JPH07108083B2 - ブラシレスｄｃモータのステータ - Google Patents

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、両ヨーク
板間に配置される円環状コイルを具備したブラシレスDC
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。有鉄心形ステー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62-1
77399号（特開平1-23754号））。

〔発明が解決しようとする課題〕

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（特開平1-202143
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プレスカシメある
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
は円環状コイルボヒ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。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
とによって極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。ヨーク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、両ヨーク板は同一形状に
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DC
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ッシュ
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、両ヨーク板
22,24間に挾まれる円環状コイル26を有する構造であ
る。

第１及び第２のヨーク板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22b,24bを形成しておき、各短絡棒3
0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（スヘポット）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
に巻線33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ャッ
プ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38は第１及び第２のヨ
ーク板22,24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
側にロータヨーク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,62bの外側面には両ヨーク板2
2,24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の位置決め用鍔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22,2
4、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。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く実施できイン
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、ヨーク板の
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
積を十分に大きくでき、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、これに巻線やヨーク板や回路基板等の各部材を組み
付け固定できるため、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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深沢 純一郎 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743―１ ミネベ ア株式会社開発技術センタ内 (56)参考文献 特開 昭61−214759（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−10066（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−128476（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−205277（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カップ状のロータヨーク（12）の内周面に
   ロータ磁石（14）を取り付けると共に、該ロータヨーク
   （12）の中心部に固定したブッシュ（16）によってシャ
   フト（18）を固定したロータ（10）と、 軟磁性金属板の外周側を折り曲げて磁極片（28,29）を
   形成した２個のヨーク板（22,24）と、両ヨーク板（22,
   24）の内周縁間を磁気的に短絡する軟磁性短絡部材と、
   両ヨーク板（22,24）間に介装され前記軟磁性短絡部材
   の外周側に位置する円環状コイル（26）を具備するステ
   ータ（20）を有し、 ロータ磁石（14）とステータ磁極片（28,29）との間で
   ラジアル方向にエアギャップを有するように組み合わせ
   た構造のブラシレスDCモータにおいて、 前記ステータ（20）の短絡部材は、ロータ軸方向に延び
   る複数本の軟磁性短絡棒（30）からなり、それらの軟磁
   性短絡棒（30）は、ロータ軸を中心としてその周囲に平
   行に且つ対称的に配列され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. 【請求項２】円環状コイルのボビン（32）は、円筒状部
   分（60）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（62a,62b）とを備
   え、該円筒状部分（60）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. 【請求項３】円環状コイルのボビン（70）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２記
   載のブラシレスDCモータのステータ。
4. 【請求項４】軟磁性短絡棒（30）は、円環状コイルのボ
   ビン中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DCモータのステータ。