JPS60141157A - 有鉄芯型ブラシレスモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は有鉄芯凰ブラシレスモータに関する。

従来、ブラシレスモータ、例えば、偏平ブラシレスモー
タについては、無鉄芯型のものが種々知られている。こ
れは無鉄芯型であるためにコキングが発生せず、また偏
平であり、しかもブラシレスであることから長寿命化が
期待できるため等の理由から高価な音響機器等に適する
ためである。

しかしながら、コキングの点はあまシ問題でなく、且つ
強いトルクをめられるものにあっては無鉄芯型でなくて
も、有鉄芯型であっても良い。しかし、従来において全
体的な形状面から見ると偏平ブラシレスモータに近すけ
ているものの、そのほとんどが有鉄芯型円筒状ブラシレ
ス毒−夕となっている。そのために、よシ偏平なブラシ
レスモータが得られない欠点がある。また有鉄芯型偏平
モータも知られているものの、従来のものは、円板状の
積層鋼板を形成し、この鋼板のマグネットロータに対向
する面にスロットを等間隔に多数形成し、該スロットに
電機子コイル群が位相をずらして互いに重畳するように
挿入配設しなければならなかった。例えば、マグネット
ロータをＮ、Ｓの２磁極としているために、電機子コイ
ルを発生トルクに寄与する半径方向の導体部の開角を１
８０度に形成した弓枠状のものとしなければならず、必
然的に電機子コイル群が重畳する形をとらねばならなか
った。かかる電機子コイルは上記半径方向の導体部よシ
も周方向の発生トルクに寄与しない（無効）導体部の方
が面積及び量とも多く占めるので、非常に高価になる欠
点があった。また電機子コイルが数重にも重なるので、
スロットの溝を深くしなければならず、ステータヨーク
を形成する積層鋼板も厚くしなければならず、非常にコ
スト高となるばかりか、形成される有鉄芯型偏平ブラシ
レスモータを非常に厚みの薄いものにすることができな
かった。更にまた電機子コイル群が互いに数重に重なる
ことから上記無効導体部のコイルエンド処理がやっかい
で量産性の面で不都合でコスト高となる欠点があった。

更にまた、従来公知の有鉄芯撤偏平ブラシレスモータに
おいては、マグネットロータの上下両面それぞれにステ
ータ電機子を有するタイプのものは見られず、このよう
にすると非常に構成が複雑で量産にやっかいであるばか
シか、モータが２個あると同じようになるので大型且つ
高価になる欠点がおった。しかしながら、本発明の有鉄
芯型偏平プ２シレスモータにおいては、特にマグネット
ロータの上下両面それぞれにステータ電機子を配設した
場合に、特に有用であシ、このようにしても構成が非常
に簡単で量産に適し、しかもモータが２個ある形状には
ならないため小型で偏平になシ、またモータが２個おる
と同様の強いトルクが得られて高効率のものとなるにも
かかわらず、非常に安価に形成できる。また従来のコア
レスタイプのブラシレスモータは、有鉄芯型のブラシレ
スモータに比較して、構成が簡単で安価に量産できるが
、導線によって電機子コイルを巻線しているため、磁気
空隙が大きく、磁気抵抗が大きいため、大きな磁束密度
が得られず、大きな回転トルクを発生することができな
かった。更にまた、従来のコアレスタイプのブラシレス
モータでは、ステータヨークを別個に設けなければなら
ない欠点があった。

本発明の有鉄芯型ブラシレスモータは上記技術背景に基
づいてなされたもので、長寿命化の期待できるブラシレ
スモータであシ且つ、無鉄芯型のものに比較して強いト
ルクが得られ、また無鉄芯型の構造を採用した有鉄芯型
ブラシレスモータとなっているので、従来のものと異な
シ、スロットに電機子コイルを挿入するやっかいがなく
なシ、しかも電機子コイルが互いに重畳することがない
ので、やフかいなコイルエンド処理や組立困難性の点、
厚みのあるステータヨークを用いることで厚みのある偏
平ブラシレスモータにするというやっかいな点を解決し
、極めて簡単に固定子鉄芯を形成し、しかも、特に偏平
ブラシレスモータにおいて、従来のように別個にステー
タヨークを配設しないで、有鉄芯型とする際一体してス
テータヨークを形成でき、しかも電機子コイルを保護で
き、また鉄損の少なく高性能で、また強いトルクが得ら
れて高効率のものが、小屋でしかも偏平型のものにあっ
ては、その厚みを薄く形成でき、また安価に量産できる
ようにすることを目的としてなされたものである。

また、上記したようにマグネットロータと対向する上下
両面に互いに重畳することなく等間隔に配設した電機子
コイル群からなるステータ電機子を配設したとしても、
モータ２個分の厚みとはならず、しかも構成が簡単でモ
ータ２個分に近ずけた強いトルクの得られる高効率の小
型（厚み、半径方向とも）の有鉄芯型偏平ブラシレスモ
ークをも安価に量産できるようにすることを目的になさ
れたものである。

かかる本発明の目的は、Ｎ、Ｓの磁極を交互に有する２
ｐ（ｐは２以上の正の整数）極のマグネットロータに対
向して空心型電機子コイル群からなるステータ電機子を
配設したブラシレスモータにおいて、上記ステータ電機
子は上記空心型電機子コイル群を磁性体粉末を混入した
樹脂で固化したことを特徴とする有鉄芯型ブラシレスモ
ータを提供することによって達成される。

以下図面を参照しつつ、本発明の詳細な説明する。

まず、第１図乃至第３図を説明して本発明の第１実施例
を説明する。この第１実施例ではマグネットロータと対
向する一方の面にのみ電機子コイル群からなるステータ
電機子を配した有鉄芯型偏平ブラシレスモータを示す。

１は２ｐ　（ｐは２以上の正の整数）極、ｎ（ｎは２以
上の正の整数）コイルの有鉄芯型偏平ブラシレスモータ
で、この例では１０極、６コイルのものとなっている。

２は非磁性体からなる有鉄芯壓偏平ブラシレスモータ本
体、３．４は軸受、５社軸受３．４によって回動自在に
軸支された回転軸、６は回転軸５に固設されたロータヨ
ーク、７はロータヨーク６の下面に固設された８極のマ
グネットロータで、マグネットロータ７はＮ、Ｓの磁極
を交互等間隔に有するように厚手方向に着磁された円環
状の１０極のものとなっている。８は上記本体２に固設
された円環状のプリント基板、９はプリント基板８の下
面に半田付は等によって配設された通電制御回路用電気
部品、１０は磁性体粉末を混入した樹脂粉（プラスチッ
ク粉）を固化した樹脂、１１は枠状に巻回形成された空
心型の扇枠状の電機子コイル、１２は互いに重畳するこ
となく等間隔に平面配設された６個の電機子コイル１１
群からなるステータ電機子である。

該ステータ電機子１２は、これを構成する６個の空心型
の電機子コイル１１群は、磁性体粉末を混入した樹脂１
０でモールドされて固化されている。電機子コイル１１
群は、その空心部１３内も上記樹脂１０でモールドして
いる。また電機子コイル１１群はマグネットロータ７と
面対向する面と反対側の電機子コイル１１群面にも、十
分な厚みをもって上記樹脂１０を同化形成することでス
テータヨーク１４部を一体形成している。まだ、ステー
タ電機子１２は、上記空心型電機子コイル１１群のその
空心部１３及びステータヨーク部１４はど、磁性体粉末
の含有量が多くなるように、上記磁性体粉末を混入した
樹脂１０でモールドし、固化してやると望ましい。また
電機子コイル１１群は、そのマグネットロータ７と対向
する面には、上記樹脂１０を薄くモールドしてやると都
合良い。

単に、電機子コイル１１を導線のみで巻磁した場合には
、導線と導線との間に、すき間を生じ、また表面も凹凸
がありＸ磁気回路のエアーギャップも犬きくなシ、大き
な磁束密度を得ることができない。

しかし、電機子コイル１１を上記のように、樹脂１０に
てモールドすると上記欠点は解消される。

電機子コイル１１を上記樹脂１０でモールドするには、
例えば、次のようにすると良い。

エポキシ系有機物バインダーで混練した軟磁性材料の微
粉末を混入した樹脂を上記電機子コイルをモールドする
と良い。このようにすると、電機子コイル１１の表面が
平坦になシ、また電機子コイル１１と界磁マグネット７
との間のエアーギャップも小さくできる。また電機子コ
イル１１は、バインダーで混練した軟磁性材料の微粉末
からなる樹脂１１は、透磁率を高めることができ、導線
のみで造られた電機子コイル１１よ探も、磁気抵抗を小
さくでき、安価なフェライト磁石を用いた界磁マグネッ
ト７を利用して十分な性能のものを得られている。

この実施例において、上記樹脂１０は微粉末はフェライ
ト粉末を用いたものでアシ、粉末自身の大きさが小さく
　（０，０５〜ｌＯμ）、電導率も悪いため、うず電流
損失の発生をほとんど認めることができなかった。しか
し、更に透磁率を上げるために、フェライト粉末の代わ
ｐに、純鉄粉末を使用しても良い。１５は当該ブラシレ
スモータ１が三相のものとして形成されるように３個を
電機子コイル１１の外周部に配設され且つマグネットロ
ータフの漏洩磁束を検出する位置検知素子として選択し
たホール素子、ホールＩＣ等の磁電変換素子である。

第４図乃至第７図を参照して、磁性体粉末を混入した樹
脂１０によって得られる特殊磁性体の他の形成方法等の
説明を行なうものとする。第４図は上記樹脂１０によっ
て形成した特殊磁性体の構成材料の拡大図を示し、符号
１５は鉄粉、１６はプラスチック粉を示している。この
第４図における状態では、微少な鉄粉１５を適宜な手段
で更に微少なプラスチック粉１６内を通過させることで
、鉄粉１５の周囲に更に微少なプラスチック粉１６を付
着させた状態を示している。尚、このような状態にする
ためには、例えば、予め鉄粉１５を熱であたためておく
必要がある。そのためには、例えば、鉄粉１５を高周波
で加熱しておき、その後、プラスチック粉１６末の中を
通過させてやれば、第４図に示す状態にできる。第５図
は、第４図で示すように鉄粉１５にプラスチック粉１６
が付着したものを圧縮成形し、加熱炉で加熱することで
形成された磁性体の拡大した断面図を示している。

この第５図から明らかなように、鉄粉１５が圧縮されて
変形し、同図で符号１５′に示す状態になると同時に、
プラスチック粉１６も、この時に発生する熱で液化し、
鉄粉１５′の近傍−面に同図で符号１６′で示すような
状態で付着する。このため、鉄粉１５と１５が圧縮され
たときにおいて、プラスチック粉１６′が絶縁材である
ため、各鉄粉１５′はそれぞれ絶縁状態となっている。

このような材料で形成された特殊磁性体は加工が容易で
、鉄材よシも透磁率は劣るが、それでも十分な透磁率を
有しており、逆に鉄損をあまシ生じさせないという利点
がある。従って、このような特殊磁性体にて、上記ヨー
ク部１４を形成するのが望ましい０上記ヨ一ク部１４は
マグネットロータ７の磁路を閉じるためのものである。

次に第４図及び第５図で説明した場合と同じように形成
した他の磁性体の形成方法について第６図及び第７図を
用いて説明する。まず第６図を参照して説明すると、こ
の第６図は特殊磁性体の拡大した部分図で、第４図及び
第５図の球状の鉄粉１５の変わシに、リン（ｊｉｒり片
状微粒鉄粉１５Ａを用い、プラスチック粉ｘｓｔｖ変ｂ
Ｄに、シリコン、ケイ素またはリンあるいはこれらの絶
縁微粒混合物１６Ａを用い、上記同様にして樹脂１０に
よって形成した磁性体を形成する。このようにリンペン
状微粒鉄粉１５Ａを用いて形成した磁性体・１６は、第
４図及び第５図のものに比較して、鉄粉１５Ａが、絶縁
剤である混合粉１６Ａによって完全に絶縁されるので便
に性能が良くなる。次に第７図を参照して、鉄粉１５Ａ
を予め酸化させて、その表面に酸化被膜１７を形成した
後、混合粉１６Ａとによシ第４図及び第６図で示した上
記磁性体を形成してやると、鉄分の量が多くなシ、混合
粉１６Ａの量が少なくなるので、透磁率の良い磁性体が
得られ、モータ用として最適なものとなる。

次に第８図を参照して、上記本発明の第１実施例よシも
、更に有用な本発明第２実施例としての有鉄心型偏平ブ
ラシレスモータ１′について説明する。尚、この偏平ブ
ラシレスモータ１については、上記第１実施例のものと
共通する箇所が多いので、主要部のみの図を描くと共に
、共通する箇所の説明は省略か、又はダラシを符した符
号を用いるとする。

この第２実施例の有鉄心型偏平ブラシレスモータ１′の
特徴は、１個のマグネットロータ７を用いるだけで足シ
るようにしたものである点、マグネットロータ７を回転
軸５に直結した場合には当該マグネットロータ７が破損
したシするので寿命が短かくなるという欠点を防げるよ
うにした点、マナミックバランスをうまくとれるように
すると共に上記マグネットロータ７を回転軸５に直結す
ることによる弊害をなくすようにした点、並びにマグネ
ットロータ支持板１８としてアルミニウム、ジュラコン
等の非磁性体を用いることでマグネットロータ７の磁束
をその上下両面に発生させ、マグネットロータ７の上下
両面固定側位置にそれぞれにステータ電機子を配設する
ことで大きな回転トルクが得られる高効率のものにした
点にある。

以下第８図を参照しつつ有鉄心型偏平ブラシレスモータ
１′の細かな説明を行なっていく。この偏平ブラシレス
モータ１′は両面タイプ型で、記号Ａで示す部分が第１
実施例で示した偏平プツシレスモーターに該当する部分
である。記号Ｂで示す部分が新たに追加された部分で、
図示しないモータ本体上部内面側に固設されたプリント
基板ぎ、ステータヨーク部１４’を介して上記したと同
様に電機子コイル１１′群を固着することで、マグネッ
トロータ支持板１．７の上面と対向する固定側にも更に
ステータ電機子１２′を形成している。マグネッ？ トロータ支持板ＩＩが非磁性体であることからマグネッ
トロータ７の磁束はステータ電機子１２′側へも作用す
るので、ステータ電機子１２′によってもトルクが得ら
れる。

本発明の有鉄芯型ブラシレスモータは上記構成から明ら
かなように、■例えば無鉄芯型偏平ブラシレスモータよ
シも強いトルクが得られて効率の良いものとなる０■例
えば無鉄芯型偏平ブラシレスモータ同様に軸方向の厚さ
が小さいものが得られる、■ブラシレスモータなので長
寿命化が期待できる、■電機子コイル群が互いに重畳す
ることなく等間隔に配設できるので（イ）構成が簡単で
、（ロ）組立てが容易で安価に量産でき、（ハ）例えば
、偏平ブラシレスモータにおいては、半径の小さなもの
が得られ、に）小型のものが得られ、（ホ）回転バラン
スが良く、特に従来の偏平モータの特徴をそのまま生か
した有鉄心タイプの偏平ブラシレスモータが得られる、
■また、特に両面タイプの偏平ブラシレスモータにした
場合には、マグネットロータを増加することがなく、単
にステータ電機子を一組増加するだけで良いので、出力
トルクが倍加されるにもかかわらず、上記■〜■の特徴
を備えた大きな回転トルりが得られる高効率の有鉄心型
偏平ブラシレスモータが得られるという実用上の効果甚
大なものとなる。尚、上記においては、特に偏平ブラシ
レスモータにおいて、有用性を認めた例を示したが、円
筒形においても、有用なものであることは言うまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の有鉄芯匿偏平ブラシレス
モータの縦断面図、第２図はマグネットロータの下面図
、第３図はステータヨーク上に固設されたステータ電機
子の平面図、第４図乃至第７図は磁性体粉乗入シ樹脂に
よって形成された特殊磁性体の他の形成方法の説明図、
第８図は本発明第２実施例の有鉄心型偏平ブラシレスモ
ータの主要部の縦断面図である。 （符号の説明） １．１′・・・有鉄心型偏平ブラシレスモータ、７・・
・マグネットロータ、ｌＯ・・・磁性体粉末を混入した
樹脂、１１．１１’・・・電機子コイル、１２　、１２
’・・・ステータ電機子、１４・・・磁電変換素子（位
置検知素子）、１５・・・鉄粉、１６・・・プラスチッ
ク粉。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎ、Ｓの磁極を交互に有する２ｐ（ｐは２以上の
   正の整数）極のマグネットロータに対向して空心型電機
   子コイル群からなるステータ電機子を配設したブラシレ
   スモータにおいて、上記ステータ電機子は上記空心型電
   機子コイル群を磁性体粉末を混入した樹脂で固化したこ
   とを特徴とする有鉄芯型ブラシレスモータ。
2. （２）上記ステータ電機子はマグネットロータと対向す
   る面と反対側の空心型電機子コイル群面にも十分な厚み
   をもって磁性体粉末を混入した樹脂を固化形成すること
   でステータヨーク部を形成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項記載の有鉄芯型プ２シレスモータ。
3. （３）上記ステータ電機子は上記空心型電機子コイル群
   のその空心部及びステータヨーク部はど磁性体粉末の含
   有量が多くなるように上記磁性体粉末を混入した樹脂で
   固化することで形成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項又は第（２）項記載の有鉄芯型ブラシレス
   モータ。