TWI396363B

TWI396363B - Brushless motor, brushless fan motor and electronic machine using brushless fan motor

Info

Publication number: TWI396363B
Application number: TW096101627A
Authority: TW
Inventors: Toshiaki Kasai; Tomoaki Hoshina
Original assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2013-05-11
Also published as: JP2007195370A; US7619337B2; CN101034818A; US20070176508A1; TW200746594A

Description

無刷電動機，無刷型風扇電動機及使用無刷型風扇電動機的電子機器

本發明是關於一種包括具有磁體的轉子以及具有與該轉子相對的線圈的定子的無刷電動機、無刷型風扇電動機及使用無刷型風扇電動機的電子機器。

以往，在這種領域的技術中，已知有一種下述專利文獻1所述的風扇電動機。該風扇電動機包括具有磁體的轉子以及具有線圈的定子，藉由設於轉子的葉片來產生風。在該風扇電動機中，形成有框架的一部分向轉子側突出而構成的豎起部。並且，為了使轉子不停止在死點位置，利用該豎起部與磁體的吸引力來對轉子的停止位置進行限制。

專利文獻1：日本專利特開平11－8951號公報

但是，若僅有上述風扇電動機中的豎起部，則有時其與磁體的吸引力並不充分，從而可能有時不能充分限制轉子的停止位置。這種情況下，若轉子停止在死點位置，則不能重新起動轉子。因此，在這種電動機中，期望能可靠地限制轉子的停止位置。

因此，本發明的目的在於提供一種能可靠地限制轉子的停止位置的無刷電動機、無刷型風扇電動機及使用無刷型風扇電動機的電子機器。

本發明的無刷電動機，包括：具有磁極以NS交替的方式在旋轉方向上排列的磁體的轉子、以及具有與磁體相對地設置的線圈的定子，於線圈供給電流來使轉子在框體內旋轉，其特徵為，在由磁性體構成的框體上設置有：以與磁體相對且向磁體突出的形態一體設置在框體上的突起部、以及與磁體相對的開口，突起部與開口的位置關係形成為：當突起部位於與磁極的中央對應的位置時，開口位於與磁極彼此間的交界位置相對應的位置，突起部與線圈的位置關係形成為：當突起部位於與磁極的中央對應的位置時，線圈的兩端部位於與磁極彼此間的交界位置以外的位置相對應的位置。

該無刷電動機具有由磁性體構成的框體。該框體具有：以向旋轉的轉子的磁體突出的形態一體設置的突起部、以及形成在與磁體相對的位置的開口。該磁性體的突起部對磁體的磁極具有吸引力，因此，轉子在磁極中吸引力最強的中央與框體的突起部對應的狀態下達到穩定。由此，在不向線圈通電時，轉子以這種狀態停止。並且，若採用線圈與突起部的位置關係，則在上述停止狀態下，線圈的兩端部與磁極彼此間的交界位置以外的位置對應。因此，在轉子的停止狀態下，產生轉子轉矩的線圈兩端部不與作為死點的磁極彼此間的交界位置對應。即，該突起部具有將轉子的停止位置限制在死點以外的位置的功能。這樣，可通過與框體一體的突起部來限制轉子的停止位置，因此，不需要設置用於限制轉子的停止位置的磁通板，結果是，可將電動機減薄磁通板的厚度。

另外，若採用該突起部與形成於框體的開口的位置關係，則在上述停止狀態下，該開口與磁體的磁極彼此間的交界位置對應。在此，由於框體由磁性體構成，故作為該框體中沒有磁性的部分的開口對磁極彼此間的交界位置具有吸引力。因此，該開口可使該停止狀態更加穩定，具有能可靠地限制轉子停止位置的功能。如上所述，在該無刷電動機中，不僅突起部連開口也限制轉子的停止位置，因而能可靠地限制轉子的停止位置。

另外，本發明的無刷電動機最好是還包括承載線圈的電路基板，電路基板具有與突起部對應形成的定位用的貫通孔。採用這種構成的話，只需使突起部穿過電路基板的貫通孔即可對電路基板進行可靠的定位，從而可提高線圈、突起部及開口的位置關係的精度，且可提高組裝作業性。

另外，突起部最好形成為圓筒形狀。此時，可容易地進行突起部的鉚接，能可靠地固定電路基板。

另外，本發明的無刷型風扇電動機的特徵為：包括：上述任一種無刷電動機、以及固定在轉子的旋轉軸上的葉片。在該無刷型風扇電動機中，可藉由設於框體的突起部與開口的互動來可靠地限制轉子的停止位置，且可使風扇電動機薄型化。

另外，本發明的電子機器的特徵為：具有上述的無刷型風扇電動機。

在本發明的無刷電動機、無刷型風扇電動機及使用無刷型風扇電動機的電子機器中，能可靠地限制轉子的停止位置。

下面參照附圖對本發明的無刷電動機的最佳實施例進行詳細說明。

(第一實施例)

如第1圖~第4圖所示，風扇電動機1是使設有葉片27的轉子21旋轉、在其旋轉的半徑方向上產生風的無刷電動機。該風扇電動機1具有基座構件3，該基座構件3具有：載置在設備的安裝基板(未圖示)上的載置面3a、以及與該載置面3a相對的零件承載面3b。風扇電動機1具有收納旋轉的轉子21的框體5，該框體5由上述基座構件3和覆蓋基座構件一部分的蓋體7所構成。在該框體5的一側面上設有送風口5a，該送風口5a用於將因轉子21的旋轉而沿徑向產生的風向外部送出。該框體5的基座構件3由作為磁性體的電磁鋼板所形成，外形略呈正方形。該框體5的大小例如為長11mm×寬11mm×高3mm，實現了小型化。

在該框體5中，在基座構件3的零件承載面3b的中央設有徑向軸承9，藉由該徑向軸承9旋轉自如地對轉子21的軸(旋轉軸)23進行支撐。另外，在該基座構件3的零件承載面3b上設有三個與基座構件3一體設置的突起部3j。該突起部3j在軸23的周圍位於等間隔的位置，翻邊加工向轉子21突出地形成為圓筒形狀。另外，在基座構件3上，在軸23的周圍等間隔地形成有三個位於該突起部3j彼此之間的圓形的開口3k。

並且，在該基座構件3的零件承載面3b上以覆蓋這些開口3k的形態固定有以軸23為中心的大致呈圓形的電路基板13。該電路基板13由可撓性配線基板等所形成，在其上表面印刷形成有配線。在該電路基板13上設置有三個與基座構件3的突起部3j對應的貫通孔13a。並且，在組裝時，突起部3j穿過這些貫通孔13a(參照第5圖)並進行鉚接(參照第6圖)，從而電路基板13固定在零件承載面3b上。這樣，僅需使突起部3j穿過貫通孔13a即可將電路基板13正確地定位在零件承載面3b上。另外，由於突起部3j形成為圓筒形狀，故可容易地對穿過貫通孔13a的突起部3j進行鉚接，電路基板13能以強勁的固定力可靠地固定在零件承載面3b上。結果是，可提高後述線圈15、16這種電路基板13上的零件、突起部3j及開口3k的位置關係的精度，且可提高組裝作業性。

在該電路基板13上隔著軸23地固定有兩個線圈15、16。這些線圈15、16由扁平線圈所構成。另外，在電路基板13上承載有檢測磁性的霍爾元件17以及其他電子零件。並且，根據來自霍爾元件17的電信號對向線圈15、16的供電進行控制。由上述的框體5、電路基板13、線圈15、16、霍爾元件17及電路基板13上的其他電子元件來構成用於使轉子21旋轉的定子19。

另一方面，如前所述，轉子21具有經由徑向軸承9支撐在基座構件3上的軸23。另外，在軸23上固定有與該軸23一體旋轉的直徑為8mm左右的小型圓板狀的轉子磁軛25。在該轉子磁軛25的下表面以與設子電路基板13的線圈15、16相對的形態經由黏接劑固定有環狀的磁體30。

該磁體30具有在轉子21的旋轉方向上等間隔地排列的六個磁極31~36。在這六個磁極31~36中，磁極31、33、35的下表面被磁化成N極，磁極32、34、36的下表面被磁化成S極。這樣，磁體30構成為具有分別以中心角為60°的扇形NS交替地形成的六個磁極31~36的六極磁體。

另外，在轉子21上安裝有六片葉片27。該葉片27在轉子21的旋轉方向上等間隔地排列，固定在轉子21的軸23及轉子磁軛25上，且從轉子磁軛25的外周緣沿半徑方向伸出。這種葉片27與轉子21及軸23一體地旋轉，產生與旋轉方向平行地流動的風。即，這種葉片27及轉子21作為藉由旋轉來產生風的離心風扇作用。

下面對為了使這種轉子21旋轉而配置的上述定子19的各部位的位置關係進行說明。下述說明中，為了說明各部位的配置，將第7圖中的上方定為0°方向，將從轉子21的旋轉中心M看到的各部位的方向用“XX°方向”表示。此時，第7圖中的右方為90°方向，下方為180°方向，左方為270°方向。

首先，電路基板13上的線圈15配置成端部15a處於60°方向、端部15b處於120°方向。另外，線圈16配置成端部16a處於300°方向、端部16b處於240°方向。在這些各線圈端部15a、15b、16a、16b中，由於線圈15、16的電流方向與轉子21的徑向一致，故這些端部15a、15b、16a、16b可作為藉由電磁力產生轉子21的驅動轉矩的轉矩產生部發揮作用。另外，電路基板13上的霍爾元件17配置在180°方向。

另外，基座構件3的三個突起部3j分別配置在105°方向、225°方向及345°方向。這些各突起部3j是由磁性體所構成的基座構件3的一部分，且是基座構件3中最靠近磁體30的部位，因此，在各突起部3j與磁體30的各磁極31~36之間具有吸引力。

另外，基座構件3的三個開口3k分別配置在15°方向、135°方向及255°方向。由於在磁性體所構成的基座構件3上形成有這種開口3k，故基座構件3對磁體30的各磁極31~36的吸引力僅在該開口3k的位置局部性地變弱。因此，磁體的各磁極31~36彼此間的交界線靠近該開口3k。即，各開口3k對磁體30的各磁極31~36彼此間的交界位置具有表觀吸引力。

採用這種位置關係的話，例如第7圖所示，當三個突起部3j分別對應磁極31、33、35的中央時，則三個開口3k分別對應於磁極35、36的交界位置、磁極31、32的交界位置、磁極33、34的交界位置。另外，此時，四個線圈端部15a、15b、16a、16b均對應於磁極31~36彼此間的交界位置以外的位置。具體而言，各線圈端部15a、15b、16a、16b位於從磁極31~36彼此間的交界位置向逆時針方向偏離15。的位置。

採用上述這種構成，當向線圈15、16供給電流時，則在線圈端部15a、15b、16a、16b產生朝向轉子21的半徑方向的電流，藉由該電流，在磁極31~36上作用有圓周方向的電磁力。另外，在磁極31~36上還作用有對因來自上述突起部3j的吸引力而產生的轉矩和因來自開口3k的表觀吸引力而產生的轉矩進行合成後所形成的齒槽轉矩。因此，轉子21在上述電磁力引起的轉矩與上述齒槽轉矩的合成轉矩的作用下以軸23為中心進行旋轉。

並且，若採用上述線圈15、16與霍爾元件17的位置關係的話，則在轉子21的旋轉中，在與線圈端部15a、15b、16a、16b的位置對應的磁極31~36被改換的同時，與霍爾元件17的位置對應的磁極31~36也被改換。即，此時，因磁極31~36而在線圈端部15a、15b、16a、16b的位置產生的磁場反轉，與此同時，霍爾元件17檢測出的磁極的極性也反轉。因此，對向線圈15、16的供電進行控制，以在霍爾元件17檢測出極性反轉的同時使向線圈15、16供給的電流反轉，從而在磁極31~36上始終作用有相同方向的電磁力，轉子21持續地旋轉。

並且，當向線圈15、16的供電停止時，轉子21的旋轉衰減而停止。此時，如上所述，在磁體30的各磁極31~36上作用有來自突起部3j的吸引力。因此，轉子21受到該吸引力，各磁極31~36中的三個磁極的中央分別在與突起部3j對應的位置(參照第7圖)停止。

另外，此時，在各磁極31~36彼此間的交界還作用有來自開口3k的表觀吸引力。並且，若採用上述的各突起部3j與各開口3k的位置關係以及磁體30中的磁極31~36的配置的話，則該吸引力也起到使轉子21以上述停止狀態停止的作用。即，上述兩種吸引力互動來將轉子21向上述停止狀態引導。並且，在該停止狀態下，作為轉矩產生部的線圈端部15a、15b、16a、16b位於從作為死點的磁極31~36彼此間的交界位置偏離的位置。具體而言，各線圈端部15a、15b、16a、16b位於從磁極31~36彼此間的交界位置向逆時針方向偏離15°的位置。

如上所述，在風扇電動機1中，不僅作用有來自突起部3j的吸引力，還作用有來自開口3k的吸引力，因此轉子21穩定地停止在偏離死點的位置。這樣，在風扇電動機1中，能可靠地限制轉子21的停止位置使其避開死點位置，因此，下次起動時，當電流流入線圈15、16中時，轉子21的旋轉可圓滑地開始。

以往，為了限制轉子21的停止位置，在厚度為3mm左右的電動機中，需要設置厚度為0.2~0.3mm的磁通板，但若採用該風扇電動機1的構成，則可省去磁通板。另外，由於該突起部3j一體設置在基座構件3上，因此可將電動機1的厚度方向設置空間抑制在最小限度。結果是，採用風扇電動機1的構成可實現電動機的薄型化。

另外，設於基座構件3的突起部3j及開口3k雖然可以是單數，但最好象上述風扇電動機1那樣將多個突起部3j和多個開口3k等間隔地排列。此時，由於均衡性好的徑向吸引力作用在轉子21上，故轉子21的停止狀態的均衡性良好。另外，在設有多個突起部3j時，可提高電路基板13的定位精度及固定力。

(第二實施例)

如第8圖~第10圖所示，在風扇電動機51的轉子21上安裝有五片葉片77。這些葉片77與轉子21及軸23一體地旋轉，產生與旋轉方向垂直地流動的風。另外，在該風扇電動機51的框體55的基座構件53上設有四個用於將葉片77產生的風向外部送出的送風口53c。即，該風扇電動機51構成為軸流風扇電動機。另外，第8圖是從第9圖中的下方看到的圖，第10圖是從第9圖中的上方看到的圖。

該基座構件53由電磁鋼板形成，具有在軸23的周圍等間隔地設置的兩個突起部53j和兩個開口53k。該風扇電動機51的電路基板63藉由利用這兩個突起部53j進行鉚接而固定在基座構件53的零件承載面53b上。另外，突起部53j及開口53k具有與上述風扇電動機1中的突起部3j及開口3k相同的構成，故省略其說明。

下面對該風扇電動機51中的突起部53j、開口53k及電路基板63上的線圈15的位置關係進行說明。下述說明中，將第10圖中的上方定為0°方向，將從轉子21的旋轉中心M看到的各部位的方向用“XX°方向”表示。

首先，電路基板63上的線圈15、16的配置與上述的風扇電動機1相同。即，端部15a處於60°方向、端部15b處於120°方向，端部16a處於300°方向、端部16b處於240°方向。另外，基座構件53的兩個突起部53j分別配置在165°方向及345°方向。另外，基座構件53的兩個開口53k分別配置在75°方向及255°方向。

採用這種位置關係，當兩個突起部53j分別對應六極磁體的磁極31~36的中央時，兩個開口53k也分別對應於磁極31~36彼此間的交界位置。另外，此時，四個線圈端部15a、15b、16a、16b均對應於磁極31~36彼此間的交界位置以外的位置。具體而言，各線圈端部15a、15b、16a、16b位於從磁極31~36彼此間的交界位置向逆時針方向偏離15°的位置。

因此，與上述的風扇電動機1相同，這種具有兩個突起部53j和兩個開口53k的風扇電動機51也能可靠地限制轉子21的停止位置，可得到與風扇電動機1相同的作用效果。

另外，在該風扇電動機51中，對於與風扇電動機1相同或等同的構成，在附圖中標記同一符號，省略其說明。

通過將本發明的無刷型風扇電動機內置在手機等通信機器、汽車導航系統等車載機器、個人電腦等電子電腦、攝像機、投影儀等各種電子機器中，能可靠地向這些各種電子機器送風。而且，藉由將本發明的無刷型風扇電動機應用在使芳香劑擴散的電子機器中，能可靠地使香味擴散。

第12圖是表示將第8圖的風扇電動機應用在手機上的立體圖。手機78具有風扇電動機51。風扇電動機51安裝在手機78的內部，對手機78的發熱源(未圖示)進行冷卻。

1、51‧‧‧無刷電動機

3、53‧‧‧基座構件

3j、53j‧‧‧突起部

3k、53k‧‧‧開口

13、63‧‧‧電路基板

13a、63a‧‧‧貫通孔

15、16‧‧‧線圈

15a、15b、16a、16b‧‧‧線圈端部

21‧‧‧轉子

23‧‧‧軸(旋轉軸)

27、77‧‧‧葉片

30‧‧‧磁體

31~36‧‧‧磁極

第1圖是表示本發明第一實施例的無刷型風扇電動機的俯視圖。

第2圖是第1圖的風扇電動機的II－II剖視圖。

第3圖是第1圖的風扇電動機的分解立體圖。

第4圖是表示第1圖的風扇電動機的定子的立體圖。

第5圖是在第1圖的風扇電動機中、表示將電路基板固定在基座構件上的工序的剖視圖。

第6圖是在第1圖的風扇電動機中、表示將電路基板固定在基座構件上的工序的剖視圖。

第7圖是表示在第1圖的風扇電動機的轉子停止的狀態下突起部、開口、線圈及磁體的位置關係的俯視圖。

第8圖是表示本發明第二實施例的無刷型風扇電動機的俯視圖。

第9圖是第8圖的風扇電動機的IX-IX剖視圖。

第10圖是表示在第8圖的風扇電動機的轉子停止的狀態下突起部、開口、線圈及磁體的位置關係的俯視圖。

第11圖是第8圖的風扇電動機的分解立體圖。

第12圖是表示將第8圖的風扇電動機應用在手機上的立體圖。

1‧‧‧無刷電動機

3‧‧‧基座構件

13‧‧‧電路基板

13a‧‧‧貫通孔

15、16‧‧‧線圈

21‧‧‧轉子

23‧‧‧軸(旋轉軸)

27‧‧‧葉片

30‧‧‧磁體

31~36‧‧‧磁極

Claims

一種無刷電動機，包括：具有磁極以NS交替的方式在旋轉方向上排列的磁體的轉子、以及具有與上述磁體相對地設置的線圈的定子，於上述線圈供給電流來使上述轉子在框體內旋轉，其特徵為：在由磁性體構成的上述框體上設置有：以與上述磁體相對且向上述磁體突出的形態一體設置在上述框體上的突起部、以及與上述磁體相對的開口，上述突起部與上述開口的位置關係形成為：當上述突起部位於與上述磁極的中央對應的位置時，上述開口位於與上述磁極彼此間的交界位置相對應的位置，上述突起部與上述線圈的位置關係形成為：當上述突起部位於與上述磁極的中央對應的位置時，上述線圈的兩端部位於與上述磁極彼此間的交界位置以外的位置相對應的位置。
如申請專利範圍第1項所述的無刷電動機，其中，還包括承載上述線圈的電路基板，上述電路基板具有與上述突起部對應形成的定位用的貫通孔。
如申請專利範圍第2項所述的無刷電動機，其中，上述突起部形成為圓筒形狀。
一種無刷型風扇電動機，其特徵為，包括：申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的無刷電動機、以及固定在上述轉子的旋轉軸上的葉片。
一種電子機器，其特徵為：具有申請專利範圍第4項所述的無刷型風扇電動機。