JP3678585B2

JP3678585B2 - モータ構造

Info

Publication number: JP3678585B2
Application number: JP18840098A
Authority: JP
Inventors: 譲鈴木; 栄藤谷; 正樹加川
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2018-07-03
Also published as: JPH1175353A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジアルギャップ型のモータ構造に関し、特に詳しくは、小形化・軽量化・低価格化を図ったラジアルギャップ型のモータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年各種ＯＡ機器の高性能化、特に高速度化の進歩は目覚ましいものが有り、これに伴い各種機器は、機能に応じた専用のモータを複数個使用する方式となっている。特に、小形ＤＣモータでは、用途に応じて磁気効率を上げ、コギングトルクを下げ、電磁ノイズの少ない制御性の良いモータが望まれている。この対策として、コアのスロット数（突極数）を多くし、マグネットの磁極数を多くすることで、一つ一つの磁気回路長が短くなり磁気抵抗が下がる為、磁気効率が上がり、更に、コイルを集中巻として巻線効率を上げて対応している。
【０００３】
図１１は従来から使用されている積層タイプのインナーロータ型ブラシレスＤＣモータの構成を示しており、図１２はその断面を示している。図中、１は引出線を示し、２は軟磁性鋼板を積層して構成したステータ８の突極１３にボビン９を上下から挿入し、その上にマグネットワイヤーを巻回して構成したコイルを示す。３はロータ磁石を示し、４はロータ磁石とロータの回転中心となるシャフト５を接続するスリーブを示す。７はフランジで、中央にロータのシャフト５を支える軸受６を配して、ステータ８を両側から挟み込んでいる。尚、ここで突極１０の先端はロータ磁石との鎖交磁束を多くする為とボビン（コイル）の保持の為、巻線部分より幅広く構成している。又、ステータ８の積層は、前述と同じ理由により、ロータ磁石３とほぼ同じ長さとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが多スロット化は、スロットの間隔を狭くするため巻線スペースが狭くなり、モータ寸法を大きくしない限り必要量の巻線を納めることが出来なくなっている。又、同一寸法では、必要量の巻線が出来ないため、コストアップとなるが磁気特性の高い永久磁石をロータに採用し所望のモータ特性を得るようにしている。又、従来の積層型ステータの構成では、突極とロータ磁石との対向面積確保の為に、ステータの積厚をロータ磁石の長さとほぼ同じ長さとせざるを得ない為、コイル１ターン当たりの線長が長くなり巻線の効率が悪くなっている。又、ロータ磁石と対向する突極の面は、対向面積確保とコイルの保持を兼ねて幅広となっている為、巻線の作業性も悪くなっている。特にインナーロータ型ではこの傾向が顕著に現れている。これと同時にステータが必要以上に有る為、重くて扱いずらいものとなっている。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、その目的は、ラジアルギャップの円筒型モータにおいて、モータ特性を損うことなく軽量化と多スロット化を図ることが出来るモータ構造を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、界磁磁石を持ち、回転自在に保持されたロータと、ロータの界磁磁石と対向する突極を持つ固定磁極とからなるモータ構造において、前記固定磁極は、円筒状に形成され、内側上縁に総突極数の半数の上側突極を内側方向に均等の内角度で突出させると共に、内側下縁に総突極数の半数の下側突極を内側方向に均等の内角度でかつ上側突極と上下方向に重ならないように互い違いに突出させた軟磁性体からなる磁束密度調整用ヨークと、前記磁束密度調整用ヨークの上側に配置され、前記上側突極と重ね合わされる内側方向に突出した第１の突極を有する軟磁性体からなるカップ状の上側ステータヨークと、前記磁束密度調整用ヨークの下側に配置され、前記下側突極と重ね合わされる内側方向に突出した第２の突極を有する軟磁性体からなるカップ状の下側ステータヨークと、重ね合わせた前記上側突極および前記第１の突極に巻回される第１の駆動用コイルと、重ね合わせた前記下側突極および前記第２の突極に巻回される第２の駆動用コイルと、を具備してなることを特徴とするモータ構造を提供する。
また、本発明の一態様によれば、前記磁束密度調整用ヨークはシャフト方向に上下２分され、それぞれの磁束密度調整用ヨークは総突極数の半数の放射状で内側方向に突出した前記上側突極または前記下側突極を有し、上下の磁束密度調整用ヨークがそれぞれ有する前記上側突極および前記下側突極が互いに電気的に１８０度の位相差を生じる位置にずらして形成される。
また、本発明の一態様によれば、前記磁束密度調整用ヨークはシャフト方向に軟磁性電磁鋼板を積層して形成される。
また、本発明の一態様によれば、前記上側突極および前記下側突極は、電磁鋼板を周方向に積層して構成され、駆動用コイルの巻回部分は周方向に重ならないように配置される。
また、本発明の一態様によれば、前記第１の突極は、前記上側ステータヨークの内側面端部から内側方向に突出して配設され、前記第２の突極は、前記下側ステータヨークの内側面端部から内側方向に突出して配設される。
また、本発明の一態様によれば、前記界磁磁石に対向配置され、重ね合わせた前記上側突極および前記第１の突極の先端部に装着される第１の極子板と、前記界磁磁石に対向配置され、重ね合わせた前記下側突極および前記第２の突極の先端部に装着される第２の極子板と、を備える。
また、本発明の一態様によれば、前記第１および第２の極子板の軸方向の長さは、前記界磁磁石の軸方向の長さに略等しい。
また、本発明の一態様によれば、前記上側ステータヨークおよび前記下側ステータヨークの端面に配設され、前記ロータを回転自在に軸承する軸受を装着可能なフランジを備える。
また、本発明の一態様によれば、前記磁束密度調整用ヨークを軟磁性粉入りの高分子材料で構成する。
また、本発明の一態様によれば、前記磁束密度調整用ヨークを焼結金属にて構成する。
また、本発明の一態様によれば、前記上側ステータヨークおよび前記下側ステータヨークを軟磁性粉入りの高分子材料で構成する。
また、本発明の一態様によれば、前記上側ステータヨークおよび前記下側ステータヨークを焼結金属にて構成する。
また、本発明の一態様によれば、前記上側ステータヨーク、前記下側ステータヨーク、前記第１の駆動用コイル、前記第２の駆動用コイルおよび前記極子板をモールド成形にて一体化する。
また、本発明の一態様によれば、前記フランジの片側を高分子材としたインサートモールドにて前記上側ステータヨークおよび前記下側ステータヨークと一体化する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、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及び図２は何れも本発明の実施形態を示すもので、図１は、その一部を破断して示した側面図であり、図２は同じくその一部を破断して示した上面図である。図中１１は引出線を示し、１２はマグネットワイヤーをボビン１９に巻回して構成した駆動用コイルを示す。駆動用コイル１２の端末は、中継板２２に接続され、中継板２２の中では、各駆動コイル１２をデルタ結線するなどその中で必要な結線を行っている。１３はロータ磁石を示し、１４はロータ磁石１３の回転中心となるシャフト１５を接続するスリーブを示す。
【０００８】
下側のステータヨーク２０の端面にはフランジ１７が中心にロータのシャフト１５を回転自在に支える軸受１６を配して固定されている。突極２３の先端にはロータ磁石１３との鎖交磁束を多く取るための極子板２４が配され、突極２３と嵌合している。ここでステータヨーク２０は、図４に示す様に軟磁性鋼板をカップ状に絞り、その底面に放射状に突極２３をモータとして必要とする数の半分だけ構成したものである。又、上側と下側のステータヨーク２０の間にある磁束調整用ヨーク２１は軟磁性粉を成形して構成されており、図３に示す様に円筒状で、その両端面には夫々これらステータヨーク２０の突極２３と同数の突極１８が放射状に設けられている。これを軸方向から見ると、モータとして必要な突極数となる。また、磁束調整用ヨーク２１を開いて見た場合、突極１８は千鳥配置となっている。
【０００９】
図５は、駆動用のコイル１２を巻回したボビン１９と該ボビン１９の端部に固定された極子板２４を示す拡大斜視図である。図５から分かるように、極子板２４には突極１８，突極２３がはまり込む穴があけられ、この穴はボビン１９の突極と突極が挿通する穴と連通している。図５では、突極１８、と突極２３がこの穴に挿通された場合の状態を示している。極子板２４の長手方向の長さＬ１は、ロータを構成するロータ磁石１３の長手方向の長さと略々等しい。
【００１０】
本発明に係るモータの組立を簡単に説明すると、図１に示すように、磁束調整用ヨーク２１を中心としてその上下にそれぞれ上下側のステータヨーク２０を重ねる。このとき磁束調整用ヨーク２１の突極１８と上下のステータヨーク２０の突極２３とが重なるようにする。その後、コイル１２を巻回したボビン１９の端部に極子板２４を固定したものを、図６に示すように、突極１８、突極２３が重なった部分に互い違いに挿入固定してゆく。なお、図６は、ステータを展開表示したものである。図１３は図６に示されるものと同じ６つの磁極を同じ間隔で配列し、かつ突極を同一面に配置した従来例を示したものである。図６に示すように、本願発明においては、磁束調整用ヨーク２１をステータヨーク２０の間に配置しており、かつ磁束調整用ヨーク２１の内側に設けた突極１８を千鳥状に配置することにより各突極を上下方向に互い違いに配置できる。図１３に示すように、突極を横一列に設けた従来のものは、ボビン１９の横幅Ｗ２を突極間のピッチと同じとしなければならないのに対して、図６に示す本発明の実施形態では、ボビン１９の横幅Ｗ１を各ステータ２０の突極２３の間隔、すなわち、図１３に示す間隔Ｗ２の２倍の間隔（Ｗ１＝２×Ｗ２）とすることができる。
【００１１】
また、図１３に示す従来例のモータ構造では、間隔２の幅でコイルの巻線スペースが決められボビンの縦方向の長さＷ３が決まってしまうが、図６に示す本発明のものは、Ｗ１＝Ｗ４とすれば突極の縦方向の間隔Ｗ４と同じ大きさまで拡大できる。このため、従来のものよりも多くの巻線をボビンに施すことが出来る。そして、各ステータヨーク２０の縦方向の長さ、磁束調整用ヨーク２１の縦方向の長さを調整すれば、ボビンの縦と横の幅を同じ寸法、すなわち正方形とすることが出来、このボビンに対して、理想的なコイルを巻回する事が出来る。
【００１２】
図７及び図８に示す実施の形態は、これまでの実施の態様と異なり、磁束調整用ヨーク２５の上下にステータヨークを設けていないものである。この実施の形態では、磁束密度調整用ヨーク２５全体を燒結金属あるいは軟磁性粉入りの高分子材で一体成型して構成する。この磁束密度調整用ヨーク２５について説明すると、円筒状のヨーク部２６を持ち、その上下端内側には、シャフトを軸承する軸受を保持するフランジが嵌合する溝２７、２８が形成されている。円筒状のヨーク部２６の内側の中央Ｃ点より上側で、上縁の溝２７との中間近辺には内方に延びる突極２９、３０、３１が、総突極数（６極）の半数本だけ均等の内角度で設けられている。図７に示す断面図では、突極２９のみが見えている。また、円筒状のヨーク部２６の内側の中央Ｃ点より下側で、下縁の溝２８との中間近辺には内方に延びる突極３２、３３、３４が、総突極数（６極）の半数本だけ均等の内角度で設けられている。図７に示す断面図では、突極３２、３４の２本が見えている。この実施の形態では、前記の実施の形態と同じようにロータ磁石が設けられるが、重複するので、その詳細は省略する。以上この実施の形態では、磁束密度調整用ヨーク２５の上下にステータを一体で構成しているので、構造が簡単となる。
【００１３】
図９は、ボビン１９に巻回した駆動用コイル１２、極子板２４を含めた固定子２０と磁束密度調整用ヨーク２１を一体的にインサートモールドしたものである。したがって図９から明らかなように、形成されていた空間には、インサートされた樹脂２９、３０、３１が満たされる。なお、この実施の形態において、前記の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００１４】
図１０は、上記と同じくボビン１９に巻回した駆動用コイル１２、極子板２４を含めた固定子２０と磁束密度調整用ヨーク２１を一体的にインサートモールドしたのみならず、下側の軸受１６を保持するフランジ３２をも樹脂にて構成した実施の形態を示すものである。なお、この実施の形態において、前記の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００１５】
次に、図１４に示す実施の形態は、図７に示した磁束密度調整用ヨーク２５が上部ヨーク２５―１と下部ヨーク２５―２の２部分にセパレートされている。それぞれの高さｌ１とｌ２はそれぞれ等しい。上部ヨーク２５―１から内方に突出している突極２５１と下部ヨーク２５―２から内方に突出している突極２５２はシャフト方向に対して電気角で１８０度の位相差を生じる位置にずらして設けられている。なお、これらの上部ヨーク２５−１と下部ヨーク２５−２は軟磁性鋼板をシャフト方向に積層して構成している。このように、磁束密度調整用ヨーク２５を上下部分にセパレートする事により、モータの組立が容易になる。
【００１６】
さらに、図１５に示す実施の形態では、磁束密度調整用ヨーク２５の放射状で内側方向に突出する突極２５３は、電磁鋼板を週方向に積層して構成され、これに巻回される駆動用コイルの巻回部分は週方向に重ならないように配置されている。
【００１７】
以上、本発明を上述の実施の形態により説明したが、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。
【００１８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明は、界磁磁石を持ち、回転自在に保持されたロータと、ロータの界磁磁石と対向する突極を持つ固定磁極とからなるモータ構造において、円筒状に形成され、内側上縁に総突極数の半数の上側突極を内側方向に均等の内角度で突出させると共に、内側下縁に総突極数の半数の下側突極を内側方向に均等の内角度でかつ上側突極と上下方向に重ならないように突出させた軟磁性体からなる磁束密度調整用ヨークと、上記上側突極と下側突極に巻回された駆動用コイルと、を具備してなることを特徴とするモータ構造を提供し、更に加えて、カップ状に形成され底部には内側方向に突出した突極を持ち、上記磁束密度調整用ヨーク上側に突極を合せて重なる軟磁性体からなる上側ステータヨークと、カップ状に形成され底部には内側方向に突出した突極を持ち、上記磁束密度調整用ヨーク下側に突極を合せて重なる軟磁性体からなる下側ステータヨークと、上記上側突極の重なり部分と下側突極の重なり部分にそれぞれ巻回された駆動用コイルと、を具備してなることを特徴とするモータ構造をも提供し、さらに上記磁束調整用ヨークステータヨークは軟磁性粉入りの高分子材料で構成したり、焼結金属にて構成することができる。そして、ステータ部分は、ヨーク、駆動コイルを含めて一体に樹脂モールド出来、場合によっては、軸受を保持するフランジをもこのモールド成型で形成することもできるモータ構造を提供する事によって、突極のボリュウムを必要最小限の量に出来、多スロット化（多極化）してもコイルスペースが大きく取れ、又、モータ寸法を小径化してもコイルスペースが確保出来るモータ構造となり、モータの軽量化と同時にロータ磁石等モータ構成材料の特性を限界まで引出せることから、高効率のモータを低コストで構成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を示す一部破断側面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態を示す一部破断平面図である。
【図３】図３は、磁束密度調整用ヨークの一部破断斜視図である。
【図４】図４は、ステータの斜視図である。
【図５】図５は、コイルを巻回し極子板を取り付けたボビンの斜視図である。
【図６】図６は、本発明のステータの展開図である。
【図７】図７は、発明の別の実施の形態の磁束密度調整用ヨークの断面図である。
【図８】図８は、図７に示す磁束密度調整用ヨークの平面図である。
【図９】図９は、発明の他の実施の形態でモールド成形にて構成したモータの断面図である。
【図１０】図１０は、モールド成形にて構成した他の実施形態を示す断面図である。
【図１１】図１１は、従来例の一部破断側面図である。
【図１２】図１２は、従来例の一部破断正面図である。
【図１３】図１３は、従来例のステータの展開図である。
【図１４】図１４は、本発明の他の実施の形態の磁束密度調整用ヨークの一部断面斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明のもう一つ他の実施の形態の磁束密度調整用ヨークの一部断面斜視図である。
【符号の説明】
１・・・・・引出線
２・・・・・コイル
３・・・・・ロータ磁石
４・・・・・スリーブ
５・・・・・シャフト
６・・・・・軸受
７・・・・・フランジ
８・・・・・ステータ
９・・・・・ボビン
１０・・・・・突極
１１・・・・・引出線
１２・・・・・コイル
１３・・・・・ロータ磁石
１４・・・・・スリーブ
１５・・・・・シャフト
１６・・・・・軸受
１７・・・・・フランジ
１８・・・・・突極
１９・・・・・ボビン
２０・・・・・ステータ
２１・・・・・磁束密度調整用ヨーク
２２・・・・・中継板
２３・・・・・突極
２４・・・・・極子板
２５・・・・・磁束密度調整用ヨーク
２６・・・・・ヨーク部
２７・・・・・溝
２８・・・・・溝
２９・・・・・樹脂
３０・・・・・樹脂
３１・・・・・樹脂
３２上部ヨーク２５―１と下部ヨーク２５―２フランジ
２５―１・・・上部ヨーク
２５―２・・・下部ヨーク
２５１・・・・突極
２５２・・・・突極
２５３・・・・突極

Claims

界磁磁石を持ち、回転自在に保持されたロータと、ロータの界磁磁石と対向する突極を持つ固定磁極とからなるモータ構造において、
前記固定磁極は、
円筒状に形成され、内側上縁に総突極数の半数の上側突極を内側方向に均等の内角度で突出させると共に、内側下縁に総突極数の半数の下側突極を内側方向に均等の内角度でかつ上側突極と上下方向に重ならないように互い違いに突出させた軟磁性体からなる磁束密度調整用ヨークと、
前記磁束密度調整用ヨークの上側に配置され、前記上側突極と重ね合わされる内側方向に突出した第１の突極を有する軟磁性体からなるカップ状の上側ステータヨークと、
前記磁束密度調整用ヨークの下側に配置され、前記下側突極と重ね合わされる内側方向に突出した第２の突極を有する軟磁性体からなるカップ状の下側ステータヨークと、
重ね合わせた前記上側突極および前記第１の突極に巻回される第１の駆動用コイルと、
重ね合わせた前記下側突極および前記第２の突極に巻回される第２の駆動用コイルと、を具備してなることを特徴とするモータ構造。
前記磁束密度調整用ヨークはシャフト方向に上下２分され、それぞれの磁束密度調整用ヨークは総突極数の半数の放射状で内側方向に突出した前記上側突極または前記下側突極を有し、上下の磁束密度調整用ヨークがそれぞれ有する前記上側突極および前記下側突極が互いに電気的に１８０度の位相差を生じる位置にずらして形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ構造。
前記磁束密度調整用ヨークはシャフト方向に軟磁性電磁鋼板を積層して形成されていることを特徴とする請求項２に記載のモータ構造。
前記上側突極および前記下側突極は、電磁鋼板を周方向に積層して構成され、駆動用コイルの巻回部分は周方向に重ならないように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ構造。
前記第１の突極は、前記上側ステータヨークの内側面端部から内側方向に突出して配設され、
前記第２の突極は、前記下側ステータヨークの内側面端部から内側方向に突出して配設されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ構造。
前記界磁磁石に対向配置され、重ね合わせた前記上側突極および前記第１の突極の先端部に装着される第１の極子板と、
前記界磁磁石に対向配置され、重ね合わせた前記下側突極および前記第２の突極の先端部に装着される第２の極子板と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ構造。
前記第１および第２の極子板の軸方向の長さは、前記界磁磁石の軸方向の長さに略等しいことを特徴とする請求項６に記載のモータ構造。
前記上側ステータヨークおよび前記下側ステータヨークの端面に配設され、前記ロータを回転自在に軸承する軸受を装着可能なフランジを備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のモータ構造。
前記磁束密度調整用ヨークを軟磁性粉入りの高分子材料で構成したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のモータ構造。
前記磁束密度調整用ヨークを焼結金属にて構成したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のモータ構造。
前記上側ステータヨークおよび前記下側ステータヨークを軟磁性粉入りの高分子材料で構成したことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のモータ構造。
前記上側ステータヨークおよび前記下側ステータヨークを焼結金属にて構成したことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のモータ構造。
前記上側ステータヨーク、前記下側ステータヨーク、前記第１の駆動用コイル、前記第２の駆動用コイルおよび前記極子板をモールド成形にて一体化したことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のモータ構造。
前記フランジの片側を高分子材としたインサートモールドにて前記上側ステータヨークおよび前記下側ステータヨークと一体化したことを特徴とする請求項８に記載のモータ構造。