに対し、Ｄｃ＜Ｄａ−２Ｌ及びＤｅ＞Ｄｂ＋２Ｌの関係となるように配置されていることを要旨とする。

従来よりも効率を良くすることができる。

第１実施形態であるブラシレスモータを示した説明図（組立図）である。第１実施形態であるブラシレスモータを示した説明図（断面図）である。第２実施形態であるブラシレスモータを示した説明図（断面図）である。

以下、本発明のブラシレスモータを具現化した実施形態について、図面を用いて説明するが、本発明の技術的範囲は、もちろんこれだけに限定されるものではない。なお、周知の技術に関しては、詳細な説明を省略する。また、本明細書中で特に断りなくブラシレスモータについて上方向又は下方向という場合、図２の状態においての上下方向を指すものとする。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態であるブラシレスモータ１の構成について、図１〜図２を参照して説明する。図１は本実施形態のブラシレスモータ１を示した説明図（組立図）である。図２はブラシレスモータ１を示した説明図（断面図）である。

図１及び図２に示すように、ブラシレスモータ１は、主に第１コイル１１、第２コイル１２、回転軸１３、ロータ１４、永久磁石１５で構成される。

第１コイル１１は、いわゆるトロイダルコイルでリング状の無端ソレノイドである。また、後述する永久磁石１５に対向する面は、略平面状に形成されている。本実施形態では、この略平面状に形成されている部分の外径がＤａ、内径がＤｂとなっている。第２コイル１２は、第１コイル１１と同形状のものである。第１コイル１１と第２コイル１２は、対向するように同軸に配置されている。第１コイル１１及び第２コイル１２は、ブラケット（図示せず）に固定されている。

第１コイル１１及び第２コイル１２は、コア（図示せず）の周囲に電線が巻き回された周知の構成である。コアは、磁束遮蔽部材として、磁性体材料で形成することが可能であり、この場合、パーマロイなどの高透磁率材料で形成されていることが好ましい。

また、コアを非磁性体部材で形成することも可能である。非磁性体部材としては、例えば、植物性樹脂、カーボン系樹脂（ガラス状カーボン、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、カーボンファイバー等）、セラミックス（ステアタイト、アルミナ、ジルコニア等）を採用可能である。

第１コイル１１及び第２コイル１２の断面形状は、長方形でもいいが、図２に示すように長円が望ましい。

回転軸１３は、第１コイル１１及び第２コイル１２と同軸に配置されて、ブラケット（図示せず）に支持されたベアリング（図示せず）によって保持されている。

ロータ１４は、円盤状部材で中心軸が回転軸１３の中心軸と一致するように、回転軸１３に固定されている。ロータ１４は、第１コイル１１と第２コイル１２との隙間に入り込むように配置されている。

回転軸１３及びロータ１４は、ブラシレスモータ１の回転を効率良く動作させるために、非磁性材により形成されることが望ましく、例えば硬質プラスチックス、セラミックス、ガラス、非磁性金属であればＴｉ、Ａｌの単体もしくはその合金が好ましい。

永久磁石１５は、図１に示すように回転軸１３を含む仮想平面で周方向に分断された円環状であり、回転軸１３と同軸にロータ１４に配設されている。本実施形態では、外径がＤｃ、内径がＤｅとなっている。永久磁石１５は、回転軸１３の軸方向と同方向に磁化されている。本実施形態では、上方向がＮ極、下方向がＳ極となっている。本実施形態では、分断された円環状としたが、分断されていない完全な円環状としてもよい。

第１コイル１１と永久磁石１５との隙間の距離Ｌと、第２コイル１２と永久磁石１５との隙間の距離Ｌとは同じである。

第１コイル１１及び第２コイル１２と永久磁石１５との大きさの関係は、（Ｄａ−Ｄｂ）／２≧（Ｄｅ−Ｄｃ）／２＋２Ｌで表され、すなわち、（Ｄａ−Ｄｂ）≧（Ｄｅ−Ｄｃ）＋４Ｌの関係が成り立っている。

また、永久磁石１５は、第１コイル１１及び第２コイル１２に対し、Ｄｃ＜Ｄａ−２Ｌ及びＤｅ＞Ｄｂ＋２Ｌの関係となるように配置されている。

このような構成とすることで、同一方向の回転であれば、電流の流れる方向を切り替える必要がなく、簡単な構造でブラシレスとすることができる。また、効率を良くすることができる。

（第２の実施形態）
つぎに、第２の実施形態であるブラシレスモータ２の構成について、図３を参照して説明する。図３はブラシレスモータ２を示した説明図（断面図）である。ブラシレスモータ１との違いは、ブラシレスモータ１はコイルが２個、ロータが１個であるのに対し、ブラシレスモータ２は、コイルが３個、ロータが２個である点である。なお、ブラシレスモータ１と同様の構成については説明を省略し、その参照符号を引用する。

図３に示すように、ブラシレスモータ２は、主に第１コイル１１、１１、１１、回転軸１３、ロータ１４、１４、永久磁石１５、１５で構成される。

第１コイル１１は、ブラシレスモータ１と同様の構成であり、扁平なドーナツ型のリング状コイルである。外径がＤａ、内径がＤｂとなっている。ブラシレスモータ１では、コイルを第１コイル１１、第２コイル１２として説明したが、両者同様の構成であるため、本実施形態では、全て第１コイルとして説明する。３個の第１コイル１１、１１、１１は、同軸に並配されている。３個の第１コイル１１、１１、１１は、ブラケット（図示せず）に固定されている。

回転軸１３は、３個の第１コイル１１、１１、１１と同軸に配置されて、ブラケット（図示せず）に支持されたベアリング（図示せず）によって保持されている。

２個のロータ１４、１４は、円盤状部材で中心軸が回転軸１３の中心軸と一致するように、回転軸１３に固定されている。ロータ１４、１４は、第１コイル１１、１１、１１同士の隙間に入り込むように配置されている。

永久磁石１５は、ブラシレスモータ１と同様、複数の円弧状の部材が所定の間隔を空けて円環状に設けられた構成であり、回転軸１３と同軸にそれぞれのロータ１４に配設されている。外径がＤｃ、内径がＤｅとなっている。永久磁石１５は、回転軸１３の軸方向と同方向に磁化されている。

また、隣り合うロータ１４に配置された永久磁石１５は、磁極の向きが反対になっている。すなわち、永久磁石１５、１５は、隣り合って対向する磁極面の磁極が同極となっている。

第１コイル１１と永久磁石１５との隙間の距離Ｌは、全て同じである。

第１コイル１１と永久磁石１５との大きさの関係は、（Ｄａ−Ｄｂ）≧（Ｄｅ−Ｄｃ）＋４Ｌの関係が成り立っている。

また、永久磁石１５は、第１コイル１１に対し、Ｄｃ＜Ｄａ−２Ｌ及びＤｅ＞Ｄｂ＋２Ｌの関係となるように配置されている

このような構成とすることで、同一方向の回転であれば、電流の流れる方向を切り替える必要がなく、簡単な構造でブラシレスとすることができる。また、コイル二つの場合の約１．５倍の駆動力を発生させることができ、極めて効率を良くすることができる。なお、本実施形態では、第１コイル１１を３個としたが、４個以上でも構わない。

上述した内容は、あくまでも本発明の一実施形態に関するものであって、本発明が上記内容に限定されることを意味するものではない。

１ブラシレスモータ（第１の実施形態）
２ブラシレスモータ（第２の実施形態）
１１第１コイル
１２第２コイル
１３回転軸
１４ロータ
１５永久磁石

Claims

同軸に並設された、２個の同形リング状コイルと、
前記２個のリング状コイルと同軸に配置された回転軸と、
前記回転軸に固定され、前記リング状コイル同士の間に配置された円盤状のロータと、
円環状又は周方向に分断された円環状であるとともに、前記回転軸と同軸に前記ロータに配設され、前記回転軸の軸方向と同方向に磁化された永久磁石と、を備え、
それぞれの前記リング状コイルの前記永久磁石に対向する面は、略平面状に形成されており、
それぞれの前記リング状コイルと前記永久磁石との隙間の距離は、全て同じであり、
前記隙間の距離をＬとし、前記リング状コイルの前記略平面状に形成されている部分の外径をＤａ、内径をＤｂとし、前記永久磁石の外径をＤｃ、内径をＤｅとするとき、（Ｄａ−Ｄｂ）≧（Ｄｃ−Ｄｅ）＋４Ｌの関係が成り立ち、前記永久磁石は前記リング状コイルに対し、Ｄｃ＜Ｄａ−２Ｌ及びＤｅ＞Ｄｂ＋２Ｌの関係となるように配置されていることを特徴とするブラシレスモータ。
同軸に並設された、Ｎ個（Ｎ≧３）の同形リング状コイルと、
前記Ｎ個のリング状コイルと同軸に配置された回転軸と、
前記回転軸に固定され、前記リング状コイル同士の間に配置されたＮ−１個の円盤状のロータと、
円環状又は周方向に分断された円環状であるとともに、前記回転軸と同軸に前記ロータのそれぞれに配設され、前記回転軸の軸方向と同方向に磁化された永久磁石と、を備え、
隣り合う前記ロータに配置された前記永久磁石は、磁極の向きが反対になっており、
それぞれの前記リング状コイルの前記永久磁石に対向する面は、略平面状に形成されており、
それぞれの前記リング状コイルと前記永久磁石との隙間の距離は、全て同じであり、
前記隙間の距離をＬとし、前記リング状コイルの前記略平面状に形成されている部分の外径をＤａ、内径をＤｂとし、前記永久磁石の外径をＤｃ、内径をＤｅとするとき、（Ｄａ−Ｄｂ）≧（Ｄｃ−Ｄｅ）＋４Ｌの関係が成り立ち、前記永久磁石は前記リング状コイルに対し、Ｄｃ＜Ｄａ−２Ｌ及びＤｅ＞Ｄｂ＋２Ｌの関係となるように配置されていることを特徴とするブラシレスモータ。