JPH011461A - ブラシレスモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の対象〕 この発明はブラシレスモータに関し、とくに、リラクタ
ンスモータ、ＤＣモータ、ステンピングモータ、す〜ボ
モータとして有用なブラシレスモータに関する。

（技術分野〕 最近における各種産業機器の小形軽鼠化、高性能化の進
展に伴ない、小形、高性能のブラシレスモータが要望さ
れている。従来のブラシレスモータでは、軸方向に直角
な平面においてステータとかご形ロータとにより閉ルー
プの磁気回路を形成するため、磁束はステータの内部を
周方向に通過し、ロータの外周の一方を通ってロータの
外周の他方に通過し、エアギャップを介して再びステー
タに流入する界磁構造となっている・このため。

磁気回路の長さが必然的に大きくなって、磁気抵抗が大
きくなり、効率が悪い、この傾向は、ブラシレスモータ
が大容欧になればなるほど、ステータとロータが大形化
するため、顕著となる。さらに、一般のブラシレスモー
タでは固定子の特殊な構造のために、駆動巻線の占積率
を向−１〕させることができず、より一層の高効率化、
小形薄形化を図ることは困累であった。

この問題を解決するために、プリントモータと称するフ
ラットモータが提案されている。このプリントモータは
直流モータであり、ステータの平面１−に多数の永久磁
石をＮｐＡとＳ極とが交互になるように配置し、この永
久磁石にアマチュア巻線を備えたディスクロータを対向
させ、コミュテータとブラシを介してアマチュア巻線に
駆動１１を流を供給する構造となっている。この型式の
フラットモータは磁気回路においてロータとステータヨ
ーク間に磁気コイルまたはアマチュア巻線があるために
エアーギャップが必然的に大きくなって磁気抵抗が大き
い欠点がある。さらに各コイルまたはアマチュア巻線の
対象磁場が分散されていて、これらコイル又は巻線の対
象磁場領域が大きくなり、同一磁極に対する磁束密度が
低い欠点がある。

そのため磁界が弱くなってモータの効率が悪く、より一
層の小形軽量化。

高性能化が国璽である。さらに、プリントモータでは、
機械的な摺動、摩耗部があるために信頼性が低く、定期
的な保守点検の必要があるだけでなく、火花、ノイズが
発生するために使用環境条件に大きな制約があった。

機械的整流作用による高速領域における過負荷耐量にも
限界があった。したがって、このモータは高速回転には
適さず、振動、衝撃、高温等の環境条件の場所では使用
できず、さらには、経年変化によりモータの特性が劣化
するという欠点があった。

〔発明の目的〕

そこでこの発明の目的は高効率で小形軒に化、高効率化
が可能で信頼性の高いブラシレスモータを提供すること
にある。

この発明の他の目的は超薄形化が可能なブラシレスモー
タを提供することにある。

本発明の他の目的は駆動巻線の対象磁場領域を狭くして
同一磁極に対する磁束密度を高めることにより磁界を強
くして、高効率で小形軽量のブラシレスモータを提供す
ることにある。

この発明の他の目的は機械的な慴動、摩耗部をなくシ、
保守点検が不要で、イマ頼性の高いブラシレスモータを
提供することにある。

この発明の他の目的は高速回転に適し、過負荷耐量が大
きく、振動、衝撃、高温等の環境条件にも強いブラシレ
スモータを提供することにある。

この発明の他の目的は構造が簡単で１巻線作業ならびに
組立が容易であり、小容量機から大容量機まで実用可能
な低コストのブラシレスモータを提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明のブラシレスモータは、複数のスロットにより周
方向に分割され。

かつ、軸方向に延びるセグメントからなる第１環状セグ
メント磁極と、第１環状セグメント磁極と同一平面に形
成され、がっ、軸方向に延びる第２環状磁極と、前記セ
グメントを囲むように配置され、前記第１．第２環状磁
極を励磁して軸方向に平行な平面内に閉ループの磁気回
路を形成して磁気回路長を大幅に少なくシ、前記第１、
第２環状磁極にエアギャップを介して対向する複数の円
・Ａ磁極を有するディスクロータを備えたことを特徴と
する。

（実施例〕 この発明による３相ブラシレスモータの好ましい実施例
を第１図に」λづいて説明する。第１図において、ブラ
シレスモータ１０は軟鉄またはソリッド・アモルファス
金属等の高透磁率材料からなる環状ステータ１２と、デ
ィスク・ロータ１４と、カバー１５とを備える。環状ス
テータ１２はベアリング１６．１８を介してロータ１４
の出力４ｔｌｌ１２０を回転可能に支持する。ベアリン
グ１６はネジ】５によりステータ１２にＩＡ７定さＪし
たベアリング押え１：３によって所定位置に保持される
。環状ステータ１２には第１相ないし第３相の即動巻線
２２，２３．２４が配置される。

環状ステータ１２は内部環状磁極２６と、外部環状ｌＪ
＆極２８と、中央環状セグメント磁極３０とを備える。

環状スペース３２が内部環状磁極２６と中央環状セグメ
ント磁極３０との間に形成され、一方、環状スペース３
４が外部環状磁極２８と中央環状セグメント磁極３０と
の間に形成される。駆動巻線２２，２３．２４は曲率半
径の異なる環状スロット３２゜３４内に配置される。内
部環状磁極２６．外部環状磁ｔ４２２Ｂ、！；よび中央
環状セグメント磁極３０の後部は環状ステータヨーク３
Ｇにより磁気的に結合される。

第２図より明らかなように、中央環状セグメント磁極３
０は周方向に定間隔で形成された複数のセグメント又は
円弧磁ｌ４ｉ３０ａと、これら磁極間に形成されたラジ
アルスロット３０ｂを備える。第１相〜第３相駆勅巻線
２２．２３．２４は環状スロット３２．３４とラジアル
スロット３０ｂ内に電気角で１２０°ずつ位相がづれる
ように配置される。すなオ〕ち、第２図において、３相
モータ１０は１２スロット３０ｂ、１２セグメント磁極
３０ａを備え、各駆動巻線は３個のセグメント磁極を囲
むように配置されて４極構造をなしている。駆動巻線２
２，２３．２４の具体的な結線の一例が第３図に示され
る。

前述したように、第３図において、駆動巻線２２，２３
．２４は各々コ】個づつのセグメント３０ａを囲み、８
極構造をとるように配列される。駆動巻線２２，２３．
２４はそれぞれ入力端Ｒ，Ｓ、Ｔを介して３相交Ａ電源
に接続され、３相交流電力が供給されたときに各グルー
プの磁極はＮ極とＳ極となるように励磁される。このよ
うに励磁されたときに、磁束φは中央環状セグメントａ
ｔＪｉ３０からディスクロータ１４を通過して内部環状
磁極２６および外部環状磁ＩｆＩ２８に入り、そこから
環状ステータヨーク３６を経由して再び中央環状セグメ
ント磁極３０に入って閉ループをなすようになっている
（第１，２図参照）。

第１図、４図において、ディスクロータ１４はステンレ
ス、銅またはアルミ等の４電竹材料からなるロータディ
スク４０からなる。ロータディスク４０は回転軸２０の
小径部２０ａに圧入またはキー（図示せず）その他の適
当な手段で固定されたカラー４２にネジ４４で固定され
る。ロータディスク４０の同一平面には曲率半径の異な
る第１、第２の環状ロータ４６゜４８がそれぞれネジ５
０．５２により同心的に支持される。

第１環状セグメントロータ４Ｇはロータディスク４０に
接続されたロータバー５４と円弧状エンドプレート５６
を備えた制御ｔｌｉ巻線とケイ素１等の１１層鋼板また
はソリッドのアモルファス金属等の高透磁率材料からな
る４個の円弧状鉄心５８からなる円弧磁極を備える。第
２環状セグメントロータ４８はロータディスク４０に接
続されたロータバー６０とエンドプレート６２を備えた
制動巻線と高透磁性材料からなる４個の円弧状鉄心６４
からなる円弧磁極を備える。

第１図より明らかなように、第１環状セグメントロータ
４６の内周および外周はそれぞれエアギャップを介して
内部環状磁極２６と中央環状セグメント磁［３０と対向
する。同様に、第２環状セグメントロータ４８の内周お
よび外周はそれぞれギャップを介して中央環状セグメン
ト磁ｔ＋３ｏと外部環状磁＋６２８と対向する。

１−記構底において、駆動巻線２２，２３．２４を入力
端Ｒ，Ｓ、Ｔを介して３相交流電源に接続すると、環状
ステータ１２に回転磁界が生じてディスクロータ１４の
環状セグメントロータ４６，４８の円弧磁極５８゜６４
が吸引されて、ロータ１４は連続的に回転する。このと
き、磁束φは、第１図において、中央環状セグメント磁
極３０から円弧状鉄心５８．６４へ進入し、そこからそ
れぞれ内部環状磁極２Ｇ、外部環状磁極２８を経てステ
ータヨーク３６を通過して中央環状セグメント磁極３０
に戻る。このとき、第１．第２セグメントロータ４６，
４８は回転磁界に同期しながら回転する。いま、負荷の
急変動等によりディスクロータ１４の同期が外れようと
すると、ロータバー５４．６０は同時に磁束φを切るこ
とになり、フレミングの右手の法則によって定まる方向
にうず電流を生じ、その結果ロータバー５４．６０には
フレミングの左手の法則による電磁力が生じ、ディスク
ロータ１４の同期外れを防止するように作用する。

１−記実施例は３相交流のフラノ１−モータに適用した
ものとして説明したが、本発明のブラシレスモータはＷ
ＩＡｍＪ巻線を９０″′づつづらして２相パルスモータ
、２相ホールモータ、シンクロナスモータ、あるいは単
相交流回期モータにも適用できる。またフラットモータ
のみでなく、中央環状セグメント磁極Ｘ３０および内部
、外部環状磁極２Ｇ、２８を円筒状に延長して円筒形モ
ータとしても良いことは云うまでもない。

〔効果〕

以十より明らかなように、本発明のブラシレスモータで
は、駆動巻線により発生した磁束を中央環状セグメント
磁極と、内部環状磁極および外部環状６Ｊ＆極と環状ス
テータヨークとに集中させ、駆動巻線の対象磁場領域を
狭くして、同一磁極に対する磁束密度を著しく高めるこ
とができ、ロータに作用する有効磁束密度を著しく増大
できる。しかも、閉ループの磁気回路をモータ軸に平行
な平面内に形成して、磁気回路長を短縮したため、磁気
抵抗を大幅に減少できる。これら２つの利点により、ブ
ラシレスモータの高効率化と高性能化を図ることができ
る。その結果、ブラシレスモータの小形軽量化、薄形化
が図れる。さらに、各相の駆動巻線の断面中３辺が良熱
伝導体で高透磁率の環状ステータに囲まれているため、
駆１！１１巻線の熱伝導面積が著しく増大して巻線の熱
放散が極めて効率的であり、モータの過負荷１駄が著し
く増加する。さらに、ステータおよびロータならびに駆
動巻線の構造を極めて簡略化したため、加工および巻線
作業ならびに組立が従来に比して極めて簡単となり、し
たがって、低コストのブラシレスモータを提供すること
ができる。なお１本発明のブラシレスモータは構造簡単
で頑丈なため、高速大出力用にも適し、高頻度の加減速
運転に耐え高温。

低温の環境性に優れ、しかも連続使用による運転性能の
劣化がなく、畏寿命である等実用１−の効果が大である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の望ましい実施例による３相ブラシレス
モータの一部断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線からみ
た断面図の一部、第３図は第１図の駆動巻線の具体的な
結線を示す図、第４図は第１図のディスクロータのＢ−
ｒ３線からみた平面図をそれぞれ示す。 １２・・・・・・・・環状ステータ １４・・・・・・・ディスクロータ ２２〜２４・・・・・・・・・駆動巻線２０・・・・・
・・・・回転軸 特許出願人　株式会社ハイテク研究所 柔／ＩＥ 口。 阜２図 見３Ｆ！］

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数のスロットにより周方向に分割され、かつ軸方
   向に延びる複数のセグメントからなる第１環状セグメン
   ト磁極と、前記第１環状セグメント磁極と同一平面に形
   成され、かつ、軸方向に延びる第２環状磁極と、前記セ
   グメントを囲むように配置され、前記第１、第２環状磁
   極を励磁する複数の駆動巻線を備えた環状ステータと、
   前記環状ステータの前記第１、第２環状磁極にエアギャ
   ップを介して対向する、周方向に配列された複数の円弧
   磁極を有する環状セグメントロータを備えたブラシレス
   モータ。 ２、前記環状ステータが前記第１、第２環状磁極と一体
   の環状ステータヨークを備えたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のブラシレスモータ。 ３、前記環状セグメントロータの各々の円弧磁極が制動
   巻線を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載のブラシレスモータ。 ４、前記円弧磁極の内周及び外周がそれぞれ前記第１、
   第２環状磁極に対してエアギャップを介して対向したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項記載
   のブラシレスモータ。 ５、内部環状磁極と、複数のスロットにより周方向に分
   割された複数のセグメントからなる中央環状セグメント
   磁極と、前記内部環状磁極と前記中央環状セグメント磁
   極と同一平面に形成された外部環状磁極と、前記セグメ
   ントを囲むように配置され、前記中央環状セグメント磁
   極と前記内部および外部環状磁極とを励磁する複数の駆
   動巻線を備えた環状ステータと、前記環状ステータにエ
   アギャップを介して対向する、周方向に配列された複数
   の円弧磁極を有する環状セグメントロータとからなるブ
   ラシレスモータ。 ６、前記環状ステータが前記内部および外部環状ステー
   タと、前記中央環状セグメント磁極と一体の環状ステー
   タヨークを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第５
   項記載のブラシレスモータ。 ７、前記環状セグメントロータが前記内部環状磁極と前
   記中央環状セグメント磁極とにエアギャップを介して対
   向する第１環状セグメントロータと、前記外部環状磁極
   と前記中央環状セグメント磁極とにエアギャップを介し
   て対向する第２環状セグメントロータとを備えたことを
   特徴とする特許請求の範囲第５項または第６項記載のブ
   ラシレスモータ。