JPH0865935A

JPH0865935A - 面対向型ブラシレスモーター

Info

Publication number: JPH0865935A
Application number: JP19928094A
Authority: JP
Inventors: Morio Mashita; 守雄真下; Tomohisa Kawaguchi; 智久川口
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1994-08-24
Filing date: 1994-08-24
Publication date: 1996-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】定尺サイズの積層板からプリントコイルを切
り出したあとのロスを減少し、低コストで薄型面対向型
ブラシレスモーターを製造する。【構成】複数個のコイル極を有する開き角が、１８０
゜より小さい扇型状のプリントコイルを２枚以上配置
し、しかもその相別のコイル極数が同じになるよう配置
してコイルユニットを構成する。【効果】モーターの出力を確保しつつ、外形が大きく
てもプリントコイルの面積を小さくして定尺サイズの積
層板から得られるプリントコイルの数を増やすことが可
能。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型で超薄型であり、
しかも廉価なブラシレスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、電子機器の小型化が進み、各機器
の駆動源に用いられるモータの小型、薄型化の要求が強
い。更に超薄型モータを達成するために、電機子コイル
の薄型化が要求され、偏平な絶縁薄膜の両面又は片面
に、メッキやエッチング等によりパターン状導体を形成
したシート状のコイルが用いられている。

【０００３】従来、このような機器に用いられるモータ
としては、図４（Ａ）に示すように、軸１に固定され、
円周方向に均等に分割、着磁されたリング状の回転子マ
グネット２と、その回転子マグネット２の位置を検出す
るために円周方向に配置された１個以上の磁気検出素子
６と、均等ピッチのパルス状パターンを有するＦＧコイ
ルシート３と、メッキやエッチング等で作られた渦巻状
導体コイルパターンを有する薄型プリントコイル８（固
定子）と、軸１に回転可能に取り付けられ、かつプリン
トコイルユニット４を支持するヨーク板５とを有する構
造の偏平型ブラシレスモータが用いられている。

【０００４】ここで、プリントコイル８（固定子）は全
体が一体として成形され、また、コイル極が全周にわた
って配置され、それぞれのコイル極が駆動電源として使
用される三相電源の各相に応じて直列にプリントコイル
上において接続された構造とされるのが一般であった。
コイルの配置に関する例としては、特開昭６２−１７１
４４８号、特開平１−４７２５２号、特開平３−２８５
５５２号、実開昭５８−４６２８３号等があるが、これ
らはいずれも円形コイルを一体に成形する点において共
通する。

【０００５】また、プリントコイル中のコイル極を扇形
パターンとする例としては、特開昭６３−１５４０５８
号がある。これは一枚の円形プリントコイル中に複数の
扇形パターンをレイアウトして、一つの扇形パターンを
一相分とするものであるが、円形プリントコイルを一体
として成形する点に関しては同じである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４
（Ａ）、（Ｂ）の如き構造の偏平型ブラシレスモータ
は、磁気検出素子６やＦＧコイルシート３が、プリント
コイルに対して体積比が非常に大きくなり、薄型化が困
難になるばかりでなく、これらの磁気検出素子６及びＦ
Ｇコイルシート３をプリントコイル８上に置こうとする
と、エアーギャップを大きくしなければならなくなり、
従って、モーター出力の低下につながる問題点があっ
た。この場合に、出力の低下を補うために、モータの外
形サイズを大きくすると、プリントコイルも大きくなる
結果となる。その際、プリントコイルは、図４（Ａ）に
示すような、コイル極が全周に渡って配置され、それぞ
れのコイル極が三相電源の各相に応じて直列にプリント
コイル上において接続された複雑な構造であることか
ら、全体が一体として成形されるのが一般である。従っ
て面積的に中央穴部分はロスとなる。その結果、固定子
の製造プロセスにおいて、定尺サイズの積層板一枚から
得られるプリントコイルの数が少なくなり、無駄が多く
コストアップにつながっていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を以下の構成の手段により解決した。即ち、本願発明
は、平面上にリング状に磁極を有する回転子マグネット
と、前記回転子マグネットに対向して配置された固定子
からなる面対向型ブラシレスモータにおいて、前記固定
子のコイルユニットが、二以上の、開き角が１８０°よ
り小さい扇形プリントコイルを組み合わせたものであ
り、かつ前記扇形プリントコイルが複数のコイル極を有
する面対向型ブラシレスモータである。

【０００８】または、固定子全体における各相のコイル
極数が相ごとに同じである前記の面対向型ブラシレスモ
ータである。または、同じ大きさの前記扇形プリントコ
イルを用いる前記の面対向型ブラシレスモーターであ
る。または、前記扇形プリントコイルを、モータ回転軸
の周りに均等に配置した前記の面対向型ブラシレスモー
タである。

【０００９】さらには、前記扇形プリントコイルのコイ
ル極の数が、３の倍数であって、かつ各コイル極が三相
駆動電源の各々の相に対応して順次電気的に接続されて
いる前記の面対向型ブラシレスモータである。本願発明
の扇形プリントコイルは、開き角が１８０°より小さい
ものであることが必要である。開き角が１８０°より大
きいと、同一モータ中に組み合わされるコイルが複数種
類必要となり、組み立てに手間を要すること、また本願
発明の特有の効果である、定尺サイズの積層板からの取
り数が少なくなる欠点がある。

【００１０】扇形プリントコイルは、その中に複数のコ
イル極を有することを要する。また、この一つの扇形プ
リントコイルは、異なる相のコイル極を有することが望
ましく、更には、駆動電源の全相に対応するコイル極を
それぞれ一つ以上有することが望ましい。単一のコイル
極しか有しないのでは、異なる相間のコイル極間距離精
度が優れているというプリントコイルの特性が生かせ
ず、かつ組み立てに手間を要し、生産効率が著しく悪く
なる。

【００１１】固定子全体における各相のコイル極数の総
和が相ごとに同じであることが望ましい。三相駆動電源
を用いた面対向型ブラシレスモーターの例で説明すれ
ば、その各々の相をＵ、Ｖ、Ｗと表せば、Ｕ相に接続さ
れたコイル極の数とＶ相に接続されたコイル極の数、及
びＷ相に接続されたコイル極の数が各々同じであること
を意味する。このようにすることにより、安定したモー
タの回転状態を得ることが出来る。

【００１２】面対向型ブラシレスモーターに用いる扇形
プリントコイルは、実質的に同じ大きさのものを用いる
ことが望ましい。さらに望ましくは単一のプリントコイ
ルを複数用いるのがよい。実質的に同じ大きさのプリン
トコイルを用いることにより、同一の定尺積層板に数種
類のプリントコイルを配置しても、取り数を減らすこと
がなく、又パターンニングに用いるフォトマスクの種類
も一種類でよいので、製造コストを低減することができ
る。また、単一のプリントコイルを用いることにより、
モーターの組み立て工程においてプリントコイルの種類
毎に実装位置を考慮する必要がなくなり、生産効率が格
段に向上する。ここで、実質的に同じ大きさのプリント
コイルとは、外部回路との接続のための端子の位置が異
なるためプリントコイルの外形が異なる、コイル巻線の
巻数が局部的にコイルユニット全体としてバランスが取
れる程度に異なる、またはそれらの組み合わせによるも
のであり、かつ前述した定尺積層板からの取り数を減少
させないものを意味する。

【００１３】扇形プリントコイルは、モーターの固定子
の周囲に等角度間隔に配置することが望ましい。実質的
に同じ大きさの扇形プリントコイルを、モーター回転軸
のまわりに等角度間隔に配置すれば、各コイル極の逆起
出力がモーターの回転軸に対して軸対象に発生するため
モーターの回転精度を上げるのに有効である。一つの扇
形プリントコイルの中に含まれるコイル極の数は、２以
上の任意の数を選択できるが、三相駆動電源を用いた面
対向型ブラシレスモーターでは３の倍数であり、相毎の
コイル極数が等しいことが好ましい。これは三相駆動電
源のそれぞれの相に対応するようコイル極を順次電気的
に接続することとすれば、扇形プリントコイルの数を、
必要最小限のモータ出力を得られる数だけに限定した場
合でも、特に設計変更などを行う必要がないのである。

【００１４】本願発明の扇形プリントコイルを用いた場
合の定尺サイズの積層板からの取り数について説明す
る。モーターの回転軸の回りに全周にわたってコイル極
を配置し、それらにコイル極をプリントコイル上におい
て一体成形した従来型のプリントコイルの場合、例え
ば、特開昭６３−１５４０５８号、特開昭６２−１７１
４４８号、特開平１−４７２５２号、特開平３−２８５
５５２号、実開昭５８−４６２８３号等で開示されてい
るようなプリントコイルでは、モーター回転軸、及び、
回転軸を保持し回転軸と一体となって回転する部品とを
貫通させるために、プリントコイルの中心部に貫通孔を
設けなければならない。また、プリントコイル上におい
てコイル極以外の部分を最小限に抑えた完全な円形のプ
リントコイルであっても、プリントコイルを積層板上に
配置した場合に、円形のプリントコイルをいかに最密に
配置しても円と円の間のプリントコイルとして使用され
ない部分が発生してしまい、多大のロスを避けることが
出来ない。

【００１５】一方、本願発明の扇形プリントコイルの場
合、プリントコイルの中心部の貫通孔を設ける必要がな
く、また、プリントコイル間のプリントコイルとして使
用されない部分の発生を大幅に少なくさせることが出来
る。従って、定尺サイズの積層板から得られるプリント
コイルの数を増やし、コストダウンを図ることが可能と
なる。このことは、出力アップのためにモーターの外形
を大きくし、プリントコイルも大きくしなければならな
い場合に、特に顕著である。

【００１６】本願発明の扇形プリントコイルを用いたモ
ータの逆起出力について説明する。図５（Ａ）、（Ｂ）
は、同じサイズのコイル極７Ａをそれぞれコイル実装半
径ｒａ、ｒｂに配置したものである。ブラシレスモータ
ーの場合、逆起出力はＢ×ｌ×ｒに比例する（ここでＢ
は磁束密度であり、ｌはコイル有効長で、一つのコイル
極のモータ半径方向の長さを意味する。また、ｒはコイ
ル実装半径で、モーターの回転中心と一つのコイル極の
中心との距離である。）。従って、同じ強さの磁石を使
えば、コイル有効長が同じであるため、（Ｂ）は（Ａ）
に対して、ｒｂ／ｒａ倍の逆起出力が得られることにな
る。あるいは、同じ逆起出力の場合コイル極の数は、ｒ
ａ／ｒｂで良いことになる。この場合、コイル極数を減
らす事により、磁気回路内にできたスペースに、磁気検
出素子やＦＧコイルシート等を配置することが出来る。
その結果、エアーギャップを大きくする必要がなくな
り、薄型で高出力のモータが得られる。

【００１７】コイル極の分割角度、サイズ、個数は任意
に設定でき、図８（Ａ）の３２極の磁石２に対してのコ
イルを例に考えた場合、図８（Ｂ）のように１５°の開
き角を持ったコイル極７Ｂが４個からなる扇形のプリン
トコイル８Ａを３個配置しても良く、図８（Ｃ）のよう
に、１５°の開き角を持ったコイル極７Ｂが２個、４
個、６個から成る扇形状のプリントコイル８Ｂ、８Ｃ、
８Ｄ、を各１個ずつ配置しても良く、図８（Ｄ）のよう
に１１．２５°の開き角を持ったコイル極７Ｃが３個か
ら成る扇形状のプリントコイル８Ｅを３個配置しても良
い。また、扇形のプリントコイルを複数個配置したあと
にできるスペースに、磁気検出素子やＦＧセンサー等を
配置すれば、モータの出力を落とさず、薄型化も達成で
きる。

【００１８】以下、実施例に基づいて本願発明を説明す
る。

【００１９】

【実施例】

【００２０】

【実施例１】積層板の定尺サイズを１０００ｍｍ×１０
００ｍｍとした場合に、表１の実施例１に示したように
扇形プリントコイルを作成した。このプリントコイルを
使用したモーターの平面図を図１（Ａ）に示す。扇形プ
リントコイル８は、同じ大きさのＵ、Ｖ、Ｗ相各１個ず
つの計３個のコイル極７を有する。磁気検出素子は扇形
プリントコイル８の配置により出来た空きスペースに配
置した。また、このモーターの断面図を図１（Ｃ）に示
す。

【００２１】この場合のエアーギャップは０．９ｍｍ
（＝プリントコイル厚み０．６ｍｍ＋磁石とプリントコ
イルの間隔０．３ｍｍ）であり、コイル有効長は７．５
ｍｍ（＝（７２．５ｍｍ−５２．５ｍｍ）／２）、コイ
ル実装半径は３２．５ｍｍ（＝（７２．５ｍｍ＋５２．
５ｍｍ）／４）である。定尺サイズ内で扇形プリントコ
イルは、図７に示した配置をとることができ、最大で３
１０８個の扇形プリントコイルが得られた。これをモー
ター当たり２個使用すれば、従来方式とほぼ同じ大きさ
の逆起出力のモーターを作成できるので、モーターとし
て１５５４個（＝３１０８／２）の取り数に相当する。

【００２２】

【比較例１】積層板の定尺サイズを実施例１と同じ１０
００ｍｍ×１０００ｍｍとして、表１の比較例１に示し
たような実施例１と同じ逆起出力の従来方式のプリント
コイルを作製した。プリントコイルの外径は４０ｍｍ、
内径は２５ｍｍ、厚みは０．６ｍｍであった。このプリ
ントコイルを使用したモーターの平面図を図３（Ａ）に
示す。プリントコイル８はＵ、Ｖ、Ｗ相各６個ずつ計１
８個のコイル極７を有する。磁気検出素子はプリントコ
イル上に配置した。このプリントコイルを使用したモー
ターの断面図を図３（Ｂ）に示す。エアーギャップは
１．５ｍｍ（＝プリントコイル厚０．６ｍｍ＋磁気検出
素子０．６ｍｍ＋磁気検出素子と磁石との間隔０．３ｍ
ｍ）であるため、磁束密度は実施例１に比較して２／３
倍、有効長は７．５ｍｍ（＝（４０ｍｍ−２５ｍｍ）／
２）となり実施例と同じであるが、コイル極数が相当た
り６個と、実施例１の２個と比較すると実質３倍となっ
ている。また、コイル実装半径は１６．２５ｍｍとなり
実施例と比較して１／２倍であり、モーターの逆起出力
としては、ほぼ同じとなっている。

【００２３】この従来型の場合、図６のような最密配置
を行っても、最大で３４３個の取り数で、本願発明と比
較して、２／９に過ぎず、５倍弱のコストアップとなっ
た。

【００２４】

【実施例２】実施例１の扇形プリントコイルをモーター
一台あたり３個使用することにより実施例１のモーター
よりほぼ１．５倍逆起出力が大きいモーターを作製し
た。このモーターの平面図を図１（Ｂ）に示す。断面構
成は実施例１と同様である。この場合の定尺サイズの積
層板からの取り数は、モーターとして１０３６個相当
（＝３１０８個／３）となり、モーターの逆起出力が２
／３倍の比較例１の従来型のプリントコイルと比較して
も約３倍の取り数である。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】定尺サイズの積層板から得られるプリン
トコイルの数が従来方式のモータのプリントコイルよ
り、格段に増加し、コストダウンに極めて大きな効果を
発揮する。また、モーター出力の低下を防ぎ、モーター
の外形サイズを大きくしても、製造コストが大幅にアッ
プすること無く、低コストで製品が製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）は、本願発明の２種類の実施例
におけるプリントコイルの平面図（Ｃ）は、それを実装したモーターの断面図

【図２】実施例１、２及び比較例１における回転子磁石
の着磁図

【図３】（Ａ）は、従来方式のプリントコイルの平面図（Ｂ）は、従来方式のプリントコイルを実装したモータ
ーの断面図

【図４】（Ａ）は、従来方式の偏平ブラシレスモーター
の組立分解図（Ｂ）は、従来方式の偏平ブラシレスモーターの断面図

【図５】本願発明において、同じサイズのコイル極を実
装半径の異なる２種類の配置をした場合の概略平面図

【図６】従来方式のプリントコイルの定尺サイズの積層
板への配置図

【図７】本願発明の扇形プリントコイルの定尺サイズの
積層板への配置図

【図８】（Ａ）は、本願発明の他の実施態様における回
転子磁石の着磁図（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、本願発明の他の実施態様に
おけるプリントコイルの平面図

【符号の説明】

１…軸２…磁石３…ＦＧコイルシート４…固定子５…ヨーク板６…磁気検出素子７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ…コイル極８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ…扇形プリントコイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面上にリング状に磁極を有する回転子
マグネットと、前記回転子マグネットに対向して配置さ
れた固定子からなる面対向型ブラシレスモータにおい
て、前記固定子のプリントコイルが、二以上の、開き角
が１８０°より小さい扇形のプリントコイルを組み合わ
せたものであり、かつ前記扇形プリントコイルが複数の
コイル極を有する面対向型ブラシレスモーター。
【請求項２】前記扇形プリントコイルを有する固定子
全体における各相のコイル極数が、相ごとに等しい請求
項１記載の面対向型ブラシレスモーター。
【請求項３】同じ大きさの前記扇形プリントコイルを
用いる請求項１または２記載の面対向型ブラシレスモー
ター。
【請求項４】前記扇形プリントコイルを、モータ回転
軸の周りに等角度間隔に配置した請求項１ないし３に記
載の面対向型ブラシレスモーター。
【請求項５】前記扇形プリントコイルが有するコイル
極の数が、３の倍数であって、かつ三相駆動電源を使用
している請求項１乃至４記載の面対向型ブラシレスモー
ター。