JP6512936B2

JP6512936B2 - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP6512936B2
Application number: JP2015104062A
Authority: JP
Inventors: 肇山中; 望森本
Original assignee: 中川電化産業株式会社
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2035-05-22
Also published as: JP2016220430A

Description

本発明は、ロータとステータとを備えるブラシレスモータに関する。

自動車等の機器や装置には、様々なモータが用いられる。これらのモータは、ギアを組み合わせて各種装置を駆動する。また、省スペースが求められる場合は、ブラシ付モータが用いられる。

以下、図８〜図１０を用いて、従来のモータとギアの関係について説明する。
図８は従来のブラシ付モータとギアとの構成を説明する図、図９は従来のブラシレスモータの構造を説明する図、図１０は従来のブラシレスモータとギアとの構成を説明する図である。

図８に示すように、ブラシ付モータ２７は出力軸２８の延長方向と直行する方向の厚みｈ１が薄い形状であるので、出力軸２８にギア２９を組み合わせてもブラシ付モータ２７の厚みｈ１からギア２９が大きくはみ出すことがなく、全体を薄型とすることができる。

ここで、例えば車載用のモータでは、耐久性，静音声，制御性が求められており、ブラシレスモータを用いることが求められている。
図９に示すように、従来のブラシレスモータ３０は、ロータ３１とロータ３１を囲んで形成されるステータ３２とから構成される。周囲にステータ３２が配置される構成であるため、従来のブラシレスモータ３０は、ロータの出力軸２８の延長方向と直行する方向の厚みｈ２が厚くなる。

厚みｈ２が厚くなるため、図１０に示すように、従来のブラシレスモータ３０は、出力軸２８方向が垂直方向になるように立てて配置し、ブラシレスモータ３０の上方に水平にギア２９を配置していた。

特開２０１３−３１３１６号公報特開２０１２−１２２５４８号公報

しかしながら、従来のブラシレスモータ３０とギア２９との構成では、厚みがｈ３となり、およそギア２９の厚みの分だけ厚みｈ３が大きくなり、薄型化を阻害するという問題点があった。

本発明は、ブラシレスモータの厚みを薄くすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のブラシレスモータは、側面に異なる極性の磁極が交互に配列される円筒形のロータ磁石と、前記ロータ磁石の中心軸と軸心が一致するように設けられる出力軸と、前記ロータ磁石の前記側面を囲う位置に形成されるステータと、前記ステータ内に形成されて前記ロータ磁石を挟んで向かい合って形成される１対のステータコアと、それぞれの前記ステータコアに巻きつけて形成されるコイルと、前記ステータコアと電気的に接続されて磁極となる凸部が形成されるブリッジと、前記軸心方向の一方で前記ロータ磁石と隣り合って配置される制御基板と、前記ステータコアを挟んで前記ロータ磁石と向き合う位置に配置されて前記ステータコアと前記制御基板とを電気的に接続する一対の配線基板とを有し、ロータ磁石の極数は４極又は６極であり、ロータ磁石の回転方向において互いに隣り合う前記ステータコアの磁極と前記ブリッジの凸部の磁極とが逆極性であり、前記ブリッジの凸部と前記ステータコアとを合わせた極数が前記ロータ磁石の極数と同じであり、前記一対の配線基板間に前記ロータ磁石と前記ステータコアとが位置していることを特徴とする。

以上のように、コイルが巻かれるステータコアをロータ磁石の側面の一部にのみ向かい合って形成することにより、ロータ磁石の側面の残りの部分にコイルを有するステータコアが形成されないため、ブラシレスモータを寝かした状態での厚みを薄くすることが可能となる。

実施の形態１におけるブラシレスモータの構成を説明する概略図実施の形態１におけるブリッジを備えるブラシレスモータの構成例を説明する概略図実施の形態１における４極構造のブラシレスモータの構成例を説明する概略図実施の形態１におけるコイルをバイファイラ巻きしたブラシレスモータの構成例を説明する概略図実施の形態２におけるブラシレスモータの構成を説明する概略図実施の形態２におけるブラシレスモータのロータ磁石の位相のずれを説明する図本発明のブラシレスモータとギアとの構成を説明する図従来のブラシ付モータとギアとの構成を説明する図従来のブラシレスモータの構造を説明する図従来のブラシレスモータとギアとの構成を説明する図

自動車は、パワースライドドアやドアクローザ，サンルーフ等に電動モータが用いられる。自動車をはじめとする様々な機器や装置に使用されるモータは薄型化が要求され、同時に耐久性，静音声，制御性が求められている。そのため、耐久性，静音声，制御性を備えるブラシレスモータの薄型化が求められている。

本発明のブラシレスモータは、コイルが巻かれるステータコアをロータ磁石の側面の一部にのみ向かい合って形成することにより、ロータ磁石の側面の残りの部分にコイルを有するステータコアが形成されないことを特徴とする。

以下、図面を用いて本発明のブラシレスモータの実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
まず、図１〜図４を用いて実施の形態１におけるブラシレスモータについて説明する。

図１は実施の形態１におけるブラシレスモータの構成を説明する概略図であり、互いにＡ−Ａ’またはＢ−Ｂ’での断面図である。図２は実施の形態１におけるブリッジを備えるブラシレスモータの構成例を説明する概略図、図３は実施の形態１における４極構造のブラシレスモータの構成例を説明する概略図、図４は実施の形態１におけるコイルをバイファイラ巻きしたブラシレスモータの構成例を説明する概略図である。

図１に示すように、実施の形態１におけるブラシレスモータ１は、ステータ２とロータ３から構成される。ロータ３は、円柱形状のロータ磁石４と、ロータ磁石４の底面円６の中心を通ってロータ磁石４に組み込まれる出力軸５とから構成される。ロータ磁石４は側面７に異なる極性の磁極が等間隔に交互に形成される。図ではＳ極とＮ極を交互に合計６極の磁極を形成した場合を示しているが４極あるいはそれ以外でも良い。ステータ２は、ロータ磁石４の側面７の周囲に形成され、対になったステータコア８とそれぞれのステータコア８に巻きつけられるコイル９とから構成され、互いに磁極における極性が逆になるようにコイル９に流れる電流が調整される。ステータコア８は、ロータ磁石４の側面７の一部の周囲にロータ磁石４と一定の間隔を隔てて形成され、側面７の他の領域の周囲には形成されない。ステータコア８は、ロータ磁石４を挟んで向かい合って配置される。つまり、ステータコア８はロータ磁石４の底面円６を中心に点対称となるように配置される。

以上から、ステータコア８はロータ磁石４を挟んで向かい合う位置にのみ形成され、ロータ磁石４からステータコア８の形成方向に対して約９０°ずれた位置にはステータコア８は形成されない。そのため、ステータコア８はロータ磁石４を中心に全方向に形成されず、ロータ磁石４を中心に２方向のみに形成されるため、出力軸５の軸心方向に直行するステータ２の断面形状は円形でなく長方形になる。この長方形の短辺方向にはステータコア８が形成されないため、従来のロータ磁石４を中心に全方向にステータコア８が形成されるブラシレスモータに比べ、長方形の短辺方向の長さＬはステータコア８が２つ分短くすることができる。つまり、従来のブラシレスモータでは出力軸の軸心と直交する断面は円形になるのに対し、本発明のブラシレスモータ１では出力軸５の軸心と直交する断面は長方形となる。そのため、ブラシレスモータを配置した状態での高さを低くしたい場合、従来のブラシレスモータでは出力軸の軸心が垂直になるように配置する必要があるのに対し、本発明のブラシレスモータ１は断面の長方形の短辺が垂直となるように出力軸５の軸心が水平となるように配置することができる。そのため、本発明のブラシレスモータ１にギアを組み合わせてもブラシレスモータ１の厚みＬからギアが大きくはみ出すことがなく、全体を薄型とすることができる。

また、ブラシレスモータ１は制御装置が搭載される制御基板１０と制御基板１０と各コイル９とを電気的に接続する配線基板１１を備える。制御装置は各コイル９に電流を導通させるタイミング，電流の方向および電流量等を制御して、ステータコア８に生じる磁極の変化を制御してロータ３を回転させる。制御基板１０は出力軸５の突出方向と逆向きのステータ２の端部に設けられ、ブラシレスモータ１では出力軸５の軸心と直交する断面における長方形の少なくとも短辺方向からはみ出ない形状である。配線基板１１は例えば樹脂基板の内部に配線層を形成し、この配線層を介して制御基板１０と各コイル９とを電気的に接続する。あるいは配線基板１１として、ステータ２の周囲を保持するスペーサを流用し、スペーサに出力軸５と平行な方向の溝を形成し、溝内にコイル９と制御基板１０とを電気的に接続する導電線を配置しても良い。これにより、配線基板１１を省略でき、ブラシレスモータ１の幅を狭くしてさらに小型化することができる。

なお、ステータコア８は、十分に固定することができる場合は、磁極が発生してロータ磁石４と向かい合う部分とコイル９が巻きつけられる部分とを少なくとも備えれば良い。図１では、強度を確保するために、一対のステータコア８が互いに接続されている。ステータコア８が、磁極が発生してロータ磁石４と向かい合う部分とコイル９が巻きつけられる部分のみで構成される場合、ブラシレスモータ１の厚みＬはロータ磁石４の径に依存されるのみであり、薄型には有利である。

また、上記ステータ２において、ステータコア８を延長してステータコア８に生じる磁極の極性と逆極性の磁極を、ロータ磁石４の側面７のステータコア８と向かい合う位置と異なる側面７の部分に向かい合う位置に形成しても良い。

図２に例示するステータ１２は、ロータ磁石４を挟む位置に１対のステータコア１３が設けられる。図１のステータ２と同様に、磁極が発生する磁極１６において、一対のステータコア１３はロータ磁石４を挟んで向かい合う。それぞれのステータコア１３はブリッジ１４を備え、ブリッジ１４の端部に凸部が形成されて２箇所の逆磁極１５が形成される。逆磁極１５は磁極１６と極性が逆となる。逆磁極１５は磁極１６に対して、ロータ磁石４の底面円６の中心からそれぞれ６０°，−６０°ずれた位置で、ロータ磁石４の側面７と向かい合う位置に形成される。

このように、ステータ１２ではそれぞれのステータコア１３に対して２つの逆磁極１５と磁極１６とを形成することができ、１対のステータコア１３で６極の磁極を形成することができる。また、１対のステータコア１３は、ロータ磁石４の底面円６の中心に対して互いに１８０°ずれた位置に形成されるため、６極の磁極はそれぞれ隣り合う磁極と等間隔に６０°ずれて形成される。そのため、図１の２つの磁極からなるステータ２よりも、より効率良くロータ磁石４を回転させることができる。そして、逆磁極１５はブリッジ１４を介して形成され、ステータコアとコイルとを形成しないので、図１に示すブラシレスモータ１と同様に、図２に示すブラシレスモータも断面が長方形の薄型化することができる。

また、図１，図２に示すブラシレスモータ１は、６極のロータ磁石４を用いた例を示した。ロータ磁石４の極性は６極に限らず４極であっても良い。
図３に例示するように、ロータ磁石４は側面７にＳ極とＮ極が交互に等間隔に合計４極形成されている。ステータ１７は、図２と同様に、ロータ磁石４挟んで向かい合う位置に一対のステータコア１３が形成される。一対のステータコア１３の磁極１６の極性は同極性となるようにコイル９の電流を制御する。さらに、図２と同様にブリッジ１４を設けてブリッジ１４の先端に磁極１６と逆極性の逆磁極１８を設けても良い。逆磁極１８は磁極１６に対して、ロータ磁石４の底面円６の中心からそれぞれ９０°，−９０°ずれた位置に形成される。

また、図１〜図３を用いて説明したブラシレスモータにおいて、コイルは様々な構成とすることができる。
まず、図２，図３に示すように、コイル９をモノファイラ巻にすることができる。モノファイラ巻はステータコア１３それぞれに対して１本の導線を巻きつけてコイル９が形成される。各導線の両端にはそれぞれ端子１９が形成され、制御基板１０（図１参照）と電気的に接続されて、コイル９に流れる電流量および電流の向きが制御され、コイル９は二相全波駆動される。

また、図４に示すように、コイル９をバイファイラ巻にすることができる。バイファイラ巻はステータコア１３それぞれに対して２本の導線を巻きつけてコイル９が形成される。各導線の一端にはそれぞれ端子２０が形成され、他端は共通の端子２１に接続される。つまり、１つのコイル９に３つの端子が設けられる。一端に接続される端子２０は同じ信号が入力し、多端に接続される端子２１はその信号と逆位相の信号が入力される。そのため、コイル９を構成する導線は逆向きの電流が導通される。３つの端子は、制御基板１０（図１参照）と電気的に接続されて、コイル９に流れる電流量および電流の向きが制御される。コイル９は四相半波駆動される。２つのコイル９が形成される場合、二相全波駆動を制御するために８つのスイッチング素子を必要とするのに対し、四相半波駆動の場合、４つのスイッチング素子で２つのコイル９を制御することができる。なお、図４では逆磁極１５が形成される場合を例示しているが、図１のように逆磁極が形成されない場合にもバイファイラ巻を適応することができる。また、ロータ磁石４は６極に限らず４極とすることもできる。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２におけるブラシレスモータの構成について図５，図６を用いて説明する。

図５は実施の形態２におけるブラシレスモータの構成を説明する概略図、図６は実施の形態２におけるブラシレスモータのロータ磁石の位相のずれを説明する図である。なお、図５においてブラシレスモータは内部構造が見えるように透視的に示している。

図５に示すように、実施の形態２におけるブラシレスモータ２２は、ロータ２３として実施の形態１のロータのロータ磁石４にさらにロータ磁石２４が積層され、実施の形態１におけるステータ２にさらにステータ２５が積層される構成である。ロータ２３は、底面円６が平行になるようにロータ磁石４およびロータ磁石２４が積層され、出力軸５の中心軸がロータ磁石４およびロータ磁石２４の４つの底面円６の中心を通るように出力軸５が設けられる。ステータ２５はステータ２と同じ構成であり、ステータ２と同様にロータ磁石２４の周囲に設けられる。そして、図６に示すように、ロータ２３のロータ磁石４とロータ磁石２４とが、互いに位相が９０°ずれるように配置される。

このように、実施の形態１と同様にブラシレスモータ２２の断面を長方形にして薄型にすることができると共に、ロータ磁石４，２４とステータ２，２５が積層され、ロータ磁石４とロータ磁石２４の位相とが互いに９０°ずらされることにより、ロータ２３の回転を効率良く制御することが可能になり、コギングが抑制される。

なお、実施の形態１と同様に、ステータ２，２５は逆磁極を設ける構成としても良い。また、ロータ磁石４，２４は６極としても４極としても良い。また、コイルは、モノファイラ巻きにしてもバイファイラ巻にしても良い。さらに、ロータ磁石およびステータを２層に積層することに限らず、３層以上積層しても良い。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３として本発明のブラシレスモータにギアを組み込んだ構成について図７を用いて説明する。

図７は本発明のブラシレスモータとギアとの構成を説明する図である。なお、図７においてブラシレスモータは内部構造が見えるように透視的に示している。
図７に示すように、ブラシレスモータ２２は、ロータ磁石４，２４の全周にわたってコイル９が形成されないので、出力軸５に直行する方向の断面が長方形になる。そのため、長方形の短辺が垂直方向を向くようにブラシレスモータ２２を配置することにより、ブラシレスモータ２２の厚みＬは短辺の長さとなり、ブラシレスモータ２２は薄い状態で配置される。このように配置されたブラシレスモータ２２の出力軸５は水平方向に延びる。ギア２６は、このように水平方向に延びる出力軸５に水平に配置されて組み合わされる。そのため、ギア２６はほぼブラシレスモータ２２の厚みＬの範囲内に配置されるため、全体の厚みはＬ程度となり、薄型化される。

なお、図７ではブラシレスモータ２２を例に示したが、実施の形態１におけるブラシレスモータ１（図１参照）でも同様である。

１ブラシレスモータ
２ステータ
３ロータ
４ロータ磁石
５出力軸
６底面円
７側面
８ステータコア
９コイル
１０制御基板
１１配線基板
１２ステータ
１３ステータコア
１４ブリッジ
１５逆磁極
１６磁極
１７ステータ
１８逆磁極
１９端子
２０端子
２１端子
２２ブラシレスモータ
２３ロータ
２４ロータ磁石
２５ステータ
２６ギア
２７ブラシ付モータ
２８出力軸
２９ギア
３０ブラシレスモータ
３１ロータ
３２ステータ

Claims

側面に異なる極性の磁極が交互に配列される円筒形のロータ磁石と、
前記ロータ磁石の中心軸と軸心が一致するように設けられる出力軸と、
前記ロータ磁石の前記側面を囲う位置に形成されるステータと、
前記ステータ内に形成されて前記ロータ磁石を挟んで向かい合って形成される１対のステータコアと、
それぞれの前記ステータコアに巻きつけて形成されるコイルと、
前記ステータコアと電気的に接続されて磁極となる凸部が形成されるブリッジと、
前記軸心方向の一方で前記ロータ磁石と隣り合って配置される制御基板と、
前記ステータコアを挟んで前記ロータ磁石と向き合う位置に配置されて前記ステータコアと前記制御基板とを電気的に接続する一対の配線基板と
を有し、
ロータ磁石の極数は４極又は６極であり、
ロータ磁石の回転方向において互いに隣り合う前記ステータコアの磁極と前記ブリッジの凸部の磁極とが逆極性であり、
前記ブリッジの凸部と前記ステータコアとを合わせた極数が前記ロータ磁石の極数と同じであり、
前記一対の配線基板間に前記ロータ磁石と前記ステータコアとが位置していることを特徴とするブラシレスモータ。
前記ステータコアと前記コイルとを備える前記ステータが前記ステータコアの配置位置が重なるように２層積層され、互い重なる位置に配置される前記ステータコアで発生する磁極の磁界の位相が９０°ずれることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
前記コイルがバイファイラ巻またはモノファイラ巻で前記ステータコアに巻きつけられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のブラシレスモータ。