JPH0318265A - 偏平形ブラシレスｄｃモータ - 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、磁石の厚みと電機子コイルの厚みの比を最
適にすることにより、効率が最大になるように設計され
た偏平形ブラシレスＤＣモータに関するものである。

〔従来の技術〕

第１図及び第２図は、従来の偏平形ブラシレスＤＣモー
タの構造を示す図である。理解を容易にするために透視
図的にし、３相６コイル方式のものであるが、３コイル
だけにし、磁石は８極とし、当該モータに特有なホール
素子、周波数発電機、電子回路などの部品は、発明の趣
旨を理解する上で関係がないので図示を省略している。

図中、１は回転子、４は磁石側ヨーク、５は磁石、３は
軸、２は磁石側ヨーク４と軸３とを固定するためのホル
ダである。６ａ，６ｂ，６ｃはそれぞれＡ相，Ｂ相．Ｃ
相の電機子コイル、７はコイル側ヨーク、８は軸受であ
り、コイル側ヨーク７に固定されている。９ば磁石５と
電機子コイル６ａ，６ｂ，６ｃとが接触することを防止
するための幅ｄのクリアランスである。

第３図は第１図に示す磁石５を平均半径ｒＣ，のところ
で平面に展開した１磁極対の半分の領域を示す。

次に、動作について説明する。第３図に示すように、磁
石５から発生した磁束１１はコイル側ヨーク７に垂直に
達しており、電機子コイル６ａ，６ｂ，６ｃに順次、電
流を転流することにより、当該磁束１１との相互作用に
よりトルクを発生し、回転子１が回転する。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の偏平形プラシレスＤＣモータは以上のように構威
されているが、起動トルクＴ竺が要求仕様としてユーザ
から与えられているとき、起動時の消費電力Ｐ８を最小
にする、すなわち効率を最大にするためには、第２図に
示す磁石５の厚みｈｌｌ１と電機子コイル６ａ，６ｂ，
６ｃの厚みｈｃをどのように配分するかの理論が確立し
ていなかった。

このため、磁石、電機子コイルなどの材料を無駄にした
り、モータの効率が悪かったりするという問題点があっ
た。

本発明は上記のような従来のものの問題点を解消するた
めになされたもので、上記配分比を理論的に決定するこ
とにより、効率のよい偏平形ブラシレスＤＣモータを提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図および第２図において、磁石５の厚みｈ．、電機
子コイル６ａ，６ｂ，６ｃの厚みｈｃ、およびクリアラ
ンス幅ｄとの間には、次式に示す関係がある。ｈは、設
計条件として与えられた一定値である。

ｈ　＝　ｈｌＩ＋　ｈｃ十ｄ　・（１）そこで、本発明
に係る偏平形ブラシレスＤＣモータは磁石５の厚みｈ１
と電機子コイル６ａ．６ｂ，６ｃの厚みｈｃとの比をほ
ぼ２：１にしたものである。

〔作用〕

本発明においては、磁石５の厚みｈ．と電機子コイル６
ａ，６ｂ，６ｃの厚みｈＣとの比を上記比率にすること
により、最大効率が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

まず、本発明の一実施例の説明に先立って、本発明の根
拠となっている理論を説明する。

今、比例定数をＫ、空隙磁束密度の最大値をＢ０、起動
電流をＩｓ、電機子コイル１個の巻数を３３、磁石の外
半径をｒ。、内半径をｒ，とすれば、モータの起動トル
クＴｓは次式により与えられる。

Ｔｓ　−４　ｋＢｏ　　Ｉｓ　Ｎａ　　（ｒｏ”−ｒｉ
　２）　”・（２）磁石の仮想抗磁力をＨ．．リコイル
透磁率をμ，、真空の透磁率をμ。，磁石の等価断面積
をＡ．、空隙の断面積をＡ９、磁石の厚みをｈｆｆｉ、
電機，子コイルの厚みをｈｃ、磁石と電機子コイルとの
間隙をｄ，磁石の平均磁路長を２Ｉ！．１とすれば、空
隙間東密度の最大値Ｂ。は次式により示される。

Ｈ． ＪＯ） ・・・（３） 本発明に係る偏平形ブラシレスＤＣモータの構造自体は
、第１図および第２図に示す従来のそれと同じなので重
複して示さず、第１図および第２図を共用する，。

第１図は、従来および本発明に係る偏平形ブラシレスＤ
Ｃモータの平面図、第２図は、第１図の断面図である。

第３図は当該モータの磁石断面を示す。

本モータの電機子コイルの起磁力Ｆ３は、次式により示
される。

Ｆ．　＝Ｎ．　　・Ｉ　．　・（４） 一方、電機子コイルの起動時の消費電力は、導体の固有
抵抗をρ、電機子コイルの１ターンあたりの平均長をｌ
，、電機子コイルの有効断面積をＳとすれば、次式によ
り示される。

ム Ｐ，　＝４　（Ｆ　ａ）　２・ｐ　・・＝（５）Ｓ さて、（１）式に示す起動トルクＴ．．が要求仕様とし
てユーザから与えられているとき、（５）式に示す起動
時の消費電力ｐｉを最小にする方法、すなわち効率を最
大にする方法を考察する。（２）弐〜（４）式から、電
機子コイルの起磁力Ｆ８は次式により示される。ただし
、μ、＝１、μ。−１と見なす。

電機子コイルの有効断面積をＳ、その断面の幾何学的寸
法、即ちｈｍとＷｅとの間には、次式に示す関係がある
。ただし、−ｋ＋２は導体の占有率、ｗｃは電機子コイ
ルの幅である。

Ｓ一（ｈ−ｄ−ｈｆｆｉ　）　　・ｗｃ　−　ｋ＋２−
・・（７）（５）式のＦつに（６）式を、Ｓに（７）式
を代入すると、次式が得られる。

Ｔｌｌ ｛４　ｋ　　（ｒｏ”−ｒｉ　　”　　）　　＋　　２
Ｈ． ・・・（８） （８）式を、次式に示すように簡単な表現にする。

・・’−　（９） ただし、 Ｃ，＝　｛４ρＩ！．，　／　（ｗｅ　　Ｈ　ｋＨｚ）
　）次に、磁石の厚みｈ．を変化したとき起動時の消費
電力Ｐ．かどのように変化するか、一例について計算結
果を述べる。この時のパラメータの数値は以下の通りで
ある。

Ａ９／Ａ，＝１．０　，ｈｌＩ一〇〜２．５肝，ｄ　＝
０．５　ｍｍ　　Ｔｓ　＝５６．６ｇｒ．ｃｍ，　ｒ　
ｏ　＝１２＋ｎｍ，ｒｔ　　　−６　　ｍｍ，　　　ｋ
＝２．１９Ｘ１０−’，　　　ｈ＝３．１　　ｍｍこの
パラメータの数値の場合には、（９）式の分子に関し、
Ａ９／ＡＩ１−．１．２　−−０．２，１．２　ｈ／ｈ
ｌＩ一１．５〜■　の条件が或立する。従って（Ａ９／
Ａ，−１．２）は、省略可能であり、（９）式は、次式
に示すように簡単になる。

第４図は、磁石の厚みｈ．を変化したときの空隙の磁束
密度Ｂ。、電機子コイルの一巡抵抗Ｒｂ、電機子コイル
の起磁力Ｆ．および起動時の消費電力Ｐ．かどのように
変化するかを求めた図である。

起動時の消費電力Ｐ，を最小にするには、Ｃ，と（１．
２ｈ）２が定数なので、０１）式の分母を最大にすれば
良い。これを０２）式により表わす。

ｆ，（ｈ，，，）　一ｈ，”　　（ｈ−ｄ−ｈ，）・・
・０２）第５図は、ｈ１に対するｆイ（ｈ．）を求めた
図である。０２）式が最大になる条件は、次式から求ま
る。

ｄｆ，（職）／ｄｈ，　　一ｈ，　　｛２　　（ｈ−ｄ
）−３ｈ，一〇・・・０３） ｈ，　一　（２／３）　　・　（ｈ−ｄ）・・・０４）
従って、 ｈｃ＝．（１／３）　　・　（ｈ−ｄ）．．．０５１（
ｈ−ｄ）は、磁石の厚みｈ，と電機子コイルの厚みｈｃ
との和である。以上の解析結果から、磁石の厚みと電機
子コイルの厚みを２：１に配分すれば、起動時の消費電
力Ｐ８を最小にすることが可能となる。

なお上記第１図および第２図では、８極，６コイルの場
合について説明したが、極数およびコイルの数はこれに
限るものではない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、磁石の厚み｝ と電機子コイルの厚みを２＝１に配分することにより、
起動時の消費電力Ｐ．を最小にすることが可能となり、
効率の良い偏平形ブラシレスＤＣモータが得られる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による偏平形ブラシレスＤＣ
モータの平面図、第２図は第ｌ図のＡＡ線断面における
断面図、第３図は磁束分布を示す図、第４図は磁石の厚
みｈイと消費電力との関係を説明する図、第５図はｈ．
に対するｆ，（ｈ．）計算のための補助図である。 図において、１は回転子、２はホルダ、３は軸、４は磁
石側ヨーク、５は磁石、６ａ，６ｂ，６ｃは電機子コイ
ル、７はコイル側ヨーク、８は軸受、９はクリアランス
である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）平面状ヨークに装着された電機子コイルと、円環
   状永久磁石と、駆動回路とを備え、 当該電機子コイルに電流を転流し、当該円環状永久磁石
   が発生する磁束との相互作用により、駆動力を得るよう
   にした偏平形ブラシレスＤＣモータにおいて、 当該円環状永久磁石の厚みと当該電機子コイルの厚みと
   の比をほぼ２：１にしたことを特徴とする偏平形ブラシ
   レスＤＣモータ。