JPH05276724A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、トルクリップルが少なく高速
回転に適するブラシレスモータを提供することにある。 【構成】永久磁石20を一対のロータヨーク51,52 で挟ん
でなる回転子本体17をロータ15が備え、ロータヨークが
ステータ３の突極8 〜13先端面と近接して対向する突極
対向片53を有して、この対向片53と突極8 〜13先端面と
の間に径方向のエアーギャップｇが形成される内転型ブ
ラシレスモータであって、突極対向片53の幅方向中央部
または突極8 〜13の先端面中央部の少なくとも一方に溝
54を設けて、突極対向片53の幅方向中央部と突極8 〜13
との間の磁気抵抗を、突極対向片53の幅方向中央部の両
側部分53ａと突極8 〜13との間の磁気抵抗よりも大きく
したことにより、突極対向片53の幅方向中央部と突極8
〜13の先端面中央部と間を通る磁束量に基づく回転制動
力を小さくし、トルクリップルを減らした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速回転に適するように
した内転型のブラシレスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】内転型ブラシレスモータの中には、その
ロータが、永久磁石を一対のロータヨークで挟んでなる
回転子本体を備えるとともに、ロータヨークがステータ
の突極先端面と近接した対向する突極対向片を有して形
成されるものがあり、突極対向片と突極先端面との間に
は径方向のエアーギャップが形成される。

【０００３】従来のこの種モータの一例として、ロータ
の極数が２、ステータの突極数が６のＹ結線３相駆動方
式の直流ブラシレスモータが図５および図６に示されて
いる。

【０００４】図５および図６中符号１は円筒形をなすと
ともに、その軸方向両端に夫々端壁１ａを有したモータ
ケースであり、その両端壁１ａの中央部内面には夫々玉
軸受け２が取付けられている。モータケース１内にはス
テータ３が取付けられている。ステータ３は、ステータ
コア４と、３本の駆動コイル５〜７とを備えている。ス
タータコア４は、図５に示すように外形が円形をなし、
その外周面をモータケース１の円筒部内周面に接して固
定されているとともに、その内周面に中心方向に向けて
突出する略Ｔ字形状の突極８〜１３を一体に有してい
る。

【０００５】駆動コイル５〜７は図９に示すようにＹ結
線されていて、そのうちの駆動コイル５はステータコア
４の径方向に対応して位置された突極８，１１に巻き付
けられている。これら突極８，１１に対して駆動コイル
５は逆向きに巻き付けられており、突極８とこれに巻か
れた駆動コイル５とによりＵ相が形成されるとともに、
突極１１とこれに巻かれた駆動コイル５とにＵバー（以
下、／Ｕ相と記載する。）が形成されている。

【０００６】同様に、駆動コイル６はステータコア４の
径方向に対応して位置された突極９，１２に巻き付けら
れている。これら突極９，１２に対して駆動コイル６は
逆向きに巻き付けられており、突極９とこれに巻かれた
駆動コイル６とによりＶ相が形成されるとともに、突極
１２とこれに巻かれた駆動コイル６とにＶバー（以下、
／Ｖ相と記載する。）が形成されている。駆動コイル７
はステータコア４の径方向に対応して位置された突極１
０，１３に巻き付けられている。これら突極１０，１３
に対して駆動コイル７は逆向きに巻き付けられており、
突極９とこれに巻かれた駆動コイル７とによりＷ相が形
成されるとともに、突極１３とこれに巻かれた駆動コイ
ル７とにＷバー（以下、／Ｗ相と記載する。）が形成さ
れている。なお、図６中符号１４は各突極８〜１３と駆
動コイル５〜７とこれらが巻き付けられる各突極８〜１
３との間に設けられたスロット絶縁を示している。

【０００７】ステータ３の内側にはロータ１５が配設さ
れている。ロータ１５はロータ軸１６上に回転子本体１
７を取付けて形成され、ロータ軸１６は前記玉軸受２間
にわたりこれらに回転自在に支持されている。回転子本
体１７は、一対のロータヨーク１８，１９間に永久磁石
２０を挾んで形成されている。なお、回転子本体１７は
ステータ３の厚みに応じて少なくとも一つ設けられ、ロ
ータ軸１６に複数取付ける場合には互いに重なり合うロ
ータヨーク１８が同じ極性を現すようにして各回転子本
体１７がロータ軸１６に取付けられる。

【０００８】回転子本体１７の永久磁石２０はロータ軸
１６に圧入される中心孔を有した円板形をなしている。
永久磁石２０はその厚み方向に着磁されており、例えば
図６において上面側がＳ極を現すとともに、下面側がＮ
極を現すようになっている。この永久磁石２０を図６に
おいて上下から挾んだ一対のロータヨーク１８，１９
は、図５〜図７に詳しく示すように永久磁石２０を覆い
隠す大きさの略円板状をなしロータ軸１６と一緒に回転
されるベース部２１と、このベース部２１の周縁に一体
に設けられた少なくとも一つの突極対向片２２とで形成
されている。

【０００９】図７（Ａ）（Ｂ）に示すようにベース部２
１は永久磁石２０と略同形状の浅い凹み２１ａを有し、
この凹み２１ａの底面が永久磁石２０に重ねられてい
る。突極対向片２２はステータ３の突極８〜１３の先端
面に近接して対向されており、これら突極対向片２２と
突極８〜１３との間には、このモータの径方向のエアー
ギャップｇ（図６参照）が形成される。なお、図７
（Ａ）（Ｂ）に例示のロータヨーク１８，１９は、突極
対向片２２が一つの場合であり、したがって、ロータヨ
ーク１８，１９は夫々断面Ｌ字状をなしているが、突極
対向片２２が複数設けられるロータヨーク１８，１９も
ある。

【００１０】図９は前記従来のブラシレスモータの一般
的な駆動回路を示している。同図中３１は商用交流電源
３２に接続された整流スタックからなるＡＣーＤＣ変換
器である。この変換器３１の出力端は、第１スイッチン
グトランジスタ３３のエミッタ・コレクタ間、および前
記エミッタにコレクタが接続された第２スイッチングト
ランジスタ３４のコレクタ・エミッタ間を介して接地さ
れている。同様にＡＣーＤＣ変換器３１の出力端は、第
３スイッチングトランジスタ３５のエミッタ・コレクタ
間、および前記トランジスタ３５のエミッタにコレクタ
が接続された第４スイッチングトランジスタ３６のコレ
クタ・エミッタ間を介して接地されているとともに、同
出力端は、第５スイッチングトランジスタ３７のエミッ
タ・コレクタ間、および前記トランジスタ３７のエミッ
タにコレクタが接続された第６スイッチングトランジス
タ３８のコレクタ・エミッタ間を介して接地されてい
る。

【００１１】前記駆動コイル５は、第１スイッチングト
ランジスタ３３のエミッタと第２スイッチングトランジ
スタ３４のコレクタとの接続点に接続されている。同様
に、駆動コイル６は第３スイッチングトランジスタ３５
のエミッタと第４スイッチングトランジスタ３６のコレ
クタとの接続点に接続され、駆動コイル７は第５スイッ
チングトランジスタ３７のエミッタと第６スイッチング
トランジスタ３７のコレクタとの接続点に接続されてい
る。

【００１２】図９中符号３９〜４１は前記ロータ１５の
回転位置を検出するホール素子などの位置検出手段であ
り、これらの出力端は夫々信号分配回路４２に接続され
ている。信号分配回路４２は、前記各トランジスタ３３
〜３８のベースに夫々別々に接続されている。

【００１３】このような駆動回路において、位置検出手
段３９〜４１で検出されたロータ１５の回転位置検出信
号に基づいて、信号分配回路４２は、スイッチングトラ
ンジスタ３３，３５，３７の内のいずれか一つと、スイ
ッチングトランジスタ３４，３６，３８の内のいずれか
一つに駆動信号を供給して、これらをオンさせる動作を
決められた順序にしたがって実行する。そのため、オン
動作された二つのスイッチングトランジスタを通して、
これらの間に直列に挿入された二つの駆動コイルに対し
て、ＡＣーＤＣ変換器３１から直流が供給される。

【００１４】すなわち、Ｕ相および／Ｕ相、Ｖ相および
／Ｖ相、Ｗ相および／Ｗ相に対する励磁のタイミングは
図１０に示されており、電気角で60゜ごとに励磁の切替
えがなされる。詳しくは、電気角０゜〜60゜ではＵ相お
よび／Ｕ相とＷ相および／Ｗ相のみが励磁されてＶ相お
よび／Ｖ相は励磁されない。電気角60゜〜 120゜ではＶ
相および／Ｖ相とＷ相および／Ｗ相のみが励磁されてＵ
相および／Ｕ相は励磁されない。電気角 120゜〜 180゜
ではＵ相および／Ｕ相とＶ相および／Ｖ相のみが励磁さ
れてＷ相および／Ｗ相は励磁されない。電気角 180゜〜
240゜ではＵ相および／Ｕ相とＷ相および／Ｗ相のみが
励磁されてＶ相および／Ｖ相は励磁されない。電気角 2
40゜〜 300゜ではＶ相および／Ｖ相とＷ相および／Ｗ相
のみが励磁されてＵ相および／Ｕ相は励磁されない。電
気角 300゜〜 360゜ではＵ相および／Ｕ相とＶ相および
／Ｖ相のみが励磁されてＷ相および／Ｗ相は励磁されな
い。以上の励磁サイクルは繰り返され、それによってロ
ータ１５の回転が継続される。

【００１５】前記のような励磁サイクルに伴うロータ１
５の回転の挙動を図８に示す電気角０゜〜 180゜の範囲
で代表して説明する。図８（Ａ）でのロータ１５の状態
は、ロータ１５のＮ極を現すロータヨーク１９の突極対
向片２２の幅方向中央部がＶ相に対向し、同突極対向片
２２の幅方向両端部が夫々Ｕ相およびＷ相に対向してい
るとともに、ロータ１５のＳ極を現すロータヨーク１８
の突極対向片２２の幅方向中央部が／Ｖ相に対向し、同
突極対向片２２の幅方向両端部が夫々／Ｕ相および／Ｗ
相に対向している。

【００１６】このような位置にロータ１５がある時に、
Ｕ相がＳ極に、また／Ｕ相がＮ極となるように駆動コイ
ル５への通電がなされる。そのため、ロータ１５のＮ極
を現すロータヨーク１９の突極対向片２２とＵ相の突極
８とが吸引し合うとともに、ロータ１５のＮ極を現すロ
ータヨーク１８の突極対向片２２と／Ｕ相の突極１１と
が吸引し合う。同時にＷ相がＮ極に、また／Ｗ相がＳ極
となるように駆動コイル７への通電がなされるから、ロ
ータ１５のＮ極を現すロータヨーク１９の突極対向片２
２とＷ相の突極１０とが反発し合うとともに、ロータ１
５のＳ極を現すロータヨーク１８の突極対向片２２と／
Ｗ相の突極１３とが反発し合う。したがって、ロータ１
５に反時計方向の回転力が与えられる。

【００１７】この回転によりロータ１５が図８（Ｂ）に
示す位置まで回転された時（ロータ１５のＮ極を現すロ
ータヨーク１９の突極対向片２２の幅方向中央部がＵ相
に対向するとともに、ロータ１５のＳ極を現すロータヨ
ーク１８の突極対向片２２の幅方向中央部が／Ｕ相に対
向する。）に、駆動コイル５への通電が停止される。同
時に、このコイル５に対しロータ１５の回転方向側にあ
るＷ，／Ｗ相の駆動コイル７への通電が継続されて、Ｗ
相がＮ極に、／Ｗ相がＳ極を維持するとともに、駆動コ
イル５に対しロータ１５の反回転方向側にあるＶ，／Ｖ
相の駆動コイル６への通電がなされて、Ｖ相がＮ極に、
／Ｖ相がＳ極になる。そのため、Ｎ極の突極対向片２２
が突極１３に吸引されるとともに突極９に反発され、同
時にＳ極の突極対向片２２が突極１０に吸引されるとと
もに突極１２に反発される。したがって、ロータ１５の
反時計方向への回転が継続される。

【００１８】そして、ロータ１５が図８（Ｃ）に示す位
置まで回転された時（ロータ１５のＮ極を現すロータヨ
ーク１９の突極対向片２２の幅方向中央部が／Ｗ相に対
向するとともに、ロータ１５のＳ極を現すロータヨーク
１８の突極対向片２２の幅方向中央部がＷ相に対向す
る。）に、駆動コイル７への通電が停止される。同時
に、このコイル７に対しロータ１５の回転方向側にある
Ｖ，／Ｖ相の駆動コイル６への通電が継続されて、Ｖ相
がＮ極に、／Ｖ相がＳ極を維持するとともに、駆動コイ
ル７に対しロータ１５の反回転方向側にあるＵ，／Ｕ相
の駆動コイル５への通電がなされて、Ｕ相がＮ極に、／
Ｕ相がＳ極になる。そのため、Ｎ極の突極対向片２２が
突極１２に吸引されるとともに突極８に反発され、同時
にＳ極の突極対向片２２が突極９に吸引されるとともに
突極１１に反発される。したがって、ロータ１５の反時
計方向への回転がさらに継続される。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】前記のような挙動をも
ってロータ１５が回転されるブラシレスモータでは、図
１０における各励磁相の磁束の変化に示されるように、
各相の突極を通る磁束は、励磁が中断されている期間が
最も大きい。そして、この期間においては例えば図８
（Ｂ）に代表して示されるように突極対向片２２の幅方
向中央部と突極８，１１の先端面中央部とが夫々対向し
ている。そのため、仮に励磁をしても回転力が発生され
ることがないとともに、実際は既述のように励磁が中断
しているので、前記のように突極を通る大きな磁束量に
より、永久磁石２０に接続された突極対向片２２と、こ
の幅方向中央部に対向する突極８，１１とが磁気的に吸
引し合う。

【００２０】このようにして突極対向片２２の幅方向中
央部が突極８，１１の先端面中央部に対向するたびに、
前記磁気的な吸引に基づく大きな回転制動力がロータ１
５に対して作用する。したがって、従来のブラシレスモ
ータでは、トルクリップルが大きく、高速回転を図る上
で不利であるという問題があった。

【００２１】本発明の目的は、トルクリップルが少なく
高速回転に適するブラシレスモータを提供することにあ
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、永久磁石を一
対のロータヨークで挟んでなる回転子本体をロータが備
え、ロータヨークがステータが有した突極の先端面と近
接して対向する突極対向片を有して、この対向片と突極
先端面との間に径方向のエアーギャップが形成される内
転型ブラシレスモータに適用され、前記目的を達成する
ために、突極対向片の幅方向中央部または前記突極の先
端面中央部の少なくとも一方に磁気抵抗部を設けて、突
極対向片の幅方向中央部と突極との間の磁気抵抗を、突
極対向片の幅方向中央部の両側部分と突極との間の磁気
抵抗よりも大きくしたものである。

【００２３】

【作用】上記の構成において、ロータ本体のロータヨー
クが備える突極対向片の幅方向中央部がステータの突極
の先端面の中央部と対向した状態では、これらのうちの
少なくとも一方に設けられた磁気抵抗部によって、突極
対向片の幅方向中央部と突極との間の磁気抵抗を、突極
対向片の幅方向中央部の両側部分と突極との間の磁気抵
抗よりも大きくできる。そのため、突極対向片の幅方向
中央部が対向した突極に対する励磁が中断する期間にお
いて、この突極とそれに対向された突極対向片との間を
通る磁束量を少なくできるとともに、その磁束量減少に
応じてロータに対する回転制動力を小さくできる。

【００２４】

【実施例】以下、図１〜図３を参照して本発明の第１実
施例を説明する。なお、この実施例の説明にあたり、図
５〜図７を用いて説明した従来例と同様な構成について
は図１〜図３中に前記従来例に記載された対応する構成
と同じ符号を付して、その説明を省略し、前記従来例と
は異なる構成についてのみ以下説明する。また、この第
１実施例のブラシレスモータについてのモータ駆動回路
は図９に示した一般的なモータ駆動回路と同じであり、
その各相の励磁タイミングも図１０に示したタイムチャ
ートにしたがって行われるものである。

【００２５】この第１実施例が従来例と異なる点は、ロ
ータ１５のロータ本体１７が有した一対のロータヨーク
５１，５２の構成、取分け、ベース部２１の周縁に一体
に設けられステータ３の各突極８〜１３の先端面に近接
して対向される突極対向片５３の構成にある。

【００２６】すなわち、突極対向片５３の幅方向中央部
には磁気抵抗部としての溝５４が設けられている。この
溝５４は図３（Ａ）（Ｂ）に詳しく示されるように突極
対向片５３の厚み方向を貫いているとともに、ロータ軸
１６の軸方向に延びて形成されている。換言すれば、溝
５４はロータコア５１，５２の突極対向面に設けられて
いる。この溝５４により、突極対向片５３の幅方向中央
部とステータ３の突極８〜１３との間の磁気抵抗を、突
極対向片５３の幅方向中央部の両側部分５３ａと突極８
〜１３との間の磁気抵抗よりも大きくしている。以上の
点以外の構成は前記従来例のブラシレスモータと同じで
ある。

【００２７】このような溝５４が設けられた突極対向片
５３を備えたブラシレスモータは、図９のモータ駆動回
路により図１０に示された励磁タイミングで、従来例に
おいて既述したと同様に駆動される。この駆動により回
転されるロータ１５のトルクリップルは、以下の理由に
より小さい。

【００２８】すなわち、Ｕ相および／Ｕ相、Ｖ相および
／Ｖ相、Ｗ相および／Ｗ相の励磁が夫々中断する時にお
いては、ロータ本体１７のロータヨーク５１，５２が備
える突極対向片５３の幅方向中央部が、ステータ３の突
極８〜１３の先端面中央部と対向されるから、この状態
では図１に代表して示されるように突極対向片５３の幅
方向中央部に設けた溝５４が突極８〜１３の先端面中央
部に対向する。

【００２９】この対向状態では、突極対向片５３の幅方
向中央部の両側部分５３ａと突極８〜１３の突極対向面
との間の磁気抵抗となるギャップｇよりも、突極対向片
５３の幅方向中央部と突極８〜１３の先端面との間の磁
気抵抗となるギャップＧの方が広い。これらのギャップ
ｇ，Ｇの大小によりＵ相および／Ｕ相、Ｖ相および／Ｖ
相、Ｗ相および／Ｗ相に対する励磁が中断する期間にお
いて、突極８〜１３と突極対向片５３との間を通る磁束
量を減少させることができる。なお、図１０中点線で示
す部分が前記溝５４に対応する磁束量の変化を示してい
る。

【００３０】このようにして突極対向片５３の幅方向中
央部が突極８〜１３の先端面中央部に対向するたびに、
これらの間に生じる磁気吸引力を小さくできるので、前
記磁気吸引に基づくロータ１５に対する回転制動力を小
さくできる。そのため、トルクリップルが小さくなり、
ロータ１５を高速回転させるのに有利である。

【００３１】しかも、既述のようにロータヨーク５１，
５２の突極対向片５３に溝５４を設けたロータ１５にお
いては、溝５４に応じてロータヨーク５１，５２を軽量
にできるので、それに応じてロータ１５の始動性を向上
できる。

【００３２】図４は本発明の第２実施例で使用するロー
タヨーク５１，５２を示している。これらのヨーク５
１，５２の突極対向片５３の突極対向面には、この対向
片５３の幅方向中央部に磁気抵抗部としての凹み５５
が、ロータ軸１６の軸方向に延びて設けられている。こ
の凹み５５は突極対向片５３をその厚み方向に貫くこと
なく形成されている。なお、この点以外の構成は図示し
ない部分を含めて前記第１実施例と同じである。

【００３３】したがって、この実施例においても、突極
対向片５３に設けられた凹み５５により、突極対向片５
３の幅方向中央部とステータの突極との間の磁気抵抗
を、突極対向片５３の幅方向中央部の両側部分５３ａと
前記突極との間の磁気抵抗よりも大きくできるから、こ
の凹み５５がステータの突極の先端面中央部と対向した
ときにおける前記突極と突極対向片５３との間を通る磁
束量を減少させることができる。したがって、その磁束
量減少に応じてロータに対する回転制動力を小さくでき
るので、この第２実施例においても本発明の所期の目的
を達成できる。

【００３４】なお、本発明は前記各実施例には制約され
ない。例えば、磁気抵抗部となる凹み５５を突極対向片
５３に設けることに代えて、ステータ３の各突極８〜１
３の先端面中央部に設けても良く、或いは突極対向片５
３の幅方向中央部および突極８〜１３の先端面幅方向中
央部の双方に夫々磁気抵抗部を設けても良い。また、溝
５４または凹み５５は、非磁性体、好ましくは磁気遮蔽
体で埋めてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上詳記したように本発明のブラシレス
モータによれば、ロータヨークが有した突極対向片の幅
方向中央部またはステータの突極の先端面中央部の少な
くとも一方に磁気抵抗部を設けて、突極対向片の幅方向
中央部がステータの突極の先端面中央部と対向したとき
における前記突極と突極対向片との間を通る磁束量を減
少させたから、ロータに対する回転制動力を小さくでき
る。したがって、トルクリップルが小さくなり高速回転
に適するブラシレスモータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るブラシレスモータの
構成を図２中ＺーＺ線に沿ってを示す概略的な断面図。

【図２】同第１実施例に係るブラシレスモータの構成を
示す概略的な縦断側面図。

【図３】（Ａ）は同第１実施例に係るロータヨークの構
成を示す平面図。（Ｂ）は同第１実施例に係るロータヨ
ークの構成を図３（Ａ）中ＹーＹ線に沿って示す断面
図。

【図４】（Ａ）は本発明の第２実施例に係るブラシレス
モータで使用するロータヨークの構成を示す平面図。
（Ｂ）は同第２実施例に係るロータヨークの構成を図４
（Ａ）中ＸーＸ線に沿って示す断面図。

【図５】従来例に係るブラシレスモータの構成を図６中
ＷーＷ線に沿って示す概略的な断面図。

【図６】同従来例に係るブラシレスモータの構成を示す
概略的な縦断側面図。

【図７】（Ａ）は同従来例に係るロータヨークの構成を
示す平面図。（Ｂ）は同従来例に係るロータヨークの構
成を図７（Ａ）中ＶーＶ線に沿って示す断面図。

【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は同従来例に係るブラシレスモ
ータの動作を示す概略的な縦断側面図。

【図９】ブラシレシスモータの駆動回路の構成を示す回
路図。

【図１０】ブラシレスモータの各相極の磁束と各相極の
励磁タイミングとの関係を示すタイムチャート。

【符号の説明】

３…ステータ、８〜１３…突極、１５…ロータ、１６…
ロータ軸、１７…回転子本体、２０…永久磁石、２１…
ベース部、５１，５２…ロータヨーク、５３…突極対向
片、５３ａ…両側部分、５４…溝（磁気抵抗部）、５５
…凹み（磁気抵抗部）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周面に複数の突極が設けられたステー
   タと、このステータの内側に配設されるロータとを備
   え、このロータが一対のロータヨーク間に永久磁石を挟
   んでなるロータ本体をロータ軸上に取付けて形成される
   とともに、前記各ロータヨークが、前記永久磁石に重な
   るベース部と、このベース部の周縁に設けられ前記突極
   の先端面に近接して対向する突極対向片とからなるブラ
   シレスモータにおいて、前記突極対向片の幅方向中央部
   または前記突極の先端面中央部の少なくとも一方に磁気
   抵抗部を設けて、前記突極対向片の幅方向中央部と前記
   突極との間の磁気抵抗を、前記突極対向片の幅方向中央
   部の両側部分と前記突極との間の磁気抵抗よりも大きく
   したことを特徴とするブラシレスモータ。