JP3228782U - 永久磁石を用いたモータ - Google Patents
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Abstract
【課題】出力をより効率的に発生させるモータを提供する。【解決手段】周方向に分極して外周及び内周に着磁された円筒状の永久磁石部１を備えるロータと、軟磁性材料からなり該永久磁石部の外周部に隙間をもって対向させた外側磁極部３ａと内周面に隙間をもって対向させた内側磁極部３ｂと外側磁極部と内側磁極部を連結した連結部３ｃをもつ複数のステータと、ステータの外側磁極部と連結部の間であってロータとは軸方向に並んで配置されステータに巻回され外側磁極部を励磁する外側コイル４〜１５、ステータの内側磁極部と連結部の間にロータとは軸方向に並んで配置されステータに巻回され内側磁極部を励磁する内側コイル１６〜２７、を備える。【選択図】図１
Description
永久磁石を用いたモータで特にコイルの通電を電気的に切り替えるブラシレスモータの構造に関するものである。
コイルへの通電を切り替えて永久磁石からなるロータを駆動するモータにおいてコイルの軸方向とヨークを半径方向放射状に向けて配置し半径方向に着磁されたマグネットを円周上に交互に並べて配置したロータを駆動するようにしたモータが知られている
従来の構造の場合、コイルの磁束がマグネットの片面のみに向いているためマグネットの片面のみの表面磁束しか利用する事ができずモータの出力が上がらない欠点があった。
円筒形状で外周面の周方向にｎ分割されて交互に異なる極性で着磁された永久磁石の外周着磁部と内周面の周方向にｎ分割されて交互に外周面と同じ周方向の範囲では外周着磁部とは異なる極性で着磁された永久磁石の内周着磁部とを備えるロータと
軟磁性材料からなり該ロータの外周着磁部に隙間をもって対向する第１の外側磁極部と第１の内周着磁部に隙間をもって対向する内側磁極部と該内周磁極部と前期外側磁極部とをつなぐ連結部を持つ第１ステータと
前記第１ステータの第１の外側磁極部と連結部の間であって前記マグネットとは軸方向に並んで配置され第１ステータに巻回され第１の外側磁極部を励磁する第１の外側コイルと前記第１ステータの第１の内側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置され第１ステータに巻回され第１の内側磁極部を励磁する第１の内側コイルと
軟磁性材料からなり該ロータの外周着磁部に隙間をもって対向する第２の外側磁極部と第２の内周着磁部に隙間をもって対向する内側磁極部と該内周磁極部と前期外側磁極部とをつなぐ連結部を持つ第２ステータと
前記第２ステータの第２の外側磁極部と連結部の間に配置され第２ステータに巻回され第２の外側磁極部を励磁する第２の外側コイルと
前記第２ステータの第２の内側磁極部と連結部の間に配置され第２ステータに巻回され第２の内側磁極部を励磁する第２の内側コイルと
前記第１ステータと前期第２ステータを保持し非磁性材料からなる保持部材
前記外側磁極部とそれと同じ角度範囲に位置する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁する制御回路とを備える。
また、
円筒形状で外周面の周方向にｎ分割されて交互に異なる極性で着磁された永久磁石の外周着磁部と内周面の周方向にｎ分割されて交互に外周面と同じ周方向の範囲では外周着磁部とは異なる極性で着磁された永久磁石の内周着磁部とを備えるロータと
軟磁性材料からなり該ロータの外周着磁部に隙間をもって前期ロータを中心に等分割角度で対向する複数の外側磁極部と前期ロータを中心に等分割角度で対向する複数の内周着磁部に隙間をもって対向する複数の内側磁極部と該複数の内周磁極部と前期複数の外側磁極部とをつなぐ連結部を持つ軟磁性材料からなるステータと
前記ステータの複数の外側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置され第１ステータに巻回され外側磁極部を励磁する複数の外側コイルと
前記ステータの内側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置されそれぞれの複数のステータに巻回され内側磁極部を励磁する複数の内側コイルと
前記外側磁極部とそれと同じ角度範囲に位置する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁する制御回路とを備える。
また、
円筒形状に一体的に構成され外周面の周方向にｎ分割されて交互に異なる極性で着磁された永久磁石の外周着磁部と内周面の周方向にｎ分割されて交互に外周面と同じ周方向の範囲では外周着磁部とは異なる極性で着磁された永久磁石の内周着磁部とを備えるロータと軟磁性材料からなり該ロータの外周着磁部に隙間をもって対向する外側磁極部と該外周着磁部に対向する内周部の範囲の内周着磁部に隙間をもって対向する内側磁極部と該内周磁極部と前期外側磁極部とをつなぐ連結部を持つステータと
前記ステータの外側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置され第１ステータに巻回され外側磁極部を励磁する線径ｄ１なる外側コイルと
前記ステータの内側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置されステータに巻回され内側磁極部を励磁しｄ１＞ｄ２なる線径ｄ２で構成される内側コイルとからなるステータユニットを複数備え、
前記複数のステータユニットは前期ロータを中心に等分割角度で配置され
前記外側磁極部とそれと同じ角度範囲に位置する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁する制御回路とを備える。
軟磁性材料からなり該ロータの外周着磁部に隙間をもって対向する第１の外側磁極部と第１の内周着磁部に隙間をもって対向する内側磁極部と該内周磁極部と前期外側磁極部とをつなぐ連結部を持つ第１ステータと
前記第１ステータの第１の外側磁極部と連結部の間であって前記マグネットとは軸方向に並んで配置され第１ステータに巻回され第１の外側磁極部を励磁する第１の外側コイルと前記第１ステータの第１の内側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置され第１ステータに巻回され第１の内側磁極部を励磁する第１の内側コイルと
軟磁性材料からなり該ロータの外周着磁部に隙間をもって対向する第２の外側磁極部と第２の内周着磁部に隙間をもって対向する内側磁極部と該内周磁極部と前期外側磁極部とをつなぐ連結部を持つ第２ステータと
前記第２ステータの第２の外側磁極部と連結部の間に配置され第２ステータに巻回され第２の外側磁極部を励磁する第２の外側コイルと
前記第２ステータの第２の内側磁極部と連結部の間に配置され第２ステータに巻回され第２の内側磁極部を励磁する第２の内側コイルと
前記第１ステータと前期第２ステータを保持し非磁性材料からなる保持部材
前記外側磁極部とそれと同じ角度範囲に位置する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁する制御回路とを備える。
また、
円筒形状で外周面の周方向にｎ分割されて交互に異なる極性で着磁された永久磁石の外周着磁部と内周面の周方向にｎ分割されて交互に外周面と同じ周方向の範囲では外周着磁部とは異なる極性で着磁された永久磁石の内周着磁部とを備えるロータと
軟磁性材料からなり該ロータの外周着磁部に隙間をもって前期ロータを中心に等分割角度で対向する複数の外側磁極部と前期ロータを中心に等分割角度で対向する複数の内周着磁部に隙間をもって対向する複数の内側磁極部と該複数の内周磁極部と前期複数の外側磁極部とをつなぐ連結部を持つ軟磁性材料からなるステータと
前記ステータの複数の外側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置され第１ステータに巻回され外側磁極部を励磁する複数の外側コイルと
前記ステータの内側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置されそれぞれの複数のステータに巻回され内側磁極部を励磁する複数の内側コイルと
前記外側磁極部とそれと同じ角度範囲に位置する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁する制御回路とを備える。
また、
円筒形状に一体的に構成され外周面の周方向にｎ分割されて交互に異なる極性で着磁された永久磁石の外周着磁部と内周面の周方向にｎ分割されて交互に外周面と同じ周方向の範囲では外周着磁部とは異なる極性で着磁された永久磁石の内周着磁部とを備えるロータと軟磁性材料からなり該ロータの外周着磁部に隙間をもって対向する外側磁極部と該外周着磁部に対向する内周部の範囲の内周着磁部に隙間をもって対向する内側磁極部と該内周磁極部と前期外側磁極部とをつなぐ連結部を持つステータと
前記ステータの外側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置され第１ステータに巻回され外側磁極部を励磁する線径ｄ１なる外側コイルと
前記ステータの内側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置されステータに巻回され内側磁極部を励磁しｄ１＞ｄ２なる線径ｄ２で構成される内側コイルとからなるステータユニットを複数備え、
前記複数のステータユニットは前期ロータを中心に等分割角度で配置され
前記外側磁極部とそれと同じ角度範囲に位置する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁する制御回路とを備える。
上記の構成によりロータを構成するマグネットの外周面と内周面に効果的にコイル通電による磁束が作用しモータの効率を高める。特にマグネットが円筒形状に一体的に構成された場合は外周面のほうが内周面に比べて表面磁束密度が高いためそれに応じて外側磁極部のコイルにより励磁される磁束密度のほうが内側磁極部のコイルにより励磁される磁束密度よりも高いように設定されることで更に効果的にモータの効率を高めることができる。
図１から図８は本発明の第１の実施例であり
図１は各部品の構成を示す分解斜視図、図２は組み立て時の断面図、図３は断面平面図、図４は制御回路のブロック図、図５は動作時の励磁表、図６から図８は動作時の励磁状態を示す断面平面図、図９は永久磁石の着磁状態を示す平面図、である。図１において１は円筒形状の永久磁石で外周面の周方向に１４分割されて交互に異なる極性で着磁された外周着磁部１ａと内周面の周方向に１４分割されて交互に外周面と同じ周方向の範囲では外周着磁部とは異なる極性で着磁された内周着磁部１ｂを備える永久磁石である。着磁の分割数に関しては本発明の本質ではないのでこれ以外の分割数でも良いが、ここでは説明上１４分割を例にとって説明を行う。２は後述のベースヨークに回転可能に取り付けられ前記永久磁石が固着された回転円盤であり、永久磁石１と回転円盤２とで請求項のロータを構成する。回転円盤２は永久磁石１と同一材料で一体的に構成されるものであっても構わない。
永久磁石１の外周着磁部１ａの表面磁束密度は内周着磁部１ｂの表面磁束密度よりも高くなるように着磁されている。
３は軟磁性材料からなるベースヨークで前記永久磁石１の外周着磁部１ａに隙間をもって対向する外側磁極部３ａが円周を１２分割された３０度ごとに配置されて、前記永久磁石１の内周着磁部１ｂに隙間をもって対向する外側磁極部３ａと同じ角度範囲に円周を１２分割された３０度ごとに配置されている。前記外側磁極部３ａと内側磁極部３ｂとは連結部３ｃ部で磁気的に連結され磁気回路を構成する。
図に示すように複数の外側磁極部と永久磁石を挟んで隙間をもってそれに同じ角度範囲で対向する内側磁極部とを連結部を介してつなぐステータをこのベースヨークで構成する。４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５は外側コイルで外側コイル４、外側コイル６、外側コイル８、外側コイル１０、外側コイル１２、外側コイル１４、外側コイル５、外側コイル７、外側コイル９、外側コイル１１、外側コイル１３、外側コイル１５の周方向における順番で前記ベースヨーク３の外側磁極部３ａと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され外側磁極部を励磁可能に巻回されている。
外側コイル４，５と外側コイル１０，１１は同時に励磁されるが巻き方向が逆のため外側コイル４，５によって励磁される外側磁極部３ａと外側コイル１０，１１によって励磁される外側磁極部３ａはお互いに異なる極性に励磁される。
外側コイル６，７と外側コイル１２，１３は同時に励磁されるが巻き方向が逆のため外側コイル６，７によって励磁される外側磁極部３ａと外側コイル１２，１３によって励磁される外側磁極部３ａはお互いに異なる極性に励磁される。
外側コイル６，７と外側コイル１２，１３は同時に励磁されるが巻き方向が逆のため外側コイル８，９によって励磁される外側磁極部３ａと外側コイル１４，１５によって励磁される外側磁極部３ａはお互いに異なる極性に励磁される。
１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７は内側コイルであり内側コイル１６は前記外側コイル４が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル４が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル１７は前記外側コイル５が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル５が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル１８は前記外側コイル６が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル６が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル１９は前記外側コイル７が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル７が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２０は前記外側コイル８が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル８が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２１は前記外側コイル９が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル９が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２２１は前記外側コイル１０が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル１０が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２３は前記外側コイル１１が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル１１が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２４は前記外側コイル１２が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル１２が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２５は前記外側コイル１３が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル１３が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２６は前記外側コイル１４が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル１４が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２７は前記外側コイル１５が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル１５が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
ヨークベース３は３ｄ部で前記回転円盤２の軸部２ａが回転可能に保持している。
外側コイル４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５の導線線径をｄ１とし、内側コイル１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７の導線線径をｄ２とするとｄ１＞ｄ２となるよう構成されている。
組み立て時の断面の様子を図２に示す。
図３は永久磁石の位置でみた平面断面図である。
図４は制御回路およびコイル結線を示すブロック図、Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５、Ｔｒ６はそれぞれトランジスタで公知のＹ字結線３相モータ駆動回路である。図５は通電のシーケンスによるコイルの励磁状態を示すコイル励磁表である。
図４において外側コイル４と内側コイル１６とが
外側コイル５と内側コイル１７とが
外側コイル６と内側コイル１８とが
外側コイル７と内側コイル１９とが
外側コイル８と内側コイル２０とが
外側コイル９と内側コイル２１とが
外側コイル１０と内側コイル２２とが
外側コイル１１と内側コイル２３とが
外側コイル１２と内側コイル２４とが
外側コイル１３と内側コイル２５とが
外側コイル１４と内側コイル２６とが
外側コイル１５と内側コイル２７とが
それぞれ並列に接続されている
ｄ１＞ｄ２となるよう構成されているためコイルの流れる電流も外側コイルのほうが内側コイルよりも多くなり
外側磁極部３ａが外側コイル４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５で励磁されて発生する磁束は内側磁極部３ｃが内側コイル１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７で励磁されたときに発生する磁束よりも多くなる。
図９は永久磁石１の着磁状態を示すもので矢印で磁束を示している。
図９に示すように永久磁石１の外周着磁部１ａの表面磁束総数は内周着磁部１ｂの表面磁束総数よりも高く設定されており、外周着磁部１ａには多くの磁束が発生する外側磁極部３ａ、内周着磁部１ｂには外側磁極部よりも少ない磁束が発生する内側磁極部３ｃが対向しバランスの良い効率的な駆動力が発生するようになっている。
永久磁石１の外周着磁部１ａ，内周着磁部１ｂの両方の面に対し磁界を作用させているので従来の構成に比べて高い駆動力が発生することができる。
次に動作を説明する。
図５に示す励磁表に沿って
励磁状態を第１状態の永久磁石１の位置を図６に示す。
この状態から第２状態にコイル通電を切り替えると永久磁石１は左回転し（約１７．１４２８度回転し）図７の状態になる。
この状態から第３状態にコイル通電を切り替えると永久磁石１は左回転（約１７．１４２８度回転し）本実施例では図８の状態になる。
以後、第４状態、第５状態、第６状態、第１状態とコイル通電を切り替えていくことにより順次永久磁石１は左回転していく。
このように順次コイルの通電を切り替えてマグネットを回転させていく。この方法は公知の３相Ｙ字結線ブラシレスモータの駆動シーケンスと同じである。
図１０は第２の実施例を示し第１実施例でいうところのベースヨークを外側磁極部と内側磁極部とそれらをつなぐ連結部とからなる複数のステータを非磁性材料からなる保持部材で連結したものである。
１０１は外側磁極部１０１ａと内側磁極部１０１ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する連結部１０１ｃとからなるステータ、
外側磁極部１０２ａと内側磁極部１０２ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する連結部１０２ｃとからなるステータ、
１０３は外側磁極部１０３ａと内側磁極部１０３ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１０４は外側磁極部１０４ａと内側磁極部１０４ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１０５は外側磁極部１０５ａと内側磁極部１０５ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１０６は外側磁極部１０６ａと内側磁極部１０６ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１０７は外側磁極部１０７ａと内側磁極部１０７ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１０８は外側磁極部１０８ａと内側磁極部１０８ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１０９は外側磁極部１０９ａと内側磁極部１０９ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ
１１０は外側磁極部１１０ａと内側磁極部１１０ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１１１は外側磁極部１１１ａと内側磁極部１１１ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ
１１２は外側磁極部１１２ａと内側磁極部１１２ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータであり、ステータ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１、１１２が、非磁性材料の樹脂材料からなるベース円板１１３に以下のように固定されている。
上記ステータ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１、１１２を第１実施例と同様に外側磁極部、内側磁極部が永久磁石１の外周着磁部１ａと内周着磁部１ｂに対向するように配置され固定している。
請求項中の第１のステータはステータ１０１、第１の外側磁極部は１０１ａ，
第１の内側磁極部は１０１ｂ、連結部は１０１ｃに相当し、
第２のステータはステータ１０２、第１の外側磁極部は１０２ａ，
第２の内側磁極部は１０２ｂ、連結部は１０２ｃに相当するものである。
第１の実施例に対しベースヨークのみが変更されたものであり、第１実施例に対しては各ステータが樹脂材料で形成されたベース円板で連結固定されているため軽量で各ステータ間の磁気的なクロストークがなく非常に安定した回転が得られる。
図１は各部品の構成を示す分解斜視図、図２は組み立て時の断面図、図３は断面平面図、図４は制御回路のブロック図、図５は動作時の励磁表、図６から図８は動作時の励磁状態を示す断面平面図、図９は永久磁石の着磁状態を示す平面図、である。図１において１は円筒形状の永久磁石で外周面の周方向に１４分割されて交互に異なる極性で着磁された外周着磁部１ａと内周面の周方向に１４分割されて交互に外周面と同じ周方向の範囲では外周着磁部とは異なる極性で着磁された内周着磁部１ｂを備える永久磁石である。着磁の分割数に関しては本発明の本質ではないのでこれ以外の分割数でも良いが、ここでは説明上１４分割を例にとって説明を行う。２は後述のベースヨークに回転可能に取り付けられ前記永久磁石が固着された回転円盤であり、永久磁石１と回転円盤２とで請求項のロータを構成する。回転円盤２は永久磁石１と同一材料で一体的に構成されるものであっても構わない。
永久磁石１の外周着磁部１ａの表面磁束密度は内周着磁部１ｂの表面磁束密度よりも高くなるように着磁されている。
３は軟磁性材料からなるベースヨークで前記永久磁石１の外周着磁部１ａに隙間をもって対向する外側磁極部３ａが円周を１２分割された３０度ごとに配置されて、前記永久磁石１の内周着磁部１ｂに隙間をもって対向する外側磁極部３ａと同じ角度範囲に円周を１２分割された３０度ごとに配置されている。前記外側磁極部３ａと内側磁極部３ｂとは連結部３ｃ部で磁気的に連結され磁気回路を構成する。
図に示すように複数の外側磁極部と永久磁石を挟んで隙間をもってそれに同じ角度範囲で対向する内側磁極部とを連結部を介してつなぐステータをこのベースヨークで構成する。４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５は外側コイルで外側コイル４、外側コイル６、外側コイル８、外側コイル１０、外側コイル１２、外側コイル１４、外側コイル５、外側コイル７、外側コイル９、外側コイル１１、外側コイル１３、外側コイル１５の周方向における順番で前記ベースヨーク３の外側磁極部３ａと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され外側磁極部を励磁可能に巻回されている。
外側コイル４，５と外側コイル１０，１１は同時に励磁されるが巻き方向が逆のため外側コイル４，５によって励磁される外側磁極部３ａと外側コイル１０，１１によって励磁される外側磁極部３ａはお互いに異なる極性に励磁される。
外側コイル６，７と外側コイル１２，１３は同時に励磁されるが巻き方向が逆のため外側コイル６，７によって励磁される外側磁極部３ａと外側コイル１２，１３によって励磁される外側磁極部３ａはお互いに異なる極性に励磁される。
外側コイル６，７と外側コイル１２，１３は同時に励磁されるが巻き方向が逆のため外側コイル８，９によって励磁される外側磁極部３ａと外側コイル１４，１５によって励磁される外側磁極部３ａはお互いに異なる極性に励磁される。
１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７は内側コイルであり内側コイル１６は前記外側コイル４が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル４が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル１７は前記外側コイル５が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル５が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル１８は前記外側コイル６が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル６が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル１９は前記外側コイル７が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル７が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２０は前記外側コイル８が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル８が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２１は前記外側コイル９が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル９が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２２１は前記外側コイル１０が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル１０が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２３は前記外側コイル１１が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル１１が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２４は前記外側コイル１２が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル１２が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２５は前記外側コイル１３が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル１３が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２６は前記外側コイル１４が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル１４が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
内側コイル２７は前記外側コイル１５が巻回される外側磁極３ａと同じ角度範囲で永久磁石を挟んでその内周面に隙間をもって対向する内側磁極部３ｃと連結部３ｃの間に前記永久磁石１とは軸方向に並んで配置され内側磁極部３ｃを外側コイル１５が外側磁極３ａを励磁するのとは異なる極で同時に励磁可能に巻回されている。
ヨークベース３は３ｄ部で前記回転円盤２の軸部２ａが回転可能に保持している。
外側コイル４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５の導線線径をｄ１とし、内側コイル１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７の導線線径をｄ２とするとｄ１＞ｄ２となるよう構成されている。
組み立て時の断面の様子を図２に示す。
図３は永久磁石の位置でみた平面断面図である。
図４は制御回路およびコイル結線を示すブロック図、Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５、Ｔｒ６はそれぞれトランジスタで公知のＹ字結線３相モータ駆動回路である。図５は通電のシーケンスによるコイルの励磁状態を示すコイル励磁表である。
図４において外側コイル４と内側コイル１６とが
外側コイル５と内側コイル１７とが
外側コイル６と内側コイル１８とが
外側コイル７と内側コイル１９とが
外側コイル８と内側コイル２０とが
外側コイル９と内側コイル２１とが
外側コイル１０と内側コイル２２とが
外側コイル１１と内側コイル２３とが
外側コイル１２と内側コイル２４とが
外側コイル１３と内側コイル２５とが
外側コイル１４と内側コイル２６とが
外側コイル１５と内側コイル２７とが
それぞれ並列に接続されている
ｄ１＞ｄ２となるよう構成されているためコイルの流れる電流も外側コイルのほうが内側コイルよりも多くなり
外側磁極部３ａが外側コイル４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５で励磁されて発生する磁束は内側磁極部３ｃが内側コイル１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７で励磁されたときに発生する磁束よりも多くなる。
図９は永久磁石１の着磁状態を示すもので矢印で磁束を示している。
図９に示すように永久磁石１の外周着磁部１ａの表面磁束総数は内周着磁部１ｂの表面磁束総数よりも高く設定されており、外周着磁部１ａには多くの磁束が発生する外側磁極部３ａ、内周着磁部１ｂには外側磁極部よりも少ない磁束が発生する内側磁極部３ｃが対向しバランスの良い効率的な駆動力が発生するようになっている。
永久磁石１の外周着磁部１ａ，内周着磁部１ｂの両方の面に対し磁界を作用させているので従来の構成に比べて高い駆動力が発生することができる。
次に動作を説明する。
図５に示す励磁表に沿って
励磁状態を第１状態の永久磁石１の位置を図６に示す。
この状態から第２状態にコイル通電を切り替えると永久磁石１は左回転し（約１７．１４２８度回転し）図７の状態になる。
この状態から第３状態にコイル通電を切り替えると永久磁石１は左回転（約１７．１４２８度回転し）本実施例では図８の状態になる。
以後、第４状態、第５状態、第６状態、第１状態とコイル通電を切り替えていくことにより順次永久磁石１は左回転していく。
このように順次コイルの通電を切り替えてマグネットを回転させていく。この方法は公知の３相Ｙ字結線ブラシレスモータの駆動シーケンスと同じである。
図１０は第２の実施例を示し第１実施例でいうところのベースヨークを外側磁極部と内側磁極部とそれらをつなぐ連結部とからなる複数のステータを非磁性材料からなる保持部材で連結したものである。
１０１は外側磁極部１０１ａと内側磁極部１０１ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する連結部１０１ｃとからなるステータ、
外側磁極部１０２ａと内側磁極部１０２ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する連結部１０２ｃとからなるステータ、
１０３は外側磁極部１０３ａと内側磁極部１０３ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１０４は外側磁極部１０４ａと内側磁極部１０４ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１０５は外側磁極部１０５ａと内側磁極部１０５ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１０６は外側磁極部１０６ａと内側磁極部１０６ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１０７は外側磁極部１０７ａと内側磁極部１０７ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１０８は外側磁極部１０８ａと内側磁極部１０８ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１０９は外側磁極部１０９ａと内側磁極部１０９ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ
１１０は外側磁極部１１０ａと内側磁極部１１０ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ、
１１１は外側磁極部１１１ａと内側磁極部１１１ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータ
１１２は外側磁極部１１２ａと内側磁極部１１２ｂと内側磁極部と外側磁極部を連結する不図示の連結部からなるステータであり、ステータ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１、１１２が、非磁性材料の樹脂材料からなるベース円板１１３に以下のように固定されている。
上記ステータ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１、１１２を第１実施例と同様に外側磁極部、内側磁極部が永久磁石１の外周着磁部１ａと内周着磁部１ｂに対向するように配置され固定している。
請求項中の第１のステータはステータ１０１、第１の外側磁極部は１０１ａ，
第１の内側磁極部は１０１ｂ、連結部は１０１ｃに相当し、
第２のステータはステータ１０２、第１の外側磁極部は１０２ａ，
第２の内側磁極部は１０２ｂ、連結部は１０２ｃに相当するものである。
第１の実施例に対しベースヨークのみが変更されたものであり、第１実施例に対しては各ステータが樹脂材料で形成されたベース円板で連結固定されているため軽量で各ステータ間の磁気的なクロストークがなく非常に安定した回転が得られる。
三相ブラシレスモータの駆動の効率アップに適する構造
１は永久磁石
１ａは外周着磁部、１ｂは内周着磁部
２は回転円盤
３はベースヨーク
３ａは外側磁極部
３ｂは内側磁極部
３ｃは連結部
４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５は外側コイル
１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７は内側コイル
１０１はステータ或いは第１のステータ
１０２はステータ或いは第２のステータ
１ａは外周着磁部、１ｂは内周着磁部
２は回転円盤
３はベースヨーク
３ａは外側磁極部
３ｂは内側磁極部
３ｃは連結部
４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５は外側コイル
１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７は内側コイル
１０１はステータ或いは第１のステータ
１０２はステータ或いは第２のステータ
Claims (3)
- 円筒形状で外周面の周方向にｎ分割されて交互に異なる極性で着磁された永久磁石の外周着磁部と内周面の周方向にｎ分割されて交互に外周面と同じ周方向の範囲では外周着磁部とは異なる極性で着磁された永久磁石の内周着磁部とを備えるロータと
軟磁性材料からなり該ロータの外周着磁部に隙間をもって対向する第１の外側磁極部と第１の内周着磁部に隙間をもって対向する内側磁極部と該内周磁極部と前期外側磁極部とをつなぐ連結部を持つ第１ステータと
前記第１ステータの第１の外側磁極部と連結部の間であって前記ロータとは軸方向に並んで配置され第１ステータに巻回され第１の外側磁極部を励磁する第１の外側コイルと
前記第１ステータの第１の内側磁極部と連結部の間に前記ロータとは軸方向に並んで配置され第１ステータに巻回され第１の内側磁極部を励磁する第１の内側コイルと
軟磁性材料からなり該ロータの外周着磁部に隙間をもって対向する第２の外側磁極部と第２の内周着磁部に隙間をもって対向する内側磁極部と該内周磁極部と前期外側磁極部とをつなぐ連結部を持つ第２ステータと
前記第２ステータの第２の外側磁極部と連結部の間に配置され第２ステータに巻回され第２の外側磁極部を励磁する第２の外側コイルと
前記第２ステータの第２の内側磁極部と連結部の間に配置され第２ステータに巻回され第２の内側磁極部を励磁する第２の内側コイルと
前記第１ステータと前期第２ステータを保持し非磁性材料からなる保持部材
前記外側磁極部とそれと同じ角度範囲に位置する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁する制御回路と
からなるモータ。 - 円筒形状で外周面の周方向にｎ分割されて交互に異なる極性で着磁された永久磁石の外周着磁部と内周面の周方向にｎ分割されて交互に外周面と同じ周方向の範囲では外周着磁部とは異なる極性で着磁された永久磁石の内周着磁部とを備えるロータと
軟磁性材料からなり該ロータの外周着磁部に隙間をもって前期ロータを中心に等分割角度で対向する複数の外側磁極部と前期ロータを中心に等分割角度で対向する複数の内周着磁部に隙間をもって対向する複数の内側磁極部と該複数の内周磁極部と前期複数の外側磁極部とをつなぐ連結部を持つ軟磁性材料からなるステータと
前記ステータの複数の外側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置され第１ステータに巻回され外側磁極部を励磁する複数の外側コイルと
前記ステータの内側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置されそれぞれの複数のステータに巻回され内側磁極部を励磁する複数の内側コイルと
前記外側磁極部とそれと同じ角度範囲に位置する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁する制御回路と
からなるモータ。 - 円筒形状に一体的に構成され外周面の周方向にｎ分割されて交互に異なる極性で着磁された永久磁石の外周着磁部と内周面の周方向にｎ分割されて交互に外周面と同じ周方向の範囲では外周着磁部とは異なる極性で着磁された永久磁石の内周着磁部とを備えるロータと軟磁性材料からなり該ロータの外周着磁部に隙間をもって対向する外側磁極部と該外周着磁部に対向する内周部の範囲の内周着磁部に隙間をもって対向する内側磁極部と該内周磁極部と前期外側磁極部とをつなぐ連結部を持つステータと
前記ステータの外側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置され第１ステータに巻回され外側磁極部を励磁する線径ｄ１なる外側コイルと
前記ステータの内側磁極部と連結部の間に前記マグネットとは軸方向に並んで配置されステータに巻回され内側磁極部を励磁しｄ１＞ｄ２なる線径ｄ２で構成される内側コイルとからなるステータユニットを複数備え、
前記複数のステータユニットは前期ロータを中心に等分割角度で配置され
前記外側磁極部とそれと同じ角度範囲に位置する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁する制御回路と
からなるモータ。
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