JPS6264248A

JPS6264248A - 薄形ｄｃブラシレスモ−タ

Info

Publication number: JPS6264248A
Application number: JP60202985A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Hosoya; 細矢　敏郎; Rintaro Kanae; 金枝　林太郎
Original assignee: Tobishi Industries Ltd
Current assignee: Tobishi Industries Ltd
Priority date: 1985-09-13
Filing date: 1985-09-13
Publication date: 1987-03-23
Also published as: US4758751A

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】産業上の利用分野本発明は、薄形ＤＣブラシレスモータ同期ａ）に関する
ものである。

従来の技術一般に、電気通信、事務処理、計測等の分野で使用され
る機器に関しては、部品をその素材及び構造の面から改
善して機器全体を小形、軽量、省電力化することが鋭意
進められており、従って、これら機器に用いられる電動
機に関しても同様の要求が必然的に存する。このように
要求に答えるため、本願の発明者の一人は、先に、小形
化のみならず薄形化ししかも大きな軸出力等高性能を有
した小形コンデンサ型電動機を開発し出願している。こ
の小形コンデンサ型電動機の構造は、特開昭５７−９１
６５８号公報に開示されているとおりであるが、その概
略について添付図面の第１５図及び第１６図を参照して
説明する。

第１５図の半断面側面図に示すように、この従来の小形
コンデンサ型電動機は、フレーム１０１と、このフレー
ム１０１内に圧入され接合文は加締もしくはこれら併用
してフレーム１０１に固定されるステータコア１０２と
、ステータコア１０２の中空部内に且つこのステータコ
ア１０２と同心的に配置されるロータ１０３とを備えて
いる。第１６図は、第１５図の電動機のステータコア１
０２とロータ１０３のみを示す分解部品配列斜視図であ
り、ロータ１０３は、ロータ鉄心１０３Ａと、アルミニ
ウムパー１０３Ｂと、アルミニウムエンドリング１０３
Ｃと、回転シャフト１０３Ｄとからなっており、第１５
図に示されるように、このロータ１０３は、回転シャフ
ト１０３Ｄによりボールベアリング又はオイルレスメタ
ル１０４を介してフレーム１０１に設けられたスリーブ
１０５に回転可能に支持されている。ステータコア１０
２は、第１６図によく示されるように、ロータ１０３３
の鉄心１０３Ａを取り巻きこの鉄心１０３Ａの軸方向厚
さにはパ等しい厚さを存したリング状コア部１０２Ａと
、このリング状コア部１０２Ａの外周から放射状に延長
しリング状コア部１０２Ａの厚さより薄い厚さを有しス
テータコイル１０６（第１５図参照）を施すための４個
のコイル巻回コア部１０２Ｂとを有した形状とされてい
る。この電動機の構造によれば、ステータコア１０２の
コイル巻回コア部１０２Ｂの厚さは、リング状コア部１
０２Ａの厚さより薄くされているから、そこに設けるス
テータコイル１０６の外型厚さをそれだけ薄くすること
ができ、電動機自体の薄形化を達成できる。

発明が解決しようとする問題点ＤＣブラシレスモータおいても、薄形化且つ高性能化が
要求されており、前述したような電動機の構造、特に、
そのステータコアの構造をこのＤＣブラシレスモータに
採用することによりその薄形化、高性能化を達成するこ
とについて本発明者等は検討してみた。しかし、前述し
たような電動機のステータコアの構造をＤＣブラシレス
モータに適用した場合、薄形化はできても高性能化はそ
れほど達成できないことが分、った。

本発明の目的は、このような問題点を解消し、高性能化
された薄形ＤＣブラシレスモータ提供することにある。

問題点を解決するための手段本発明によれば、永久磁石型ロータと、該ロータと同心
円的に配置されるステータコアと、該ステータコアに巻
回されるステータコイルとを有した薄形ＤＣブラシレス
モータおいて、前記ステータコアは、前記ロータの永久
磁石を取り巻きその永久磁石の軸方向厚さにほぼ等しい
厚さを有したリング状コア部と、該リング状コア部の外
周から放射状に延長し前記リング状コア部の前記厚さよ
り薄い厚さを有し前記ステータコイルを施すだめの複数
個のコイル巻回コア部とを有した形状とされており、前
記永久磁石の軸方向にて前記コイル巻回コア部の前側及
び後側において前記リング状コア部には、前記各コイル
巻回コア部のｎｒＪ記ロータの回転方向の側に突出補極
部を残すように切欠き部が形成されている。

実施例次に、添付図面の第１図から第１４図に基づいて、本発
明の実施例について本発明をより詳細に説明する。

第１図及び第２図は、本発明の一実施例として薄形ＤＣ
ブラシレスモータ概略的に示す半断面正面図及び側面図
であり、第３図はそのモータの等価回路図である。

このモータ■は、フレーム２と、３亥フレーム２内に圧
入され接合又は加締若しくはこれを併用してフレーム２
に固定されるステータコア３と、ステータコア３の中空
部内に且つ該ステータコア３と同心的に配置されるロー
タ４とを備えている。

第４図は、モータ１の分解部品配列斜視図であるが、第
４図に示されるように、ロータ４自体は慣用形式のもの
でよく、永久磁石４１と回転シャフト４２とからなって
いる。このロータ４は、回転シャフト４２によりボール
ベアリング又はオイルレスメタル５を介してフレーム２
に設けられたスリーブ２１に回転可能に支持されている
。

ステータコア３には、ステータコイル６．６′が施され
ており、第３図及び第４図に示すように、ステータコイ
ル６は、ステータコア３に対して同方向に巻かれており
、ステータコイル６′も同様にステータコア３に対して
同方向に巻かれている。

第３図の等価回路に示すように、各ステータコイル６．
６′の付勢は、フレーム２の側面に配設されたホール素
子１０によって検出される永久磁石型ロータ４の位置に
応じて、フレーム２の側面に配置されたＩＣ制御回路１
）及びスイッチング素子１２Ａ、１２Ｂを介して；１ｉ
ｌＪ御される。

本発明によって、ステータコア３は、第４図に最もよく
示されるように、ロータ４の永久磁石４１を取り巻きこ
の永久磁石４１の軸方向厚さｐにほぼ等しい厚さを有し
たリング状コア部３Ａと、このリング状コア部３Ａの外
周から放射状に延長しリング状コア部３Ａの厚さより薄
い厚さを有しステータコイル６．６′を施すための４個
のコイル巻回コア部３Ｂとを有した形状とされている。

更に、永久磁石の軸方向にてコイル巻回コア部３Ｂの前
側及び後側においてリング状コア部３Δには、各コイル
巻回コア部３Ｂのロータ４の回転方向の側に突出補極部
３Ａ’を残すように切欠き部３Ａ’が形成されている。

この実施例では、ステータコア３は、第５図に分解部品
配列斜視図にて示すように、左右対称の形状の２枚のコ
ア板材３１．３２と、これとは別の形状で同一形状の６
枚のコア板材３３との組み合せから構成されている。コ
ア板材３１（３２）は、コイル巻回コア部３Ｂの一部を
構成する４個の放射状部３１Ｂ（３２Ｂ＞及び放射状部
３１Ｂ（３２Ｂ）の内側端から前記放射方向とは垂直な
方向で一方の側へ突出して突出補極部３Ａ’となる突出
部３１Ａ’　　（３２Ａ’）を有するリング部３１Ａ（
’３２Ａ）を存した形状とされ、このコア板材３　Ｌ、
（３２）は、一枚の板材から打ち抜き加工によって形成
され、突出部３１Ａ’（３１Δ′）は、打ち抜き加工後
更にリング状部を延伸切欠き加工して形成したものが好
ましい。コア板材３３は、コイル巻回コア部３Ｂの一部
を構成する４個の放射状部３３Ｂ及びこれら放射状部３
３Ｂの内側端にあって、その放射状部３３Ｂと同一面に
あって同一厚さを有していてリング状コア部３Ａの一部
を形成するリング部３３Ａを存した形状とされ、このコ
ア板材３３は、一枚の板材から打ち抜き加工によって形
成されるのが好ましい。これらコア板材３１．３２．３
３の形成材料としては、モータの販売価格又は要求性能
に応じて一般圧延鋼板（例えば、ＪｒＳ　　Ｇ３１３１
．３１４１）、電磁軟鉄板（例えばＪＩＳ　　Ｃ２５０
４）、珪素鋼板（例えばＪＩＳ　　Ｈ４０）更にコスト
的に許され得るならば最高級素材とされるＦｅ−Ｃｏ−
Ｖ合金板材等が使用され、又、上記板材の組み合せ使用
も可能である。

ステータコア３は、第５図に示したような２枚のコア板
材３１．３２を、６枚のコア板材３３を間に挟むように
して、背面向い合せに組み合せることによって、第４図
に示すようなものとして構成される。従って、第５図に
おいて、突出部３１八′、３２Ａ′を含めてリング部３
１Ａ、３２Ａの厚さ各り、及びリング部３３Ａの厚さｈ
２は、（２ｈ＋　　＋６ｈｚ）か第４図におけるロータ
４の永久磁石４１の厚さｌにほぼ等しくなるよ・うに選
定されるべきである。

この実施例では、コア板材３３を６枚挾むようにしたも
のであるが、本発明は、この枚数に限定されるものでは
な（、枚数を増す程ステークの鉄損を減少させて軸出力
を増大するのに好ましく、逆に、軸出力等の性能の低下
を許容しうる場合には、コア板材３３を数枚としてもよ
いし、また、全くなくしてしまって２枚のコア板材３１
．３２のみでステータコアを構成してもよい。更にまた
、前述の実施例で、一枚の板材から打ち抜き加工したコ
ア板材３１．３２．３３でステータコア３を構成したの
であるが゛、若干の性能低下を許容するならば、ステー
タコア３のリング状コア部３Ａを別体として構成し、そ
の周囲にコイルを回コア部３Ｂをこれまた別体として形
成したものを溶接等適当な方法で固着するようにして、
ステータコア３を形成することもできる。

ステータコア３のコイル巻回コア部には、ステータコイ
ル６．６′が施されるのであるが、この図示の実施例で
は、第４図に示すように、巻枠６Ａにそれぞれコイル６
．６′を巻回し、フェス処理して仕上げた上で巻枠６Ａ
をそれぞれ対応するコイル巻回コア部へ挿入固定するよ
うにしている。しかし、本発明は、これに限らず、コイ
ル巻回コア部３Ｂに直接的に、樹脂（例えば、エボキン
樹脂）コーティングを施して、コイル６．６′を巻回す
ることもできる。いずれにしても、コイルを回コア部３
Ｂの厚さは、リング状コア部３Ａの厚さより薄くされて
いるのであるから、ステータコイル６．６′の外形厚さ
は従来より薄くするごとができ、モータ自体の薄形化が
達成される。

また、本発明のロータ４に使用する永久磁石にはフェラ
イト磁石、アルニコ磁石等が可能である。

第６図及び第７図は、前述したような本発明の実施例と
してのモータを、枠体８に取り付はロータ４１こファン
９を取り付は軸流送風機として用いた場合を示す、側面
図及び正面図である。

次に、コア板材３１．３２の好ましい形状例について、
第８図及び第９図を参照して説明する。

第８図は、コア板材３２の突出部３１Ａ′側から見た図
であり、第９図は、コア板材３１の突出部３１Ａ′側か
ら見た図である。第８図のコア板材３２の各部の寸法は
次のようである。放射状部３２Ｂの外径寸法ｄは、５４
麿會φであり、放射状部３２Ｂの中寸法Ｗは、１６．５
　ｍであり、リング部３２Ａの外径寸法り、は、２８．
６　鶴φであり、リング部３２Ａの内径寸法Ｄ２は、２
６．７　ｔｍφである。そして、突出部３２Ａ′は、放
射状部３２１３の中心からロータ４の回転方向側にθ、
＝４０゜、の角度に亘って延在し、突出部３２八′の中
心と放射状部３２Ｂの中心とのなす角度θ２が２０’と
なるようにされている。第９図のコア板材３１は、突出
部３１Ａ′の位置が第８図のコア板材３２における突出
部３２Ａ′と左右対称な位置とされている以外は、第８
図のコア部材３２と同じであり、第９図のコア板材３１
の各部の寸法は、第８図のコア板材３２の対応部分の寸
法と同じである。

次に、本発明による薄形ＤＣブラシレスモークの動作を
、主として、第１０図を参照して説明する。

第１−０図に概略正面図にて示すように、前述したよう
な構造のステータコア３の一対のコイル巻回コア部１−
１”及びＩＩ　−ＩＩ　’にそれぞれ同方向にステータ
コイル６．６′を巻く。このような巻き方で、ステータ
コイル対６．６に通電するとコイル巻回コア部対Ｉ−１
’のステータ内面部分がＳ極に、コイル巻回コア部対ｎ
−ｎ　’のステータ内面部分がＮ極となる。また、ステ
ータコイル対６．６′にＡ電するとコイル巻回コア部対
ｎ−ｎ　’のステータ内面部分がＳ極に、コイル巻回コ
ア部対Ｉ−１’のステータ内面部分がＮ極になる。ロー
タ４は、４極のフェライト磁石からなっており、これを
ステータコア３内に配置する。

こ＼で、本発明のモータの動作について説明する前に、
ステータコア３の代りに第１５図及び第１６図に関して
説明した電動機のステータコア１０２と同じ構造のリン
グ状コア部に切欠き部のないステータコア１０２′を使
用した以外同構造の薄形ＤＣブラシレスモータ動作につ
いて第１）図を参照して説明する。

第１）図のモータは、ステータコア１０２′のリング状
コア部１０２’Ａ’が完全な円筒状とされていて、第１
０図のモータのステータコア３のリング状コア部３Ａの
如く突出部３Ａ′、切欠き部３八″に相当するものを有
していない以外、第１０図のモータと同じ構造のものと
する。第１）図は、ステータコイル６．６′に通電しな
い状態を示しており、永久磁石型ロータ４のＳ極の中心
とステータコアのコイル巻回コア部対ｎ−ｎ　’の中／
う）とが一致する点で静止している。この状態からステ
ータコイル対６′、６′にコイル巻回コア部対ｎ−ｎ　
’のステータ内面部分がＳ極になるように通電すると、
永久磁石型ロータ４は、次の３通りの動作をすると考え
られる。

（１）ｍ見回路が全くバランスしている時は、回転せず
に静止状態を維持している。

（２）永久磁石型ロータのＳ極がわずかに右にずれてい
る時は右方向に反ｆ８力が働いて回転し、永久磁石型ロ
ータのＮ極の中心がそのコイル巻回コア部対ｎ−ｎ’の
ステータ内面部分の中心と一致した時に停止する。

（３）永久磁石型ロータのＳ極がわずかに左にずれてい
る時は左方向に反撥力が働いて回転し、永久磁石型ロー
タのＮ極の中心がそのコイル巻回コア部対ｎ−ｎ　’の
ステータコア内面部分の中心と一致した時に停止する。

第１）図のモータの如く、第１５図及び第１６図の電動
機のステータコアの構造をそのま＼採用したのでは、モ
ータの薄形化を行うことができたとしても、以上のよう
に３通りの動作をするため、回転方向が定まらず、高性
能化を達成することばできない。

第１０図に示した本発明の薄形ＤＣブラシレスモータ、
ステータコア３のリング状コア部３Ａに切欠き部３Ａ″
を形成して突出補極部となる突出部３Ａ’を設けること
によって、モータの薄形化と高性能とを達成しているも
ので、以下その動作について説明する。

ステータコア３の形状を前述したようにした結果、ステ
ータコイル６．６′に通電しない状態では、第１Ｏ図に
示すように、永久磁石型ロータ４のＳ極の中心は、ステ
ータコア３の突出補極３Ａ’の中心と一致する点で静止
する。この状態から、ステータコイル対６′、６′に通
電してコイル巻回コア部対ｎ−ｎ　’のステーク内面部
分がＳ極となるようにすると、永久磁石型ロータ４のＳ
極は、コイル巻回コア部対ｎ−ｎ’の中心から２０°ず
れている突出補極部３Ａ’の中心に静止しているため、
右方向に反ｔＳ力が働いて回転し、永久磁石型ロータ４
のＮ極の中心がその補極部３八′の付近にて静止する。

次に、ステータコイル対６．６に通電してコイル巻回コ
ア部対１−１　’のステータ内面部分がＮ極となるよう
にすると、永久磁石型ロータ４のＳ極はコイル巻回コア
部対１−１’の中心から２０°ずれている突出補極部３
Ａ’の付近で静止しているために、右方向に反撥力が働
いて回転し、永久磁石型ロータ４のＳ極の中心がその突
出補極部３Ａ’の付近で静止する。第１２図は、コイル
巻回コア部対Ｉ−１’が着磁した時のステータの着磁分
布を示している。ごの動作原理を連続させるために、第
３図及び第４図に関して示したように、ホール素子１０
を使って、永久磁石型ロータ４の位置を検知して、ステ
ータコイル対６．６及び６′、６′に交互に通電させる
制御回路ＩＩ、１２Ａ、１２Ｂを付加すれば、モータと
しての動作を行わせることができる。

第１Ｏ図に示した如き本発明のモータと第１）図のモー
タとの性能を比較するため、次のようなモータを試作し
て実験してみた。

第１０図において、永久磁石型ロータ４の永久磁石の軸
方向厚さく第４図の寸法ｅ）を８．９鶴とし、その外径
（第４図の寸法Ｄｒ）を２６．３　ｔｍφとした。また
、厚さを０．５〜０．７１の一般圧延鋼板をパワープレ
スにて打ち抜き加工して、第５図に示すようなコア板材
３１．３２．３３を作製した。このコア板材３１．３２
及び３３のリング状部　３１Ａ、３２Ａ、３３Ａの内径
は、２６，７鶴φとし、リング状部３ＬＡ、３２Ａ、３
３Ａの外径は、２８．６龍φとし、リング部３１Ａ、３
２Ａの厚さく第５図の寸法ｈｌ）は、２．８龍とし、そ
の他の形状寸法は、第８図及び第９図に関して前述した
のと同様とした。そして、これらコア板材３１．３２を
背面向い合せにして、その間にコア板材３３を６枚挿入
してステータコア３とした。

また、別に形成した巻枠６Ａに直径０．１）φ鰭のマグ
ネットワイヤをそれぞれ６５０ターン巻回し成形し、フ
ェス処理して仕上げた上で、ステータコア３のコイル巻
回コア部３Ｂに挿入してステータを構成した。ロータ４
を外径（第４図の寸法Ｄ）６０龍φのフレーム２のスリ
ーブ２１に装着し、ステータをフレーム２内に圧太し、
第１図及び第２図に示すようにカバープレート７を取り
付けて、軸方向厚さ！が１８鰭であるモータを得た。

一方、第１）図に略示するように、ステータコア１０２
′のリング状部１０２Ａ’に突出部、切欠き部を形成し
ない以外は、前述した本発明のモータとは同じ構造のモ
ータを作製した。

前述した本発明によるモータの試作例について、トルク
ースビー特性曲線、トルク−出力曲線及びトルク−入力
端子曲線を求めてみたところ、第１３図に示すような各
曲線が得られ、これと同様に、第１）図の突出部、切欠
き部を有さないモータの試作例についても、トルク−ス
ピード特性曲線、トルク−出力曲線及びトルク−入力端
子曲線を求めてみたところ第１４図に示すような各曲線
が得られた。

これら第１３図及び第１４図の各曲線を比較すると明ら
かなように、特に、ファンモータとして使用する場合の
トルク２０ｇ−ω近辺において、第１０図の本発明によ
るモータは、第１）図の突出補極部のないモータに比較
して、スピードがはるかに高く、入力端子がはるかに小
さいものとなっている。また、第１０図のモータでは起
動不能等の問題を生ずることは全くなかったのに対し、
第１）図の突出補極部のないものでは、起動時に起動不
能等の問題を生ずることがあった。

発明の効果本発明のモータは、前述したような構成であるので、従
来のものに比較して薄形化できると共に、高スピード化
、低入力電流化等の高性能化を達成でき、また、起動不
能等の問題も解消できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例としての薄形ＤＣブラシレ
スモータ概略的に示す半断面正面図、第２図は第１図の
モータの半断面側面図、第３図は第１図のモータの等価
回路図、第４図は第１図のモータの分解部品配列斜視図
、第５図は第１図のモータのステータコアの分解部品配
列斜視図、第６図及び第７図は第１図のモータを軸流送
風機として用いた場合の側面図及び正面図、第８図は第
１図のモータのステータコアを構成するコア板材の１つ
を突出部側から見た図、第９図は第８図のコア板材と組
みとなる別のコア板材を突出部側から見た図、第１０図
は本発明のモータの動作を説明するための概略正面図、
第１）図は本発明のモータと比較するための突出補極部
を有しないモータの動作を説明するための概略正面図、
第１２図は第１０図の本発明のモータのステータの着磁
分布例を示す図、第１３図は本発明のモータの試作例の
各種特性曲線を示す図、第１４図は第１）図の突出補極
部のないモータの試作例の各種特性曲線を示す図、第１
５図は従来の小形コンデンサ型電動機の半断面側面図、
第１６図は第１５図の電動機のステータコアとロータの
みを示す分解部品配列斜視図である。１・・・・・・薄形ＤＣブラシレスモータ２・・・・・
・フレーム　　３・・・・・・ステータコア３Ａ・・・
・・・リング状コア部３Ａ’・・・・・・突出補極部　　３Ａ″・・・・・・
切欠き部３Ｂ・・・・・・コイル巻回コア部４・・・・・・永久磁石型ロータ６．６′・・・・・・ステータコア３１．３２．３３・・・・・・コア板材３１Ａ、３２Ａ
、３３Ａ・・・・・・リング状部３１Ａ′、３２Ａ′・
・・・・・突出部３１Ｂ、３２Ｂ、３３Ｂ・・・・・・
放射状部４１・・・・・・ロータの永久磁石４２・・・・・・ロータの回転シャフト第３図第６図　　　第７図第５図第８図第１０図第１５図　　　　　第１６図手続補正書

Claims

【特許請求の範囲】

（１）永久磁石型ロータと、該ロータと同心円的に配置
されるステータコアと、該ステータコアに巻回されるス
テータコイルとを有した薄形ＤＣブラシレスモータにお
いて、前記ステータコアは、前記ロータの永久磁石を取
り巻きその永久磁石の軸方向厚さにほぼ等しい厚さを有
したリング状コア部と、該リング状コア部の外周から放
射状に延長し前記リング状コア部の前記厚さより薄い厚
さを有し前記ステータコイルを施すための複数個のコイ
ル巻回コア部とを有した形状とされており、前記永久磁
石の軸方向にて前記コイル巻回コア部の前側及び後側に
おいて前記リング状コア部には、前記各コイル巻回コア
部の前記ロータの回転方向の側に突出補極部を残すよう
に切欠き部が形成されていることを特徴とする薄形ＤＣ
ブラシレスモータ。
（２）前記ステータコアは、前記コイル巻回コア部の半
分を構成する複数の放射状部及び該放射状部の内側端か
ら前記放射方向とは垂直な方向で一方の側へ突出して前
記突出補極部となる突出部を有するリング部を有した左
右対称形状の２枚のコア板材を背面向い合せに組み合せ
ることによって形成された特許請求の範囲第（１）項記
載の薄形ＤＣブラシレスモータ。
（３）前記ステータコアは、前記コイル巻回コア部の一
部を構成する複数の放射状部及び該放射状部の内側端か
ら前記放射方向とは垂直な方向で一方の側へ突出して前
記突出補極部となる突出部を有するリング部を有した左
右対称形状の２枚のコア板材を、前記コイル巻回コア部
の一部を構成する複数の放射状部及び該放射状部の内側
端にあってその放射状部と同一面にあって同一厚さを有
していて前記リング状コア部の一部を形成するリング部
を有した少なくとも１枚のコア板材を間に挟むようにし
て、背面向い合せに組み合せることによって形成された
特許請求の範囲第（１）記載の薄形ＤＣブラシレスモー
タ。
（４）前記コア板材は、一枚の板材から打ち抜き加工に
よって形成され、前記突出部は、前記打ち抜き加工後更
にリング状部を延伸切欠き加工して形成された特許請求
の範囲第（２）項又は第（３）項記載の薄形ＤＣブラシ
レスモータ。
（５）前記コイル巻回コア部は、少なくとも４個の設け
られた特許請求の範囲第（１）項から第（４）項のうち
のいずれかに記載の薄形ＤＣブラシレスモータ。