JPH09140107A

JPH09140107A - モータ

Info

Publication number: JPH09140107A
Application number: JP29795695A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Fujinaka; 広康藤中; Hiroyoshi Toyoshima; 弘祥豊島; Koji Kuyama; 浩二久山; Yoshiyuki Furuya; 美幸古屋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-11-16
Filing date: 1995-11-16
Publication date: 1997-05-27
Anticipated expiration: 2015-11-16
Also published as: JP3414907B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は情報機器あるいは、映像・音響機器
等に使用される小型で効率の良いモータを提供すること
を目的とする。【解決手段】周方向にＮ、Ｓ極を交互に着磁した３
個のマグネット４ａ〜４ｃと、３個のマグネット４ａ〜
４ｃを軸方向に３段に積み重ねて一体に保持する中心回
転軸６と、各マグネット４ａ〜４ｃに対応する３段のコ
イル巻回突極７ａ〜７ｃを有するコア１ａ〜１ｃとを備
え、各段のマグネット４ａ〜４ｃのＮ、Ｓ極の着磁位置
が相互に周方向にずれ、各段のコイル巻回突極７ａ〜７
ｃに発生する誘起電圧の位相が同じ段のマグネット４ａ
〜４ｃを回転させるに適する位相となるように設定され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は情報機器あるいは、
映像・音響機器等に使用されるブラシレスモータ等のモ
ータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年ブラシレスモータは、情報機器ある
いは、映像・音響機器の小型化に伴い、小型でなおかつ
高効率のブラシレスモータの要求が高まりつつある。

【０００３】以下に従来のブラシレスモータに付いて説
明する。

【０００４】図２３に従来のインナーロータタイプのブ
ラシレスモータの断面図を示す。

【０００５】図２３において、１０１は３極の突極を有
する円筒状コア、１０２はコイル、１０３はマグネッ
ト、１０４はシャフト、１０５はフレームケース、１０
６、１０７は軸受、１０８は電子部品が実装された回路
基板である。

【０００６】図２３に示すように、シャフト１０４に中
空円筒のマグネット１０３の内円筒部が挿入固定され、
そのシャフト１０４の一方端はフレームケース１０５に
取り付けられた軸受１０６に支承され、もう一方のシャ
フト端はブラケット１０９に取り付けられた軸受１０７
に支承されて両持ち支持構造のインナーロータが構成さ
れている。軸受で回転自在に保持されたシャフト１０４
に取付けられたマグネット１０３はＮ、Ｓ２極に着磁さ
れ、コア１０１の突極に巻回されたコイル１０２に通電
することにより発生する磁束により前記マグネット１０
３は回転する。

【０００７】コア１０１の突極はそれぞれＵ相、Ｖ相、
Ｗ相の巻線となる３相の巻線構造である。３相に発生す
る誘起電圧の位相がそれぞれ１２０゜ずつずれて発生す
るように電子回路で通電駆動させている。即ち、３相ブ
ラシレスモータとして駆動している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、機器の小型化が進み、小型でなおかつ高
効率のブラシレスモータが要求されるようになってきた
今日、第１に、インナーロータタイプのブラシレスモー
タの場合、モータの体積効率があまり良くない傾向にあ
る。以下はその理由について述べる。

【０００９】図２４の（ａ）はインナーロータタイプの
ブラシレスモータの磁気回路を簡略化した断面図であ
る。図２４の（ｂ）はそのモータをコア内側から展開し
た図である。以下はこの図について述べる。なお以下で
は簡単のために磁束の漏れは無視して考えるものとす
る。

【００１０】モータの効率ηを表す値として速度変動率
μの逆数が良く用いられるが、この速度変動率μには一
般的に（数１０１）のような関係がある。

【００１１】

【数１０１】

【００１２】ここで、Φはコアの有効磁束、Ｔはコイル
ターン数、Ｒはコイル抵抗である。

【００１３】ここで、コアの有効磁束Φは（数１０２）
のように表される。

【００１４】

【数１０２】

【００１５】ここで、Ｄはロータ外径、Ｌはロータ長
さ、Ｂｇはギャップの磁束密度である。

【００１６】ここで、ギャップ磁束密度Ｂｇは（数１０
３）のように表される。

【００１７】

【数１０３】

【００１８】ここで、Ｂｒ、μｒはそれぞれ残留磁束密
度、リコイル透磁率と呼ばれマグネットの材質によって
決まる定数である。Ｌｍはマグネットの厚み、Ｌｇはマ
グネット、コア間のエアギャップである。

【００１９】また、コイルターン数Ｔと、コイル抵抗Ｒ
の関係は（数１０４）のように表される。

【００２０】

【数１０４】

【００２１】ここで、Ｋはコイルの導電率、巻線の占積
率によって定まる比例定数、ｌはコイル１ターン当たり
の平均長さ、Ｓはコイルの断面積である。また、このｌ
はコイルのＲ部分を無視すると（数１０５）のように表
される。

【００２２】

【数１０５】

【００２３】ここで、Ｌｃはコイル高さ、Ｄｃはコイル
幅である。

【００２４】以上より（数１０１）に（数１０２）、
（数１０３）、（数１０４）、（数１０５）を代入して
整理すると、（数１０６）のようになる。

【００２５】

【数１０６】

【００２６】この式には、コイル抵抗Ｒ、コイルターン
数Ｔの成分は含まれておらず、巻線仕様の変更により効
率が変化しないことを示している。

【００２７】この式において他の変数を固定し、ロータ
の体積｛πＤ²Ｌ／４｝が一定となるようにＬ、Ｄを変
化させた場合、ロータ長さ／径｛Ｌ／Ｄ｝と効率ηの関
係は図２５のようになる。図２５によるとロータが長く
なるほど効率は良くなるが、そのカーブは緩やかにな
り、ある値に収束しこれ以上では効率が上がらなくな
り、限界がある。

【００２８】第２に、所定値以上のトルクを出力するた
めには、突極に巻回するコイルのターン数を大にしなけ
ればならず、突極の突出量が大となる結果、モータ外径
が大となって、モータの小型化が困難になるという問題
がある。

【００２９】第３に、上記の従来の構成では、インナー
ロータの周囲にコイル巻回突極を等間隔で配したコアを
配置する必要があり、モータの横断面形状が円形ないし
これに近い形状となり、モータの薄型化が困難になると
いう問題がある。

【００３０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、効率が良く、小型化かつ薄型化が可能で、なおか
つ、機器に対する取付の自由度が高いモータを提供する
ことを目的とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明のモータは、上記
目的を達成するために、周方向にＮ、Ｓ極を交互に着磁
したＫ個（Ｋは２以上の整数）のマグネットと、Ｋ個の
マグネットを軸方向にＫ段に積み重ねて一体に保持する
中心回転軸と、各マグネットに対応するＫ段のコイル巻
回突極を有するコアとを備え、各段のマグネットのＮ、
Ｓ極の着磁位置が相互に周方向にずれ、各段のコイル巻
回突極に発生する誘起電圧の位相が同じ段のマグネット
を回転させるに適する位相となるように設定されている
ことを特徴とする。

【００３２】本発明によれば、マグネットの磁極及びコ
アのコイル巻回突極を、モータ軸方向にＫ段に振り分け
て配置することができる。すなわち、マグネットの磁極
及びコアのコイル巻回突極が同一平面上に配置展開され
た従来例に比較し、本発明はモータ軸方向に展開される
Ｋ段の平面上に分散して前記マグネットの磁極及びコア
のコイル巻回突極を配置でき、後に詳述するように、効
率の向上、小型化、薄型化、機器に対する取付の自由度
の各点で有利なモータを提供することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）以下本発明の第１の実施形態について、
図面を参照しながら説明する。

【００３４】図１は、本発明のブラシレスモータの断面
図である。図１において、１ａ、１ｂ、１ｃは２極の突
極７ａ〜７ｃを有する円筒状コア、２ａ、２ｂ、２ｃは
コアを絶縁する樹脂製のインシュレータ、３ａ、３ｂ、
３ｃは各コア突極に巻かれたコイル、４ａ、４ｂ、４ｃ
はＮ、Ｓ２極の磁極を有するマグネット、５はスペー
サ、６はシャフト（中心回転軸）、１０は有頂円筒形の
フレームケース、８はブラケット、９ａ、９ｂは軸受、
１１は端子結線のための基板、１２はインシュレータに
一体に固定された端子ピンである。

【００３５】図１に示すようにロータ部は、中空円筒の
マグネット３ａ、３ｂ、３ｃがスペーサ５を挟んで、各
マグネット４ａ、４ｂ、４ｃの内円筒部がシャフト４に
挿入固定され、そのシャフト４の一方端はフレームケー
ス１０に取り付けられた軸受９ａに支承され、もう一方
のシャフト端はブラケット８に取り付けられた軸受９ｂ
に支承された両持ち支持構造のインナーロータとなって
いる。

【００３６】また、コア１ａ、１ｂ、１ｃは、プレス成
形により珪素鋼板をスラスト方向に積層して構成し、樹
脂製のインシュレータ２ａ、２ｂ、２ｃにより絶縁処理
されている。また、このインシュレータ２ａ、２ｂ、２
ｃには、端子ピン１２が一体に成形されており、コイル
巻線時にコイル３ａ、３ｂ、３ｃの巻始めと巻終わりを
この端子ピン１２に数回巻き付け、半田により処理する
ことにより、自動化を容易にしている。

【００３７】そしてこのコア１ａ、１ｂ、１ｃは、イン
シュレータ２ａ〜２ｃの一部を突出させて成形した位置
決めピンを基準として３個直列に接続し、フレームケー
ス１０内周に挿入固定され、端子ピン１２にはコイル３
ａ、３ｂ、３ｃを結線する基板１１が半田付けにより固
定されている。

【００３８】フレームケース１０の開口部分には軸受け
９ｂが固定されたブラケット８が挿入固定されている構
成となっている。

【００３９】図２は上記ブラシレスモータのロータマグ
ネットの着磁の状態を示した図である。

【００４０】３段に積み重ねられたマグネット４ａ、４
ｂ、４ｃは、図２に示すように、Ｎ、Ｓ極の着磁位置が
各段において１２０゜ずつずれるように着磁されてい
る。

【００４１】図３はそのマグネット４ａ、４ｂ、４ｃ
と、コア１ａ、１ｂ、１ｃ、コイル３ａ、３ｂ、３ｃの
関係を模式的に表した図である。

【００４２】図３、図１に示すように前記コア１ａ、１
ｂ、１ｃの突極７ａ〜７ｃは夫々対応するものが同一周
方向位置にて配置され夫々が縦１列となっており、又１
個のコア１ａ、１ｂ、１ｃに対しコイル３ａ、３ｂ、３
ｃは１本の導線で連続に両突極７ａ〜７ｃに同一方向に
巻かれている。又各段におけるコイル３ａ、３ｂ、３ｃ
の巻き方向は図３に示すように同一方向である。

【００４３】図４は、この構成によりマグネット４ａ、
４ｂ、４ｃが回転したときに各コイル発生する誘起電圧
の波形を示した図である。

【００４４】図４に示すようにコイル３ａ、３ｂ、３ｃ
に発生する誘起電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃは、マグネット４
ａ、４ｂ、４ｃの角度がそれぞれ１２０゜ずつずれてい
るために、位相が１２０゜ずつずれた波形となる。ここ
で各コイル３ａ、３ｂ、３ｃの一端をＣＯＭとして共通
接続し、夫々の他端に３相を振り分け、この３相の誘起
電圧に合わせ基板１１上の電子回路で通電駆動させるこ
とによりトルクが発生し、マグネット４ａ、４ｂ、４ｃ
は回転する。即ち、３相ブラシレスモータとして駆動し
ている。前記電子回路は直流電源から電流が供給されて
いる。

【００４５】図５の（ａ）は上記ブラシレスモータの磁
気回路を簡略化して示した断面図である。図５の（ｂ）
はそのモータをコア内側から展開した図である。以下は
この図について述べる。なお以下では簡単のために磁束
の漏れは無視して考えるものとする。

【００４６】モータの効率ηを表す値として速度変動率
μの逆数が良く用いられるが、この速度変動率μには一
般的に（数１）のような関係がある。

【００４７】

【数１】

【００４８】ここで、Φはコアの有効磁束、Ｔはコイル
ターン数、Ｒはコイル抵抗である。

【００４９】ここで、コアの有効磁束Φは（数２）のよ
うに表される。

【００５０】

【数２】

【００５１】ここで、Ｄはロータ外径、Ｌはロータ長
さ、Ｂｇはギャップの磁束密度である。

【００５２】ここで、ギャップ磁束密度Ｂｇは（数３）
のように表される。

【００５３】

【数３】

【００５４】ここで、Ｂｒ、μｒはそれぞれ残留磁束密
度、リコイル透磁率と呼ばれマグネットの材質によって
決まる定数である。Ｌｍはマグネットの厚み、Ｌｇはマ
グネット、コア間のエアギャップである。

【００５５】また、コイルターン数Ｔと、コイル抵抗Ｒ
の関係は（数４）のように表される。

【００５６】

【数４】

【００５７】ここで、Ｋはコイルの導電率、巻線の占積
率によって定まる比例定数、ｌはコイル１ターン当たり
の平均長さ、Ｓはコイルの断面積である。また、このｌ
はコイルのＲ部分を無視すると（数５）のように表され
る。

【００５８】

【数５】

【００５９】ここで、Ｌｃはコイル高さ、Ｄｃはコイル
幅である。

【００６０】以上より（数１）に（数２）、（数３）、
（数４）、（数５）を代入して整理すると、（数６）の
ようになる。

【００６１】

【数６】

【００６２】この式には、コイル抵抗Ｒ、コイルターン
数Ｔの成分は含まれておらず、巻線仕様の変更により効
率が変化しないことを示している。

【００６３】この式において他の変数を固定し、ロータ
の体積｛πＤ²Ｌ／４｝が一定となるようにＬ、Ｄを変
化させた場合、ロータ長さ／径｛Ｌ／Ｄ｝と効率ηの関
係は図６のようになる。なお図６において点線は従来の
インナーロータタイプのブラシレスモータの場合であ
る。図６より本発明のモータはロータが短い時は従来の
ブラシレスモータに比べ効率が悪いものの、ロータが長
くなるほど効率は良くなり、ある時点で逆転する。また
最終的な収束値（（数６）及び（数１０６）においてＬ
／Ｄ＝無限大とした場合）は本発明のモータの効率は、
従来のモータの効率の１．５倍に達する。

【００６４】なお、上記実施形態ではマグネットの着磁
が１２０゜ずつずれるように構成しているが、マグネッ
ト４ａ、４ｂ、４ｃの着磁が６０゜ずつずれるように構
成した場合も、図７のようにコイル３ａ、３ｃとコイル
３ｂの巻方向を逆にする、あるいは巻き方向は同じでコ
イルの接続を逆にすることにより、誘起電圧の位相は１
２０゜ずつずれた形となり、同様に３相駆動が可能とな
る。

【００６５】また、図１のモータのコア１ａ、１ｂ、１
ｃの外径は円形の場合を示しているが、図８のように外
周部に平面部１Ｐを設けた形状にすることにより機器へ
の取付性が良いモータを提供することも可能となる。

【００６６】さらに、本実施形態では着磁方向をずらす
ことにより、３段の誘起電圧の位相がそれぞれ１２０゜
ずれるように構成しているが図９のようにマグネット４
ａ、４ｂ、４ｃの着磁方向を一定として、コア１ａ、１
ｂ、１ｃの突極７ａ〜７ｃ間の方向をずらした場合、あ
るいは、図１０のようにコア１ａ、１ｂ、１ｃの突極７
ａ〜７ｃ及びマグネット４ａ、４ｂ、４ｃの両方の各段
間の方向をずらした場合も、誘起電圧の位相が１２０゜
ずつずれるようにすることにより、同様に３相ブラシレ
スモータとして駆動することが可能である。特に図１０
の場合は、上下コア１ａ、１ｃの巻線を中間のコア１ｂ
のスロット部分に納めることにより、高さを抑えること
が可能となり、さらにモータの小型化を可能とすること
ができる。

【００６７】なお本実施形態では、モータを３段の構成
としたが、Ｋ段（ｎ＝２、３、４‥‥）の構成とするこ
とにより、Ｋ相のブラシレスモータに一般的に、広く用
いることができる。

【００６８】（実施形態２）次にマグネット４ａ、４
ｂ、４ｃの着磁極数を２極ではなく、それよりも多くし
た本発明の第２の実施形態について説明する。なお、マ
グネット４ａ、４ｂ、４ｃの着磁極数、これらに対応す
る各コア１ａ、１ｂ、１ｃの突極７ａ〜７ｃ及びコイル
３ａ〜３ｂを除いた構成は上記実施形態１に示すものと
同様である。図１１は、マグネット４ａ、４ｂ、４ｃの
着磁極数が６極、コア１ａ、１ｂ、１ｃの突極７ａ〜７
ｃが４極の場合における、マグネット、コア、コイルの
関係を示した図である。

【００６９】図１１に示すものは、周方向に６０°ピッ
チでＮ、Ｓ極を着磁した、６極の着磁を有する円筒状マ
グネット４ａ、４ｂ、４ｃと、前記マグネット４ａ、４
ｂ、４ｃの着磁ピッチに合わせ、着磁のＮ、Ｓ極それぞ
れ２極ずつに対応する４極の突極７ａ〜７ｃを図のよう
に対向する両側に２極ずつ配置したコアを、各３段縦に
ならべた構成としている。

【００７０】この構成の場合、図のようにコア１ａ〜１
ｃに平坦部６０を設けることが容易となり、多スロット
のモータにおいても、モータの径方向の一方の寸法が小
さい、いわゆる小判型のモータが容易に構成できる。

【００７１】図１２は、マグネット４ａ、４ｂ、４ｃの
着磁極数が６極、コア１ａ、１ｂ、１ｃの突極７ａ〜７
ｃが４極の場合における、マグネット、コア、コイルの
関係のもう一つの例を示した図である。

【００７２】図１２に示すものは、周方向に６０°ピッ
チでＮ、Ｓ極を着磁した、６極の着磁を有する円筒状マ
グネット４ａ、４ｂ、４ｃと、前記マグネット４ａ、４
ｂ、４ｃの着磁ピッチに合わせ、着磁のＮ、Ｓ極それぞ
れ２極ずつに対応する４極の突極７ａ〜７ｃを図のよう
に片側に集中して４極配置したコア１ａ〜１ｃを、各３
段縦にならべた構成としている。

【００７３】この構成の場合、図のようにコアの軸セン
タに対して片側の寸法が小さいモータを構成できる。こ
のモータは、機器に取り付ける際に、モータの周方向の
一方向にのみ規制がかかる場合、例えば、光ディスク装
置のスピンドルモータ等に用いることにより、同じ高さ
でも、モータのサイズを大きくとれるため高出力なモー
タとして使用することができる。

【００７４】以上のようにマグネットの極数とコアの突
極数が異なる場合も、周方向に等角度ピッチでＮ、Ｓ極
を着磁した、２ｎ極（ｎは１以上の整数）の着磁を有す
る円筒状マグネットを３個と、前記マグネットの着磁ピ
ッチに合わせ、着磁のＮ、Ｓ極それぞれｍ極ずつに対応
する２ｍ極（ｍは１以上の整数、ｍ≦ｎ）の突極を有す
るコアを３個を、軸方向に縦に３段積み重ね、かつ、マ
グネットの着磁とコアの相対的な角度を、各３段で１２
０／ｎ°ずつずらして構成することにより、同様に３相
のブラシレスモータとして駆動できる。

【００７５】さらに本実施形態では、モータを３段の構
成としたが、Ｋ段（Ｋ＝２、３、４‥‥）の構成とする
ことにより、Ｋ相のブラシレスモータに一般的に、広く
用いることができる。

【００７６】（実施形態３）以下本発明の第３の実施形
態について、図面を参照しながら説明する。

【００７７】図１３は、本発明のブラシレスモータの半
断面図である。図１３において２１はコア、２２ａ、２
２ｂ、２２ｃはコア１の突極２０ａ、２０ｂ、２０ｃに
巻かれたコイル、２３ａ、２３ｂ、２３ｃは３段のマグ
ネット、２４はスペーサ、２５はシャフト、２６はフレ
ーム、２７は軸受、２８は基板、２９はカバーである。

【００７８】図１３に示すようにロータ部は、中空円筒
のマグネット２３ａ、２３ｂ、２３ｃがスペーサ２４、
２４を挟んで、各マグネット２３ａ〜２３ｃの内円筒部
がシャフト２５に挿入固定され、そのシャフト２５の両
端はフレーム２６に取り付けられた軸受２７に支承され
た両持ち支持構造のインナーロータとなっている。

【００７９】また、両側部に位置する２個のコア２１は
それぞれ、鉄塊を切削により、縦１列に３段に設けられ
た３個の突極２０ａ〜２０ｃとそれらをつなぐ磁気回路
部を形成し、電着コーティングにより絶縁処理されてい
る。そしてこのコア２１は、各突極２０ａ〜２０ｃにコ
イル２２ａ、２２ｂ、２２ｃが巻かれた後、コア２１の
両端を、フレーム２６に挿入し、コイル２２ａ〜２２ｃ
の端末線が、接続パターンがプリントされた基板２８に
半田付けされている。

【００８０】図１４は上記ブラシレスモータのマグネッ
トの着磁の状態を示した図である。

【００８１】マグネット２３ａ、２３ｂ、２３ｃの着磁
は図１４に示すように、各段間において着磁の方向が周
方向に１２０°ずつずれるように着磁されている。

【００８２】図１５はそのマグネット２３ａ〜２３ｃ
と、コア２１の突極２０ａ〜２０ｃと、コイル２２ａ〜
２２ｃの関係を模式的に表した図である。

【００８３】図１５のように、コイル２２ａ〜２２ｃ
は、マグネット２３ａ〜２３ｃの１段を１つのグループ
として接続されている。

【００８４】図１６は、この構成によりロータマグネッ
トが回転したときに各コイル発生する誘起電圧の波形を
示した図である。図１６に示すようにコイル２２ａ、２
２ｂ、２２ｃに発生する誘起電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃは、
マグネット２３ａ、２３ｂ、２３ｃの着磁角度がそれぞ
れ１２０゜ずつずれているために、位相が１２０゜ずつ
ずれた形となる。ここで各コイル２２ａ〜２２ｃの一端
をＣＯＭとして共通接続し、もう一端にそれぞれ３相を
振り分け、この３相の誘起電圧に合わせて電子回路で通
電駆動させることによりトルクが発生し、マグネットは
回転する。即ち、３相ブラシレスモータとして駆動して
いる。

【００８５】図１７の（ａ）は本発明のブラシレスモー
タの磁気回路を簡略化した断面図である。図１７の
（ｂ）はそのモータをコア内側から展開した図である。
以下はこの図について述べる。なお以下では簡単のため
に磁束の漏れは無視して考えるものとする。

【００８６】モータの効率ηを表す値として速度変動率
μの逆数が良く用いられるが、この速度変動率μには一
般的に（数１１）のような関係がある。

【００８７】

【数１１】

【００８８】ここで、Φはコアの有効磁束、Ｔはコイル
ターン数、Ｒはコイル抵抗である。

【００８９】ここで、コアの有効磁束Φは（数１２）の
ように表される。

【００９０】

【数１２】

【００９１】ここで、Ｄはロータ外径、Ｌはロータ長
さ、Ｂｇはギャップの磁束密度である。

【００９２】ここで、ギャップ磁束密度Ｂｇは（数１
３）のように表される。

【００９３】

【数１３】

【００９４】ここで、Ｂｒ、μｒはそれぞれ残留磁束密
度、リコイル透磁率と呼ばれマグネットの材質によって
決まる定数である。Ｌｍはマグネットの厚み、Ｌｇはマ
グネット、コア間のエアギャップである。

【００９５】また、コイルターン数Ｔと、コイル抵抗Ｒ
の関係は（数１４）のように表される。

【００９６】

【数１４】

【００９７】ここで、Ｋはコイルの導電率、巻線の占積
率によって定まる比例定数、ｌはコイル１ターン当たり
の平均長さ、Ｓはコイルの断面積である。また、このｌ
はコイルのＲ部分を無視すると（数１５）のように表さ
れる。

【００９８】

【数１５】

【００９９】ここで、Ｌｃはコイル高さ、Ｄｃはコイル
幅である。

【０１００】以上より（数１１）に（数１２）、（数１
３）、（数１４）、（数１５）を代入して整理すると、
（数１６）のようになる。

【０１０１】

【数１６】

【０１０２】この式には、コイル抵抗Ｒ、コイルターン
数Ｔの成分は含まれておらず、巻線仕様の変更により効
率が変化しないことを示している。

【０１０３】この式において他の変数を固定し、ロータ
の体積｛πＤ²Ｌ／４｝が一定となるようにＬ、Ｄを変
化した場合、ロータ長さ／径｛Ｌ／Ｄ｝と効率ηの関係
は図１８のようになる、なお図１８において点線は従来
のインナーロータタイプのブラシレスモータの場合であ
る。図１８より本発明のモータはロータが短い時は従来
のブラシレスモータに比べ効率が悪いものの、ロータが
長くなるほど効率は良くなり、ある時点で逆転する。ま
た最終的な収束値（（数１６）及び（数１０６）におい
てＬ／Ｄ＝無限大とした場合）は本発明のモータの効率
はは、従来のモータの効率の１．５倍に達する。

【０１０４】また、本実施形態では、３段の突極２０ａ
〜２０ｃを一体に備えたコア２１が２個の場合を示した
が、ｑ個（ｑ＝１、２、３、４‥‥）用いた場合にも広
く利用できる。特に本実施形態のようにコア２１を２個
（あるいは１個）用いた場合は、モータの径方向の厚み
をマグネット２３ａ〜２３ｃの径とほぼ同じところまで
薄く出来るため、同じ厚みで考えた場合では、マグネッ
ト２３ａ〜２３ｃの径を大きくできる分高出力のモータ
を構成することができる。

【０１０５】図１９はマグネット２３ａ〜２３ｃの着磁
極数が４極、コア２１が３個で突極２０ａ〜２０ｃが３
極の場合の、コア、マグネット、コイルの関係の１例を
示した図である。

【０１０６】図１９において周方向に９０°ピッチで
Ｎ、Ｓ極を着磁した、４極の着磁を有する円筒状マグネ
ット３個２３ａ〜２３ｃに対して、軸方向と平行に配置
された３極の突極２０ａ〜２０ｃと前記突極２０ａ〜２
０ｃをつなぐ磁気回路部を一体に固定したコア２１を３
個を、マグネット２３ａ〜２３ｃの着磁ピッチに合わせ
てコア２１を配置して構成している。この構成によりモ
ータを機器に取り付ける際に、モータの周方向の一方向
にのみ規制がかかる場合、例えば、光ディスク装置のス
ピンドルモータ等に用いることにより、同じ高さでも、
モータのサイズを大きくとれるため高出力なモータを使
用することができる。

【０１０７】さらに本実施形態では、モータを３段の構
成としたが、Ｋ段（Ｋ＝２、３、４‥‥）の構成とする
ことにより、Ｋ相のブラシレスモータに一般的に、広く
用いることができる。

【０１０８】（実施形態４）以下本発明の第４の実施形
態について、図面を参照しながら説明する。

【０１０９】図２０において、３１はマグネット、３２
はマグネットが挿入固定されたシャフトである。

【０１１０】上記実施形態１〜実施形態３のモータで
は、ロータは３個のマグネットをスペーサを挟んでシャ
フトに挿入固定する構成となっているが、本実施形態で
は、単一のマグネット３１をシャフト３２に挿入固定し
構成し、前記マグネット３１の着磁を、図２に示すもの
と同様に３段に切り替えて構成している。この構成によ
り、３つに分かれていた部品が１つになるため、部品の
コストが抑えられると同時に、組立による３段のマグネ
ットの角度精度によるモータ特性の悪化が少なくなる。

【０１１１】また、本実施形態では、着磁を３段の切り
替えで構成したが、図２１のようにスキュー着磁を行っ
た場合も同様の効果がある。さらにスキュー着磁を行っ
た場合は、磁束の切り替えが滑らかになり、モータのコ
ギングトルクが小さくなるという特徴もある。

【０１１２】（実施形態５）上記各実施形態はブラシレ
スモータに関するものであるが、本発明をブラシ付きモ
ータに適用することもできる。その実施形態を図２２に
示す。

【０１１３】図２２に示すものは、図１３に示すものと
同様にマグネット２３ａ〜２３ｃ、コア２１、突極２０
ａ〜２０ｃ、コイル２２ａ〜２２ｃが構成されている
が、ブラシ７１及び整流子７２を備え、直流電源を各コ
イル２２ａ〜２２ｃに分配し、各３段において対応する
突極２０ａ〜２０ｃの誘起電圧が相互に１２０°位相が
ずれるように構成している。

【０１１４】

【発明の効果】本発明によれば、効率が良く、小型化か
つ薄型化が可能で、なおかつ、機器に対する取付の自由
度が高いモータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１のブラシレスモータを示
し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）はその横断面図。

【図２】そのロータマグネットの着磁の状態を示した斜
視図。

【図３】上記マグネット、コアの突極、コイルの関係を
模式的に表した図。

【図４】その誘起電圧の波形を示した図。

【図５】（ａ）上記ブラシレスモータの磁気回路を簡略
化した断面図。（ｂ）上記ブラシレスモータをコア内側から展開した
図。

【図６】上記ブラシレスモータの効率を従来のブラシレ
スモータと比較して示す図。

【図７】ロータマグネットの着磁を６０゜ずつずらした
場合の、マグネット、コアの突極、コイルの関係を模式
的に表した図。

【図８】外周部に平面部を有するブラシレスモータの１
例を示す分解斜視図。

【図９】マグネットの着磁方向を一定として、コアの突
極の方向をずらした場合の構成を示した分解斜視図。

【図１０】マグネットの着磁方向、コアの突極の方向を
共にずらした場合の構成を示した分解斜視図。

【図１１】本発明の実施形態２のブラシレスモータにお
けるマグネット、コアの突極、コイルの関係を模式的に
表した図。

【図１２】本発明の実施形態２の変形例におけるマグネ
ット、コアの突極、コイルの関係を模式的に表した図。

【図１３】本発明の実施形態３のブラシレスモータを示
し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）はその横断面図。

【図１４】そのロータマグネットの着磁の状態を示した
斜視図。

【図１５】上記ブラシレスモータのマグネット、コアの
突極、コイルの関係を模式的に表した図。

【図１６】その誘起電圧の波形を示した図。

【図１７】（ａ）上記ブラシレスモータの磁気回路を簡
略化した断面図。（ｂ）上記ブラシレスモータをコア内側から展開した
図。

【図１８】上記ブラシレスモータの効率を従来のブラシ
レスモータと比較して示す図。

【図１９】実施形態３の変形例におけるマグネット、コ
アの突極、コイルの関係を模式的に表した図。

【図２０】本発明の実施形態４のロータマグネットの構
成を示した斜視図。

【図２１】実施形態４の変形例であるスキュー着磁を行
ったロータマグネットの構成を示した斜視図。

【図２２】本発明の実施形態５のブラシ付きモータを示
す断面図。

【図２３】従来のブラシレスモータの断面図。

【図２４】（ａ）従来のブラシレスモータの磁気回路を
簡略化した断面図。（ｂ）従来のブラシレスモータをコア内側から展開した
図。

【図２５】上記ブラシレスモータの効率を示した図。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃコア２ａ、２ｂ、２ｃインシュレータ３ａ、３ｂ、３ｃコイル４ａ、ｂ、ｃマグネット５スペーサ６シャフト７ａ、７ｂ、７ｃ突極８ブラケット９ａ、９ｂ軸受１１基板１２端子ピン２０ａ、２０ｂ、２０ｃ突極２１コア２２ａ、２２ｂ、２２ｃコイル２３ａ、２３ｂ、２３ｃマグネット２４スペーサ２５シャフト２６フレーム２７軸受２８基板２９カバー３１マグネット３２シャフト７１ブラシ７２整流子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古屋美幸大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周方向にＮ、Ｓ極を交互に着磁したＫ個
（Ｋは２以上の整数）のマグネットと、Ｋ個のマグネットを軸方向にＫ段に積み重ねて一体に保
持する中心回転軸と、各マグネットに対応するＫ段のコイル巻回突極を有する
コアとを備え、各段のマグネットのＮ、Ｓ極の着磁位置が相互に周方向
にずれ、各段のコイル巻回突極に発生する誘起電圧の位相が同じ
段のマグネットを回転させるに適する位相となるように
設定されていることを特徴とするモータ。
【請求項２】各段毎にコイル巻回突極を有するコアを
分割形成し、分割形成されたマグネットと前記コアとを組み合わせて
各段毎のユニットを構成し、各段のマグネットを中心回転軸に組付けると共に各段の
コアを互いに組み付けてなる請求項１記載のモータ。
【請求項３】各段のマグネットが単一のマグネットで
一体に形成され、Ｎ、Ｓ極の着磁が各段において切り替
えてなされている請求項１記載のモータ。
【請求項４】各段のマグネットが単一のマグネットで
一体に形成され、Ｎ、Ｓ極の着磁がスキュー着磁されて
いる請求項１記載のモータ。
【請求項５】各段のコイル巻回突極が中心回転軸と平
行な一直線上に配置されている請求項１、２、３又は４
記載のモータ。
【請求項６】各段のコイル巻回突極が各段間において
相互に周方向にずれた位置に配置されている請求項１、
２、３又は４記載のモータ。
【請求項７】コアの外周に平坦部分が設けられた請求
項１、２、３、４、５又は６記載のモータ。
【請求項８】各段において互いに対向する位置に配し
た１対のコイル巻回突極を備える請求項１、２、３、
４、５、６又は７記載のモータ。
【請求項９】直流電源を制御し、各段のコイル巻回突
極に発生する誘起電圧の位相が同じ段のマグネットを回
転させるに適する位相となるようにコイルに電流を与え
る電子回路を備え、ブラシレスモータとして作動する請
求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載のモータ。
【請求項１０】直流電源を分配し、各段のコイル巻回
突極に発生する誘起電圧の位相が同じ段のマグネットを
回転させるに適する位相となるようにコイルに電流を与
えるブラシ及び整流子を備え、ブラシ付きモータとして
作動する請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載
のモータ。
【請求項１１】Ｋ＝３であり、周方向に等角度ピッチでＮ、Ｓ極を交互に着磁した２ｎ
極（ｎは１以上の整数）の磁極を有するマグネットを３
個備え、各段においてマグネットのＮ、Ｓ極のそれぞれにｍ極ず
つ対応する２ｍ極（ｍは１以上の整数、ｍ≦ｎ）のコイ
ル巻回突極を３段に設け、各マグネットの対応する磁極の着磁位置が３段間におい
て１２０／ｎ°又は６０／ｎ°ずつずれるように構成
し、コイル巻回突極に発生する誘起電圧の位相が３段間にお
いて１２０°ずつずれるように構成した請求項１、２、
３、４、５、６、７、８、９又は１０記載のモータ。
【請求項１２】周方向に２分してＮ、Ｓ極を着磁した
３個のマグネットと、３個のマグネットを軸方向に３段に積み重ねて一体に保
持する中心回転軸と、各マグネットに対応する３段のコイル巻回突極を有する
コアとを備え、各段のマグネットのＮ、Ｓ極の着磁位置が相互に１２０
°ずつ周方向にずれ、各段コイル巻回突極に発生する誘起電圧の位相が３段間
において１２０°ずつずれるように構成したことを特徴
とするモータ。