JP2575353B2 - 直流モ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、直流モータに関するものであり、特に、扁
平構造のブラシレス直流モータに関するものである。

［従来の技術］ 最近の電子機器の小形化に伴い、この種の小形モータ
は種々の用途があり、テープレコーダやビデオカメラの
回転系で用いられている。

さらに、かかる小形の特長を活かして、フロッピーデ
ィスクドライブユニットなどに小形電子機器の冷却用フ
ァンモータとしても用いられている。

ブラシレス直流モータを用いた従来のファンモータの
構造としては、たとえば、特開昭57−132753号や特開昭
59−145396号，特開昭60−96169号に開示のものがあ
る。これらファンモータは、いずれも、電機子巻線をヨ
ークと一体の各電機子の磁極に巻装しており、従って、
モータの軸方向の長さを短くするのには限界がある。

そこで、電機子コイルを扁平な基板上にエッチングや
メッキを用いて片面または両面に印刷形成し、さらに、
円周方向に区画されて、N,S極に着磁された円板形状の
永久磁石による回転子に取りつけた回転軸に、回転子の
磁力により吸引されて上述の扁平回転子を介して、所定
の空隙をもって対向して固着された強磁性体の円板によ
りヨークを形成した、いわゆるロータリーヨーク型式の
扁平型ブラシレス直流モータが考えられる。

特に、ファンモータは、負荷が軽く、単に回転させる
のみでよく、起動トルクを余り必要としないのみなら
ず、回転むらなどの精度も必要としないので、１相の電
機子コイルのみによるモータの駆動でも有効である。

しかし、このような場合には、モータがデッドポイン
トで停止してしまうと、再起動ができず、そのための対
策を施すことが必要である。一般に、デッドポイントに
おいてモータを停止させないようにするために、通常の
モータ軸方向に電機子巻線を配置したモータでは、その
固定ヨークに磁石や強磁性体の小片を埋設したり、凸部
を設けている。通常、これをデッドポイント対策とい
う。

ところが、小形の小トルクモータにおいては、損失の
点から上述したような固定ヨークを用いた構造はとりに
くい。これに対し、上述したようなロータリヨークをも
つ扁平型構造のモータにおいては、損失は低くできるも
のの、通常のデッドポイント対策は施しにくい。

その理由を述べる。ロータリヨークと回転子としての
磁石とは一体となって回転するので、固定ヨークの場合
と異なり、回転子とロータリーヨークとの間の相対的位
置関係は常に一定であり、従って、磁気回路はロータリ
ヨークと回転子との間でほぼ完全に閉回路を形成してい
るので、ロータリヨークに上述したようなデッドポイン
ト対策のための磁石や強磁性体の小片を埋設しても、そ
の小片により回転している一定の磁界分布を変化させる
ことはできない。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで、本発明の目的は、上述した欠点を解決して、
ロータリヨーク構造の扁平型モータにデッドポイント対
策を施すようにしたブラシレス直流モータを提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、ファンモータとして好適なよう
に適切に構成配置した扁平型ブラシレス構造の直流モー
タを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、直流モ
ータにおいて、回転子を構成する略々円板形状の永久磁
石であって、Ｎ極およびＳ極を交互に円周状に配置した
磁石と、磁石に固着された回転軸と、磁石と所定間隔を
もって対向して配置され、回転軸に固着された磁性体に
よる円板と、磁石のＮ極およびＳ極に対応して分割され
たコイルパターンを電機子コイルとして基板上に配置し
た偏平コイルであって、磁石と円板との間に磁石と所定
間隔をもって対向配置され、かつ回転軸に対して遊嵌さ
れた偏平コイルと、回転軸方向に風を送るファンと、円
板の外径の外側であって、磁石と円板との間に形成され
る磁気回路に影響を与え、デッドポイント対策を施すこ
とができるように配置された、磁性体より構成される部
材と、磁石、円板、偏平コイルおよび部材を収容し、偏
平コイルおよび部材を固定し、回転軸と一体で回転する
磁石と円板とファンとをファンの揚力により軸方向に移
動可能な可動領域をもたせながら回転自在に枢支するケ
ースとを具えたことを特徴とする。

［作用］ 本発明によれば、回転子を構成する磁石とロータリー
ヨーク（磁性体による円板）とを回転軸に固着し、かつ
両者間に扁平コイルを固定的に介挿した薄型の直流モー
タにおいて、ロータリーヨークの近傍に強磁性体部材を
固定して配置することにより、この種直流モータに固有
のデッドポイントの問題を解消し、デッドポイントから
ずれた位置でモータを停止させることができる。

また、回転軸に対する磁石およびロータリーヨークの
取りつけ位置の精度を適切に定めて磁石およびロータリ
ーヨークが軸方向に適当なガタをもつようにしている。
このため、ファンモータの定常回転時には磁石がファン
の方に吸引されることにより強磁性体部材と磁石との間
隔が広がるので、強磁性体部材を通る磁束が減り、した
がって、トルクの損失を減少させることができる。他
方、停止するときには、磁石はファンにより吸引されな
くなるので、強磁性体部材と磁石との間隔が縮まる。そ
の結果、本発明によるデッドポイント対策を有効ならし
める。

さらにまた、本発明によれば、磁石と共に回転子を構
成するロータープレートと一体にファンを取り付けるこ
とによって、一層の薄型構造を提供することができる。
加えて、モータ制御用の電気回路部分を設けた回路基板
をモータに一体に組み込まないときには、さらに薄型の
構造とすることができる。

さらにまた、本発明では、回路基板をモータと一体に
組み込む場合に、扁平コイルから導電パターンを有する
脚部を延在させておき、その脚部を折り曲げて回路基板
の導電パターンと半田付けすることにより両者の電気接
続を容易に行うことができる。

［実施例］ 以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

本発明の実施例である直流のファンモータを第１図お
よび第２図に示す。

ここで、１は円周方向に等間隔で区画されたＮ極,S極
を計８極有するように平面着磁された円環形状の永久磁
石である。この永久磁石１の一方の主面をロータプレー
ト２に固着して回転子を構成する。永久磁石１の他方の
主面には、ワッシャ３およびスリーブ４を介して、電機
子コイルとして８分割コイルをエッチングやメッキ処理
によって基板の片面または両面に印刷して配置した扁平
コイル５、さらに磁性体円板によるロータリーヨーク６
をこの順序で配置し、これら各部分１〜５に回転軸７を
貫通させる。この回転軸７の一端は上蓋８の中心孔に固
着した軸受９に枢着し、同他端はワッシャ10を介して下
蓋11の中心孔に固着した軸受12に枢着する。

以上により第２図に示すような積層構造のモータを構
成する。なお、磁石１と扁平コイル５との間および扁平
コイル５とロータリーヨーク６との間には適当な空隙を
設ける。このロータリーヨーク６は永久磁石１の磁力に
よりこの磁石１に向けて吸着され、以て、回転軸７に固
着され、磁石１と一体に回転する。

扁平コイル５の周縁の一部分には切欠5Aを設け、ここ
にホール素子13を固着する。また、扁平コイル５の周縁
の他の一部分をさらに外方に延在させて脚部14を形成す
る。第１図に示すように、この脚部14を折り曲げて、後
述する回路基板18上の導体パターンと扁平コイル５のコ
イルパターンとの電気的接続を半田付けなどにより行
う。ホール素子13もまた回路基板18に半田付けにより取
りつける。

下蓋11の側面には、上述したホール素子13および脚部
14を回路基板18にまで導くための切欠15Aおよび15Bを、
それぞれ、形成する。さらに下蓋11には、強磁性体部
材、たとえばピン17を収容し、そのピン17の先端を下蓋
11の内部に向けて突出させるための貫通孔16をあけてお
く。

ここで、貫通孔16の位置、すなわち強磁性体ピン17の
配置について述べる。この強磁性体ピン17は、磁石１が
デッドポイントで停止しないようにするためのものであ
り、第３図に示すように、扁平コイル５のうち、破線で
示す８分割コイルパターンに対して、分割コイル間の位
置、すなわち、機械角では45゜毎に、換言すると、電気
角では180゜×ｎ（ｎ＝0,±1,±2,…）の位置に強磁性
体ピン17を配置する。ここで、ピン17の位置は、円周方
向に電気角にして±90゜未満のずれで配置でき、可及的
第３図示のように180゜ｎの位置とすることが、デッド
ポイントを避けるためには望ましい。

なお、強磁性体ピン17の個数は、最小限１個でもよい
が、デッドポイントを確実に避けて停止するためには、
その本数が多い方がよく、８分割コイルに対しては最大
で８本のピン17を配置できる。しかし、ピン17を配設す
ると、永久磁石１とロータリーヨーク６との間の閉じた
磁気回路が乱されてピン17に磁束が通るようになり、そ
の磁気抵抗のためにモータトルクの損失が生じるので、
ピン17の本数を多くすることのみを考慮する訳にもいか
ない。

そこで、第１図示の実施例では、デッドポイントを十
分に避けることができ、かつ損失の少ないピン本数とし
て２を選び、すなわち２本のピン17を電気角で720゜開
角して円周方向に配置した。

再び第１図および第２図において、18はモータ駆動お
よび制御用の回路を有する回路基板、19はこの回路基板
を下蓋11の下面に配置して収容する回路ケースである。
20は回路基板18から外部に引き出したリード線であり、
その引き出しのためにケース19には切欠21を形成してお
く。

22は中空円筒23と共にファンモータ用ダクト24を構成
するケースである。この内部円筒23の中空内部空間には
上述した部分１〜19から構成されたモータを収容する。
このモータの回転軸７の先端にはファン25を固着する。
このファン25はケースの上部開口内に収容され、ダスト
24を覆うように翼部26が放射状に形成されている。

以上の構成において、磁気回路は磁石１とロータリヨ
ーク６との間でほぼ完全に閉回路を形成しているので、
もれ磁束は少ない。そこで、デッドポイント対策を有効
ならしめるためには、強磁性体ピン17を、なるべくかか
る磁気回路の近傍ないしは磁気回路内に配設するのが望
ましい。

そこで、デッドポイント対策を一層有効にするため
に、ロータリーヨーク６の径を扁平コイル５の径より小
さくすることが考えられる。その場合に、ロータリーヨ
ーク６の径を極端に小さくすると、コイル５の有効部分
に作用する磁束が少くなるので、トルク発生の効率が低
下してしまう。従って、第２図または第３図に示すよう
に、ロータリーヨーク６の径はコイル５の径よりも多少
小さくするが余り小さくしすぎないようにすると共に、
ピン17をロータリーヨーク６の径と扁平コイルの径との
間の径をもつ円周上に配置することを考慮して、かかる
ピン17をなるべく小さく、かつ細いものとするのが好適
である。ピン17の横断面積が小さいときには、このピン
17を流れるうず電流を少なくするのにも寄与する。

本発明において、強磁性体ピン17に代えて強磁性体小
片を用いることもできること勿論であり、たとえば、か
かる小片を下蓋11の内周面上において、ロータリーヨー
ク６の外周面と対向して、第３図の如き電気角位置に配
置し、接着剤などでかかる内周面上に接着してもよい。

あるいはまた、第４図（Ａ）〜（Ｂ）に示すように強
磁性体部材17を形成配置してもよい。

第４図（Ａ）の例においては、上蓋８の内周面上にお
いて、磁石１の外周面と対向するようにして、強磁性体
部材17としての小片を上蓋８の内周面上に固着する。

第４図（Ｂ）の例においては、扁平コイル５の周縁部
に、第３図示の位置関係で切欠を設け、その切欠に強磁
性体部材17としての小片を嵌着する。

なお、これらの各種配置例のうち、強磁性体部材17が
磁石円板１の直径内の円領域に入っている場合、すなわ
ち、第２図または第４図（Ｂ）の例が、デッドポイント
対策上からは特に好ましい。

第１図，第２図に示したファンモータの例のように、
強磁性体部材17が回転軸７の軸方向に沿って配置されて
いる場合においては、回転軸７に対する磁石１およびロ
ータリーヨーク６の取りつけ位置の精度を適切に定め
て、磁石１およびロータリーヨーク６が、軸方向に、た
とえば、0.1〜0.2mm程度のガタをもつようにしている。
このため、停止あるいは起動時には第５図（Ａ）に示す
ようにロータリーヨーク６と強磁性体部材17とが距離ｄ
だけずれているのに対して、モータが起動されて定常状
態で回転している間は、ファン25によって回転軸７が上
述のガタの量だけわずかばかり上方に移動し、したがっ
て、第５図（Ｂ）に示すように、ｄ＝０となる位置まで
移動する。

したがって、上述したようにガタを設けることによっ
て、モータ停止時にファンの吸引力が低下することによ
って、第５図（Ａ）に示すように、磁石１とロータリー
ヨーク６との磁気回路内に強磁性体部材17が大きく入い
りこむようになしてデッドポイントでモータが停止しな
いようにする。

他方、モータが定常回転中は、ファン25の吸引力によ
って回転軸７が第５図（Ｂ）に矢印で示すように移動し
て、強磁性体部材17が磁石１に対して遠去かるようにな
り、すなわち上述の磁気回路から離隔するようになり、
従って、モータ回転中はかかる磁気回路は強磁性体部材
17の影響を受けにくくなり、モータトルクの損失は少な
くなる。

このように、ファンモータにおいて、強磁性体部材17
を適切に配置して、回転軸７の回転に応じてこの軸７が
軸方向に移動するときに、かかる強磁性体部材17と磁石
１との間が隔離するように構成しているので、モータの
定常運転中に、このモータが強磁性体部材の影響を受け
にくくなり、したがって、トルクの損失も少なくなる。

第６図は本発明の他の実施例を示し、ここで、第１
図，第２図と同様の個所には同一符号を付すことにす
る。

本例においては、モータの軸方向の長さを一層薄くす
るために、第１図，第２図の例とは異なり、ファン25を
ロータプレート２に一体に取りつけ、しかもその翼部26
をモータ側にまでまわりこませる。そして、軸受９と32
を回転軸７によって枢支する。なお、この例では回転軸
７は下蓋11に固着されており、この固定軸７のまわりを
軸受９および32を介してモータが回転し、したがってフ
ァン25が回転する。

本例では、薄型構造とするために回路基板18とそのケ
ース19は省略し、下蓋11を外厘として用いる。電気回路
部分はこのモータとは別個に外部に設け、両者間をリー
ド線32で接続する。

図中、リード線32はホール素子13にのみ接続している
ものとして代表的に示しているが、実際には、扁平コイ
ルへの給電線をも含むものとする。

第１図，第２図の実施例においても、第６図の例と同
様に回路基板18とそのケース19をモータから切り離して
別体に外部に設けることもでき、それにより薄型の構造
とすることができる。

その場合に、ロータリーヨークの径を磁石の径よりも
多少小さくなし、両者の径の間の位置に強磁性体部材を
配置することにより、この強磁性体部材を通る磁束の密
度を高め、以てデッドポイント対策を一層有効に行うこ
ともできる。この場合には、強磁性体部材の横断面の面
積をなるべく小さくすることによって、この部材を流れ
る渦電流を減少させることができ、したがって、トルク
の損失を低く抑えることもできる。

本発明の直流ファンモータは、回転軸に対する磁石お
よびロータリーヨークの取り付け位置の精度を適切に定
めて磁石およびロータリーヨークが軸方向に適当なガタ
をもつようにしている。このため、ファンモータの定常
回転時には磁石がファンの方に吸引されることにより強
磁性体部材と磁石との間隔が広がるので、強磁性体部材
を通る磁束が減り、したがって、トルクの損失を減少さ
せることができる。他方、停止するときには、磁石はフ
ァンにより吸引されなくなるので、強磁性体部材と磁石
との間隔が縮まる。その結果、本発明によるデッドポイ
ント対策を有効ならしめる。

さらにまた、本発明によれば、磁石と共に回転子を構
成するロータープレートと一体にファンを取りつけるこ
とによって、一層の薄型構造を提供することができる。
加えて、モータ制御用の電気回路部分を設けた回路基板
をモータに一体に組み込まないときには、さらに薄型の
構造とすることができる。

さらにまた、本発明では、回路基板をモータと一体に
組み込む場合に、扁平コイルから導電パターンを有する
脚部を延在させておき、その脚部を折り曲げて回路基板
の導電パターンと半田付けすることにより両者の電気接
続を容易に行うことができる。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、回転子を
構成する磁石とロータリーヨークとを回転軸に固着し、
かつ両者間に扁平コイルを固定的に介挿した薄型の直流
モータにおいて、ロータリーヨークの近傍に強磁性体部
材を固定して配置することにより、この種直流モータに
固有のデッドポイントの問題を解消し、デッドポイント
からずれた位置でモータを停止させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明直流モータの一実施例を分解して示す斜
視図、 第２図はそのＡ−Ａ′線縦断面図、 第３図は本発明の実施例における強磁性体ピンの８分割
コイルに対する位置関係を示す線図、 第４図（Ａ）および（Ｂ）は本発明における強磁性体部
材の配置の４例を示す断面図、 第５図（Ａ）および（Ｂ）は本発明によるファンモータ
における強磁性体部材の動作説明図、 第６図は本発明の他の実施例を示す縦断面図である。 １……磁石、 ２……ロータープレート ３……ワッシャ、 ４……スリーブ、 ５……扁平コイル、 ６……ロータリーヨーク、 ７……回転軸、 ８……上蓋、 ９……軸受、 10……ワッシャ、 11……下蓋、 12……軸受、 13……ホール素子、 14……脚部、 15A,15B……切欠、 16……貫通孔、 17……強磁性体部材、 18……回路基板、 19……回路用ケース、 20……リード線、 21……切欠、 22……ケース、 23……内部円筒、 24……ダクト、 25……ファン、 26……翼部、 32……軸受。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転子を構成する略々円板形状の永久磁石
   であって、Ｎ極およびＳ極を交互に円周状に配置した磁
   石と、 該磁石に固着された回転軸と、 前記磁石と所定間隔をもって対向して配置され、前記回
   転軸に固着された磁性体による円板と、 前記磁石のＮ極およびＳ極に対応して分割されたコイル
   パターンを電機子コイルとして基板上に配置した偏平コ
   イルであって、前記磁石と前記円板との間に前記磁石と
   所定間隔をもって対向配置され、かつ前記回転軸に対し
   て遊嵌された偏平コイルと、 回転軸方向に風を送るファンと、 前記円板の外径の外側であって、前記磁石と前記円板と
   の間に形成される磁気回路に影響を与え、デッドポイン
   ト対策を施すことができるように配置された、磁性体よ
   り構成される部材と、 前記磁石、前記円板、前記偏平コイルおよび前記部材を
   収容し、前記偏平コイルおよび前記部材を固定し、前記
   回転軸と一体で回転する前記磁石と前記円板と前記ファ
   ンとを前記ファンの揚力により軸方向に移動可能な可動
   領域をもたせながら回転自在に枢支するケースとを具え
   たことを特徴とする直流モータ。