JP3596811B2 - ブラシレスdcモータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はブラシレスDCモータ、特に、円周方向に多極着磁されたマグネットを用いたラジアルエアギャップ形のブラシレスDCモータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在使用されている小形ファン用ブラシレスDCモータの構造には、有鉄心形のラジアルエアギャップ形と無鉄心形のアキシャルエアギャップ形とがある。有鉄心形のラジアルエアギャップ形では、多数のスロットを有し、所定形状に打ち抜いた電磁鋼鈑を多数枚積層し、スロット内を絶縁し、各スロットに巻線を施すものであり、絶縁や巻線がコストアップの要因となっている。
【0003】
また、無鉄心形のアキシャルエアギャップ形では、複数の空芯コイルを同一面状に配置し、多極着磁された扁平リングマグネットを空芯コイルに軸方向に空隙を介して対向させるものであり、コイルに鉄心が無く、従って磁気回路の効率が悪く、かなり小さなファンに限定されて使用されている。
【0004】
これらの問題を解決するために、特開昭61−214759号や特公平7−46894号や実開昭61−153486号が提案されている。これらはラジアルエアギャップ形状でありながら、安価な1個(但し、電気角180度位相差の2相並列巻き)の円環状コイルの内側にマグネットからの磁束を集磁し磁性材料を貫通させることで、コイル鎖交磁束をアップさせて、モータ特性を改善するものである。
【0005】
然しながら、このような構造では、ボビンや端子等の部品コストが発生する。また、コイル端末引出し線を端子にからげて半田付処理する作業が複雑でコストアップの要因となっている。
【0006】
また、上記のブラシレスDCモータでは、電気角180度位相差の2相コイルを半波駆動するIC化された駆動回路を使用するのが一般的である。そのためモータコイルも2本の線を同時に巻き線するバイファイラ巻きが必要になる。しかしボビンにバイファイラ巻きを施すと巻線時に2本の線が入り乱れて占積率が非常に悪くなる。
【0007】
そこで本発明者等は先に、上述の問題を解決して、部品数を削減し、コイル端末作業を改善し、コストを低減すると同時に、モータ特性を改善した構造を提供することを特願2001−293264で提案した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
図6は特願2001−293264によるモータの断面図である。この種のモータでは、磁電変換素子の配置や駆動回路の実装面積確保のため、プリント配線基板の外径は主磁極先端外径やリング状マグネット内径よりも大きくなっている。
【0009】
図4は縦形の磁電変換素子9を使用した場合のモータ断面図であり、リング状マグネット3の内周面に対向して磁電変換素子9をプリント配線基板11上に配置したものである。また、図5は磁電変換素子9の取付けを逆方向に配置したものである。プリント配線基板11の外周径はリング状マグネット3の内径よりも小さくなっているが、いずれも磁電変換素子9はステータヨーク5、6の上方または下方に配置されている。この構造では、リング状マグネット3が長くなり、結果としてモータ長が厚くなり、モータ薄形化の障害になっている。
【0010】
また、先に述べたように図6は面実装用の磁電変換素子30を搭載した図である。この場合にはプリント配線基板11がリング状マグネット3端面まで延長して、磁電変換素子30を配置する必要があり、結果としてリング状マグネット3が短くなり、モータ出力が低下する。これを改善する場合には、ステータヨーク5、6間の厚みを増し、リング状マグネット3も長くする必要があり、結果としてモータが厚くなってしまう。
上述のような構造はモータの薄形化の障害になっている。
【0011】
また、2組のステータヨーク5、6と磁電変換素子9または30の取付け角度は通電の際の転流タイミングを決めるもので位置精度が必要になる。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プリント配線基板の外径寸法をリング状マグネット内径より小さくし、プリント配線基板上に駆動回路と円環状コイルとリング状マグネットの内周面に対向し円環状コイルの外周面となる位置に磁電変換素子を搭載してコイル部組を構成し、2組のステータヨークの主磁極を互いに電気角で180度ずれるように配置し、2組のステータヨークによってコイル部組を挟持し、コイル部組の中心にセンターヨークが配置される構造とすることで、磁電変換素子は円環状コイルの外周面に配置されマグネット長さは2組のステータヨークで構成される厚みとほぼ同一にできる。
【0013】
また、本発明は、ステータヨークがその主磁極先端からマグネットの内周面に対向して軸方向に延びる磁極片を有し、2組のステータヨークの磁極片を互いに電気角で180度ずれるように配置し、2組のステータヨークの磁極片によってコイルの外周側面を覆うようにコイル部組を挟持するモータ構造においても、磁極片を部分的に切り欠くことで、磁電変換素子は円環状コイルの外周面に配置することが可能で、マグネット長さは2組のステータヨークで構成される厚みとほぼ同一にできる。
【0014】
また、本発明は、ステータヨークの表面に絶縁手段を具備し、円環状コイルを固着し、2組みのステータヨークの一方の隣合う主磁極または磁極片で挟持可能な位置でリング状マグネット内径より小さい小形プリント配線基板を固着し、小形プリント配線基板上に磁電変換素子、該駆動回路を搭載し、該円環状コイルの引出し線を端末半田付けすることで、更にプリント配線基板の厚さ分だけモータ厚みを薄くすることが可能となる。
【0015】
また、本発明は、ステータヨークがその主磁極先端からマグネットの内周面に対向して軸方向に延びる磁極片を有し、プリント配線基板は第一のステータヨークの磁極片の側端面と接するような外周形状を有し、且つ接しない部分の外径はリング状マグネット内径より小さくすることで、プリント配線基板の位置決めを行い、2組のステータヨークの磁極片に磁電変換素子の外形が接するような切り欠きを設け、2組のステータヨークの磁極片を互いに電気角で180度ずれるように配置し、2組のステータヨークの磁極片によってコイルの外周側面を覆うようにコイル部組を挟持するモータ構造で、2組のステータヨークの角度位置決めを行うことが可能になる。
【0016】
また、本発明は、磁電変換素子と駆動回路を一体で集積回路化したICを搭載し、ICをリング状マグネットの内周面に対向し円環状コイルの外周となるようなプリント配線基板上位置に配置し、上述した同様の手段をとれば同様の効果を得られる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
【0018】
図1は、本発明の請求項1に係わる第1の実施例を示す構成図と断面図である。ステータヨーク主磁極13、14の外周径よりも小さなプリント配線基板11上に、駆動回路用の電子部品10と、ボビンを有しない空芯の円環状コイル8と、磁電変換素子として使用されるホール素子9をリング状マグネット3の内周面に対向し、円環状コイル8外周面で、適切な機械角度位置となるように搭載し、円環状コイル8の引出し線を直接プリント配線基板11に半田付けしてコイル部組12を構成し、中心から半径方向外方に延びる板状の2個の主磁極14を有するステータヨーク6にセンターヨーク7を締結し、このセンターヨーク7をコイル部組12に挿入し、中心から半径方向外方に延びる板状の2個の主磁極13を有するステータヨーク5をステータヨーク6に対して電気角で180度ずれるように取付け、該ステータヨーク6と共に該コイル部組12を挟持せしめ、ロータヨーク2、リング状マグネット3、シャフト4から成るロータ1を組み込んでモータを構成する。
【0019】
この実施例によれば、ホール素子9は円環状コイル8の外周面に配置され、リング状マグネット3は2組のステータヨーク5、6とほぼ同一厚みとなり、モータ軸方向に同一位置に配置でき、結果としてモータ軸方向の厚みを薄くできる。
【0020】
図2は、本発明の請求項2、4に係わる第2の実施例を示す構成図と断面図である。センターヨーク7と磁極片21、22を形成したステータヨーク5と6を用い、プリント配線基板11の外周形状を磁極片21、22の内周面の側端面と内側面を接するようして、ステータヨーク6とプリント配線基板11の位置決めを行い、接しない部分の外径はステータヨーク6より小さくしておく。また、予めホール素子9をリング状マグネット3の内周面に対向し、適切な機械角度位置となるようプリント配線基板11に搭載され、同時に駆動回路用の電子部品10と、ボビンを有しない空芯の円環状コイル8も搭載しコイル部組12を構成しておく。また、予め2組のステータヨークの磁極片21、22にはホール素子9の外形が接するような切り欠き31、32を設けておく。
第一のステータヨーク6の磁極片22内周とコイル部組み12のプリント配線基板の磁極片接触部33で位置合わせして固着する。この時、第一のステータヨーク6の磁極片22の切り欠き部32の一部とホール素子9の外周の一部は接している。第二のステータヨーク磁極片21を第一のステータヨーク磁極片22と互いに電気角で180度ずれるように配置し、且つ第二のステータヨーク磁極片21の切り欠き部31の一部とホール素子9の外周の一部が接する位置で、2組のステータヨーク5、6の磁極片によって円環状コイル8の外周側面を覆うように、コイル部組12を挟持し、コイル部組の中心にセンターヨーク7が配置され、ロータヨーク2、多極マグネット3、シャフト4から成るロータ1を組み込んでモータが構成される。
【0021】
この実施例によれば、ステータヨーク主磁極先端からマグネットの内周面に対向して軸方向に延びる磁極片を有するモータ構造の場合でも、ホール素子が円環状コイルの外周面に配置され、マグネットは2組のステータヨークとほぼ同一厚みとなり、モータ軸方向にほぼ同一位置に配置でき、結果としてモータ軸方向の厚みを薄くできる。また、ホール素子・第一のステータヨーク・第二のステータヨークの位置決めも可能となる。
【0022】
また、図3は、本発明の請求項3に係わる第3の実施例を示す構成図である。コイル部組12はホール素子9と駆動回路10と小形プリント配線基板45で構成される。また、予め円環状コイル8は絶縁されたステータヨーク14に固着されている。そして、コイル部組12はステータヨーク6の主磁極14で挟まれる位置に固着され、円環状コイル8の引出し線の端末半田付けも小形プリント配線基板上で行われる。
【0023】
この実施例によれば、プリント配線基板の厚みが2組のステータヨーク5、6間に加算されずモータ軸方向の厚みを更に薄くすることが可能である。
【0024】
本発明の適用をアウターロータ構造で説明したが、インナーロータ構造で同様に適用できることは言うまでもない。
【0025】
【発明の効果】
本発明は、電磁鋼板を折り曲げて形成した2個のステータヨークで、円環状コイルと、電子部品を実装したプリント配線基板を挟み込むように組み合わせ、且つ磁電変換素子はステータヨーク主磁極の外径内に配置し、プリント配線基板はマグネット内径に収まる構造とすることで、モータ軸方向厚みを20〜30%低減することが可能である。また、従来モータと同じ厚みとするならば、5〜10%の効率向上が見込める。
また、磁電変換素子と2個のステータヨークの位置決めも可能になり、磁極位置検出精度も向上し、結果としてモータ通電の転流精度が向上し出力トルク・振動等のバラツキが低減される。
これらによって、モータの小形・薄形化が可能となり、性能も大幅に向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のブラシレスDCモータの実施例説明図である。
【図2】本発明のブラシレスDCモータの実施例説明図である。
【図3】本発明のブラシレスDCモータの実施例説明図である。
【図4】従来のブラシレスDCモータの説明図である。
【図5】従来のブラシレスDCモータの説明図である。
【図6】従来のブラシレスDCモータの説明図である。
【符号の説明】
1 ロータ
2 ロータヨーク
3 マグネット
4 モータシャフト
5 第1のステータヨーク
6 第2のステータヨーク
7 センターヨーク
8 円環状コイル
9 ホール素子
10 電気部品(駆動回路)
11 プリント配線基板
12 コイル部組
13 主磁極
14 主磁極
21 磁極片
22 磁極片
30 面実装ホール素子
31 切り欠き
32 切り欠き
33 磁極片接触部
40 モータ取付け板
41 スペーサ
Claims (5)
- 回転軸に取付けられたロータと、該ロータに取付けられる、円周方向に多極着磁されたリング状マグネットと、該マグネットの内周面に空隙を介して対向し、中心から半径方向外方に延びる複数の主磁極を夫々有する2組のステータヨークと、この2組のステータヨークの中心部間を磁気的に短絡するセンターヨークと、円環状のコイルと、磁電変換素子と、駆動回路と、プリント配線基板とを具備するラジアルギャップ形のブラシレスDCモータにおいて、該プリント配線基板の外径寸法は該リング状マグネット内径より小さくし、該プリント配線基板上に該駆動回路と該円環状コイルと該リング状マグネットの内周面に対向し該円環状コイルの外周面となる位置に該磁電変換素子を搭載してコイル部組を構成し、該2組のステータヨークの主磁極を互いに電気角で180度ずれるように配置し、該2組のステータヨークによって該コイル部組を挟持し、該コイル部組の中心に該センターヨークが配置されるようにしたことを特徴とするブラシレスDCモータ。
- 回転軸に取付けられたロータと、該ロータに取付けられる、円周方向に多極着磁されたリング状マグネットと、該マグネットの内周面に空隙を介して対向し、中心から半径方向外方に延びる複数の主磁極を夫々有する2組のステータヨークと、この2組のステータヨークの中心部間を磁気的に短絡するセンターヨークと、円環状のコイルと、磁電変換素子と、駆動回路と、プリント配線基板とを具備するラジアルギャップ形のブラシレスDCモータにおいて、該ステータヨークがその主磁極先端から該マグネットの内周面に対向して軸方向に延びる磁極片を有し、該プリント配線基板の外径寸法は該リング状マグネット内径より小さくし、該プリント配線基板上に該駆動回路と該円環状コイルと該リング状マグネットの内周面に対向し該円環状コイルの外周面となる位置に該磁電変換素子を搭載してコイル部組を構成し、該2組のステータヨークの磁極片を互いに電気角で180度ずれるように配置し、該2組のステータヨークの磁極片によって該コイルの外周側面を覆うように、該コイル部組を挟持し、該コイル部組の中心に該センターヨークが配置されるようにしたことを特徴とするブラシレスDCモータ。
- 回転軸に取付けられたロータと、該ロータに取付けられる、円周方向に多極着磁されたリング状マグネットと、該マグネットの内周面に空隙を介して対向し、中心から半径方向外方に延びる複数の主磁極を夫々有する2組のステータヨークと、この2組のステータヨークの中心部間を磁気的に短絡するセンターヨークと、円環状のコイルと、磁電変換素子と、駆動回路と、プリント配線基板とを具備するラジアルギャップ形のブラシレスDCモータにおいて、該ステータヨークがその主磁極先端から該リング状マグネットの内周面に対向して軸方向に延びる磁極片を有し、該プリント配線基板は第一の該ステータヨークの該磁極片の側端面と接するような外周形状を有し、且つ接しない部分の外径寸法は該リング状マグネット内径より小さくし、該プリント配線基板上に該駆動回路と該円環状コイルと該リング状マグネットの内周面に対向し該円環状コイルの外周面となる位置に該磁電変換素子を搭載してコイル部組を構成し、該磁極片に磁電変換素子の外形と接するような切り欠きを設け、該2組のステータヨークの磁極片を互いに電気角で180度ずれるように配置し、該2組のステータヨークの磁極片によって該円環状コイルの外周側面を覆うように、該コイル部組を挟持し、該コイル部組の中心に該センターヨークが配置されるようにしたことを特徴とするブラシレスDCモータ。
- 該ステータヨークの表面に絶縁手段を具備し、該円環状コイルを固着し、該2組みのステータヨークの一方の隣合う該主磁極または該磁極片で挟持可能な位置でリング状マグネット内径より小さい小形プリント配線基板を固着し、該小形プリント配線基板上に該磁電変換素子、該駆動回路を搭載し、該円環状コイルの引出し線の端末半田付けしたことを特徴とする請求項1、2記載のブラシレスDCモータ。
- 該磁電変換素子と該駆動回路とを一体で集積回路化し、該磁電変換素子の取付け位置に該集積回路を配置したことを特徴とする請求項1、2、3、4記載のブラシレスDCモータ。
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