JPH01274655A - ブラシレスｄｃモータのステータ - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、永久磁石ロータを用いるラジアル・エアギ
ャップ形のブラシレスＤＣモータにおけるステータの構
造に関するものである。

更に詳しく述べると、この発明は軟磁性金属板を折り曲
げて磁極片を形成した２個のヨーク板と、両ヨーク板間
を磁気的に短絡する複数本の軟磁性短絡棒と、両コーク
板間に配置される円環状コイルを具備したブラシレスＤ
Ｃモータのステータに関するものである。

〔従来の技術〕

ブラシレスＤＣモータのステータ構造としては有鉄心形
と無鉄心形とがある。有鉄心形ステ−タは所定形状に打
ち抜き表面を絶縁処理した電磁鋼板を多数枚積層し、そ
のスロット部に巻線を施す構造である。この場合スロッ
ト内面に絶縁を施し、各スロットに分割して巻線を行う
。

このような有鉄心形ステータでは、上記のように各スロ
ットに分割して巻線を施さなければならないため、巻線
作業が複雑となりコストアップの大きな要因となってい
る。

これに対して無鉄心形ステータは巻線の面では有利であ
るが、当然のことながら鉄心がないため磁気回路の効率
が悪く、従って所望のモータ性能を実現させるためには
高性能の永久磁石が必要となり高価になることは避けら
れない。

そこで本発明者等は先に、このような課題を解決できる
ものとして、軟磁性金属板を折り曲げてロータ磁石の磁
極数の半数の磁極片を形成した２個のステータヨークに
よって各磁極片がロータ磁石と対面するように円環状コ
イルを挾み込みむステータ構造を提案した（特願昭６２
−１７７３９９号）。

Ｃ発明が解決しようとする！ｍＮ） この種のステータでは、磁気回路上、ステータヨークの
果たす役割が大きく、特にその形状はモータ特性（効率
）に大きな影響を及ぼす。

モータ駆動の際にコイルに通電すると、２個のステータ
ヨークを磁気的に短絡している筒状部に軸方向に変化す
る磁束が生じ、そのため筒状部の側面周方向に渦電流が
流れ、この渦電流によるジュール損失（渦電流損）が大
きく、モータ効率が悪い欠点があった。

特にモータ速度が大きくコイルに流す交番電流の周期が
短くなる程、渦電流による損失は大きくなる。

その対策として、２枚のヨーク板間を軸方向で磁気的に
短絡する短絡リングの側面にスリット又は穴等を設ける
構成が提案された（特願昭６３−２６３３５号）、この
技術は非常に有効であるものの、スリットや穴等を形成
するために作業工数が多くなる他、加工歪等による加工
精度の低下が生じるなど別の問題が生じた。

この発明の目的は、上記のような従来技術が有する課題
を解決し、ステータヨークに生じる渦電流損を減少させ
、モータ効率の向上を図ることのできるブラシレスＤＣ
モータのステータを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成できるこの発明は、軟磁性金属板を折り
曲げて磁極片を形成した２個のヨーク板と、両ヨーク板
の間を磁気的に短絡する複数本の軟磁性短絡棒と、両ヨ
ーク板間に配置される円環状コイルとを具備しているブ
ラシレスＤＣモータのステータである。

ここで軟磁性短絡棒は、例えば軸に平行に配列され、各
々の端部がそれぞれヨーク板に対してブレスカシメある
いは電気（スポット）溶接等により結合される。

円環状コイルのボビンとしては、円筒状部分と、その外
周から外向きに間隔をおいて張り出したほぼ平行な２枚
のフランジ部とを備え、該円筒状部分の内周側に軸受ハ
ウジングが形成された一体成形構造が好ましい、使用す
る材料は合成樹脂単独でもよいが、軟磁性材料の粉末を
含有する樹脂を用いる方がより好ましい、軟磁性短絡棒
は円環状コイルボビンに一体的にインサートモールドす
るのが好ましい。

この発明はアウターロータ型にもインナーロータ型にも
適用できる。

〔作用〕

ヨーク板は軟磁性金属板のプレス加工等によって製作さ
れる０両ステータヨーク間を磁気的に短絡する複数本の
軟磁性短絡棒は、それぞれその端部でヨーク板と結合す
る。コイルは単純な円環状であり、コイル完成後に両側
からヨーク板で挾めばよいため、自動巻線機を用いるこ
とによって掻く簡単に巻線できる。

コイルを挾む２個のヨーク板の各磁極片は円周上に配列
されてロータ磁石と対面し、ラジアル方向のエアギャッ
プが形成される。ロータ磁石の位置は磁極検出器によっ
て検出され、それに応じたタイミングでコイルに通電す
ることによってロータは連続回転する。

コイルへの通電によってヨーク板の磁気的短絡部には軸
方向に交番磁束が流れる。これによって短絡部には側面
周方向に渦電流が流れようとする。しかしこの発明では
短絡部が複数本の軟磁性短絡棒で構成され各々が独立し
ているため、周方向へは電流が流れず渦電流による損失
を抑えることができる。

この発明によればヨーク板のプレス加工が容易となり部
品の高精度化が可能となるし、両ローク板を同一形状に
できるため、この点でも部品点数の削減と組立コストの
低減を図ることができる。

またヨーク板の板厚にかかわらず軟磁性短絡棒を必要本
数だけ並べることでその総断面積を大きくできるから、
その部分の飽和磁束量が大きくなり磁気回路効率が改善
される。

〔実施例〕

第１図はこの発明を４極アウターロータ型ブラシレスＤ
Ｃモータに適用した一例を示す分解斜視図である。以下
その内容について説明する。

ロータ１０は、カップ状のロータヨーク１２の内周面に
ロータ磁石１４を貼着すると共に、中心部に固着したブ
ツシュ１６によってシャフト１８を嵌着した構造である
。ロータ磁石１４はリング状の永久磁石からなりラジア
ル方向着磁で円周方向に４極着磁されている。勿論、複
数のセグメント状の永久磁石を組み合わせたものでもよ
い。

それに対してステータ２０は、軟磁性金属板の外周側を
折り曲げ加工した第１および第２のヨーク板２２．２４
と、両ヨーク板２２．２４の間を軸方向に磁気的に短絡
する複数本（本実施例では４本）の軟磁性短絡棒３０と
、両ヨークＦｉ２２．２４間に挾まれる円環状コイル２
６を有する構造である。

第１及び第２のヨーク＠２２．２４は、それぞれ中央に
設けた嵌合口２２ａ、２４ａと、中央から反対方向に扇
形に広がり外周側で折り曲げた磁極片２８．２９とを有
するように一体的に形成した構造をなす、これはプレス
加工によって容易に製作される。短絡棒３０は軟磁性材
料からできており本実施例では４本が軸に平行に対称的
に配列されている。ここで短絡棒３０は磁気回路上の磁
束密度によりそれらの断面積と本数を適宜選択する。第
１及び第２のヨーク板２２．２４と短絡棒３０との固定
は、それらヨーク板２２．２４の該当個所に嵌合孔２２
ｂ。

２４ｂを形成しておき、各短絡棒３０の両端をそれぞれ
嵌合孔２２ｂ、２４ｂに挿入してプレスカシメ又は電気
（スポット）溶接等により行えばよい。

コイル２６は、巻芯の両端にフランジ部を有するボビン
３２に巻ｍ３３を施し、巻線端末をピン端子３４に絡げ
て接続した構造である。ここで前記軟磁性短絡棒３０を
ボビン３２に一体的にインサートモールドする構造が望
ましい。

第１及び第２のヨーク板２２．２４は、それらの磁極片
２８．２９の外面が丁度ロータ磁石１４の内周面と対向
しエアギ中ツブが形成され且つ円周上で磁気的なアンバ
ランスが生じるように（即ち、両ステータヨークがなす
空間角が非直角になるように）組み合わせられ、軟磁性
短絡棒３０で結合される。これらの位置決めと固定は、
ボビン３２の両外面にそれぞれ設けた樹脂突起３５と両
ヨーク板２２．２４に穿設した穴３６．３７との嵌合と
前記樹脂突起３５の熱カシメによって行う。

そしてロータ磁石１４の近傍にホール素子等の磁極検出
器３８を取り付ける。この磁極検出器３Ｂは第１及び第
２のヨークｆｆ１２２．２４を組み合わせた時、それら
を励磁する際にその磁気的中性点の近傍に設けるのが望
ましい。

本発明の特徴はステータ磁気回路にある。即ちステータ
ヨークの部分が、２個のヨーク板２２．２４の間を複数
本の軟磁性短絡棒３０で軸方向に磁気的に短絡する構成
とした点にあり、それによって軸方向に変化する磁界に
よって生じる渦電流が低下し、モータ効率を向上させて
いる。なお短絡棒３０の材質、断面積及び本数等は、こ
の部分での磁気飽和が起こらないよう適宜選択する。

このような基本構造をなすブラシレスＤＣモータを利用
したファンモータの一例の断面を第２図に示す、また第
３図はそれに用いたボビン３２の斜視図である。前記各
部材と対応する部分には同一符号を付し、それらについ
ての説明は省略する。

合成樹脂により一体成形したインペラ（羽根車）４０の
内側にロータコーク１２が嵌入し、熱カシメで固定する
。ロータ１０のシャフト１８は、ボビン３２に取り付け
られた軸受４４゜４５により回転自在に支持され、バネ
４６で予圧をかけた状態で止め輪４８により保持される
。

ステータはケース４２に取り付けられる。

回路基板５０はネジ５１によってケース４２に取り付け
られる。尚この回路基板５０にはコイル励磁切換論理回
路やスイッチング素子、磁極検出器３８等が実装されて
おり、コイル２６のピン端子３４もこの回路基板５０に
接続される。必要な電力は外部からコード５２により供
給される。

この実施例では、第３図に示すように軸受ハウジング部
を一体化した樹脂ボビン３２を用いている。このボビン
３２は円筒状部分６０と、その外周から外向きに張り出
した互いに平行な２枚のフランジ部６２ａ、６２ｂを備
えた構造をなし、両フランジ部６２ａ、６２ｂの間に巻
線が施される構造である。上下フランジ部６２ａ、６２
ｂの外側面には両ヨーク板２２．２４を位置決め固定す
るための突起３５が形成され、下フランジ部６２ｂの下
面にはピン端子受台６３が設けられる。また円筒状部分
６０の壁部を縦貫するように４本の短絡棒挿通孔６４が
形成され、円筒状部分６０の内周面には軸受ハウジング
部が形成される。また円筒状部分６０の外周面の一部に
は回路基板５０の位置決め周鍔６５が設けられる。

樹脂ボビン３２は複雑形状でも精度よく成形できるので
前記各部を一体成形することによりモータ組み立てを容
易に行うことができるようになる。

さて第４図はボビン７０に巻線３３を施し、両ヨーク板
２２，２４、短絡棒３０、軸受（図示せず）、及び回路
基板５０を組み付けたモータステータ部の一例を示して
いる。

この発明ではボビン３２は非磁性材でもよいが、更に特
性向上を図るためには軟磁性材料の粉末を含有する軟磁
性樹脂を使用することが望ましい、軟磁性樹脂を用いる
ことにより磁気抵抗が低下しモータ特性が向上する利点
が生じる。

このような場合には第４図及び第５図に示すようにボビ
ン７０のフランジ部７２ａ、７２ｂの相手方ヨーク板の
磁極片先端近傍に切欠き７５を設ける０寸法関係にもよ
るが、この切欠き７５を設けないと２枚のヨーク板２２
．２４を組み合わせた時にボビン７０自身の上下両フラ
ンジ間が直接磁極片２８．２９によって磁気的に短絡さ
れ、その効果が半減してしまうからである。

以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発
明はこのような構成のみに限定されるものではない、上
記の実施例は２個のヨーク板と１個のコイル、前記ヨー
ク板間を軸方向に磁気的に短絡する複数本の短絡棒を有
するステータを１個用いたものであるが、そのようなス
テータを複数個、軸方向に連設した構造のモータにも適
用できる。また上記の各実施例は４極アウターロータ型
の例であるが、この発明は極数に関係な〈実施できイン
ナーロータ型にも適用できる。

〔発明の効果〕

この発明は上記のように軟磁性金属板を折り曲げた構造
の２個のヨーク板の間に円環状コイルを配置し、両ヨー
ク板間を両ヨーク板とは別個の複数本の軟磁性短絡棒で
磁気的に短絡させるように構成したブラシレスＤＣモー
タのステータであるから、部品が簡素化され、コーク板
の製作に深絞り加工が要らずプレス工程が容易となり、
部品の高精度化が可能となるし、更には２個のヨーク板
を同一形状にできるため金型費も低減できる効果がある
。

また短絡棒の断面積や本数を適宜選択することで総断面
積を十分大きくでき、その結果、飽和磁束量を大きくで
きるため磁気抵抗が少なくなり、磁気回路効率が改善さ
れる。

この発明では樹脂ボビンをステータ組み立ての中心とし
て、これに巻線やコーク板や回路基板等の各部材を組み
付は固定できるため、組み立て易く製品間のばらつきを
小さくすることができるし、ボビンは樹脂成形で製作で
きるので形状の自由度が大きく且つ寸法精度も高くでき
る。そしてモータステータ部は半完成体として取り扱え
るため製造工程において手離れがよく製作し易くなる効
果が生じる。

特に樹脂ボビンに軸受ハウジングも一体的に形成すると
、半完成体であるモータステータ部に軸受まで付加でき
るので、テストロータによりステータ部の動作確認テス
トが実施でき、これにより不良品の発見が早くでき無駄
な組み立て工数を省くことができる。

更に軟磁性材料粉末を混入した樹脂によってボビンを成
形すると、磁気的特性を更に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るブラシレスＤＣモータの一実施
例を示す分解斜視図、第２図はこの発明をファンモータ
に適用した場合の一例を示す断面図、第３図はそれに用
いるボビンの斜視図、第４図はこの発明の他の実施例を
示す斜視図、第５図はそのボビンの斜視図である。 １０・・・ロータ、１２・・・ロータヨーク、１４・・
・ロータ磁石、１８・・・シャフト、２０・・・ステー
タ、２２・・・第１のヨーク板、２４・・・第２のヨー
ク板、２６・・・円環状コイル、２８．２９・・・磁極
片、３０・・・短絡棒、３８・・・磁極検出器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．ロータ磁石とステータ磁極片との間でラジアル方向
   にエアギャップを有する構造をもつブラシレスＤＣモー
   タのステータにおいて、軟磁性金属板を折り曲げて磁極
   片を形成した２個のヨーク板と、両ヨーク板の間を磁気
   的に短絡する複数本の軟磁性短絡棒と、両ヨーク板間に
   配置される円環状コイルとを具備していることを特徴と
   するブラシレスＤＣモータのステータ。
2. ２．円環状コイルのボビンは、円筒状部分と、その外周
   から外向きに間隔をおいて張り出したほぼ平行な２枚の
   フランジ部とを備え、該円筒状部分の内周側に軸受ハウ
   ジングが形成された合成樹脂の一体成形品である請求項
   １記載のブラシレスＤＣモータのステータ。
3. ３．円環状コイルのボビンは、軟磁性材料の粉末を含有
   する樹脂成形品である請求項１又は請求項２記載のブラ
   シレスＤＣモータのステータ。
4. ４．軟磁性短絡棒が円環状コイルボビンに一体的にイン
   サートモールドされている請求項１記載のブラシレスＤ
   Ｃモータのステータ。