JPH07108082B2

JPH07108082B2 - 外転型ブラシレスｄｃモータ

Info

Publication number: JPH07108082B2
Application number: JP63026335A
Authority: JP
Inventors: 正直奥田; 譲鈴木; 栄藤谷
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1988-02-06
Filing date: 1988-02-06
Publication date: 1995-11-15
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: JPH01202143A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、永久磁石ロータを用いるラジアル・エアギ
ャップ形のブラシレスDCモータに関するものである。

更に詳しく述べると、この発明は軟磁性金属板を折り曲
げて磁極片を形成した２個のステータヨークと、両ステ
ータヨーク間に配置される円環状コイルを具備し、両ス
テータヨーク間は筒状部によって磁気的に短絡されてお
り、前記磁極片と筒状部の一方又は両方にスリット、切
欠き又は穴を形成し、軸方向の磁気抵抗を増大させるこ
となく周方向の電気抵抗を大きくして渦電流損を抑えモ
ータ効率を向上させたブラシレスDCモータのステータに
関するものである。

〔従来の技術〕

ブラシレスDCモータのステータ構造としては有鉄心形と
無鉄心形とがある。有鉄心形ステータは所定形状に打ち
抜いた電磁鋼板を多数枚積層し、そのスロット部に巻線
する構造である。この場合スロット内面に絶縁を施し、
各スロットに分割して巻線を行う。

このような有鉄心形ステータでは、上記のように各スロ
ットに分割して巻線を施されなければならないため、巻
線作業が複雑となりコストアップの要因となっている。

これに対して無鉄心形ステータは巻線の面では有利であ
るが、当然のことながら鉄心が無いため磁気回路の効率
が悪く、従って所望のモータ性能を実現させるためには
高性能の永久磁石が必要となり高価になることは避けら
れない。

そこで本発明者等は先に、このような課題を解決できる
ものとして、軟磁性金属板を折り曲げてロータ磁石の磁
極数の半数の磁極片を形成した２個のステータヨークに
よって各磁極片がロータ磁石と対面するように円環状コ
イルを挾み込みむステータ構造を有するブラシレスDCモ
ータを提案した（特願昭62-177399号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

この種のステータでは、磁気回路上、ステータヨークの
果たす役割が大きく、特にその形状はモータ特性（効
率）に大きな影響を及ぼす。

モータ駆動の際にコイルに通電すると、２個のステータ
ヨークを磁気的に短絡している筒状部に軸方向に変化す
る磁束が生じ、そのため筒状部の側面周方向に渦電流が
流れる。またステータヨークやエアギャップを介して磁
石と対向している磁極片に渦電流が生じる。これら渦電
流によるジュール損失（渦電流損）が大きく、モータ効
率が悪い問題があった。

特にモータ速度が大きくコイルに流す交番電流の周期が
短くなる程、渦電流による損失が大きくなる。

この発明の目的は、上記のような技術的課題を解決し、
ステータヨークに生じる渦電流損を減少させ、モータ効
率の向上を図ることのできるブラシレスDCモータのステ
ータを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、ロータとステータとを有する外転型ブラシ
レスDCモータである。ここでロータは、カップ状のロー
タヨークの内周面にロータ磁石が取り付けられ、中心に
固定したブッシュによってシャフトが固定されている。
またステータは、軟磁性金属板の外周側を折り曲げて磁
極片を形成した２個のステータヨークと、両ステータヨ
ークの間に介装され、その内周縁間を磁気的に短絡する
軟磁性筒状部と、軟磁性筒状部の外周側に位置する円環
状コイルとを具備し、ステータ磁極片とロータ磁石との
間でラジアル方向にエアギャップを有し、軟磁性筒状部
が軸方向に長いスリット又は切欠きを有する構造であ
る。

スリット又は切欠きは筒状部のみに形成されていてもよ
いし、筒状部と磁極片の両方に形成されていてもよい。
スリットは極力細くして軸方向に形成するのが望まし
い。

ステータヨークの構造としては、筒状部も一体的に絞り
加工により成形し、両方のステータヨークの筒状部を嵌
合させるようにしてもよい。また筒状部を両ステータヨ
ークとは別個の軟磁性材料で製作しステータヨークに結
合するようにしてもよい。その場合には、軟磁性材の粉
末が充填された樹脂でモールド成形することもできる。

なおここで「筒状」とは、円筒状のみならず、多角筒
状、その他の異形の筒状を含む広い概念の用語として用
いている。

この発明はアウターロータ型にもインナーロータ型にも
適用できる。

〔作用〕

ステータヨークは軟磁性金属板のプレス加工等によって
製作される。両ステータヨーク間を磁気的に短絡する筒
状部は、ステータヨークと一体の場合もあるしステータ
ヨークとは別部材とし所定形状に製作してステータヨー
クと結合する場合もある。コイルは単純な円環状であ
り、コイル完成後に両側からステータヨークで挾めばよ
いため、自動巻線機を用いることによって簡単に巻線で
きる。

コイルを挾む２個のステータヨークの各磁極片は円周上
に配列されてロータ磁石と対面し、ラジアル方向のエア
ギャップが形成される。ロータ磁石の位置は磁極検出器
によって検出され、それに応じたタイミングでコイルに
通電することによってロータは連続回転する。

コイルへの通電によってステータヨークの筒状部には軸
方向に交番磁束が流れる。これによって筒状部には側面
周方向に渦電流が流れようとする。しかしこの発明では
筒状部にスリット、切欠き、穴等が形成されているた
め、周方向の電気抵抗が大きくなり、電流が流れ難くな
るため渦電流による損失を抑えることができる。このと
きスリットや切欠きを軸方向に細長く設けたり、多数の
穴を軸方向に配列すると、周方向の電気抵抗は大きくな
るが軸方向の磁気抵抗は大きくなり難く良好な結果が得
られる。

従って筒状部と磁極片の両方にスリット等を入れると更
に良好なモータ特性が得られることになる。

筒状部をステータヨークとは別個の部材で構成すれば、
ステータヨークの構造が簡略化されプレス加工が容易と
なる。また構造が簡単になるため部品の高精度化が可能
となるし、両ステータヨークを同一形状にできる。更に
はステータヨークの板厚にかかわらず筒状部の断面積お
よび材質を任意に変えることができ、磁気回路の設計が
容易になる。

〔実施例〕

第１図はこの発明を４極アウターロータ型ブラシレスDC
モータに適用した一例を示す分解斜視図である。

ロータ10は、カップ状のロータヨーク12の内周面にロー
タ磁石14を貼着すると共に、中心部に固定したブッシュ
16によってシャフト18を嵌着した構造である。ロータ磁
石14はリング状の永久磁石からなり、ラジアル方向に４
極着磁が施されている。勿論、複数のセグメント状の永
久磁石を組み合わせたものでよい。

それに対してステータ20は、軟磁性金属板の外周側を折
り曲げ加工した第１および第２のステータヨーク22,24
によって円環状コイル26を挾み込む構造である。ここで
第１および第２のステータヨーク22,24は、それぞれ中
央から反対方向に扇形に広がり外周側にそれぞれ磁極片
28,29を形成すると共に内周側に円筒部30,31を一体的に
形成した構造をなす。

この実施例の特徴は、両ステータヨーク22,24の円筒部3
0,31に、軸方向のスリット60,61を形成した点である。
ここではスリット60,61は、中心軸に対称的に２本ずつ
設けられている。

コイル26は、巻芯の両端にフランジを有するボビン32に
巻線33を施し、巻線端末をピン端子34に絡げて接続した
構造である。

第１および第２のステータヨーク22,24は、それらの磁
極片28,29の外面が丁度ロータ磁石14の内面と対向する
ようにして、一方の円筒部31が他方の円筒部30内に嵌入
し、しかもそれらの磁極片はエアギャップが形成される
円周上で磁気的なアンバランスが生じるように（即ち、
両ステータヨークがなす空間角が非直角になるように）
組み合わせられる。これらの位置決めと固定は、コイル
ボビン32の両外面にそれぞれ設けた樹脂突起35と両ステ
ータヨーク22,24に穿設した穴36,37との嵌合と前記樹脂
突起35の熱カシメによって行う。

そしてロータ磁石14の近傍にホール素子等の磁極検出器
38を取り付ける。この磁極検出器38は第１および第２の
ステータヨーク22,24を組み合わせた時、それらを励磁
する際にその磁気的中性点の近傍に設けるのが望まし
い。

このような基本構造をなすブラシレスDCモータを利用し
たファンモータの一例の断面を第２図に示す。前記各部
材と対応する部分には同一符号を付し、それらについて
の説明は省略する。合成樹脂により一体成形したインペ
ラ（羽根車）40の内側にロータヨーク12が嵌入し、熱カ
シメにより固定する。ロータ10のシャフト18は、ケース
42に取り付けられている軸受44,45により回転自在に支
持され、バネ46で予圧をかけた状態でＥリング48により
保持される。ステータはケース42に取り付けられる。

ケース42の内側には回路基板50がネジ51によって取り付
けられている。なおこの回路基板50には、コイル励磁切
換論理回路やスイッチング素子、磁極検出器38等が実装
されており、コイル26のピン端子34もこの回路基板50に
取り付けられる。必要な電力は外部からコード52により
供給される。

上記の実施例のブラシレスDCモータでは、コイル26を挾
む２個のステータヨーク22,24の各磁極片28,29は円周上
に配列されてロータ磁石と対面し、ラジアル方向のエア
ギャップが形成される。ロータ磁石14の位置は磁極検出
器38によって検出され、それに応じたタイミングでコイ
ルに通電することによってロータは連続回転する。

コイル26への通電によってステータヨーク22,24の円筒
部30,31には軸方向に変化する磁束が生じる。これによ
って円筒部30,31には側面円周方向に渦電流が流れよう
とする。しかし円筒部30,31にスリット60,61が形成され
ているため、円周方向の電気抵抗が大きく、そのため渦
電流が抑えられ、結果として損失を減少させることがで
きる。

なお円筒部に形成するスリットの形状や形成個数は適宜
変更できる。第３図に示す実施例はスリット62をステー
タヨーク22の円筒部30の上端から下端まで形成した例で
ある。

スリットに代えて穴を形成してもよい。第４図はその一
例を示している。ステータヨーク24の円筒部31に軸方向
に多数の穴63を並べて形成している。ここでは軸対称に
４列設けている。

第５図〜第７図は磁極片にスリットや切欠きを形成した
例である。第５図ではステータヨーク22の磁極片28に軸
方向に延びるスリット64を３本ずつ形成している。また
ステータヨーク22の扇形平板部にも放射方向に延びる長
穴68を形成してある。第６図では角形の切欠き65を中央
に１個所設けている。第７図のように、更に大きな放物
線状の切欠き66を中心部に入れてもよい。しかしあまり
大きすぎると磁極片としての機能が阻害されるから、そ
れを考慮して適当な大きさに設定する。

これら磁極片にスリットや切欠き、穴等を設けた場合も
円筒部にスリット等を形成したのと同様の理由により渦
電流損失は減少する。

従って上記の説明から、円筒部と磁極片の両方にスリッ
ト、切欠き、穴等を設けてもよく、そうすると更に渦電
流損失を低減させることができる。

上記実施例は円筒部がステータヨークと一体的にプレス
成形されており、両方のステータヨークの円筒部が嵌合
する構造になっているが、円筒部を両ステータヨークと
は別個の軟磁性材から製作し、２個のステータヨークと
１個の円筒部とを結合して間にコイルを配置したステー
タ構造でも本発明を適用することができる。

以上この発明の好ましい実施例について詳述したが、本
発明はこのような構成のみに限定されるものではない。
上記の実施例は２個のステータヨークと１個のコイルを
有するステータを１個用いたものであるが、そのような
ステータを複数個、軸方向に連設した構造のモータにも
適用できる。また上記の各実施例はアウターロータ型の
例であるが、この発明はインナーロータ型にも適用でき
る。

〔発明の効果〕

この発明は、上記のように軟磁性金属板を折り曲げて磁
極片を形成したステータヨークと、両ステータヨーク間
に配置される円環状コイルとを具備し、両ステータヨー
クの間は筒状部によって磁気的に短絡されており、該筒
状部又は磁極片にスリット、切欠き又は穴を形成したブ
ラシレスDCモータのステータであるから、コイルへの通
電によってステータヨークの筒状部は軸方向に磁束が変
化し、これによって筒状部には周方向に渦電流が流れよ
うとするが、周方向の電気抵抗が大きく電流が流れ難い
ため渦電流による損失を抑え、モータ効率を向上させる
ことができる。一方、磁極片にも磁束が流れるため渦電
流が発生するが、切欠きや穴等を設けることにより上記
と同様の効果を得ることができる。

特にスリットを軸方向に細長く設けたり、多数の穴を軸
方向に配列すると、周方向の電気抵抗は大きくなるが軸
方向の磁気抵抗は増大し難く良好な結果が得られる。

筒状部をステータヨークとは別個の部材で構成すれば、
ステータヨークの構造が簡略化されプレス加工が容易と
なり部品の高精度化が可能となるし、両ステータヨーク
を同一形状にできるため製作し易くなるし、ステータヨ
ークの板厚にかかわらず筒状部の断面積および材質を任
意に変えることができるので磁気回路の設計が容易とな
り、磁気回路効率の良い設計を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るブラシレスDCモータの一実施例
を示す分解斜視図、第２図はこの発明をファンモータに
適用した場合の一例を示す断面図、第３図はステータヨ
ークの他の実施例を示す斜視図、第４図〜第７図はステ
ータヨークの更に他の実施例を示す斜視図である。 10……ロータ、12……ロータヨーク、14……ロータ磁
石、16……ブッシュ、18……シャフト、20……ステー
タ、22……第１のステータヨーク、24……第２のステー
タヨーク、26……円環状コイル、28,29……磁極片、30,
31……円筒部、32……ボビン、33……巻線、38……磁極
検出器、60,61,62,64……スリット、63……穴、65,66…
…切欠き。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭56−10066（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−240850（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−293959（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータ（10）とステータ（20）とを有する
外転型ブラシレスDCモータであって、ロータ（10）は、カップ状のロータヨーク（12）の内周
面にロータ磁石（14）が取り付けられ、中心部に固定し
たブッシュ（16）によってシャフト（18）が固定され、ステータ（20）は、軟磁性金属板の外周側を折り曲げて
磁極片（28,29）を形成した２個のステータヨーク（22,
24）と、両ステータヨーク（22,24）の間に介装され、
その内周縁間を磁気的に短絡する軟磁性筒状部（30,3
1）と、軟磁性筒状部（30,31）の外周側に位置する円環
状コイル（26）とを具備し、ステータ磁極片（28,29）
とロータ磁石（14）との間でラジアル方向にエアギャッ
プを有し、軟磁性筒状部（30,31）が軸方向に長いスリ
ット（60,61,62）又は切欠きを有する外転型ブラシレスDCモータ。
【請求項２】ステータ（20）は、磁極片（28,29）が軸
方向に長いスリット（64）、または切欠き（65）を有す
る請求項１記載の外転型ブラシレスDCモータ。
【請求項３】ステータ（20）は、軟磁性筒状部（30,3
1）がステータヨーク（22,24）と一体的にプレス成形さ
れ、両方のステータヨーク（22,24）の筒状部（30,31）
が嵌合する請求項１又は２記載の外転型ブラシレスDCモータ。
【請求項４】ステータ（20）は、軟磁性筒状部が両ステ
ータヨークとは別個の部材から製作されている請求項１又は２記載の外転型ブラシレスDCモータ。