KR20120089212A - 브러시리스 ｄｃ모터 - Google Patents

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KR20120089212A
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KR1020120010196A
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다케시 오카다
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니혼 덴산 테크노 모터 홀딩스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 브러시리스 DC모터는 각 요크 부재의 외주면에 고정된 복수의 영구자석편을, 그 둘레 방향의 중앙부에 위치하는 최박부와, 그 둘레 방향의 양 단부에 위치하는 최후부와, 최박부와 최후부의 사이에 위치하고, 최박부에서 최후부를 향해 직경 방향의 두께가 서서히 증가하는 서변부를 구비한다. 본 발명의 브러시리스 DC모터는 영구자석편의 외주면에 있어서의 자극의 경계 위치를, 각 영구자석편의 둘레 방향의 중앙부에 위치한다.

Description

브러시리스 ＤＣ모터{BRUSHLESS DC MOTOR}
본 발명은 브러시리스 DC모터에 관한 것이다.
종래부터, 원통형상의 요크 부재의 외주면에 영구자석을 접착 등에 의해 점착해서 형성되는 회전자와, 회전자의 외주를 둘러싸도록 배치된 고정자를 구비한 브러시리스 DC모터가 알려져 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제 2002-34188 호). 각 영구자석은 N극 또는 S극으로 착자되어 있으며, N극으로 착자된 자석과 S극으로 착자된 자석이 회전자의 둘레 방향에 교대로 배열되도록 배치되어 있다. 브러시리스 DC모터는 통상, 회전자의 위치를 검출하기 위해 위치 검출 센서를 구비하고 있다. 예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제 2005-124368 호에서는 회전자의 직경 방향 외측에, 위치 검출 센서로서 3개의 홀 IC를 배치하여, 각 홀 IC에서 검출되는 자속 파형에 의거하여 회전자의 회전 위치를 검출하도록 하고 있다.
본 발명의 일실시형태에 따른 브러시리스 DC모터는 고정자와 회전자를 포함한다. 상기 회전자는 상기 고정자에 의해서 외주면을 둘러싸도록 배치된다. 상기 회전자는 요크 부재와 영구자석부를 포함한다. 상기 요크 부재는 원통면형상의 외주면을 갖는다. 상기 영구자석부는 상기 요크 부재의 외주면에 둘레 방향으로 서로 인접해서 배치된 복수의 영구자석편을 포함한다. 상기 각 영구자석편은 최박부(最薄部)와, 최후부(最厚部)와, 서변부(徐變部)를 갖는다. 상기 최박부는 그 둘레 방향의 중앙부에 위치하고, 또한 직경 방향의 두께가 최소가 된다. 상기 최후부는 그 둘레 방향의 양 단부에 위치하고, 또한 직경 방향의 두께가 최대가 된다. 상기 서변부는 상기 최박부와 상기 최후부의 사이에 위치하고, 또한 최박부에서 최후부를 향해 직경 방향의 두께가 서서히 증가한다. 상기 영구자석부의 외주면은 자극이 그 둘레 방향에 N극과 S극으로 교대로 배열되고, 또한, 상기 자극의 경계 위치가 각 영구자석편의 둘레 방향의 중앙부에 위치하도록 착자되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 브러시리스 DC모터의 샤프트의 축심 방향을 따른 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 브러시리스 DC모터에 사용되는 회전자를 나타내고, 축 방향에서 본 평면도이다.
도 3은 도 2의 III-III선 단면도이다.
도 4의 (a)는 종래의 모터의 회전자에 사용되는 영구자석부의 자화 용이 방향을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4의 (b)는 본 발명의 실시형태에 따른 브러시리스 DC 모터의 회전자에 사용되는 영구자석부의 자화용이방향을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 영구자석편을 도시하는 확대도이다.
도 6은 위치 검출 센서에서 검출되는 자속 파형을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 실시형태 1의 변형예 1을 도시하는 도 2 상당도이다.
도 8은 실시형태 1의 변형예 2를 도시하는 도 2 상당도이다.
도 9는 실시형태 1의 변형예 3을 도시하는 도 5 상당도이다.
도 10은 실시형태 2를 도시하는 도 2 상당도이다.
도 11은 도 10의 XI-XI선 단면도이다.
도 12는 실시형태 3을 도시하는 도 2 상당도이다.
도 13은 실시형태 3을 도시하는 회전자의 사시도이다.
제 1 발명의 브러시리스 DC모터는 고정자와 회전자를 포함한다. 상기 회전자는 상기 고정자에 의해서 외주면을 둘러싸이도록 배치된다. 상기 회전자는 요크 부재와 영구자석부를 포함한다. 상기 요크 부재는 원통면형상의 외주면을 갖는다. 상기 영구자석부는 상기 요크 부재의 외주면에 둘레 방향으로 서로 인접해서 배치된 복수의 영구자석편을 포함한다. 상기 각 영구자석편은 최박부와, 최후부와, 서변부를 갖는다. 상기 최박부는 그 둘레 방향의 중앙부에 위치하고, 또한 직경 방향의 두께가 최소가 된다. 상기 최후부는 그 둘레 방향의 양 단부에 위치하고, 또한 직경 방향의 두께가 최대가 된다. 상기 서변부는 상기 최박부와 상기 최후부의 사이에 위치하고, 또한 최박부에서 최후부를 향해 직경 방향의 두께가 서서히 증가한다. 상기 영구자석부의 외주면은 자극이 그 둘레 방향으로 N극과 S극으로 교대로 배열되고, 또한, 상기 자극의 경계 위치가 각 영구자석편의 둘레 방향의 중앙부에 위치하도록 착자되어 있다.
이 구성에 의하면, 영구자석부의 외주면에 있어서의 Ｎ극과 S극의 경계 위치가 각 영구자석편의 둘레 방향의 중앙부에 위치하고 있다. 이 때문에, 가령 요크 부재에 대한 영구자석편의 점착 위치가 둘레 방향으로 어긋났다고 해도, N극과 S극의 경계 위치(자극의 변경점)에 간극이 생기는 일은 없고, N극과 S극의 둘레 방향의 위치 관계는 유지된다. 따라서, 본 발명에서는 위치 검출 센서에 의한 자극의 경계 위치의 검출 정밀도는 영구자석편의 점착 정밀도보다도, 영구자석편에 관한 자극의 착자 정밀도나, 최박부의 형상 정밀도(가공 정밀도)에 좌우되게 된다. 그리고, 이 착자 정밀도나 형상 정밀도는 영구자석편의 점착 정밀도보다도 현격히 높다. 그 때문에, 종래의 모터에 비해, 홀 소자 등의 위치 검출 센서에 의한 Ｎ극과 S극의 경계 위치의 검출 정밀도를 향상시키고, 더 나아가서는 회전자의 위치 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 영구자석편의 경계부를 자극 중심으로 함으로써, 영구자석부의 자화 용이 방향이, 회전자의 축심 방향에서 보았을 때에, 자극 중심에 있어서 직경 방향 외측을 향해 둘레 방향의 양측으로 각각 경사지기 때문에, 자속의 피크값은 저하하지만 자속의 3차 성분을 늘려 총 자속을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 모터의 비용 증가를 초래하는 일 없이 모터의 출력 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 브러시리스 DC모터에 의하면, 각 영구자석편을, 그 둘레 방향의 중앙부에 위치하는 최박부와, 그 둘레 방향의 양 단부에 위치하는 최후부와, 최박부와 최후부의 사이에 위치하며, 최박부에서 최후부를 향해 직경 방향의 두께가 서서히 증가하는 서변부로 구성하는 동시에, 자극의 경계 위치를 각 영구자석편의 둘레 방향의 중앙부에 위치시키도록 한 것에 의해, 위치 검출 센서에 의한 회전자의 위치 검출 정밀도의 향상을 도모하면서, 모터의 출력 성능을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
(실시형태 1)
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 브러시리스 DC모터(1)(이하, 모터(1)이라 함)의 단면도이다. 모터(1)는 회전자(2)와, 회전자(2)의 외주를 둘러싸는 고정자(3)를 구비하고 있다.
모터(1)는 모터 케이싱(6), 브래킷 커버(7)를 구비한다. 모터 케이싱(6)은 바닥을 갖는 원통형상이다. 모터 케이싱(6)은 내부에 회전자(2)를 수용하는 수용 공간(4)을 갖는다. 모터 케이싱(6)은 수지제이다. 브래킷 커버(7)는 모터 케이싱(6)의 개구측을 덮는다. 브래킷 커버(7)는 금속제이다. 회전자(2)의 직경 방향 외측에는 그 회전 위치를 검출하기 위한 위치 검출 센서(9)가 구비된다. 위치 검출 센서(9)는 일예로서, 홀 소자나, 홀 IC가 이용된다. 위치 검출 센서(9)는 제어용 기판(10)에 마련된 제어 회로에 접속되어 있다. 위치 검출 센서(9)는 검출한 자속 파형을 토대로 위치 검출 신호를 생성하고, 생성한 위치 검출 신호를 제어 회로에 송신한다.
샤프트(8)는 회전자(2)에 고정되어, 회전자(2)와 일체로 회전한다. 샤프트(8)는 한 쌍의 축받이(11a, 11b)에 회전운동 가능하게 지지되어 있다. 한쪽의 축받이(11a)는 브래킷 커버(7)에 형성된 원통부(12)에 압입 고정되어 있다. 축받이(11a)의 단면과 브래킷 커버(7)의 사이에는 웨이브 워셔(22)가 구비된다. 다른 쪽의 축받이(11b)는 모터 케이싱(6)의 저벽부(13)에 형성된 원통 보스부(14)에 압입 고정되어 있다. 다른 쪽의 축받이(11b)와 원통 보스부(14)의 사이에는 금속제의 베어링 브래킷(15)이 배치된다. 샤프트(8)에는 스냅 링(21)이 고정된다. 스냅 링(21)은 축받이(11a, 11b)의 단면에 맞닿는다.
모터 케이싱(6)은 고정자(3)를 덮는다. 모터 케이싱(6)은 고정자(3)에 일체 성형되어 있다. 단, 고정자(3)의 내주면은 수용 공간(4)에 노출되어 있다. 또한, 제어용 기판(10)은 모터 케이싱(6)의 저벽부(13)에 배치된다. 제어용 기판(10)은 몰드 수지에 의해 덮여 있다. 제어용 기판(10)에는 고정자 코일(20)이 전기적으로 접속된다. 제어용 기판(10)은 인버터 회로 및 제어 회로 등이 구비된다. 이 제어 회로는 위치 검출 센서(9)로부터의 위치 검출 신호를 이용하여, 인버터 회로를 PWM 제어하는 것에 의해, 모터(1)의 회전 제어를 실행한다.
고정자(3)는 고정자 코어(16)를 갖는다. 고정자 코어(16)는 소정 형상으로 펀칭된 복수의 강판을 적층해서 이루어진다. 고정자 코어(16)는 링형상이다. 고정자 코어(16)는 둘레 방향으로 배열되는 복수의 티스부(17)를 갖는다. 각 티스부(17)에는 인슐레이터를 거쳐서, 고정자 코일(20)이 감겨져 있다.
회전자(2)는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 요크 부재(19), 영구자석부(25)를 구비한다. 요크 부재(19)는 외주면이 원통면형상이다. 영구자석부(25)는 요크 부재(19)의 외주면에 접착제를 거쳐서 고정된다. 요크 부재(19)의 축심부에는 샤프트(8)가 삽입되는 샤프트 삽입 구멍(26)을 갖는다. 회전자(2)의 축심 및 요크 부재(19)의 축심은 모터 축심(X)에 일치하고 있다. 요크 부재(19)로서는 전자 강판으로 대표되는 고투자율 연자성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 요크 부재(19)는 외주면이 원통면형상으로 형성되어 있으면, 어떤 형상이어도 좋다.
영구자석부(25)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 고정자(3)와의 사이의 에어 갭이 최소가 되는 8개의 후육부(thick part)(27)를 갖고 있다. 8개의 후육부(27)는 둘레 방향에 등간격으로 배치되어 있다. 영구자석부(25)는 이 후육부(27)에 의해서, 둘레 방향으로 분할되어 있다. 따라서, 영구자석부(25)는 회전자(2)의 둘레 방향으로 서로 인접해서 배열되는 8개의 영구자석편(28)에 의해 구성된다. 이들 8개의 영구자석편(28)은 서로 밀착되어 있다. 또한, 도 2는 세부를 명확하게 도시하기 위해, 각 영구자석편(28)의 사이에 약간의 간극을 갖는다.
요크 부재(19)는 외주면에, 8개의 돌출부(29)를 갖는다. 돌출부(29)는 그 축심 방향으로 연장되어 있다. 돌출부(29)는 둘레 방향에 등간격으로 배치된다. 각 영구자석편(28)의 내주면에는 돌출부(29)에 걸리는 오목부(31)가 구비된다. 각 영구자석편(28)은 오목부(31)와 돌출부(29)가 서로 걸리는 것에 의해, 둘레 방향의 위치결정이 이루어진다. 또한, 각 영구자석편(28)의 내주면에 돌출부(29)를 형성하고, 요크 부재(19)의 외주면에 오목부(31)를 형성하는 구성이어도 좋다.
영구자석부(25)의 외주면(고정자(3)에 대향하는 면)은 N극으로 착자된 부분과, S극으로 착자된 부분이, 둘레 방향으로 교대로 배치된다. 영구자석부(25)의 Ｎ극과 S극의 경계 위치는 각 영구자석편(28)의 둘레 방향의 중앙 위치(도 2의 2점쇄선으로 도시하는 위치)에 일치하고 있다. 즉, 각 영구자석편(28)은 그 외주면의 극성이 둘레 방향의 중앙 위치를 경계로 반전하도록 구성되어 있다. 또한, 이 자극의 경계 위치는 착자 오차 등을 고려하여, 둘레 방향의 중앙 위치에 대해, 예를 들면, ±2° 정도 어긋나 있어도 좋다. 또, 자극의 경계 위치의 어긋남량의 값은 본 발명을 한정하는 수치는 아니다.
영구자석편(28)은 소정 형상으로 성형된 소결체를 연마한 후에, 착자 처리를 실시함으로써 제작된다. 각 영구자석편(28)의 착자 처리는 요크 부재(19)의 외주면에 소결체를 접착 고정한 상태에서, 직경 방향으로부터 자계를 인가함으로써 실행된다. 따라서, 각 영구자석편(28)의 내주면(요크 부재(19)와의 접착면)의 극성은 외주면의 극성과는 반대가 된다(도 2 참조).
상기 영구자석편(28)은, 도 4의 (b) 및 도 5에 확대해서 도시하는 바와 같이, 최박부(32)와, 한 쌍의 최후부(33)와, 한 쌍의 서변부(34)를 갖는다. 최박부(32)는 영구자석(28)의 둘레 방향의 중앙부에 위치하고, 또한 직경 방향의 두께가 최소인 부분이다. 최후부(33)는 영구자석(28)의 둘레 방향의 양 단부에 위치하고, 또한 직경 방향의 두께가 최대인 부분이다. 서변부(34)는 최박부(32)와 최후부(33)의 사이에 위치하고, 또한 최박부(32)에서 최후부(33)를 향해 직경 방향의 두께가 서서히 증가하는 부분이다. 영구자석편(28)의 서로 인접하는 단부끼리(최후부(33)끼리)가 상기 후육부(27)를 구성하고 있다. 영구자석편(28)은 후육부(27)(영구자석편(28)의 경계부)에 자극 중심이 위치하도록 착자되어 있다. 영구자석편(28)의 둘레 방향의 양 단부에 위치하는 4개의 각부는 원호형상이다. 후육부(27)의 정상부에는 원호형상의 각부에 의해서 형성되는 미소한 오목부(35)를 갖는다(도 4의 (b) 참조).
영구자석편(28)의 내주면(직경 방향 내측면)은 원통면형상이다. 영구자석편(28)의 내주면은 요크 부재(19)의 외주면의 형상을 따른 형상이다. 한편, 영구자석편(28)의 외주면(직경 방향 외측면)은 요크 부재의 외주면과 동심 형상을 이루고, 또한 최후부(33)의 외주면에 접하는 가상 원통면(41)(도 5 참조)에 대해 직경 방향 내측으로 움푹 패여져 있다. 오목부(42)는 최박부(32)의 외주면(32a)과, 최박부(32)를 사이에 두고 그 양측에 위치하는 서변부(34)의 외주면(34a)에 의해서 형성되어 있다.
최박부(32)는 회전자(2)의 축심 주위의 위상각에서 보아(모터(1)의 전기각에서 보아), 영구자석편(28)의 둘레 방향의 중앙 위치를 중심으로 하는 소정 각도 범위(θ)를 차지하도록 형성되어 있다. 이 소정 각도 범위(θ)는, 예를 들면, 본 실시형태에 관한 8극의 모터(1)에서는 ±4° 이상인 것이 바람직하다.
최박부(32)의 외주면(32a)은 모터 축심 방향(X방향)에서 보아 원호형상이다. 최박부(32)는 그 곡률 중심이 영구자석편(28)의 내주면(요크 부재(19)의 외주면)의 곡률 중심에 일치한다.
서변부(34)의 외주면(34a)은 해당 서변부(34)의 외측으로 볼록하게 되는 볼록곡면이다. 외주면(34a)은 모터 축심 방향(X방향)에서 보아 원호형상이다. 서변부(34)의 외주면(34a)의 곡률 중심은 모터 축심(X)로부터 어긋난 위치에 있다. 서변부(34)는 그 곡률반경 r이 영구자석편(28)의 내주면의 곡률반경 R보다 작다.
그런데, 종래의 모터는 자극의 경계 위치가 영구자석편(28)의 경계 위치에 일치함에 따라, 영구자석부(25)의 자화 용이 방향은 자극 중심으로부터 직경 방향 외측으로 지향한다(도 4의 (a) 참조). 이에 대해, 본 실시형태에 관한 모터(1)에서는 영구자석부(25)의 자화 용이 방향은 자극 중심에서 직경 방향 외측을 향해, 자극 중심을 사이에 두고 그 둘레 방향의 양측으로 각각 경사진다(도 4의 (b) 참조). 이 때문에, 위치 검출 센서(9)에서 검출되는 자속 파형은 종래의 모터(1)가 자속 φ=sinθ(θ: 회전자의 회전각, 전기각)로 되는 것에 대해(도 6의 2점쇄선으로 도시하는 라인), 본 실시형태에 관한 모터(1)에서는 자속 φ=sinθ+αsin3θ로 된다(도 6의 굵은 선으로 도시하는 라인). 따라서, 본 실시형태에 관한 모터(1)에서는 자속의 피크값 Pk는 저하하지만, 자속의 3차 성분을 늘려 총 자속을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 모터(1)의 비용 증가를 초래하는 일 없이, 그 출력 성능을 향상시킬 수 있다.
여기서, 계수 α는 영구자석편(28)의 자력 강도에 관한 값이다. 본 실시형태에서는 계수 α는 0.1?0.16으로 설정되어 있다. 영구자석의 자력 강도(즉 계수 α)를 조정하는 것에 의해서, 예를 들면, 도 6의 세선으로 도시하는 바와 같이, 자속의 피크값을 종래품과 동일 레벨까지 높일 수 있다. 이에 따라, 적은 비용 증가로 모터 출력을 가급적 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 각 영구자석편(28)의 외주면은 자극의 경계 위치(N극과 S극의 경계 위치)가 각 영구자석편(28)의 둘레 방향의 중앙 위치에 대략 일치하도록 착자되어 있다.
이 구성에 의하면, 가령 요크 부재(19)에 대한 영구자석편(28)의 점착 위치가 둘레 방향으로 어긋났다고 해도, N극과 S극의 경계 위치(자극의 변경점)에 간극이 발생하는 일은 없고, N극과 S극의 둘레 방향의 위치 관계는 유지된다. 따라서, 영구자석편(28)의 요크 부재(19)에의 점착 정밀도에 좌우되는 일 없이, N극과 S극의 경계 위치를 위치 검출 센서(9)에 의해 정밀도좋게 검출할 수 있다.
즉, 본 실시형태에 관한 모터(1)에서는 위치 검출 센서(9)에 의한 Ｎ극과 S극의 경계 위치의 검출 정밀도는 영구자석편(28)의 요크 부재(19)에의 점착 정밀도보다도, 영구자석편(28)에 대한 자극의 착자 정밀도나, 최박부(32)의 형상 정밀도에 좌우된다. 그리고, 이 착자 정밀도나 형상 정밀도는 영구자석편(28)의 점착 정밀도보다도 현격히 높기 때문에, 종래의 모터(1)에 비해, 위치 검출 센서(9)에 의한 자극의 경계 위치의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 제어 회로에 있어서의 모터(1)의 회전 제어를 더욱 정확하게 실행할 수 있고, 모터(1)의 회전 진동이나 소음 등을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 각 영구자석편(28)의 최박부(32)는 모터 축심 주위의 위상각에서 보아(모터(1)의 전기각에서 보아), 영구자석편(28)의 둘레 방향의 중앙 위치를 중심으로 하는 소정 각도 범위(본 실시형태에서는 ±2°)내를 차지하도록 형성되어 있다. 그리고, 해당 최박부(32)의 외주면은 모터 축심 방향(X방향)에서 보아, 요크 부재(19)의 외주면과 동심의 원호형상으로 형성되어 있다.
이 구성에 의하면, 각 영구자석편(28)에의 착자 오차에 의해, 영구자석편(28)의 외주면에 있어서의 자극의 경계 위치가 둘레 방향의 중앙 위치에 대해 둘레 방향으로 어긋났다고 해도, 위치 검출 센서(9)에서 검출되는 자속 파형이 자극 경계의 근방에서 크게 왜곡되거나 하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 위치 검출 센서(9)에 의한 자극의 경계 위치의 검출 정밀도를 가급적 향상시킬 수 있다.
(변형예 1)
도 7은 상기 실시형태 1의 변형예 1이다. 도 7은 요크 부재(19)의 구성을 상기 실시형태와는 다르게 한 모터의 도면이다.
즉, 본 변형예에서는 요크 부재(19)에는 그 축심 주위에 복수의 관통 구멍(51)을 갖는다. 관통 구멍(51)의 수는 모터(1)의 극수와 동일 수인 8개이다. 각 관통 구멍(51)의 구멍형상은 대략 정오각형상으로 되어 있다. 또한, 관통 구멍(51)의 구멍 형상은 정오각형상에 한정되지 않고, 예를 들면, 원형형상이나 사각형상이어도 좋다.
8개의 관통 구멍(51)은 요크 부재(19)의 축심(모터 축심 X) 주위에 등간격이고 또한 축대칭이다. 연장 설치부(52)는 서로 인접하는 관통 구멍(51)의 사이에 마련된다. 연장 설치부(52)는 요크 부재(19)에 있어서의 샤프트 삽입 구멍(26)의 둘레가장자리부와 요크 부재(19)의 외주부를 연결한다. 연장 설치부(52)의 수는 합계 8개이다. 8개의 연장 설치부(52)는 요크 부재(19)의 샤프트 삽입 구멍(26) 부근으로부터 직경 방향 외측을 향해 방사상으로 연장되어 있다. 영구자석편(28)에 작용하는 고정자(3)로부터의 회전 방향의 구동력은 요크 부재(19)의 외주부로부터, 이들 8개의 연장 설치부(52)를 거쳐, 샤프트(8)에 전달된다.
이 변형예에서는 영구자석편(28)의 구성을 실시형태 1과 동일한 구성으로 한 것에 의해, 실시형태 1과 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이 변형예에 있어서, 각 영구자석편(28)은 그 둘레 방향의 중앙 위치가 각 연장 설치부(52)의 연장선상에 위치한다. 이에 따라, 요크 부재(19)의 외주부에 있어서, 영구자석편(28)의 둘레 방향의 중앙부에 인접하는 부분의 두께(직경 방향의 두께)를 크게 취할 수 있다. 따라서, 영구자석편(28)의 둘레 방향의 중앙부 부근에 충분한 자로를 확보할 수 있다. 따라서, 모터 성능의 저하를 방지하면서, 모터(1)의 경량화를 도모할 수 있다.
(변형예 2)
도 8은 실시형태 1의 변형예 2를 나타낸다. 도 8은 요크 부재(19)의 구성을 변형예 1과는 다르게 한 구성이다.
즉, 본 변형예에 관한 모터(1)는 서로 인접하는 관통 구멍(51)의 사이에 형성되는 연장 설치부(52)가 직경 방향의 내측 부분과 외측 부분으로 분단되어 있는 점에서, 상기 변형예 1과는 다르다.
이와 같이 본 변형예에서는 연장 설치부(52)가 분단되는 것에 의해, 요크 부재(19)가, 직경 방향 내측의 내측 요크 부재(19a)와 직경 방향 외측의 외측 요크 부재(19b)로 분할되어 있다.
내측 요크 부재(19a)는 중심측 통부(53) 및 돌기부(54)를 구비한다. 중심측 통부(53)는 샤프트 삽입 구멍(26)을 갖는다. 돌기부(54)는 중심측 통부(53)의 외주부로부터 직경 방향 외측으로 돌출된다. 돌기부(54)는 복수(본 변형예에서는 8개) 갖는다. 돌기부(54)는 연장 설치부(52)를 분단한 후의 연장 설치부(52)의 직경 방향 내측의 부분으로 이루어진다.
외측 요크 부재(19b)는 외주측 통부(55) 및 돌기부(56)를 구비한다. 외주측 통부(55)는 영구자석편(28)이 접착된다. 돌기부(56)는 외주측 통부(55)의 내주부로부터 직경 방향 내측으로 돌출된다. 돌기부(56)는 복수(본 변형예에서는 8개) 갖는다. 돌기부(56)는 연장 설치부(52)를 분단한 후의 해당 연장 설치부(52)의 직경 방향 외측의 부분으로 이루어진다.
내측 요크 부재(19a)의 돌기부(54)와 외측 요크 부재(19b)의 돌기부(56)는 직경 방향에 있어서 서로 대향하는 상태로 배치된다. 돌기부(54)와 돌기부(56)의 사이에는 소정 폭의 간극공간(50)을 갖는다.
각 관통 구멍(51)은 간극공간(50)을 거쳐서 서로 연통하고 있다. 본 변형예에서는 관통 구멍(51) 및 간극공간(50)에 열가소성의 수지(57)를 충전해서 고화시키는 것에 의해, 내측 요크 부재(19a)와 외측 요크 부재(19b)가 일체화되어 있다. 내측 요크 부재(19a) 및 외측 요크 부재(19b)에 마련된 돌기부(54, 56)는 외측 요크 부재(19b)에 대해, 내측 요크 부재(19a)가 둘레 방향으로 상대 회전하는 것을 규제하는 회전 방지로서 기능한다.
수지(57)는 충전부(58), 및 원환형상 판부(59)를 구비한다. 충전부(58)는 관통 구멍(51) 및 간극공간(50)에 충전된다. 충전부(58)는 기둥형상이다. 원환형상 판부(59)는 충전부(58)의 모터 축심 방향(X방향)의 양 단면에 접속된다. 원환형상 판부(59)는 요크 부재(19)의 축심 방향의 양 단면에 고착되어 있다. 원환형상 판부(59)의 중심부에는 요크 부재(19)의 샤프트 삽입 구멍(26)이 노출되도록 원 구멍(61)을 갖는다.
그런데, 본 변형예에 관한 PWM 제어를 실행하는 브러시리스 DC모터(1)에서는 브래킷 커버(7)와 고정자 코어(16)의 사이에 전위차가 생겨, 샤프트(8)→요크 부재(19)→영구자석편(28)→고정자(3)→모터 케이싱(6)→브래킷 커버(7)→축받이(11a)→샤프트(8)의 경로(도 1의 I2점 쇄선으로 도시하는 경로)로 전류가 순환하여, 축받이(11a)가 전식(電蝕)에 의해 파손된다고 하는 문제가 있다.
이에 대해, 본 변형예에서는 요크 부재(19)가 내측 요크 부재(19a)와 외측 요크 부재(19b)로 분단된다. 수지(57)는 내측 요크 부재(19a)와 외측 요크 부재(19b)의 사이(관통 구멍(51) 및 간극공간(50))에 충전된다. 수지(57)는 절연체이다. 수지(57)는 열가소성이다. 이러한 구성으로 함으로써, 요크 부재(19)에 흐르는 전류를 절연체에 의해 차단하여, 축받이(11a)가 전식에 이르는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 변형예 2에서는 관통 구멍(51) 및 간극공간(50)에 열가소성의 수지(57)를 충전하는 것에 의해, 내측 요크 부재(19a)와 외측 요크 부재(19b)를 일체화하도록 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 열가소성 수지 대신에 열경화성 수지나 고무 재료 등의 탄성재료를 충전하도록 해도 좋다. 탄성재료를 충전하도록 한 경우에는 축받이(11a)의 전식을 방지하면서, 또한, 모터(1)의 회전 진동이나 회전 소음을 방지할 수 있다.
또한, 이 변형예에서는 영구자석편(28)의 구성을 상기 실시형태 1과 동일한 구성으로 한 것에 의해, 실시형태 1과 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
(변형예 3)
도 9는 실시형태 1의 변형예 3을 나타낸다. 도 9는 영구자석편(28)의 최박부(32)의 외주면의 형상을 실시형태 1 및 각 변형예와는 다르게 한 구성이다.
즉, 본 변형예에서는 최박부(32)의 외주면(32a)은 모터 축심 방향(X방향)에서 보아 직선형상을 이루고 있다. 외주면(32a)은 모터 축심 방향(X방향)에서 보아, 영구자석편(28)의 둘레 방향의 중앙 위치와 요크 부재(19)의 중심을 지나는 직선 L에 대해 수직으로 형성되어 있다.
이 구성에 의하면, 실시형태 1과 마찬가지로, 각 영구자석편(28)에의 착자 오차에 의해, 영구자석편(28)의 외주면에 있어서의 자극의 경계 위치가 둘레 방향의 중앙 위치에 대해 둘레 방향으로 어긋났다고 해도, 위치 검출 센서(9)에서 검출되는 자속 파형이 자극 경계의 근방에서 크게 왜곡되거나 하는 일도 없다.
(실시형태 2)
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시형태 2를 나타낸다. 도 10 및 도 11은 영구자석편(28)의 비산을 방지하는 비산 방지 부재(62)를 갖는 점에서, 실시형태 1과는 다르다. 또한, 이하의 실시형태에 있어서, 도 2 및 도 3와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 상세한 설명을 적절히 생략한다.
비산 방지 부재(62)는 영구자석부(25) 및 요크 부재(19)에 대해, 수지재료(몰드 수지)를 이용하여 몰드 성형에 의해 일체 고정되어 있다.
비산 방지 부재(62)는 피복부(63)를 갖는다. 피복부(63)는 영구자석부(25)의 외주면 중 각 영구자석편(28)의 최후부(33)를 제외한 부분과, 영구자석편(28) 및 요크 부재(19)의 모터 축심 방향(X방향)의 양 단부를 피복한다. 피복부(63)는 오목부(42)내를 메운다. 피복부(63)의 외주면은 원통면형상이다. 피복부(63)의 외주면은 그 곡률 중심은 요크 부재(19)의 축심 위치에 일치하고 있다. 피복부(63)의 모터 축심 방향(X방향)의 양 단부는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 스퀘어형상으로 절곡된다. 피복부(63)는 영구자석편(28)의 모터 축심 방향(X방향)의 양 단부를 덮는다. 피복부(63)는 요크 부재(19)의 양 단면에 고착되어 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는 영구자석편(28)의 구성을 상기 실시형태 1과 동일한 구성으로 한 것에 의해, 실시형태 1과 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 각 영구자석편(28)의 외주면을, 몰드 수지로 이루어지는 피복부(63)에 의해 누르는 것에 의해, 각 영구자석편(28)이 모터 회전시에 원심력에 의해 직경 방향 외측으로 비산하는 것을 방지할 수 있다.
그런데, 도 4의 (a)에 도시된 종래의 모터(1)에서는 영구자석편(28)의 둘레 방향의 중앙부에 최후부(33)를 갖고, 또한 둘레 방향의 양 단부에 최박부(32)를 갖는다. 이 때문에, 몰드 수지로 영구자석편을 고정시키는 경우, 이 수지와 고정자(3)의 간섭을 피하기 위해서나 자기 특성을 확보하기 위해 최후부(33)를 제외한 부분(예를 들면 최박부(32))에 수지를 형성한다. 그러나, 이 구성에서는 몰드 수지가 각 영구자석편(28)의 경계부에 위치하여(일본 특허 공개 공보 제 2002-34188호), 충분한 비산 방지 효과를 기대할 수 없다고 하는 문제나, 몰드 수지에 버르(burr)가 발생한다고 하는 문제가 있다.
이에 대해, 본 실시형태에 관한 모터(1)에서는 각 영구자석편(28)의 둘레 방향의 양 단부가 최후부(33)로 되어 있다. 이 때문에, 몰드 수지를, 최후부(33)를 제외한 부분에 형성했다고 해도, 몰드 수지를 각 영구자석편(28)의 경계부에 위치시키는 일 없이, 둘레 방향의 중앙 부근에 위치시킬 수 있다. 이에 따라, 충분한 비산 방지 효과를 얻을 수 있는 동시에, 몰드 수지에 버르가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 변형예 2에 도시하는 요크 부재(19a, 19b)를 구비한 모터(1)에 대해, 본 실시형태의 비산 방지 구조를 적용하도록 해도 좋다. 이 경우, 원환형상 판부(59)와 비산 방지 부재(62)는 별체로 해도 좋지만, 원환형상 판부(59)와 비산 방지 부재(62)를 동일한 수지재료로 일체로 해도 좋다. 이에 따라, 요크 부재(19)와 영구자석편(28)을 더욱 강고하게 고착하여, 비산 방지 효과 및 요크 부재(19a, 19b)의 회전 방지 효과를 향상시킬 수 있다.
(실시형태 3)
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시형태 3을 나타낸다. 도 12 및 도 13은 영구자석편(28)의 비산 방지 부재(62)를 실시형태 2와는 다르게 한 구성이다.
즉, 본 실시형태에서는 비산 방지 부재(62)는 요크 부재(19) 및 영구자석편(28)과는 별체의 바구니형 부재로 이루어진다. 비산 방지 부재(62)는 비산 방지 기둥(64), 및 원환형상 연결부(65)를 구비한다. 비산 방지 기둥(64)은 각 영구자석편(28)의 최박부(32)의 직경 방향 외측에 구비된다. 비산 방지 기둥(64)은 모터 축심 방향(X방향)으로 연장한다. 비산 방지 기둥(64)은 복수 구비된다. 원환형상 연결부(65)는 각 비산 방지 기둥(64)의 모터 축심 방향(X방향)의 양 단부와 요크 부재(19)를 연결하는 원환형상 연결부(65)를 구비하고 있다.
각 비산 방지 기둥(64)은 회전자(2)의 축심 방향에서 보아, 단면 볼록형상이다. 각 비산 방지 기둥(64)은 그 직경 방향 내측의 면이, 영구자석편(28)의 최박부(32)의 외주면(32a)에 고정되어 있다. 비산 방지 기둥(64)은 최후부(33)의 외주면에 접하는 가상 원통면(41)(도 5 참조)의 직경 방향 내측에 구비된다. 비산 방지 기둥(64)의 두께와 영구자석편(28)의 최박부(32)의 두께의 합계값은 영구자석편(28)의 최후부(33)의 두께보다도 작다. 즉, 비산 방지 기둥(64)은 영구자석편(28)의 오목부(42)내에 수납된다. 또한, 비산 방지 기둥(64)의 두께와 영구자석편(28)의 최박부(32)의 두께의 합계값은 영구자석편(28)의 최후부(33)의 두께와 동등하게 해도 좋다.
원환형상 연결부(65)는 그 내주부가 요크 부재(19)의 외주부에 고정된다. 원환형상 연결부(65)의 외주부는 비산 방지 기둥(64)의 모터 축심 방향(X방향)의 양 단부에 연결되어 있다. 원환형상 연결부(65)의 내주부와 외주부의 사이의 중간부는 각 영구자석편(28)에 있어서의 모터 축심 방향(X방향)의 양 단면에 고정된다.
이상과 같이 본 실시형태에서는 영구자석편(28)의 구성을 실시형태 1과 동일한 구성으로 한 것에 의해, 실시형태 1과 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 모터(1)에서는 각 영구자석편(28)의 외주면을, 비산 방지 기둥(64)에 의해 누르는 것에 의해, 각 영구자석편(28)이 모터 회전시에 원심력에 의해 직경 방향 외측으로 비산하는 것을 방지할 수 있다.
그런데, 종래의 모터(1)에서는 영구자석편(28)의 둘레 방향의 중앙부에 최후부(33)를 형성하고 또한 둘레 방향의 양 단부에 최박부(32)를 구비한다. 이 때문에, 비산 방지 기둥(64)을 고정자(3)와의 간섭을 피하기 위해 영구자석편(28)의 최박부(32)에 배치한 것으로 하면, 비산 방지 기둥(64)이 각 영구자석편(28)의 경계부에 위치해 버린다. 이 때문에, 1개의 비산 방지 기둥(64)에 의해서, 그 양측에 위치하는 2개의 영구자석편(28)을 누를 필요가 생겨, 충분한 비산 방지 효과를 기대할 수 없다고 하는 문제가 있다.
이에 대해, 본 실시형태에 관한 모터(1)에서는 각 영구자석편(28)의 둘레 방향의 중앙부에 최박부(32)가 구비된다. 그 때문에, 비산 방지 기둥(64)을 최박부(32)에 배치했다고 해도, 비산 방지 기둥(64)을, 각 영구자석편(28)의 경계부에 위치시키는 일 없이 둘레 방향의 중앙부에 위치시킬 수 있다. 이에 따라, 1개의 비산 방지 기둥(64)에 의해서 1개의 영구자석편(28)을 누를 수 있고, 충분한 비산 방지 효과를 얻을 수 있다.
또한, 모터(1)에서는 요크 부재(19) 및 영구자석편(28)에 대해, 별체의 비산 방지 부재(62)를 조립시키는 것만으로, 회전자(2)에 비산 방지 부재(62)를 부착할 수 있다. 따라서, 비산 방지 부재(62)를 몰드 성형하는 수고를 생략하여, 회전자(2)의 제조 프로세스를 간소화할 수 있다.
또한, 비산 방지 기둥(64)에 의해 영구자석편(28)을 걸어 고정시킨 후, 또한 상기 실시형태 2의 몰드 성형에 의한 비산 방지 부재(62)를 이용함으로써, 더욱 강고한 비산 방지 구조로 된다.
(다른 실시형태)
본 발명의 구성은 상기 실시형태 및 변형예에 한정되는 것은 아니고, 그 이외의 각종 구성을 포함하는 것이다.
즉, 실시형태에서는 8개의 영구자석편(28)을 갖는 8자극의 모터(1)를 예로 들어 설명을 실행했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 4개의 영구자석편(28)을 갖는 4자극의 모터(1)나, 16개의 영구자석편(28)을 갖는 16자극의 모터(1) 등이어도 좋고, 자석편(28)의 수 및 자극의 수는 이들에 한정되지 않는다(단, 자극의 수는 2보다 많은 짝수이다).
또한, 변형예 1에서는 내측 요크 부재(19a)의 돌기부(54)와 외측 요크 부재(19b)의 돌기부(56)가 서로 마주 보는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 내측 요크 부재(19a)의 돌기부(54)와 외측 요크 부재(19b)의 돌기부(56)가 둘레 방향으로 어긋나 있어도 좋다.
또한, 상기 각 실시형태 및 각 변형예에서는 모터(1)는 고정자(3)나 제어용 기판(10)을 모터 케이싱(6)에 일체 성형한 소위 몰드 모터로 되어 있지만, 반드시 몰드 모터(1)일 필요는 없고, 고정자(3)나 제어용 기판(10)이 모터 케이싱(6)과 별체로 구성된 모터(1)이어도 좋다.
또한, 본 발명의 구성으로서, 상기 각 실시형태 및 각 변형예의 임의의 조합이 가능하다.
본 발명의 브러시리스 DC모터는 고정자와 해당 고정자에 의해서 외주면을 둘러싸이도록 배치된 회전자를 구비한다. 본 발명의 브러시리스 DC모터는 회전자가, 원통 형상의 외주면을 갖는 요크 부재와, 요크 부재의 외주면에 둘레 방향으로 서로 인접해서 배치된 복수의 영구자석편으로 이루어지는 영구자석부를 갖는다. 특히, 본 발명의 브러시리스 DC모터는 영구자석편의 비산을 방지하기 위한 비산 방지 부재를 구비한 모터에 유용하다.

Claims (10)

  1. 고정자와, 회전자를 포함하는 브러시리스 DC모터로서,
    상기 회전자는 상기 고정자에 의해서 외주면을 둘러싸이도록 배치되고,
    상기 회전자는 요크 부재와, 영구자석부를 포함하고,
    상기 요크 부재는 원통면형상의 외주면을 갖고,
    상기 영구자석부는 상기 요크 부재의 외주면에 둘레 방향으로 서로 인접해서 배치된 복수의 영구자석편을 포함하고,
    상기 각 영구자석편은 최박부(最薄部)와, 최후부(最厚部)와, 서변부(徐變部)를 갖고,
    상기 최박부는 그 둘레 방향의 중앙부에 위치하고, 또한 직경 방향의 두께가 최소가 되고,
    상기 최후부는 그 둘레 방향의 양 단부에 위치하고, 또한 직경 방향의 두께가 최대가 되고,
    상기 서변부는 상기 최박부와 상기 최후부의 사이에 위치하고, 또한 상기 최박부에서 상기 최후부를 향해 직경 방향의 두께가 서서히 증가하고,
    상기 영구자석부의 외주면은 자극이 그 둘레 방향으로 N극과 S극으로 교대로 배열되고, 또한, 상기 자극의 경계 위치가 각 영구자석편의 둘레 방향의 중앙부에 위치하도록 착자되어 있는 것을 특징으로 하는
    브러시리스 DC모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서변부의 외주면은 회전자의 축심 방향에서 보아, 상기 서변부의 바깥쪽측으로 볼록하게 되는 원호형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC모터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 최박부의 외주면은 회전자의 축심 방향에서 보아, 상기 요크 부재의 외주면과 동심의 원호형상 또는 직선형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC모터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 영구자석편의 최박부는 상기 회전자의 축심 주위의 위상각에서 보아, 상기 영구자석편의 둘레 방향의 중앙 위치를 중심으로 하는 소정 각도 범위내를 차지하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC모터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 영구자석편의 최박부는 상기 회전자의 축심 주위의 위상각에서 보아, 상기 영구자석편의 둘레 방향의 중앙 위치를 중심으로 하는 소정 각도 범위내를 차지하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC모터.
  6. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 영구자석부의 외주면 중 상기 각 영구자석편의 최후부를 제외한 부분과, 상기 영구자석부에 있어서의 적어도 한쪽의 축방향 단면을 수지로 피복해서 이루어지는 피복부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC모터.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 중 어느 하나에 있어서,
    복수의 비산 방지 기둥과, 연결부를 더 포함하고,
    상기 비산 방지 기둥은 상기 각 영구자석편의 최박부의 직경 방향 외측에 배치되고 또한 축방향으로 연장하고,
    상기 연결부는 상기 각 비산 방지 기둥의 양 단부를 상기 요크 부재에 연결 고정시키는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC모터.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 요크 부재에 삽입 고정된 샤프트를 더 포함하고,
    상기 요크 부재는 외측 요크 부재와, 내측 요크 부재를 포함하고,
    상기 외측 요크 부재는 외주면에 상기 영구자석편이 고정되고,
    상기 내측 요크 부재는 상기 외측 요크 부재의 직경 방향 내측에 배치되고, 상기 샤프트가 삽입 고정되고,
    상기 외측 요크 부재와 상기 내측 요크 부재는 서로의 사이에 충전된 수지를 거쳐서 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC모터.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 요크 부재에 삽입 고정된 샤프트를 더 포함하고,
    상기 요크 부재는 외측 요크 부재와, 내측 요크 부재를 포함하고,
    상기 외측 요크 부재는 외주면에 상기 영구자석편이 고정되고,
    상기 내측 요크 부재는 상기 외측 요크 부재의 직경 방향 내측에 배치되고, 상기 샤프트가 삽입 고정되고,
    상기 외측 요크 부재와 상기 내측 요크 부재는 서로의 사이에 충전된 수지를 사이에 두고 일체화되고,
    상기 수지와 상기 피복부가 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC모터.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 요크 부재에 삽입 고정된 샤프트를 포함하고,
    상기 요크 부재는 외측 요크 부재와, 내측 요크 부재를 포함하고,
    상기 외측 요크 부재는 외주면에 상기 영구자석편이 고정되고,
    상기 내측 요크 부재는 상기 외측 요크 부재의 직경 방향 내측에 배치되고, 상기 샤프트가 삽입 고정되고,
    상기 외측 요크 부재와 상기 내측 요크 부재는 서로의 사이에 충전된 수지를 거쳐서 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC모터.
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