JP4741880B2 - Ｄｃブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣブラシレスモータに関し、特に自動ドア駆動用として好適なＤＣブラシレスモータに関する。

従来、この種のブラシレスモータは特許文献１及び２に例示されるように各種改良が図られているが、それらの代表的な基本構造を図６により説明する。
図６はインナーロータ型のＤＣブラシレスモータであって、ステータ（固定子）１とロータ（回転子）５とにより構成され、そのステータ１は、内壁にスロット２を介して等間隔に歯部（ティース）３が配置されるとともに各歯部３にコイル４が巻装され、ロータ５は、ロータコア６の外周に複数の永久磁石７の磁極を取り付け、その磁極Ｎ，Ｓをステータ１の前記歯部３の内周に対面状に配置して回転可能に組み付けた構造である。
このブラシレスモータは、ロータ５の磁極Ｎ，Ｓの位置に対応して回転磁界が生ずるようにコイル４の通電を制御することにより運転、つまりロータ５を回転させるものである。

特開平６−２６１５１３号公報 特開平９−２３３７４６号公報

上記の従来構造においては、ステータ１の歯部３の構造として、スロット２を形成する関係から、各歯部３には、ロータ５に対面する主面部３ａの両側に薄肉状のエッジ３ｂの存在を余儀なくされ、それらが隣り合う歯部３,３のエッジ３ｂ,３ｂ間にスロット入口部（微小間隙）２ａを介して近接している。そのために、コイル４に通電されて回転磁界を生起する際に前記エッジ３ｂからロータ５の永久磁石７側へ向かう磁束密度が主面部３ａより高くなる。すなわち、スロット入口部２ａ近傍に磁束の高密度部分が生ずる。
しかるに、回転するロータ５の磁極Ｎ，Ｓの境界部が前記磁束の高密度部分を横切るたびに磁束横切り音（コギング音又は電気音）が発生し、それがモータの運転中に連続して発生し続けるために、マンションの自動ドア用駆動モータとして使用する場合など設置場所によっては不快音の原因となる不具合があった。

上記不具合を解消するために、複数の前記スロット入口部２ａのそれぞれに棒状の磁性杆を挟み入れることも考えられるが、その磁性杆を各スロット入口部２ａに安定して取り付け固定することが難しく製作上の問題から実用的ではなかった。

本発明は上記事情に鑑みて、従来不具合となっている不快音（コギング音又は電気音）の発生を簡単な構成により防止し、製作容易にして静音化が達成できるＤＣブラシレスモータを提供することを目的とする。
また、本発明は、上記課題を解決するために講じる手段によって新たに生じる問題点、詳しくはモータの発熱および出力トルクの低下を解消することを目的とする。

斯る本発明は、内壁にスロットを介して等間隔に歯部が配置され各歯部にコイルが巻装されたステータと、前記歯部の内周に配置される複数の永久磁石の磁極を有するロータとを含むＤＣブラシレスモータにおいて、薄肉磁性材からなる薄肉円筒を前記歯部の内周面に接合して装着したものである。
それにより、ステータの各歯部のエッジ内面が薄肉円筒によって覆われるので、それら各エッジからロータ側へ向かう磁束密度が弱まり高密度化が抑制されて不快音の発生を防止できる。

一方、上記歯部の内周面に磁性材である薄肉円筒が配置されることで、薄肉円筒に導電率があるため渦電流が発生することに基因し、薄肉円筒の鉄損が多くなって発熱の原因となるので、その発熱を抑制することが好ましい。
そこで、上記薄肉円筒が、長さ方向へ複数に分割された短筒の集合であるとともにその短筒間に空隙を設けて配置されているようにすることが最適である。それによれば、空隙の介在により短筒間が絶縁されて、各短筒に発生する渦電流が分断されるので、全体として大きな渦電流の発生を防止することができる。

また、上記歯部の内周面に薄肉円筒が配置されるために、各歯部の主面部からロータ側へ向かう磁束密度も弱まり、それが基因してモータ出力が低下するおそれがある。
そこで、モータ出力の低下を最小とするために、上記各短筒には、対面するスロット入口部近傍を残して窓孔を開口する構成とすることが好ましい。すなわち、磁束の高密度部分となる歯部の各スロット入口部近傍は、その内面を薄肉円筒（短筒）により最大限に覆い、歯部の主面部は、その内面を窓孔により開放しておくようにする。それによれば、歯部の主面部からロータ側へ向かう磁束密度の弱まりを防止できる。

さらに、上記薄肉円筒は短筒の集合だけに限られるものではなく、らせん溝が介在する螺旋筒とすることもよい。
この螺旋筒とすることにより、歯部のエッジ内面を適度に覆うことができるとともにらせん溝が空隙となって大きな渦電流の発生を阻止して発熱の抑制が可能である。

本発明によれば、薄肉磁性材からなる薄肉円筒を前記歯部の内周面に接合して装着したことにより、ステータの各歯部のエッジからロータ側へ向かう磁束密度が弱まるので、コギング音又は電気音といわれる不快音の発生を防止して、自動ドア用モータに適用すれば自動ドア周辺における静音化が達成できるとともに薄肉円筒を装着する簡素な構造であるので、製作容易にして安価な改良ブラシレスモータを提供することができる。
そして、薄肉円筒を装着したことにより発生する渦電流の増大化を防ぐので、モータの発熱を抑制することができて耐久性を確保することができる。
また、薄肉円筒（短筒）に開口した窓孔によってステータの各歯部の主面部からロータ側へ向かう磁束密度の弱まりを防ぐので、モータ出力の低下を抑制して実用上の出力を確保することができる。

さらに、螺旋筒の形状により歯部のエッジ内面を覆う部分と空隙部分が一つの部材により適度に構成されるので、不快音の抑制と発熱の抑制を可能にする簡単な構成からなる薄肉円筒とすることができる。

本発明の実施の形態を、起動・停止の頻度が比較的多い自動ドア駆動用のブラシレスモータについて図面により説明する。
図１〜図３は第１実施例を示し、その図２から理解されるように、基本構造は背景技術で説明した従来モータの基本構造（図６参照）と同一であるので、それらと同一部材は同一の符号を付して詳細説明を省略する。つまり、第１実施例は、図６の基本構造に薄肉円筒である短筒１０ａ，１０ｂ，１０ｃを付設したものである。
なお、図１において、符号８はロータコア６に固着したモータ軸、符号９はモータハウジングであり、ロータ５の磁極Ｎ，Ｓの位置を検出するホール素子については図示を省略している。

短筒１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、鉄板や珪素鋼板など磁性材を薄肉円筒状に形成したもので、その外径はステータ１の歯部３の内周面に接合する寸法とし、長さは、三個の短筒とも略同一にするとともに三個の短筒の総計が歯部３の長さよりも短い寸法になるようにする。
この短筒１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、それぞれをステータ１内に圧入することにより歯部３の内周面に嵌合し、必要に応じて接着剤を介して歯部３の内周面に接合一体的に取り付ける。そして、各短筒間は離間した状態に配置、すなわち短筒１０ａと短筒１０ｂとの間および短筒１０ｂと短筒１０ｃとの間にそれぞれ空隙Ｃを設けて配置するようにする。

この第１実施例によれば、ステータ１の歯部３内周面は、空隙Ｃ部分を除いた略全体が短筒１０ａ，１０ｂ，１０ｃにより覆われる構造となる。したがって、各歯部３のエッジ３ｂからロータ５側へ向かう磁束密度は短筒１０ａ，１０ｂ，１０ｃの介在により希釈されて弱まるので、その磁束部分を回転するロータ５の磁極Ｎ，Ｓの境界部が横切るときでもコギング音又は電気音と外部から認識される音発生に至らず、結果として不快音の発生を防止することができる。
また、各短筒間に設けた空隙Ｃにより短筒１０ａ，１０ｂ，１０ｃが離間しており、それによって各短筒１０ａ，１０ｂ，１０ｃに発生する渦電流が分断されるので、大きな渦電流の発生を防止して鉄損による発熱を最小に抑制することができる。

図４は薄肉円筒である短筒を他の実施形態とした第２実施例を示し、この図４は、説明の便宜上、ステータ１の平面図と短筒２０ａ，２０ｂ，２０ｃの正面図それぞれを対向する部分展開図として示したものである。
短筒２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、第１実施例の短筒１０ａ，１０ｂ，１０ｃと同質で、ステータ１への装着方法も同様であるが、各短筒１０ａ，１０ｂ，１０ｃには、それぞれに所定間隔をおいて窓孔２１ａ，２１ｂ，２１ｃを開口する。詳しくは、ステータ１の各歯部３の主面部３ａに対向する部分に窓孔２１ａ，２１ｂ，２１ｃを開口し、隣り合う歯部３のエッジ３ｂ，３ｂ部分、換言すれば、スロット入口部２ａの近傍に対向する部分は覆い部２２ａ，２２ｂ，２２ｃとして各窓孔２１ａ，２１ｂ，２１ｃの間に残した構造である。

この第２実施例によれば、前記覆い部２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより磁束の高密度部分であるスロット入口部２ａの近傍が覆われるので不快音の発生を防止し、各短筒間の空隙Ｃにより発熱を抑制することは第１実施例と同様であるが、それに加えて、各歯部３の主面部３ａから回転磁界の磁束が、短筒に遮られることなく各窓孔２１ａ，２１ｂ，２１ｃを通してロータ５へ向かうので、その磁束密度の強さを維持してモータ出力を確保することができる。

図５は、薄肉円筒をさらに他の実施形態である螺旋筒３０とした第３実施例を示す。
螺旋筒３０は、磁性材からなる細帯薄板を図５（ｂ）に示すように螺旋状に形成したものであり、その螺旋部ごとにらせん溝３１が介在する形態である。
この螺旋筒３０は、図示しないガイド棒を使用して縮径方向に巻き込むことにより外径を細くした状態にし（図５（ａ）参照）、その状態を保持したままステータ１内の所定位置に差し込み、その後に螺旋筒３０自体の復元力により拡径させることによりステータ１の歯部３の内周面に圧接させ、必要に応じ接着剤を塗布して歯部３の内周面に接合一体的に取り付ける。

この第３実施例によれば、ステータ１の歯部３内周面は、らせん溝３１部分を除いた略全体が螺旋筒３０により覆われる構造となる。したがって、第１実施例と同様に、各歯部３のエッジ３ｂからロータ５側へ向かう磁束密度が弱まるので、不快音の発生を防止できる。また、らせん溝３１が前述した空隙Ｃと同等の役割を果たして大きな渦電流の発生を防止し、螺旋筒３０を装着したことに基因した鉄損による発熱を最小に抑制することができる。

なお、上記第１実施例では、薄肉円筒として三分割した短筒の場合を説明したが、二分割または四分割ないしそれ以上に分割することも任意である。同様に、上記第２実施例においても短筒の分割数に制限されるものではない。

本発明ＤＣブラシレスモータの断面正面図である。 図１の（２）−（２）線に沿う断面平面図である。 第１実施例の薄肉円筒（短筒）を示す斜視図である。 第２実施例の薄肉円筒（短筒）を説明するステータの平面図と短筒の正面図それぞれを対向させた部分展開図である。 第３実施例の薄肉円筒（螺旋筒）を示す斜視図であって、その（ａ）は装着させるための縮径状態を示し、（ｂ）は装着させた拡径状態を示す。 従来モータの基本構造を示す断面平面図である。

１：ステータ ２：スロット ２ａ：スロット入口部
３：歯部 ３ａ：主面部 ３ｂ：エッジ
４：コイル ５：ロータ ７：永久磁石
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ：短筒
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ：短筒
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ：窓孔
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ：覆い部
３０：螺旋筒 ３１：らせん溝 Ｃ：空隙

Claims (2)

1. 内壁にスロットを介して等間隔に歯部が配置され各歯部にコイルが巻装されたステータと、前記歯部の内周に配置される複数の永久磁石の磁極を有するロータとを含むＤＣブラシレスモータにおいて、薄肉磁性材からなる薄肉円筒を前記歯部の内周面に接合して装着し、その薄肉円筒が、長さ方向へ複数に分割された短筒の集合であるとともにその短筒間に空隙を設けて配置されていることを特徴とする自動ドア駆動用ＤＣブラシレスモータ。
2. 上記各短筒には、対面するスロット入口部近傍を残して窓孔を開口したことを特徴とする請求項１記載の自動ドア駆動用ＤＣブラシレスモータ。

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