JP3535012B2 - ラジアルギャップ型小型円筒型回転電機 - Google Patents
ラジアルギャップ型小型円筒型回転電機Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロータに永久磁石
を持つ、小型円筒型のラジアルギャップ型回転電機に関
し、特に、分割型の突極構造において、該突極毎にボビ
ンを用いて集中巻したアマチュア構造の回転電機に対し
て、突極の形状を適切に設定することにより特性を改善
するＤＣブラシレスモータに関する。
を持つ、小型円筒型のラジアルギャップ型回転電機に関
し、特に、分割型の突極構造において、該突極毎にボビ
ンを用いて集中巻したアマチュア構造の回転電機に対し
て、突極の形状を適切に設定することにより特性を改善
するＤＣブラシレスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】インナロータ型ＤＣブラシレスモータに
おいて、アマチュアをリング部と複数個の突極部で構成
し、該突極の軸方向の長さを対向するロータ磁石の長さ
とほぼ同じとする構成が特許願平成９年第３０６１１５
号に示されている。
おいて、アマチュアをリング部と複数個の突極部で構成
し、該突極の軸方向の長さを対向するロータ磁石の長さ
とほぼ同じとする構成が特許願平成９年第３０６１１５
号に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特許願平成９
年第３０６１１５号の発明では、突極の磁石の対向部と
巻線部の寸法関係については示してはいないし、又、突
極の円周方向の幅とロータ磁極ピッチとの寸法関係につ
いても明確に示してはいない。従って、どのような突極
形状の時、回転電機効率が良いかが判然としない欠点が
あった。結果として、特異なアマチュア構造を提案して
いるにも係らず、十分な効果を出せない欠点があった。
年第３０６１１５号の発明では、突極の磁石の対向部と
巻線部の寸法関係については示してはいないし、又、突
極の円周方向の幅とロータ磁極ピッチとの寸法関係につ
いても明確に示してはいない。従って、どのような突極
形状の時、回転電機効率が良いかが判然としない欠点が
あった。結果として、特異なアマチュア構造を提案して
いるにも係らず、十分な効果を出せない欠点があった。
【０００４】本発明は、上述のような従来の欠点を解決
しようとするものであり、その目的は、永久磁石からな
る界磁磁極と、これに対向し回転軸に対して放射方向に
配置され回転磁界を発生する突極を持つ有鉄芯型でラジ
アルギャップ型小型円筒型回転電機において、ほぼ同一
形状のコアを軸方向に積層する、いわゆる従来型のラミ
ネーション構造を用いず、ステータリング部と複数個の
放射状に構成された突極部からなるアマチュア構成にお
いて、突極形状を適切にする事により高効率の回転電機
を提供しようとするものである。
しようとするものであり、その目的は、永久磁石からな
る界磁磁極と、これに対向し回転軸に対して放射方向に
配置され回転磁界を発生する突極を持つ有鉄芯型でラジ
アルギャップ型小型円筒型回転電機において、ほぼ同一
形状のコアを軸方向に積層する、いわゆる従来型のラミ
ネーション構造を用いず、ステータリング部と複数個の
放射状に構成された突極部からなるアマチュア構成にお
いて、突極形状を適切にする事により高効率の回転電機
を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の欠点を解消するた
め、本発明の請求項１に記載の発明では、永久磁石から
なる界磁磁極と、これに対向し、コイルを巻回したボビ
ンが挿入され、回転軸に対して放射方向に配置され回転
磁界を発生する突極を持つ有鉄芯型ラジアルギャップ型
小型円筒型回転電機において、前記突極の形状は回転方
向断面形状がほぼＴ字型で、回転軸に垂直な断面形状は
Ｉ字型であり、前記Ｔ字の上端部はロータの磁石の軸方
向と対向し、下端部はステータリングに機械的に結合、
固定してアマチュアの磁気回路を構成し、前記突極の界
磁磁極と対向する軸方向長さＬ1と、コイルを巻く巻芯
部分の軸方向の長さＬ2との関係が、 ０． ３＊Ｌ1≦Ｌ2≦０．６＊Ｌ1 を満たし、且つ、前記突極の周方向の厚みＡ1と、界磁
磁極のピッチＰとの関係が、 ０． ４＊Ｐ≦Ａ1≦０．８＊Ｐ を満たすことを特徴とするラジアルギャップ型小型円筒
型回転電機を提供する。請求項２に記載の発明では、請
求項１に記載の発明において突極は電磁鋼板を円周方向
に積層してなることを特徴とするラジアルギャップ型小
型円筒型回転電機を提供する。請求項３に記載の発明で
は、請求項１に記載の発明において突極は軟磁性粉をプ
ラスチックに混練した軟磁性体により形成されているこ
とを特徴とするラジアルギャップ型小型円筒型回転電機
を提供する。請求項４に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において永久磁石からなる界磁磁極は金属合金
により形成されていることを特徴とするラジアルギャッ
プ型小型円筒型回転電機を提供する。請求項５に記載の
発明では、請求項１に記載の発明において永久磁石から
なる界磁磁極は焼結磁性体からなることを特徴とするラ
ジアルギャップ型小型円筒型回転電機を提供する。請求
項６に記載の発明では、請求項１に記載の発明において
永久磁石からなる界磁磁極はプラスチックマグネットか
らなることを特徴とするラジアルギャップ型小型円筒型
回転電機を提供する。請求項７に記載の発明では、請求
項６に記載の発明においてロータの位置検出用のＦＧ板
は、プラスチックマグネットからなる界磁磁極と一体成
型されていることを特徴とするラジアルギャップ型小型
円筒型回転電機を提供する。請求項８に記載の発明で
は、請求項１に記載の発明において回転電機はインナロ
ータ構造であることを特徴とするラジアルギャップ型小
型円筒型回転電機を提供する。請求項９に記載の発明で
は、請求項１に記載の発明において回転電機はアウター
ロータ構造であることを特徴とするラジアルギャップ型
小型円筒型回転電機を提供する。
め、本発明の請求項１に記載の発明では、永久磁石から
なる界磁磁極と、これに対向し、コイルを巻回したボビ
ンが挿入され、回転軸に対して放射方向に配置され回転
磁界を発生する突極を持つ有鉄芯型ラジアルギャップ型
小型円筒型回転電機において、前記突極の形状は回転方
向断面形状がほぼＴ字型で、回転軸に垂直な断面形状は
Ｉ字型であり、前記Ｔ字の上端部はロータの磁石の軸方
向と対向し、下端部はステータリングに機械的に結合、
固定してアマチュアの磁気回路を構成し、前記突極の界
磁磁極と対向する軸方向長さＬ1と、コイルを巻く巻芯
部分の軸方向の長さＬ2との関係が、 ０． ３＊Ｌ1≦Ｌ2≦０．６＊Ｌ1 を満たし、且つ、前記突極の周方向の厚みＡ1と、界磁
磁極のピッチＰとの関係が、 ０． ４＊Ｐ≦Ａ1≦０．８＊Ｐ を満たすことを特徴とするラジアルギャップ型小型円筒
型回転電機を提供する。請求項２に記載の発明では、請
求項１に記載の発明において突極は電磁鋼板を円周方向
に積層してなることを特徴とするラジアルギャップ型小
型円筒型回転電機を提供する。請求項３に記載の発明で
は、請求項１に記載の発明において突極は軟磁性粉をプ
ラスチックに混練した軟磁性体により形成されているこ
とを特徴とするラジアルギャップ型小型円筒型回転電機
を提供する。請求項４に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において永久磁石からなる界磁磁極は金属合金
により形成されていることを特徴とするラジアルギャッ
プ型小型円筒型回転電機を提供する。請求項５に記載の
発明では、請求項１に記載の発明において永久磁石から
なる界磁磁極は焼結磁性体からなることを特徴とするラ
ジアルギャップ型小型円筒型回転電機を提供する。請求
項６に記載の発明では、請求項１に記載の発明において
永久磁石からなる界磁磁極はプラスチックマグネットか
らなることを特徴とするラジアルギャップ型小型円筒型
回転電機を提供する。請求項７に記載の発明では、請求
項６に記載の発明においてロータの位置検出用のＦＧ板
は、プラスチックマグネットからなる界磁磁極と一体成
型されていることを特徴とするラジアルギャップ型小型
円筒型回転電機を提供する。請求項８に記載の発明で
は、請求項１に記載の発明において回転電機はインナロ
ータ構造であることを特徴とするラジアルギャップ型小
型円筒型回転電機を提供する。請求項９に記載の発明で
は、請求項１に記載の発明において回転電機はアウター
ロータ構造であることを特徴とするラジアルギャップ型
小型円筒型回転電機を提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】次に本発明の一実施の形態を、図
面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る突極数
６、ロータ磁極数８の３相インナロータ型のＤＣブラシ
レスモータの概観を示した側面図であり、図２は軸方向
からみた正面図であり、又、図３は軸方向の断面図であ
る。これらの図から分かるように、本発明にかかる３相
インナロータ型のＤＣブラシレスモータは、外周に円筒
型のステータリング１を有する。このステータリング１
は固定子のヨークとなるものである。ステータリング１
の両端にはフランジ２、２が取り付けられている。フラ
ンジ２，２には、ベアリング３，４が固定され、これら
ベアリング３，４には、回転軸５が回転自在に軸承され
ている。
面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る突極数
６、ロータ磁極数８の３相インナロータ型のＤＣブラシ
レスモータの概観を示した側面図であり、図２は軸方向
からみた正面図であり、又、図３は軸方向の断面図であ
る。これらの図から分かるように、本発明にかかる３相
インナロータ型のＤＣブラシレスモータは、外周に円筒
型のステータリング１を有する。このステータリング１
は固定子のヨークとなるものである。ステータリング１
の両端にはフランジ２、２が取り付けられている。フラ
ンジ２，２には、ベアリング３，４が固定され、これら
ベアリング３，４には、回転軸５が回転自在に軸承され
ている。
【０００７】図３に示すように、回転軸５には、非磁性
体からなる円筒状のスリーブ６が嵌合しており、このス
リーブ６の外周に、希土類合成樹脂型永久磁石からなる
界磁磁極としてのロータ７がはめ込まれている。このロ
ータ７の外面には、回転軸線方向に永いＮ極とＳ極が円
周に沿って交互に８極着磁されている。ロータ７の一方
端縁は、スペーサ８により回転軸５に支えられている。
またロータ７の他方端は、これと一体的にロータ７の回
転位置検出用のＦＧ板９が形成されており、このＦＧ板
９の外周面には、多数のＮ極とＳ極が交互に着磁されて
いる。回転軸５にはスプリングホルダ１０が遊嵌され、
該スプリングホルダ１０とベアリング４との間にはコイ
ルスプリング１２が介在し、回転軸５を図３の左方向に
バイアスしてベアリング３に予圧を付している。なお、
ロータ７は合金や焼結型の永久磁石を用いてもよい。
体からなる円筒状のスリーブ６が嵌合しており、このス
リーブ６の外周に、希土類合成樹脂型永久磁石からなる
界磁磁極としてのロータ７がはめ込まれている。このロ
ータ７の外面には、回転軸線方向に永いＮ極とＳ極が円
周に沿って交互に８極着磁されている。ロータ７の一方
端縁は、スペーサ８により回転軸５に支えられている。
またロータ７の他方端は、これと一体的にロータ７の回
転位置検出用のＦＧ板９が形成されており、このＦＧ板
９の外周面には、多数のＮ極とＳ極が交互に着磁されて
いる。回転軸５にはスプリングホルダ１０が遊嵌され、
該スプリングホルダ１０とベアリング４との間にはコイ
ルスプリング１２が介在し、回転軸５を図３の左方向に
バイアスしてベアリング３に予圧を付している。なお、
ロータ７は合金や焼結型の永久磁石を用いてもよい。
【０００８】ステータリング１の内側には、固定磁極と
なる突極１２、１２が６極設けられている。該突極１２
はＴ字型珪素鋼鈑を複数枚重ねた積層体からなり、それ
らの根部はステータリング１の内面と密着している。ま
た、Ｔ字の上辺はロータ７の週面と微少間隙１３を介し
て対峙している。突極１２には、ボビン１４を介して固
定子巻線１５が巻回されている。なお、ボビン１４、固
定子巻線１５は、突極２とともに固定磁極を構成する。
ボビン１４の側端には、板状のピンホルダ１６が添着さ
れており、また、このピンホルダ１６にはプリント配線
板１７が添着されている。ピンホルダ１６には貫通口が
設けられ、ボビン１４に設けられた端子用ピン１９が貫
通口を貫通してプリント配線板１７の端子部に達してい
る。プリント配線板１７には、モータの駆動回路用電子
部品が裁置されているほか、ＦＧ板９の周縁に形成され
た複数の磁石と対峙してロータの位置を検出する３個の
ホール素子１８が搭載されている。プリント配線板１７
の一部にはコネクタ２０が設けられ、このコネクタ２０
はステータリングから外方に突出している。なお、図
１，２において１６は、ピンホルダの一部を示す。な
お、図１における２１は軸受けハウジングである。
なる突極１２、１２が６極設けられている。該突極１２
はＴ字型珪素鋼鈑を複数枚重ねた積層体からなり、それ
らの根部はステータリング１の内面と密着している。ま
た、Ｔ字の上辺はロータ７の週面と微少間隙１３を介し
て対峙している。突極１２には、ボビン１４を介して固
定子巻線１５が巻回されている。なお、ボビン１４、固
定子巻線１５は、突極２とともに固定磁極を構成する。
ボビン１４の側端には、板状のピンホルダ１６が添着さ
れており、また、このピンホルダ１６にはプリント配線
板１７が添着されている。ピンホルダ１６には貫通口が
設けられ、ボビン１４に設けられた端子用ピン１９が貫
通口を貫通してプリント配線板１７の端子部に達してい
る。プリント配線板１７には、モータの駆動回路用電子
部品が裁置されているほか、ＦＧ板９の周縁に形成され
た複数の磁石と対峙してロータの位置を検出する３個の
ホール素子１８が搭載されている。プリント配線板１７
の一部にはコネクタ２０が設けられ、このコネクタ２０
はステータリングから外方に突出している。なお、図
１，２において１６は、ピンホルダの一部を示す。な
お、図１における２１は軸受けハウジングである。
【０００９】この実施の形態において、固定磁極の構成
を説明する。まず、図４に示すように、ボビン１４はＴ
字型の突極１２の下端部より挿入できるように、中央部
にストレート若しくは先端先細形状の角穴２２を持って
いる。又、Ｔ字型の突極１２の下端部はステータリング
１に接触／固定される。複数（本実施の形態では６）個
の突極１２とステータリング１でアーマチュア（ステー
タ）部を構成している。ボビン１４は合成樹脂で一体形
成され、１４ａ，１４ｂはその鍔部である。鍔部１４ａ
下端部には端子２３が挿入されており、ここに固定子巻
線１５のコイル端をからげる事が出来る構成になってい
る。
を説明する。まず、図４に示すように、ボビン１４はＴ
字型の突極１２の下端部より挿入できるように、中央部
にストレート若しくは先端先細形状の角穴２２を持って
いる。又、Ｔ字型の突極１２の下端部はステータリング
１に接触／固定される。複数（本実施の形態では６）個
の突極１２とステータリング１でアーマチュア（ステー
タ）部を構成している。ボビン１４は合成樹脂で一体形
成され、１４ａ，１４ｂはその鍔部である。鍔部１４ａ
下端部には端子２３が挿入されており、ここに固定子巻
線１５のコイル端をからげる事が出来る構成になってい
る。
【００１０】図５は１枚の突極１２を示し、図６はこれ
を積層した状態を示している。本発明の実施の形態で
は、図６に示すような電極鋼板を積層した積層体がボビ
ン１４角穴２２に挿通されることになる。まず、突極１
２の形状はその回転軸方向断面形状がほぼＴ字型であ
り、大きく分けて以下の２つの部分から構成されてい
る。Ｔ字型の上端部１２ａは回転軸方向に配設され、ロ
ータ７を構成する永久磁石と微少エアギャップを介して
対向する部分である。１２ｂは上端部１２ａより短く、
ボビン巻した固定子巻線を巻回する部分である。因み
に、突極１２は周方向での断面形状はＩ字型（図６参
照）となり、周方向に広がりを持たない形状である。
を積層した状態を示している。本発明の実施の形態で
は、図６に示すような電極鋼板を積層した積層体がボビ
ン１４角穴２２に挿通されることになる。まず、突極１
２の形状はその回転軸方向断面形状がほぼＴ字型であ
り、大きく分けて以下の２つの部分から構成されてい
る。Ｔ字型の上端部１２ａは回転軸方向に配設され、ロ
ータ７を構成する永久磁石と微少エアギャップを介して
対向する部分である。１２ｂは上端部１２ａより短く、
ボビン巻した固定子巻線を巻回する部分である。因み
に、突極１２は周方向での断面形状はＩ字型（図６参
照）となり、周方向に広がりを持たない形状である。
【００１１】図７は、ボビン１４に固定子巻線を巻回し
たコイルアッシーとこれに突極１２を挿入する状態を示
した図である。図中２３ａはコイルからげ部であり、固
定子巻線１５の端部１５ａをからげた後、一般的には半
田付け処理が施される。角穴２２には突極１２が図の矢
印方向に挿入される。図７の突極１２は電磁鋼板を積層
した構造体であるが、軟磁性材であればこれに限る訳で
はない。例えば、軟磁性体粉を含んだ樹脂成形品でも良
い。
たコイルアッシーとこれに突極１２を挿入する状態を示
した図である。図中２３ａはコイルからげ部であり、固
定子巻線１５の端部１５ａをからげた後、一般的には半
田付け処理が施される。角穴２２には突極１２が図の矢
印方向に挿入される。図７の突極１２は電磁鋼板を積層
した構造体であるが、軟磁性材であればこれに限る訳で
はない。例えば、軟磁性体粉を含んだ樹脂成形品でも良
い。
【００１２】図８は実施の形態の半断面正面図であり、
これまでの図と同一部分には同一符号が付加してありそ
れらの説明を省略した。図８から容易に分かる様に、固
定磁極の突極数は６つで、ロータ７を構成する永久磁石
の極数が８極の構成である。各突極１２は同一条件（図
６の通り、０．３５mm厚の電磁鋼板９枚積層した構成）
で形成されており、この実施の形態では、６個の突極１
２は放射状に均等角度で配設されている。
これまでの図と同一部分には同一符号が付加してありそ
れらの説明を省略した。図８から容易に分かる様に、固
定磁極の突極数は６つで、ロータ７を構成する永久磁石
の極数が８極の構成である。各突極１２は同一条件（図
６の通り、０．３５mm厚の電磁鋼板９枚積層した構成）
で形成されており、この実施の形態では、６個の突極１
２は放射状に均等角度で配設されている。
【００１３】従来のコアに直巻きする巻線方法ではイン
ナロータ構造においては特に、巻線作業が難いが、本発
明の構造ではボビン単品の状態でコイルを巻回出来るの
で巻線作業が著しく短縮できる。更に、回転電機をＤＣ
ブラシレスモータとすれば、プリント配線板上に位置検
出用のホール素子も一体で実装可能となり、プリント配
線板１７を介して全ての電気配線が完結し極めて簡単な
構成となる特徴を持っている。
ナロータ構造においては特に、巻線作業が難いが、本発
明の構造ではボビン単品の状態でコイルを巻回出来るの
で巻線作業が著しく短縮できる。更に、回転電機をＤＣ
ブラシレスモータとすれば、プリント配線板上に位置検
出用のホール素子も一体で実装可能となり、プリント配
線板１７を介して全ての電気配線が完結し極めて簡単な
構成となる特徴を持っている。
【００１４】さて、本発明で特に重要な突極１２の形状
についての特徴を述べる。本発明の実施の形態における
モータ構成は前述のように突極数６、ロータ磁極数８の
３相インナロータ型のＤＣブラシレスモータである。突
極１２は図３で示した様に、Ｔ字型であり、ロータ７を
構成する永久磁石と対向する軸方向の長さＬ１（Ｔ字の
上端部で図６参照）と、固定子巻線を巻く巻芯部分の軸
方向の長さＬ２（図６参照）との関係について述べる。
についての特徴を述べる。本発明の実施の形態における
モータ構成は前述のように突極数６、ロータ磁極数８の
３相インナロータ型のＤＣブラシレスモータである。突
極１２は図３で示した様に、Ｔ字型であり、ロータ７を
構成する永久磁石と対向する軸方向の長さＬ１（Ｔ字の
上端部で図６参照）と、固定子巻線を巻く巻芯部分の軸
方向の長さＬ２（図６参照）との関係について述べる。
【００１５】この関係を明確にするために、実験とシュ
ミレーションとにより、突極１２の軸方向の長さＬ１と
コイルを巻く巻芯部分の長さＬ２をパラメータとしてモ
ータとして重要な特性である効率と起動トルクの関係を
取り、図９のグラフに示した。図９のグラフは上に凸の
形をしており、Ｌ１とＬ２の比率に最適値がある事が分
かる。これは比率が小さすぎると当然のことながら突極
１２部（特に、Ｌ２部）で磁気飽和を起こし、大き過ぎ
ると巻線抵抗値が大きくなり過ぎる為と考えられる。従
って、比率Ｌ２／Ｌ１には最適値が有り、大き過ぎても
小さ過ぎても効率／トルクが低下する。図９に示すグラ
フより、０．３＊Ｌ１≦Ｌ２≦０．８＊Ｌ１の範囲で効
率及び起動トルクが高いことを示している。
ミレーションとにより、突極１２の軸方向の長さＬ１と
コイルを巻く巻芯部分の長さＬ２をパラメータとしてモ
ータとして重要な特性である効率と起動トルクの関係を
取り、図９のグラフに示した。図９のグラフは上に凸の
形をしており、Ｌ１とＬ２の比率に最適値がある事が分
かる。これは比率が小さすぎると当然のことながら突極
１２部（特に、Ｌ２部）で磁気飽和を起こし、大き過ぎ
ると巻線抵抗値が大きくなり過ぎる為と考えられる。従
って、比率Ｌ２／Ｌ１には最適値が有り、大き過ぎても
小さ過ぎても効率／トルクが低下する。図９に示すグラ
フより、０．３＊Ｌ１≦Ｌ２≦０．８＊Ｌ１の範囲で効
率及び起動トルクが高いことを示している。
【００１６】尚、この実施の形態では、Ｌ１＝５０ｍ
ｍ、Ｌ２＝２５ｍｍでＬ２／Ｌ１＝０．５であり、図９
に示すグラフの最大値当たりの設定であると言える。
尚、突極１２の軸方向の長さＬ１は、ロータ７を構成す
る永久磁石の軸方向の長さと等しいか若しくは、やや短
いことが好ましい。理由は、こうすれば、突極１２上端
部１２ａ（Ｔの字の上端部）全体がロータ磁石で作る平
等磁界の中に入るから、ロータ７を構成する永久磁石端
面による不安定な磁束の影響（端面効果）を受けないで
済むからである。
ｍ、Ｌ２＝２５ｍｍでＬ２／Ｌ１＝０．５であり、図９
に示すグラフの最大値当たりの設定であると言える。
尚、突極１２の軸方向の長さＬ１は、ロータ７を構成す
る永久磁石の軸方向の長さと等しいか若しくは、やや短
いことが好ましい。理由は、こうすれば、突極１２上端
部１２ａ（Ｔの字の上端部）全体がロータ磁石で作る平
等磁界の中に入るから、ロータ７を構成する永久磁石端
面による不安定な磁束の影響（端面効果）を受けないで
済むからである。
【００１７】又、突極１２の周方向の厚さＡ１（図６で
は積層厚となる）と、ロータ７を構成する永久磁石の磁
極ピッチＰとの関係についても調べた。これも図９に示
すグラフ同様に、実験とシミュレーションにより確認し
た。図１０に示すグラフに突極１２の積層厚Ａ１とロー
タ７を構成する永久磁極石のピッチＰをパラメータとし
た時のモータ効率と起動トルクの関係を示した。図１０
に示すグラフも図９に示すグラフ同様に、上に凸の形を
しており、Ａ２とＰの比率に最適値があることが分か
る。これは比率が小さすぎると突極部（特に、Ｌ２部）
で磁気飽和がおこり、大き過ぎると周方向の巻線スペー
スが取れなく無くなるからである。いずれにしても効率
低下を招くからである。図１０に示すグラフより、０．
４＊Ｐ≦Ａ１≦０．８＊Ｐの範囲で効率及び起動トルク
が高いことを示している。尚、本実施の形態では、Ｐ＝
７．０７ｍｍ、Ａ１＝３．１５ｍｍでＡ１／Ｐ＝０．４
４６であり、図１０に示すグラフの最大値当たりの設定
である。
は積層厚となる）と、ロータ７を構成する永久磁石の磁
極ピッチＰとの関係についても調べた。これも図９に示
すグラフ同様に、実験とシミュレーションにより確認し
た。図１０に示すグラフに突極１２の積層厚Ａ１とロー
タ７を構成する永久磁極石のピッチＰをパラメータとし
た時のモータ効率と起動トルクの関係を示した。図１０
に示すグラフも図９に示すグラフ同様に、上に凸の形を
しており、Ａ２とＰの比率に最適値があることが分か
る。これは比率が小さすぎると突極部（特に、Ｌ２部）
で磁気飽和がおこり、大き過ぎると周方向の巻線スペー
スが取れなく無くなるからである。いずれにしても効率
低下を招くからである。図１０に示すグラフより、０．
４＊Ｐ≦Ａ１≦０．８＊Ｐの範囲で効率及び起動トルク
が高いことを示している。尚、本実施の形態では、Ｐ＝
７．０７ｍｍ、Ａ１＝３．１５ｍｍでＡ１／Ｐ＝０．４
４６であり、図１０に示すグラフの最大値当たりの設定
である。
【００１８】本発明はアウタロータ型のＤＣブラシレス
モータに付いてもインナロータ型同様に適用できる。ア
ウタロータ型の実施の形態を図１１に示した。さきの実
施形態として示したインナロータ型は内部にロータ７が
回転自在に配置され、その外側に固定磁極及びステータ
リング１が配置されるのに対して、図１１に示すアウタ
ロータ型では、ロータ７と、固定磁極及びステータリン
グ１の配置が内と外で逆であることを除き同じであるの
で、同一部品には同一符号をつけ、その詳細説明を省略
した。
モータに付いてもインナロータ型同様に適用できる。ア
ウタロータ型の実施の形態を図１１に示した。さきの実
施形態として示したインナロータ型は内部にロータ７が
回転自在に配置され、その外側に固定磁極及びステータ
リング１が配置されるのに対して、図１１に示すアウタ
ロータ型では、ロータ７と、固定磁極及びステータリン
グ１の配置が内と外で逆であることを除き同じであるの
で、同一部品には同一符号をつけ、その詳細説明を省略
した。
【００１９】以上、本発明を上述の実施の形態により説
明したが、たとえば、上記実施形態のようなロータ磁極
数８極、突極数６個の３相ＤＣブラシレスモータに限る
ものではなく、たとえばＤＣブラシレスモータだけでは
なく、永久磁石型の同期モータ、及び永久磁石型の発電
機等々の回転電機に適用できることは当然であって、本
発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であり、
これらの変形や応用を本発明の範囲から排除するもので
はない。
明したが、たとえば、上記実施形態のようなロータ磁極
数８極、突極数６個の３相ＤＣブラシレスモータに限る
ものではなく、たとえばＤＣブラシレスモータだけでは
なく、永久磁石型の同期モータ、及び永久磁石型の発電
機等々の回転電機に適用できることは当然であって、本
発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であり、
これらの変形や応用を本発明の範囲から排除するもので
はない。
【００２０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
突極の形状は軸方向断面形状がほぼＴ字型で、回転軸に
垂直な断面形状はＩ字型であり、前記Ｔ字の上端面はロ
ータ磁石の軸方向と対向し、下端部は前記ステータリン
グに機械的に結合／固定するようにアマチュアの磁気回
路を構成し、前記突極のロータ磁石と対向する軸方向の
長さＬ１と、コイルを巻く巻芯部分の軸方向の長さＬ２
との関係が、０．３＊Ｌ１≦ Ｌ２ ≦０．６＊Ｌ１
を満たし、且つ前記突極の周方向の厚み（周方向の広が
り）Ａ１と、ロータ磁石の磁極ピッチＰとの関係が、
０．４＊Ｐ≦ Ａ１ ≦０．８＊Ｐを満たすようにＬ１
とＬ２並びにＡ１とＰを設定することにより、磁気飽和
現象がおき難くかつ、銅損が少ない、いわゆる電磁的バ
ランスが良い回転電機となった。又、突極を電磁鋼板を
円周方向に積層して構成することにより、鉄損も少なく
なり効率が良い回転電機となった。さらに、回転電機を
インナロータ構造又は、ＤＣブラシレスモータにするこ
とにより、著しい効果を発揮する。
突極の形状は軸方向断面形状がほぼＴ字型で、回転軸に
垂直な断面形状はＩ字型であり、前記Ｔ字の上端面はロ
ータ磁石の軸方向と対向し、下端部は前記ステータリン
グに機械的に結合／固定するようにアマチュアの磁気回
路を構成し、前記突極のロータ磁石と対向する軸方向の
長さＬ１と、コイルを巻く巻芯部分の軸方向の長さＬ２
との関係が、０．３＊Ｌ１≦ Ｌ２ ≦０．６＊Ｌ１
を満たし、且つ前記突極の周方向の厚み（周方向の広が
り）Ａ１と、ロータ磁石の磁極ピッチＰとの関係が、
０．４＊Ｐ≦ Ａ１ ≦０．８＊Ｐを満たすようにＬ１
とＬ２並びにＡ１とＰを設定することにより、磁気飽和
現象がおき難くかつ、銅損が少ない、いわゆる電磁的バ
ランスが良い回転電機となった。又、突極を電磁鋼板を
円周方向に積層して構成することにより、鉄損も少なく
なり効率が良い回転電機となった。さらに、回転電機を
インナロータ構造又は、ＤＣブラシレスモータにするこ
とにより、著しい効果を発揮する。
【図１】図１は、本発明の一実施の形態の側面図であ
る。
る。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態の正面図であ
る。
る。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態の断面図であ
る。
る。
【図４】図４は、ボビンの斜視図である。
【図５】図５は、突極を構成する積層板単板の斜視図で
ある。
ある。
【図６】図６は、積層された突極の斜視図である。
【図７】図７は、突極と固定子巻線を巻回したボビンの
分解斜視図である。
分解斜視図である。
【図８】図８は、実施の形態の半断面正面図である。
【図９】図９は、Ｌ２／Ｌ１の比率とモータ効率／起動
トルクの関係を示すグラフである。
トルクの関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、Ｌ２／Ｐの比率とモータ効率／起
動トルクの関係を示すグラフである。
動トルクの関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、別の実施の形態の断面図である。
１・・・・・ステータリング
２・・・・・フランジ
３・・・・・ベアリング
４・・・・・ベアリング
５・・・・・回転軸
６・・・・・スリーブ
７・・・・・ロータ
８・・・・・スペーサ
９・・・・・ＦＧ板
１０・・・・・スプリングホルダ
１１・・・・・コイルスプリング
１２・・・・・突極
１２ａ・・・・上端部
１３・・・・・微少間隙
１４・・・・・ボビン
１４ａ・・・・鍔部
１４ｂ・・・・鍔部
１５・・・・・固定子巻線
１６・・・・・ピンホルダ
１７・・・・・プリント配線板
１８・・・・・ホール素子
１９・・・・・端子用ピン
２０・・・・・コネクタ
２１・・・・・ハウジング
２２・・・・・角穴
２３・・・・・端子
２３ａ・・・・コイルからげ部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 加川 正樹
静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネ
ベア株式会社開発技術センタ−内
(56)参考文献 特開 平４−271240（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−215230（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−182233（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−31120（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−292727（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−231587（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−218855（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−118733（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02K 1/16
H02K 3/18
H02K 21/12
Claims (9)
- 【請求項１】永久磁石からなる界磁磁極と、これに対向
し、コイルを巻回したボビンが挿入され、回転軸に対し
て放射方向に配置され回転磁界を発生する突極を持つ有
鉄芯型ラジアルギャップ型小型円筒型回転電機におい
て、 前記突極の形状は回転方向断面形状がほぼＴ字型で、回
転軸に垂直な断面形状はＩ字型であり、前記Ｔ字の上端
部はロータの磁石の軸方向と対向し、下端部はステータ
リングに機械的に結合、固定してアマチュアの磁気回路
を構成し、前記突極の界磁磁極と対向する軸方向長さＬ
1と、コイルを巻く巻芯部分の軸方向の長さＬ2との関係
が、 ０． ３＊Ｌ1≦Ｌ2≦０．６＊Ｌ1 を満たし、且つ、前記突極の周方向の厚みＡ1と、界磁
磁極のピッチＰとの関係が、 ０． ４＊Ｐ≦Ａ1≦０．８＊Ｐ を満たすことを特徴とするラジアルギャップ型小型円筒
型回転電機。 - 【請求項２】突極は電磁鋼板を円周方向に積層してなる
ことを特徴とする請求項１に記載のラジアルギャップ型
小型円筒型回転電機。 - 【請求項３】突極は軟磁性粉をプラスチックに混練した
軟磁性体により形成されていることを特徴とする 請求
項１に記載のラジアルギャップ型小型円筒型回転電機。 - 【請求項４】永久磁石からなる界磁磁極は金属合金によ
り形成されていることを特徴とする請求項１に記載のラ
ジアルギャップ型小型円筒型回転電機。 - 【請求項５】永久磁石からなる界磁磁極は焼結磁性体か
らなることを特徴とする請求項１に記載のラジアルギャ
ップ型小型円筒型回転電機。 - 【請求項６】永久磁石からなる界磁磁極はプラスチック
マグネットからなることを特徴とする請求項１に記載の
ラジアルギャップ型小型円筒型回転電機。 - 【請求項７】ロータの位置検出用のＦＧ板は、プラスチ
ックマグネットからなる界磁磁極と一体成型されている
ことを特徴とする請求項６に記載のラジアルギャップ型
小型円筒型回転電機。 - 【請求項８】回転電機はインナロータ構造であることを
特徴とする請求項１に記載のラジアルギャップ型小型円
筒型回転電機。 - 【請求項９】回転電機はアウターロータ構造であること
を特徴とする請求項１に記載のラジアルギャップ型小型
円筒型回転電機。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15978798A JP3535012B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | ラジアルギャップ型小型円筒型回転電機 |
| US09/328,372 US6194806B1 (en) | 1998-06-09 | 1999-06-09 | Compact cylindrical radial gap type motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15978798A JP3535012B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | ラジアルギャップ型小型円筒型回転電機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11355981A JPH11355981A (ja) | 1999-12-24 |
| JP3535012B2 true JP3535012B2 (ja) | 2004-06-07 |
Family
ID=15701269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15978798A Expired - Fee Related JP3535012B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | ラジアルギャップ型小型円筒型回転電機 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6194806B1 (ja) |
| JP (1) | JP3535012B2 (ja) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE512784C2 (sv) * | 1998-04-21 | 2000-05-15 | Hoeganaes Ab | Induktionsmaskinstator |
| EP1069670A1 (fr) * | 1999-07-12 | 2001-01-17 | Société industrielle de Sonceboz S.A. | Moteur électrique hybride |
| JP2001238377A (ja) * | 2000-02-24 | 2001-08-31 | Minebea Co Ltd | 回転電機 |
| US6448685B1 (en) * | 2000-09-28 | 2002-09-10 | General Electric Company | Stator core assembly |
| US7012350B2 (en) * | 2001-01-04 | 2006-03-14 | Emerson Electric Co. | Segmented stator switched reluctance machine |
| US6584813B2 (en) | 2001-03-26 | 2003-07-01 | Emerson Electric Co. | Washing machine including a segmented stator switched reluctance motor |
| US6700284B2 (en) | 2001-03-26 | 2004-03-02 | Emerson Electric Co. | Fan assembly including a segmented stator switched reluctance fan motor |
| US6897591B2 (en) * | 2001-03-26 | 2005-05-24 | Emerson Electric Co. | Sensorless switched reluctance electric machine with segmented stator |
| US6744166B2 (en) * | 2001-01-04 | 2004-06-01 | Emerson Electric Co. | End cap assembly for a switched reluctance electric machine |
| JP2003013955A (ja) * | 2001-07-02 | 2003-01-15 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 磁気軸受用ステータコア |
| JP2003153509A (ja) * | 2001-11-08 | 2003-05-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | モータ |
| JP3954399B2 (ja) * | 2002-01-31 | 2007-08-08 | ミネベア株式会社 | 回転電機 |
| JP3644636B2 (ja) * | 2002-05-09 | 2005-05-11 | 株式会社シマノ | クローポール形発電機及び自転車用ハブダイナモ |
| US20060071569A1 (en) * | 2004-10-04 | 2006-04-06 | Stewart William P | Stator end caps and methods for positioning the lead and exit ends of the stator windings |
| US7508157B1 (en) * | 2005-01-18 | 2009-03-24 | Gabrys Christopher W | Line synchronous air core motor |
| US20070024150A1 (en) * | 2005-08-01 | 2007-02-01 | Syverson Charles D | Electrical machine having centrally disposed stator |
| DE102006026678A1 (de) * | 2006-06-02 | 2007-12-06 | Laing, Oliver | Umwälzpumpe |
| DE102006026681A1 (de) * | 2006-06-02 | 2007-12-06 | Laing, Oliver | Spulenmodul für einen Stator eines Elektromotors, Stator, Elektromotor, Umwälzpumpe und Verfahren zur Herstellung eines Stators |
| EP1959542B1 (en) * | 2007-02-13 | 2011-03-23 | Sanyo Denki Co., Ltd. | Stator for motor |
| JP2009118615A (ja) * | 2007-11-05 | 2009-05-28 | Mitsuba Corp | ブラシレスモータ |
| EP2139094B1 (de) * | 2008-06-26 | 2018-10-17 | ZF Friedrichshafen AG | Stator mit Verschaltungsanordnung einer elektrischen Maschine |
| JP5865767B2 (ja) * | 2012-04-09 | 2016-02-17 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 車載用回転電機および電動パワーステアリング装置 |
| CN103915970B (zh) * | 2013-01-09 | 2016-03-16 | 上海鸣志电器股份有限公司 | 混合式步进电机 |
| TWI575843B (zh) * | 2014-01-08 | 2017-03-21 | 建準電機工業股份有限公司 | 徑向繞線馬達定子 |
| AU2022318884A1 (en) * | 2021-07-30 | 2024-01-25 | E-Circuit Motors, Inc. | Magnetic material filled printed circuit boards and printed circuit board stators |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2298388A (en) * | 1941-02-10 | 1942-10-13 | Houdaille Hershey Corp | Laminated field structure |
| JPS59204461A (ja) * | 1983-05-09 | 1984-11-19 | Japan Servo Co Ltd | 永久磁石形ステツピングモ−タ |
| US4780636A (en) * | 1987-02-27 | 1988-10-25 | General Electric Company | Lip structure for a stator in a dynamo-electric machine |
| JPH069578Y2 (ja) * | 1989-08-29 | 1994-03-09 | マブチモーター株式会社 | 小型モータ用界磁マグネット |
| US4947065A (en) * | 1989-09-22 | 1990-08-07 | General Motors Corporation | Stator assembly for an alternating current generator |
| US5325006A (en) * | 1990-04-27 | 1994-06-28 | Hitachi, Ltd. | Sealed magnetic fluid bearing for polygon mirror drive motor |
| WO1992001326A1 (en) * | 1990-07-12 | 1992-01-23 | Seiko Epson Corporation | Rotor of brushless motor and manufacture thereof |
| US5825586A (en) * | 1992-05-08 | 1998-10-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Disk drive motor having a drive pin assembly which facilitates stabilized chucking of a disk |
| JP3107177B2 (ja) * | 1992-07-27 | 2000-11-06 | 株式会社安川電機 | 電動機のステータ |
-
1998
- 1998-06-09 JP JP15978798A patent/JP3535012B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-06-09 US US09/328,372 patent/US6194806B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| JPH11355981A (ja) | 1999-12-24 |
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