JPH08228464A

JPH08228464A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JPH08228464A
Application number: JP3359395A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Takada; 豊高田; Hiroshi Miyazawa; 弘宮沢
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-02-22
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 1996-09-03

Abstract

(57)【要約】【目的】ラジアルギャップ型ブラシレスモータにおい
て、比較的容易でしかも安価な方法により磁気回路効
率、モータ効率、モータ性能の向上をはかることのでき
るブラシレスモータを提供する。【構成】軸受け２６または上下ステータヨーク２１，２
５を支持しているスリーブ２７とは別に、上下ステータ
ヨーク２１、２５と磁気回路を構成する磁気的結合部２
３とを備える。【効果】磁気回路中の磁気回路長が短くなり磁気抵抗が
減るとともに、磁気飽和が防止でき、鉄損が低減され、
磁気回路効率およびモータ効率を容易にしかも安価に向
上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ラジアルギャップ型ブ
ラシレスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ラジアルギャップ型ブラシレスモータに
おいて、磁気回路効率、モータ性能、モータ効率の向上
をねらいとするものとしては、たとえば特開平１−１９
８２６３号公報の３頁３欄に記載されているように、上
下２個のステータヨーク板間を軸受けハウジング部と一
体加工した軟磁性部材で磁気的に結合する構造としたも

【０００３】のや、実開平５−８４１８０号公報の

【００１８】から

【００２０】に記載されているように、上下２個のステ
ータヨーク板間を軟磁性体薄板の積層体部材で構成した
ものなどがある。

【０００４】図８に、従来のラジアルギャップ型ブラシ
レスモータの断面図を示す。上下２個のステータヨーク
２１，２５間は、軸受け２６がハウジングされている軟
磁性体からなるスリーブ２７で磁気的に結合した構造で
ある。矢印で図示したループは、磁気回路を構成する磁
束の流れである。磁気回路に沿って磁束の流れをたどる
と、まず永久磁石１３から発生する磁束は上側ステータ
ヨーク２１の極歯２１ａから入り、ヨーク内部を通って
中心部の軸受け２６がハウジングされているスリーブ２
７の端面に沿い、下側ステータヨーク２５に入り、そし
て極歯２５ａから永久磁石１３に戻るという磁気回路を
組む。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のブラシレスモータのステータ構造にあっては、上下
２個のステータヨーク間を、軸受けがハウジングされて
いる軟磁性体からなるスリーブを磁気的結合部とした構
造であるため、径が小さく磁束が集中して磁束密度が高
い場所となるスリーブ付近では、磁気飽和が起きやす
い。また、モータ中心付近にあるこのスリーブを磁気的
結合部としているので、永久磁石、ステータヨーク、ス
リーブで構成される磁気回路の磁気回路長が長く、磁気
抵抗が大きくなっている。さらに、モータ直径が大きく
なれば、この磁気回路の磁気回路長はもっと長くなる。
この磁気飽和の発生あるいは磁気回路長、磁気抵抗の増
大は、磁気回路効率の低下につながり、発生トルクや回
転数の低下あるいは消費電流の増加などにつながる。

【０００６】そこで本発明は、このような問題点を解決
するもので、その目的とするところは、軸受けまたはス
テータヨークが支持されているスリーブと、上下ステー
タヨークと磁気的に結合して磁気回路を構成する磁気的
結合部とを備えた構成とすることで、比較的容易で安価
な方法により磁気回路効率、モータ効率、モータ性能の
向上をはかることのできるブラシレスモータを提供す
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のブラシレスモータは、多極着磁された永久
磁石回転子と、くし歯状からなる極歯を有した上下２個
のステータヨークと、このステータヨークに挟み込まれ
ステータを励磁するための円環状コイルと、永久磁石回
転子の極を検知し円環状コイルに流れる電流方向を切り
換えるためのセンサーを具備したブラシレスモータにお
いて、軸受けまたはステータヨークが支持されているス
リーブと、上下ステータヨークと磁気的に結合して磁気
回路を構成する磁気的結合部とを備えたことを特徴とす
る。また、本発明のブラシレスモータは、多極着磁され
た永久磁石回転子と、くし歯状からなる極歯を有した上
下２個のステータヨークと、このステータヨークに挟み
込まれステータを励磁するための円環状コイルと、永久
磁石回転子の極を検知し円環状コイルに流れる電流方向
を切り換えるためのセンサーを具備したブラシレスモー
タにおいて、軸受けまたはステータヨークが支持されて
いるスリーブと、上下ステータヨークと磁気的に結合し
て磁気回路を構成する磁気的結合部とを備え、前記磁気
的結合部材料の電気抵抗率がステータヨーク材料の電気
抵抗率と同等かそれ以上であるような軟磁性体材料を用
いることを特徴とする。また、本発明のブラシレスモー
タは、前記磁気的結合部の表面にスラスト方向に溝を付
けたことを特徴とする。また、本発明のブラシレスモー
タは、多極着磁された永久磁石回転子と、くし歯状から
なる極歯を有した上下２個のステータヨークと、このス
テータヨークに挟み込まれステータを励磁するための円
環状コイルと、永久磁石回転子の極を検知し円環状コイ
ルに流れる電流方向を切り換えるためのセンサーを具備
したブラシレスモータにおいて、軸受けまたはステータ
ヨークが支持されているスリーブと、上下ステータヨー
クと磁気的に結合して磁気回路を構成する磁気的結合部
とを備え、ステータヨークおよび前記磁気的結合部に設
けられた機械的固定手段により前記磁気的結合部を固定
したことを特徴とする。さらに、本発明のブラシレスモ
ータは、軸受けまたはステータヨークが支持されている
スリーブと、前記磁気的結合部との空間を非磁性体で支
持したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明のブラシレスモータによれば、軸受けま
たはステータヨークを支持しているスリーブとは別に、
上下ステータヨークと磁気回路を構成する磁気的結合部
を設けたため、ステータヨーク中の磁束の流れは、この
磁気的結合部を通ることになる。このため磁気回路長が
短くなり、磁気回路中の磁気抵抗が減り磁気回路効率お
よびモータ効率が向上する。また本発明の構成による
と、この磁気的結合部の位置は、コイル体積や磁気回路
長に応じて自由に設定できる。したがってコイル体積も
磁気回路長も自由に調整することができ、設計の自由度
を上げることができる。

【０００９】また、磁気的結合部材料の電気抵抗率がス
テータヨーク材料の電気抵抗率と同等かそれ以上である
ような軟磁性体材料を用いることにより、うず電流損が
低減され、磁気回路効率がさらに向上してモータ効率を
向上させることができる。

【００１０】また、前記磁気的結合部の表面にスラスト
方向に溝を付けることにより、円周方向に対しては電気
抵抗が大きくなり、うず電流損が抑制される。このた
め、磁気回路効率が向上し、モータ効率を向上させるこ
とができる。

【００１１】さらに、ステータヨークおよび前記磁気的
結合部に設けられた機械的固定手段によって磁気的結合
部が固定されているため、軸受けまたはステータヨーク
が支持されているスリーブと、前記磁気的結合部との空
間を非磁性体で支持して構成する必要がなく、比較的容
易で安価に短絡部材を構成することができる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明に基づいて説明する。

【００１３】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例を示すラジアルギャップ型ブラシレスモータの分解斜
視図であり、アウター型のロータ１０とステータ２０を
組み合わせて構成される。この例では説明上４極構造に
なっているが、１６極や２４極構造のモータでも同様に
構成される。

【００１４】ロータ１０はカップ状のケース１２の内周
面に円筒状でラジアル方向に磁極数着磁された永久磁石
１３を貼り付けるとともに、中心部にはシャフト１１を
挿入固着して構成されている。永久磁石１３はセグメン
トに分割された物を組み合わせてもよいし、シート状の
物を丸めて多極着磁したもの、あるいはリング状の物を
多極着磁したものでもよい。

【００１５】ステータ２０は、上側ステータヨーク２１
と下側ステータヨーク２５、磁気的結合部２３を支持す
る非磁性リング２２、励磁用の円環状コイル２４、およ
びシャフト１１を回転支持する軸受け２６が入っている
スリーブ２７により構成されている。

【００１６】スリーブ２７の下方には、モータの駆動回
路素子が実装された回路基板２８があり、この回路基板
２８には永久磁石の磁極を検出するためのホール素子を
用いた磁極検出器２９がある。

【００１７】軟磁性材料よりなるステータヨーク２１、
２５は、所望の形状に打ち抜いた後、くし歯状の極歯２
１ａを折り曲げて成形されたものである。

【００１８】前記ステータヨーク２１と２５との間に磁
気的結合部２３が設けられており、この磁気的結合部２
３は、非磁性リング２２を介して、軸受け２６がハウジ
ングされているスリーブ２７よりも離れた位置で、ステ
ータヨーク２１，２５と磁気的に結合する構造をとる。
この磁気的結合部２３は、軟磁性材料からなるものであ
り、その材質としては、一般鋼板、電磁鋼板、珪素鋼板
等があげられるが、本実施例においては珪素鋼板を使用
している。また、本実施例においては磁気的結合部とし
てリング状部材を例にあげて説明しているが、必ずしも
リング状である必要はなく、分割された円弧状でもよ
い。

【００１９】本発明の特徴は、軸受けが支持されている
スリーブ２７で磁気回路を構成する従来の構造とは異な
り、磁気回路を構成する上下ステータヨーク２１、２５
の磁路の途中に磁気的に結合させる磁気的結合部２３を
スリーブ２７から離れた位置に設け、ステータヨーク中
の磁束の流れをこの磁気的結合部２３の設置位置で通し
て磁気回路長を短くすることにある。磁気回路長が短く
なることにより、磁気回路中の磁気抵抗が減り磁気回路
効率およびモータ効率が向上する。この作用を従来の磁
気回路構造と対比させて詳細に説明する。

【００２０】図２は磁気的結合部２３を用いた本発明の
第１の実施例を示すモータの断面図である。矢印で図示
したループは、磁気回路を構成する磁束の流れである。
磁気回路に沿って磁束の流れをたどると、まず永久磁石
１３から発生する磁束は上側ステータヨーク２１の極歯
２１ａから入り、ヨーク内部を通って磁気的結合部２３
の端面に沿い、下側ステータヨーク２５に入り、そして
極歯２５ａから永久磁石１３に戻るという磁気回路を組
む。この磁気的結合部２３を用いた場合、磁束の流れ
は、上下ステータヨーク２１、２５と磁気的結合部２３
で磁束は流れ、スリーブ２７まで行くことはない。この
ため従来と比較して磁気回路長が短くなり、磁気回路中
の磁気抵抗が低減する。

【００２１】また、磁束が集中するモータ軸中心部のス
リーブ２７付近では、径が小さく、磁束が集中して磁束
密度が高い場所となるため、磁気飽和が発生しやすい。
磁気的結合部２３を用いた場合、モータ軸の中心部に位
置するスリーブ径よりも磁気的結合部の径の方が大きい
ため、磁路の有効断面積が大きくなり飽和磁束量が大き
くとれ、磁気回路効率の向上になる。

【００２２】（実施例２）この磁気的結合部２３は磁束
が集中するところであることから、うず電流損やヒステ
リシス損からなる鉄損の発生が顕著になる。このうち、
うず電流損は、材料の厚み、飽和磁束密度、コイル電流
の切換周波数等に比例し、ヨーク材料の電気抵抗率に反
比例する。

【００２３】本実施例では、これらの要素の中で比較的
材料の選択自由度が大きい電気抵抗率に注目し、磁気的
結合部２３にステータヨーク材料の電気抵抗率と同等か
それ以上であるような電気抵抗率をもつ軟磁性体材料を
用いる。望ましくは、２倍以上の電気抵抗率をもつ軟磁
性体材料を用いる。電気抵抗率が２倍以下だと電気抵抗
率を大きくした効果は現れにくく、大きな効率向上は得
られない。しかし、あまり電気抵抗率を大きなものにす
ると、磁気特性の低下や加工しにくい問題がででくる。
そのため本実施例では、これらの面と入手のしやすさを
考え、磁気的結合部２３にステータヨーク材料の４．７
倍の電気抵抗率をもつ３％珪素鋼を用いた。

【００２４】第１の実施例および第２の実施例における
実験結果を以下に示す。表１は、本発明と従来例とのモ
ータ効率を比較したものである。なお、コイル仕様によ
って発生する磁束量も異なるため、アンペアターン数は
同一としている。

【００２５】モータ仕様モータ構造：アウターロータ型１６極ラジアルギャップ型ブラシレスモータモータ外径：φ４０ｍｍモータ高さ：８ｍｍスリーブ２７の材質：一般鋼板電気抵抗率＝１．０×１０^-7（Ωｍ）磁気的結合部２３の材質：３％珪素鋼電気抵抗率＝４．７×１０^-7（Ωｍ）

【００２６】

【表１】

【００２７】図３はトルクに対するモータ回転数の実験
結果である。また、図４はトルクに対するモータ電流の
実験結果である。磁気的結合部２３を用いた本発明の磁
気回路構造のモータは、測定トルク領域においてモータ
回転数が１０％増大、モータ電流は２０％低減し磁気回
路効率が向上していることがわかる。

【００２８】図５は、表１の実験結果をもとにエアーギ
ャップ長Ｇに対する磁気回路長Ｌの比Ｌ／Ｇに対するモ
ータ効率を示したものである。磁気回路長Ｌは、永久磁
石、ステータヨーク、磁気的結合部（従来例の場合はス
リーブ）で構成する磁気回路の長さである。Ｌ／Ｇが１
３４以上の場合を考えると、エアーギャップ長Ｇが一定
で磁気回路長Ｌが大きくなった場合は、磁気回路中の磁
気抵抗が増加するためモータ効率は悪くなる。また、磁
気回路長Ｌが一定でエアーギャップ長Ｇが小さくなった
場合は、磁気回路中の磁気抵抗が減少することからモー
タ効率が向上する。しかし、このエアーギャップ長Ｇは
加工・組立精度の関係から限度がある。したがってＬ／
Ｇを１３４以下にすれば確実にモータ効率を向上させる
ことができる。

【００２９】（実施例３）上下ステータヨーク２１、２
５に挟まれた円環状コイル２４により、周期的に電流方
向が切り換わると、スラスト方向に変化する磁束が生じ
るため、磁気的結合部２３の円筒面には、それと直行し
た円周方向にうず電流が発生する。このうず電流損の発
生は、モータ効率の低下となる。

【００３０】図６に示す第３の実施例では、磁気的結合
部２３の円筒表面にスラスト方向に溝３０を入れたもの
である。溝の形状は、磁気飽和に影響しない程度とす
る。このような磁気的結合部の溝形状３０は、旋盤等で
容易に加工できるため、比較的容易に安価に実現でき
る。このスラスト方向の溝３０により、うず電流が流れ
ようとする円周方向に対しては電気抵抗が大きくなり、
うず電流損が抑制され、効率の向上となる。

【００３１】（実施例４）磁気的結合部２３の取付は、
第１の実施例のように非磁性リング２２により支持して
もよいが、図７に示す本発明の第４の実施例のように、
磁気的結合部２３が設置される位置において、ステータ
ヨーク側２１、２５に凹部３１を設け、磁気的結合部２
３を挿入固着してもよい。部品点数が削減され、簡単・
安価に実現することができる。なお、ステータヨーク２
１、２５と磁気的結合部２３との機械的固定手段は、こ
の方法に限らずカシメによる固定などでもよい。

【００３２】以上、本発明ではアウターロータの実施例
について述べたが、永久磁石をステータヨークの内側に
配置したインナーロータ型のブラシレスモータにおいて
も同様に適用できる。

【００３３】

【発明の効果】軸受けまたはステータヨークを支持して
いるスリーブとは別に、上下ステータヨークと磁気回路
を構成する磁気的結合部を設けたため、上下ステータヨ
ーク中の磁束は、磁気的結合部を通って流れ、磁気回路
長が短くなる。よって磁気抵抗が減り磁気回路効率が向
上することにより、モータ効率が向上し、低消費電流化
させることができる。そして、モータ軸の中心近くに位
置するスリーブ径よりも磁気的結合部の径の方が大きい
ため、磁路の有効断面積が大きくなり飽和磁束量が大き
くとれることから、磁気飽和が防止され磁気回路効率が
向上する。さらに、磁気的結合部の位置は、コイル体積
や磁気回路長に応じて自由に設定できるため、設計の自
由度を上げることができる。

【００３４】また、磁束が集中して鉄損の発生が顕著に
なる磁気的結合部に、ステータヨーク材料の電気抵抗率
と同等かそれ以上であるような軟磁性体材料を用いてい
るので、うず電流損が低減され特に優れた磁気回路効
率、モータ効率の向上が得られる。

【００３５】また、磁気的結合部の円筒表面にスラスト
方向に溝を入れると、うず電流が流れようとする円周方
向に対しては電気抵抗が大きくなるので、うず電流損が
抑制でき、磁気回路効率が向上し、モータ効率を向上す
ることができる。

【００３６】また、磁気的結合部が設置される位置にお
いて、ステータヨークおよび磁気的結合部に設けられた
機械的な固定手段によって磁気的結合部が固定されてい
るので、比較的容易で安価に磁気的結合部を構成するこ
とができる。

【００３７】さらに、本発明の構成によれば、アウター
ロータ型だけでなくインナーロータ型のラジアルギャッ
プ型ブラシレスモータでも適用することができ、モータ
効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のラジアルギャップ型ブラシレスモータ
の分解斜視図。

【図２】本発明の第１の実施例を示すモータの断面図。

【図３】本発明によるトルク対モータ回転数特性。

【図４】本発明によるトルク対モータ電流特性。

【図５】本発明によるＬ／Ｇ対モータ効率特性。

【図６】本発明の第３の実施例を示す磁気的結合部の斜
視図。

【図７】本発明の第４の実施例を示すモータの断面図。

【図８】従来のラジアルギャップ型ブラシレスモータの
断面図。

【符号の説明】

１０ロータ１１シャフト１２ケース１３永久磁石２０ステータ２１上側ステータヨーク２１ａ上側ステータヨークの極歯２２非磁性リング２３磁気的結合部２４円環状コイル２５下側ステータヨーク２５ａ下側ステータヨークの極歯２６軸受け２７スリーブ２８回路基板２９磁極検出器３０磁気的結合部のスラスト方向の溝３１ステータヨーク側に設けた凹部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多極着磁された永久磁石回転子と、くし
歯状からなる極歯を有した上下２個のステータヨーク
と、このステータヨークに挟み込まれステータを励磁す
るための円環状コイルと、永久磁石回転子の極を検知し
円環状コイルに流れる電流方向を切り換えるためのセン
サーを具備したラジアルギャップ型ブラシレスモータに
おいて、軸受けまたはステータヨークが支持するスリー
ブと、永久磁石側に近く上下ステータヨークと磁気的に
結合して磁気回路を構成する磁気的結合部とを備えたこ
とを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】多極着磁された永久磁石回転子と、くし
歯状からなる極歯を有した上下２個のステータヨーク
と、このステータヨークに挟み込まれステータを励磁す
るための円環状コイルと、永久磁石回転子の極を検知し
円環状コイルに流れる電流方向を切り換えるためのセン
サーを具備したラジアルギャップ型ブラシレスモータに
おいて、軸受けまたはステータヨークが支持するスリー
ブと、永久磁石側に近く上下ステータヨークと磁気的に
結合して磁気回路を構成する磁気的結合部とを備え、前
記磁気的結合部材料の電気抵抗率がステータヨーク材料
の電気抵抗率と同等かそれ以上であるような軟磁性体材
料を用いることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項３】前記磁気的結合部の表面にスラスト方向
に溝を付けたことを特徴とする請求項１または請求項２
記載のブラシレスモータ。
【請求項４】多極着磁された永久磁石回転子と、くし
歯状からなる極歯を有した上下２個のステータヨーク
と、このステータヨークに挟み込まれステータを励磁す
るための円環状コイルと、永久磁石回転子の極を検知し
円環状コイルに流れる電流方向を切り換えるためのセン
サーを具備したラジアルギャップ型ブラシレスモータに
おいて、軸受けまたはステータヨークが支持するスリー
ブと、永久磁石側に近く上下ステータヨークと磁気的に
結合して磁気回路を構成する磁気的結合部とを備え、ス
テータヨークおよび前記磁気的結合部に設けられた機械
的固定手段により前記磁気的結合部を固定したことを特
徴とするブラシレスモータ。
【請求項５】軸受けまたはステータヨークが支持され
ているスリーブと、前記磁気的結合部との空間を非磁性
体で支持したことを特徴とする請求項１または請求項２
記載のブラシレスモータ。