JP3734257B2

JP3734257B2 - 単相ブラシレスｄｃモータ

Info

Publication number: JP3734257B2
Application number: JP2003021609A
Authority: JP
Inventors: 和夫大西; 昭二大岩; 旭比護
Original assignee: 日本サーボ株式会社
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: JP2004236428A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、小形ファンの駆動源に使用される単相ブラシレスＤＣモータの効率アップと小形化にかかわるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータは、構造を簡易化することによって、コストの低減を図っている。すなわち、ロータマグネットの磁極数とステータコアの巻線極数を４程度とし、ロータマグネットの磁極位置を検出する磁気センサに１個のホール素子を用い、半導体回路により単相のモータコイルに交互方向に通電してロータを回転させている。
【０００３】
図４は上記従来のモータの構造を示す図であって、２はロータコアでモータ中心にある回転軸（図示せず）に取付られている。１は円環状のロータマグネットで４極に着磁が施されている。８はロータマグネット１の磁極を検出するホール素子で、プリント基板（図示せず）に取り付けられている。７は珪素鋼板を打ち抜いて積層したステータコアで、４個の巻線脚５と突極４を有し、突極４とロータマグネット１の間の空隙３は、起動性を良くするために不均一になっている。６はモータ巻線である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年家庭やオフィスで使用される機器に搭載されたファンモータでは，小形・高効率化の要求が強い。そこで小形・高効率化を目的として、モータのトルク定数アップを図るため下記のような検討を行った。
【０００５】
モータの出力トルクをＴ、モータ電流をｉ、モータトルク定数をＫｔとするとＴ＝Ｋｔ＊ｉ（１）と表される。この式からモータの高効率化を図るにはモータトルク定数Ｋｔを上げる必要がある。また、モータトルク定数Ｋｔとモータ逆起電力定数Ｋｅは等しく、モータの逆起電力をｅ、モータ回転角速度ω、とするとＫｔ＝Ｋｅ＝ｅ／ω （２）と表せる。また、モータ巻線に鎖交する磁束が正弦波状でそのピーク値をΦ、磁極対数をｐ、モータの１相巻線数をｎ，回転角をθとするとｅ＝Ｋｅ＊ω＝（ｐ＊ｎ＊Φｓｉｎｐθ）＊ω （３）と表せる。上記の計算式から、Ｋｔ＝Ｋｅ＝ｐ＊ｎ＊Φｓｉｎｐθ （４）であり、磁極対数ｐと巻線数ｎとその１ターンに鎖交する磁束Φを多くすると、逆起電力ｅを大きくとれる。しかし実際には、図４の構造で磁極数を大きく取ると、ロータマグネットの１磁極面積がそれに反比例して低下して、同じ割合で鎖交磁束Φが低下してしまいｐとΦの積に変化はない。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来例の問題点を解決すべく、ロータマグネットの磁極数とステータコアの巻線極形状を特異な関係にすることにより、モータ巻線の鎖交磁束をアップし、モータ効率アップによる省電力化やモータ自体を小形化したファン用モータの提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来のロータマグネットの磁極数とステータヨークの巻線脚数を３対１の比率にし、巻線脚先端にロータマグネットの１磁極とほぼ同じ幅となる２個の突極を保持し、ロータマグネットの２磁極分の磁束を１個のモータ巻線に鎖交させる単相モータの構造とし、モータ巻線の鎖交磁束をアップし、モータ効率のアップや、モータ自身の小形化を図るものである。
【０００８】
【実施例】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の請求項１に記載の第一の実施例を示すもので、２はロータコア、１は円環状のロータマグネットで、６極に着磁が施されている。８はロータマグネット１の磁極を検出するホール素子で、プリント基板（図示せず）に取り付けられている。７は珪素鋼板を打ち抜いて積層したステータコアで、２個の巻線脚５を有し、巻線脚５の先端にはそれぞれ２個の突極９と１０を有し、突極９，１０とロータマグネット１の間の空隙３は、一定ではなく不均一になっている。６は２個のモータ巻線である。マグネット磁極Ｎ１とＮ２の磁束は突極９と１０から巻線脚５を通して、反対側の磁極Ｓ２とＳ３に戻り、モータ巻線６に磁束が鎖交する。
【０００９】
図２は本発明のモータの縦断面図であり、２０は回転軸、２１はモータハウジングを示し、ハウジング２１内部に軸受け（図示せず）が内蔵されている。
【００１０】
ここで、図４の従来例と比較するために、本発明の磁極対数をｐ’，１ターン鎖交磁束をΦ’と表すと，従来例の磁極対数ｐ＝２に対して本実施例の磁極対数ｐ’は３でｐ’＝１．５ｐである。一方１ターン鎖交磁束を磁石に対向する突極の周方向長さに比例すると考えられるので，従来例のΦに対応する突極の周長は全円周のほぼ１／４であるのに対し，本実施例のΦ’に対応する突極９と１０の周長の和は全円周のほぼ２／６であるから，Φ’＝４／３Φである。従って，磁極対数と鎖交磁束数の積ではｐ’Φ’＝１．５ｐ＊４／３Φすなわち約２倍となる。しかしながら、ステータ巻線脚数が減少し、巻線を巻くことの出来るスロットの総断面積が約６０％に減少し、巻線６の巻線数は７７％に減少している。図４の従来例と比較すると、従来例の巻線数ｎに対して本実施例の巻数ｎ’は０．７７ｎとなっている。そして、（４）式から、本実施例のモータトルク定数Ｋｔ１はＫｔ１＝１．５Ｐ＊４／３Φ＊０．７７ｎ＝１．５４Ｐ＊Φ＊ｎ＝１．５４＊Ｋｔ（５）と表される。その結果、従来例と比較するとモータトルク定数が１．５４倍になり、モータが同じトルクを発生する場合には、モータ電流が６５％となり、３５％の電流を低減することが可能となる。
【００１１】
また、図３はステータコアヨーク７が薄板の電磁鋼板を積層して構成され、その最上面２７と最下面２８の電磁鋼板の突極部を回転軸方向となる各々上下逆方向２５，２６に折り曲げ、マグネットの内周面に対向させたもので、マグネットの磁束を集磁する効果がある。本構造を追加することで、モータトルク定数は従来例と比較して２倍にすることが可能となり、モータ電流を半減することが可能である。しかしながら，この集磁用延伸部を鋼板の折り曲げで作成するには追加作業が発生し，またその部分が肉厚になるために大きい渦電流損失が発生して効率を低下するという問題があった。
【００１２】
これらの問題点を解決するのが，請求項２である。請求項２（図示せず）は図３のステータ電磁鋼板をすべて軟磁性材料粉末を使用した圧粉鉄芯で構成したもので、上述の最上面と最下面の前記突極部を回転軸方向となる各々上下方向に、マグネットの内周面に対向し延びる形状を成形機により容易に製作することが可能であり、回転に伴って発生する鉄心内の渦電流損失が軽減されさらに高効率にすることができる。
【００１３】
また、図５は請求項３の実施例を示すもので、ステータコアヨーク７とモータコイル６とから構成されるステータ部組３０を電気角９０度位相差で回転軸方向に積み重ねた２相のブラシレスＤＣモータである。このように上述の単相モータを回転軸方向に積み重ねることで高効率の多相ブラシレスＤＣモータが製作可能となる。なおこの場合には，突極９，１０とロータマグネット１間の空隙を不均一にする必要はない。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によればロータマグネットの磁束をモータコイルに有効に鎖交させることが可能になり、従来例と比較すると、磁極対数ｐに対して本実施例の磁極対数は１．５ｐであり、鎖交磁束Φに対して本実施例では４／３Φである。磁極対数と鎖交磁束数の積では２倍となる。請求項１では従来例と比較してモータコイルの巻線数が０．７７ｎで、モータトルク定数では１．５４倍とすることが可能である。
更に、請求項２のようにステータ突極のマグネット対向面積を増加させることで、鎖交磁束を増加させモータトルク定数を従来の２倍にすることが可能となる。また、単相ブラシレスＤＣモータだけでなく、軸方向にステータ部組を積層することで、多相ブラシレスＤＣモータとして構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に成る請求項１に関するロータマグネットとステータコアの関係平面図
【図２】本発明に成る請求項１に関するロータマグネットとステータコアの関係断面図
【図３】本発明に成る請求項２に関連するロータマグネットとステータコアの関係断面図
【図４】従来のブラシレスＤＣモータのロータマグネットとステータコアの関係平面図
【図５】本発明に成る請求項３に関するロータマグネットとステータコアの関係断面図

Claims

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半径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される中心から半径方向外方に延びる２個の巻線脚を夫々有するステータコアと、該巻線脚先端から前記該マグネットの内周面に対向して半径方向に延びる突極とを有し、該巻線脚にはモータコイルが巻装され、前記該マグネットロータの磁極位置を検出するホ−ル素子を具備する単相ブラシレスＤＣモータにおいて、前記該マグネットロータの磁極数が該ステータコアの巻線脚数の３倍で、該巻線脚の先端に２個の突極を保持することを特徴とする単相ブラシレスＤＣモータ。
請求項１に記載のステータコアヨークが軟磁性材料粉末を使用した圧粉鉄心で構成され、その最上面と最下面の前記突極部を回転軸方向となる各々上下逆方向に前記マグネットの内径面に対向させる構造、を特徴とするの請求項１に記載の単相ブラシレスＤＣモータ。
請求項１，２において、前記ステータコアを回転軸方向に複数個積み重ねて多相を構成することを特徴とする多相ブラシレスＤＣモータ。
請求項１，２において、前記突極とロータマグネットの間の空隙を不均一にしたことを特徴とする請求項１、及び２に記載の、単相ブラシレスＤＣモータ。