JPH0746894B2 - ブラシレスdcモ−タ - Google Patents

ブラシレスdcモ−タ

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JPH0746894B2
JPH0746894B2 JP62177399A JP17739987A JPH0746894B2 JP H0746894 B2 JPH0746894 B2 JP H0746894B2 JP 62177399 A JP62177399 A JP 62177399A JP 17739987 A JP17739987 A JP 17739987A JP H0746894 B2 JPH0746894 B2 JP H0746894B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ラジアル方向に多極着磁した永久磁石ロー
タを用いるラジアル・エアギャップ形のブラシレスDCモ
ータに関する。更に詳しく述べると、この発明は強磁性
金属板を折り曲げて磁極片を形成した2個のステータヨ
ークで円環状コイルを挾み、1個の磁極検出器によって
ロータの位置を検出して駆動するブラシレスDCモータに
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
ち抜い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。
〔発明が解決しようとする問題点〕 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。
この発明の目的は、このような従来技術の欠点、即ち積
層鉄心形ステータの巻線作業の複雑さや無鉄心形の磁気
回路の効率の悪さを改善し、構造が簡単で組み立て易く
且つ高性能のブラシレスDCモータを提供することにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明はラジアル方向に多極着磁したリング状もしく
はセグメント状の永久磁石を有する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モータを前提とし
ている。
この発明は、上記のようなブラシスレスDCモータのステ
ータ構造として、強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外周側に形成すると共に内周
側にリング部を一体的に形成し該リング部には軸方向の
1本以上のスリットを形成した同一構造の2個のステー
タヨークによって、各磁極片がロータ磁石に対面するよ
うに円環状コイルを挾み込み、且つそれら2個のステー
タヨークはエアギャップが形成される円周上で磁気的な
アンバランスが生じるように配置されており、1個のロ
ータ磁極検出器が組み込まれた構造をなしている点に特
徴を有するものである。
〔作用〕
ステータヨークは強磁性金属板のプレス加工等によって
製作される。コイルは単純な円環状であり、コイル完成
後に両側からステータヨークを挾めばよいため、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。
コイルを挟む2個のステータヨーク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を連続回転させることがで
きる。
なお2個のステータヨークはエアギャップが形成される
円周上で磁気的なアンバランスが生じるように配置して
あるから、ロータ停止位置の如何にかかわらず確実にロ
ータを自起動できる。
この発明ではコイルは強磁性体によって囲まれているた
め漏洩磁束が減少し、且つステータヨークは板金折り曲
げ加工で済むためステータの重量が減少すると共に鉄損
も減少する。
〔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の要部を示す分解斜視図である。
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、中心部に固定したブッシュ
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、ラジアル方向に4
極着磁が施されている。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、強磁性金属板を折り曲げ加
工した第1および第2のステータヨーク22,24によって
円環状コイル26を挾み込む構造である。第1および第2
のステータヨーク22,24は、それぞれ中央から反対方向
に扇形に広がり外周側にそれぞれ磁極片28,29を形成す
ると共に内周側にリング部30,31を一体的に設けた構造
をなす。コイル26は、巻芯と両端にフランジを有するボ
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。
第1および第2のステータヨーク22,24は、それらの磁
極片28,29の外面が丁度ロータ磁石14の内面と対抗する
ようにして、一方のリング部31が他方のリング部30内に
貫入し、しかもそれらの磁極片はエアギャップが形成さ
れる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)組み合わせられる。これらの位置決めと固定は、コ
イルボビン32の両外面にそれぞれ設けた樹脂突起35と両
ステータヨーク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などの磁極検出
器38を取り付ける。
ステータヨークとロータの組み合わせ状態の詳細を第3
図に示す。第1のステータヨーク22と第2のステータヨ
ーク24のそれぞれの磁極片28,29の開き角a(即ちロー
タ磁石14の磁極面に対向している部分の角度)は、ロー
タ磁石一極の着極部を空間角で表した時、その1/5〜4/5
程度の範囲内にするのが望ましい。また第1のステータ
ヨーク22と第2のステータヨーク24とがなす空間角のう
ち小さい方の角度bは、電気角で表した時にπ/4〜3π
/4程度の範囲内にするのが望ましい。
また磁極検出器38は上記のような関係で第1および第2
のステータヨーク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。
このような基本構造をなすブレシレスDCモータを利用し
たファンモータの断面図を第2図に示す。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
メにより固定する。ロータ10のシャフト18は、ケース42
に取り付けられている軸受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Eリング48により保
持される。ステータ20はケース42に取り付けられる。
ケース42の内側には回路基板50がネジ51によって取り付
けられている。なおこの回路基板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
取り付けられる。必要な電力は外部からコード52により
供給される。
第4図はこのブラシレスDCモータの駆動回路の一例を示
している。符号L1,L2はバイファイラ巻したコイルであ
り、一端を共通にして直流電源Eに接続し、他端はそれ
ぞれスイッチング素子Q1,Q2に接続する。なお符号54で
示すブロックは励起切換論理回路である。
第3図および第4図によりこのブラシスDCモータの動作
について説明する。ロータ磁石14は、前述のようにラジ
アル方向に4極着磁されている。便宜上、第3図におい
て斜線を付した部分をN極、他の白色の部分をS極とす
る。磁極検出器38の検出磁極とコイルL1,L2の励磁,非
励磁状態およびコイル励磁に対応した第1および第2の
ステータヨーク22,24の励磁極性の関係を第1表に示
す。
第3図の状態は上記第1表のの状態に対応している。
この時、第1のステータヨーク22のS極とロータ磁石14
のN極との磁気的吸引力が支配的となり、ロータ10は矢
印Fで示す反時計方向へ回転する。第3図に示す状態か
ら90度反時計方向へ回転した時、厳密には磁極検出器38
がロータ磁石14のN極を検出し始めた瞬間にコイルL1
らコイルL2に励磁が切り替わるのでの状態となる。こ
の状態は磁極検出器38がロータ磁石14のN極を検出し始
めた瞬間からS極を検出し始める瞬間までの間保持され
る。これにより第1のステータヨーク22のN極とロータ
磁石14のS極との磁気的吸引力が支配的となり、ロータ
10は引続き反時計方向に回り続ける。第3図の状態から
更に180度回転した時点では再び第1表のの状態にな
り、更に90度回転(第3図の状態から反時計方向に270
度回転)した時点で再び第1表のの状態になり1回転
する。
このようにロータ10は90度回転する毎に第1表の状態番
号とを繰り返しながら連続的に一方向(この実施例
では反時計方向F)に滑らかに回転し続ける。
上記の実施例はロータ磁石14が4極でアウターロータ型
であり、励磁方式が2相ユニポーラー駆動の場合である
が、それ以外の構成にもこの発明を適用しうる。ロータ
磁石14の磁極数が2n極(但しnは正の整数)ならば、第
1表の論理により順次転流を繰り返し滑らかに一方向に
回転する。但しその際、転流角は180度/n(例えば前記
実施例のように4極ならば180/2=90度,6極ならば180/3
=60度)になる。従ってロータ磁石の磁極数によりモー
タ特性は大きく変わる。コイル巻数および抵抗値を同一
とすると、ロータ磁石の磁極数が少なければ高回転・低
トルク型となり、反対に極数が多ければ低回転・高トル
ク型となる。
この発明のような構造のモータでは、磁気回路上、第1
および第2のステータヨークの果たす役割が大きく、特
のその形状はモータ特性(効率)に大きな影響を及ぼ
す。ステータヨークの他の例を第5図および第6図に示
す。第5図ではリング部(第1のステータヨークを通る
磁束と第2のステータヨークを通る磁束の短絡部)に1
本以上のスリット56を入れたものである。これはリング
部に発生する渦電流によるジュール損失(渦電流損)を
減少させるのに効果があり、特に高速回転するモータで
は非常に有効である。
また第6図に示すように、各ステータヨークの磁極片に
1本以上のスリット58を入れたり、あるいは磁極片の中
央部付近をカットしたり、放射線状に切欠きを入れる等
の形状にしてもよい。これらも磁極片に発生する渦電流
を減少させるのに効果がある。またステータヨークのリ
ング部と磁極片の双方にこれらスリットや切欠きあるい
は穴等を形成するものも有効である。
なおこれらステータヨークの形状効果は駆動方式やロー
タ磁石の磁極数等に関わらず有効である。
この発明はインナーロータ型のモータにも適用できる。
その例を第7図に示す。基本的な考え方は前記アウター
ロータ型の場合と同様である。ロータ60はアルミニウム
製リング61によってロータ磁石62をシャフト63に固定し
た構造であり、シャフト63の端部にはインペラ64が取り
付けられる。シャフト63は軸受65,66によりケース67に
対して回転自在に支持される。ステータは第1のステー
タヨーク68と第2のステータヨーク69が間に円環状コイ
ル70を挾んだ構造であり、ロータ磁石62に対向するよう
にステータヨークの内周側に磁極片72が形成され、外周
側にリング部74が設けられて磁路が連続するように構成
される。ケース67には回路基板76が取り付けられ、それ
に磁極検出器78が実装され、その他必要な回路も実装さ
れる。なおロータ構造は上記の例に限られるものではな
く、例えばロータ磁石とシャフトとが樹脂で一体化され
るものでもよい。
このようなファンモータの動作は基本的には前記アウタ
ーロータ型の場合と同様であるから、それらについての
説明は省略する。
〔発明の効果〕
この発明は、強磁性金属板を折り曲げた構造の2個のス
テータヨークを、間に円環状コイルを挾むように組み合
わせ、1個の磁極検出器でロータ磁石の磁極を検出しつ
つコイルに所定の向きとタイミングで電流を供給し駆動
するように構成したから、コイルはボビン等を用いて巻
き付ければよいため絶縁が十分に確保されると共に巻線
作業が極めて容易になり自動巻線に適するし巻線占績率
も向上する。
また強磁性体製のヨークを使用するので漏洩磁束が減少
し且つ金属板の折り曲げ加工等で容易に形成できるため
鉄心重量が小さく鉄損が減少する。
更に、内周側のリング部にスリットを入れることによっ
て、渦電流によるジュール損失(渦電流損)を減少させ
ることができ、特に高速回転するモータでは、モータ特
性が大幅に向上する。
これらによって、ブラシレスDCモータを薄型化・軽量化
できるとともに、低価格化でき、性能も大幅に向上する
効果が生じる。。
【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
を示す要部の分解斜視図、第2図はそれをファンモータ
に適用した場合の一例を示す断面図、第3図はこのモー
タ動作原理を示す構成図、第4図はその駆動回路の一例
を示す回路図、第5図はこの発明で用いるに好適なステ
ータヨークの一例を示す斜視図、第6図はステータヨー
クの他の例を示す斜視図、第7図はこの発明をインナー
ロータ型ファンモータに適用した例を示す断面図であ
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のス
テータヨーク、24……第2のステータヨーク、26……円
環状コイル、28,29……磁極片、38……磁極検出器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ラジアル方向に多極着磁したリング状もし
    くはセグメント状の永久磁石を有するロータを用い、ラ
    ジアル方向にエアギャップを設ける構造のブラシレスDC
    モータにおいて、ステータは、強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外周側に形成す
    ると共に内周側にリング部を一体的に形成し該リング部
    には軸方向に1本以上のスリットを形成した同一構造の
    2個のステータヨークによって、各磁極片がロータ磁石
    に対面するように円環状コイルが挾み込み、且つそれら
    2個のステータヨークはエアギャップが形成される円周
    上で磁気的なアンバランスが生じるように配置し、1個
    のロータ磁極検出器を組み込んだことを特徴とするブラ
    シレスDCモータ。
JP62177399A 1987-07-16 1987-07-16 ブラシレスdcモ−タ Expired - Fee Related JPH0746894B2 (ja)

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DE8888111407T DE3877845T2 (de) 1987-07-16 1988-07-15 Buerstenloser gleichstrommotor.
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