JPS59139846A - 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】 （技術分野） 本発明はブラシレスモータに関する。

（背景技術） 第１図および第２図は２相弐ブラシレスモータの第１の
従来例を示すものであり、図において４１は回転子軸で
ほぼ有底円筒状の回転子ヨーク４２の中央凸部に圧入固
定され、この回転子ヨーク４２の内周面には第１図の如
く４極に着磁されたリング状の永久磁石４３が一体的に
固設されており、これらの回転軸４１、回転子ヨーク４
２および永久磁石４３によってロータＲ′が構成される
。

４４は軸受台を兼ねたモータ固定台で、アルミダイキャ
ストやＢｓ材等の非磁性材で構成されている。このモー
タ固定台４４Ｖｉ軸受台を兼ねるため、上下に２箇所、
ベアリング軸受４５を備えており、その中心に回転子軸
４１が挿通されるものである。

モータ固定台４４の軸部４６に圧入、固定されるステー
タＳＴ’は、第１図に示すように９０の間隔をおいて配
置された４つの主極片４７とこれら主極片４７の相互間
に４５の間隔で配置された４つの補極片４８とを備え、
このうち主極片４７には主極コイル４９を、また補極片
４８には補極コイル５０を夫々巻装すると共に、−の主
極コイル４９とその反時計方向に隣接する補極コイル５
０との直列回路に、前記主極コイル４９に対して１８０
°隔てた主極コイル４９とその反時計方向に隣接する補
極コイル５０との直列回路を直列に接続してその全体で
１相分のコイルを形成し、他の各２個の主極コイル４９
および補極コイル５０も同様に直列接続して１相分のコ
イルとなし、これら双方によって２相分のコイルが形成
される。なお、主極片４７および補極片４８は僅かなギ
ャップを介してすべてロータＲ′の永久磁石４３に対向
している。また、モータ固定台４４の基部には回路部品
取付板５１が回動自在に取付けられており、その−トに
はホール素子の如き位置検出素子５２が配設され、この
位置検出素子５２は永久磁石４３の内周面下端部に近接
して対向するようになっている。

しかしながらこの構造においては、ステータＳＴ’の同
一厚み中に回転子軸４１ｆ：中心として分割角度４５”
ずつ主極片４７の中心と補極片４８の中心とを交互に配
設しているため、主極コイル４９を巻装した後に補極コ
イル５０を巻装する場合、スペースが狭くて巻線がしに
＜＜、場合によっては巻線できない欠点がある。また、
主極片４７と補極片４８の磁極歯の広がり角度の比（第
１図中、−、）が例えば３以下であり、トルクの発生に
主す として寄与する主極部のスペースを広くとれないという
欠点もあった。

次に、第３図および第４図は第２の従来例を示しており
、この従来例ではリング状の永久磁石４３をその軸方向
に２段に分割して上段を８極着磁部４３ａ、下段を４極
着磁部４３ｂとなし、またステータＳＴ’の補極片４８
にはコイルが巻装されていない。なお、他の構成は第１
の従来例と同一であるため、詳述を省略する。

この従来例によれば、２段構成とした永久磁石４３ニよ
り、モータのレラクタンストルクとコイル４９を励磁し
たときの電流によるトルクが常に正回転方向に向いてお
り、トルクリソゾルの小さい起動性の良いモータを提供
できる反面、第１の従来例と同様にトルクの発生に主と
して寄与する主極部のスペースをあまり広くとれないと
いう不都合があると共に、永久磁石４３が２段構成であ
ることから、永久磁石４３０体格当りのモータ出力効率
が良くなりという欠点を有していた。

更に、これらの従来例では、リング状の永久磁石４３で
はなく４個に分割された永久磁石を採用すれば、コスト
の低減および磁束密変の向上等の諸効果が期待できるが
、その反面、モータのコギングが著しくなって性能を低
下させることになるため、分割された永久磁石を実際上
使用できず、コストの上昇等を容認せざるを得ないとい
う問題があった。

本発明は上述した種々の欠点を解消するべく提案された
ものである。

（発明の目的） 本発明の目的は、主として主極片の磁極歯の広がり角度
をできるだけ大きくして回転トルクの発生に寄与する主
極部の占めるスペースを大とし、モータの出力効率を飛
躍的に高めると共に、巻線の容易化を可能とし、またロ
ータの永久磁石として分割された複数の永久磁石を用い
た場合であってもコギングの発生を未然に防止し、しか
も起動特性の改善を図り得るブラシレスモータを提供す
ることにある。

（発明の開示） 以下、図に沿って本発明を説明する。

第５図ないし第９図は本発明の第１の実施例を示すもの
である。先ず、図においてＩＶｉ主ステータであり、ケ
イ素鋼板を積層して形成したコアの４つの主極片２は互
いに９０の間隔で放射状に配設され、その各々に主極コ
イル３が巻装されている。また、各主極片２の磁極歯の
広がり角度βは、主極片２の相互間に従来の如き補極片
が存しないことから９０°に近く保有でき、相対的に各
磁極歯相互間の角度αは小さくなる。

なおα十β＝９０の関係にある。４は補極を構成する補
助ステータであり、ケイ素鋼板を積１−シて形成したコ
アは同一円周方向に磁極歯を角度γをもって突設してな
る平面路り字形の４つの磁極片５を備え、これらの磁極
片５には補極コイル６が夫々巻装されている。

これらの主ステータ１および補助ステータ４は、補助ス
テータ４を上方にしてリング状のスに一す７を介して同
軸状に配設されてステータＳＴを構成するものであるが
、この際、第６図に示す如く、隣合う主極片２間に軸方
向から見て磁極片５の中心線が位置するように、換言す
れは主極片２の中心線と磁極片５の中心線とが４５′の
角度でずれるように配置される。また、各コイルの結線
は、第５図に示すように主極コイル３を夫々Ａ、Ｂ、Ｃ
，Ｄ、補極コイル６を夫々ａ、ｂ、ｃ。

ｄとすると、Ａ−ａ−Ｃ−ｃの直列回路で１相分、Ｂ−
ｂ−Ｄ−ｄの直列回路で１相分となる。

次にロータＲは、第７図の如くほぼ有底円筒状の回転子
ヨーク８の中央部に回転子軸９を同軸状に固定し、かつ
回転子ヨーク８の内周面に同図（イ）の如き４極に着磁
１〜たリング状の永久磁石１０または同図（ロ）の如き
４個に分割形成された永久磁石１０を固設してなる。

しかしてモータを組立てるには、先ず第８図に示すモー
タ固定台１１の中空軸部１２内に下部焼結軸受１３を挿
入する一方、主ステータ１および補助ステータ４の通孔
１４　、１５内に上部焼結軸受１６および上部軸受台１
７を圧入し、第９図に示すように上部軸受台１７の下端
部を中空軸部１２の上端段部に圧入・係止させて主ステ
ータｌ、補助ステータ４等からなるステータＳＴを固定
する。

次いでスラストワッシャ１８を介して回転子軸９を焼結
軸受１３　、１６に通し、ステータＳＴを包囲するよう
にロータＲを取付けるものである。なお、１９はホール
素子等のロータＲの位置検出素子２０や駆動用のトラン
ジスタ等（図示せず）の回路部品を取付ける回路部品取
付板であり、中空軸部１２の基端部に回動自在に取付け
られている。

その動作は、ステータＳＴの各コイル３，６が無励磁の
状態では、ロータＲは主極片２と上段の磁極片５との間
で永久磁石１００発生する磁束が最も流れやすい状態で
停止する。この停止位置け、磁極片５が回転方向に突出
している分だけロータＲが回転方向に少しずれた状態で
ある。

このとき１相分のコイルに電圧を印加すると、上段の磁
極片５と主極片２とが４５ずれた位置に配設されている
ので回転方向のトルクが発生し、モータは自起動して回
転する。この場合５本発明では下段の主極片２の磁極歯
の広がり角度βが大きく、９０近くに保有できるため、
トルクの発生に寄与する磁束の作用面積を大きくでき、
モータの効率が向上するものである。

なお、ロータＲが回転した後は、周知の如く位置検出素
子２０によってロータＲの位置を検出し、コイル３．６
の各相の励磁をトランジスタ等を介して切換えることに
より、ロータＲの回転が継続される。

次に第１０図ないし第１２図は本発明の第２の実施例を
示しており、その要部は、コイルを有しない補助ステー
タ２５を主ステータ２１の上方に同軸状に配設した点に
ある。図に示すように主ステータ２１の４つの主極片２
２は互いに９０の間隔で放射状に配設され、その各々に
主極コイルｎが巻装されている。ここで主極コイル２３
の結線は、第１０図において主極コイル％を夫々Ａ、Ｂ
、Ｃ，ＤとするとＡ、　−Ｃの直列回路で１相分子３−
Ｄの直列回路で他の１相分となる。また、各主極片２２
の相互間には４５の間隔で補極片２４が夫々形成される
。なお、との補極片２４は必ずしも必要でなく、補極片
２４がない場合には主極片２２の磁極歯の広がり角βを
一層、９０に近づけることが可能である。また、主極片
２２の磁極歯相互間の角度αとｌとの関係は前記同様に
α＋β＝９０である。

一方、補助ステータ２５は９０間隔で形成された４つの
磁極片２６を備えており、これらの磁極歯の広がり角度
βも９０に出来る限り近く保有され、かつα十β＝９０
となっている。かかる補助ステ−タ２５と主ステータ２
１とは、スペーサ７を介して主極片２２と磁極片２６と
が４５ずれるように配置され、かつ上部焼結軸受１６お
よび上部軸受台１７を圧入し、第１１図に示すようにモ
ータ固定台１１上に固定されてステータＳＴが形成され
る。第１２図は更にロータＲを取付けてモータが組立て
られた状態を示す。なお、図中箱１の実施例と実質的に
同一の部材には同一の符号を付し、詳述を省略する。

しかしてこの実施例においては、主ステータ２１とは別
に、その上段に磁極片２６のみを配設シ２゜しかもこれ
らを互いに４５ずらして配設したため、ロータＲの永久
磁石１０の磁束が主極片２２と上段の磁極片２６に分れ
て流れるようになり、レラクタンストルク値の平均化が
可能になると共に、永久磁石１０は、補助ステータ２５
との間のレラクタンストルクによりロータＲの停止位置
を回転方向に僅かにずらすように作用するため、起動性
を改善することができる。なお、モータの回転中は、永
久磁石１０と補助ステータ２５間の磁気吸引力により、
コギングの減少にも寄与することができる。また、主極
片２２の磁極歯の広がり角度が９０に近く、励磁電流に
よる磁束がトルクの発生に有効に寄与し、更にこのトル
クとレラクタンストルクとの合成トルクが大きくなって
モータの効率を一層高めることができるものである。

次いで第１３図ないし第１５図は第３の実施例を示す。

この実施例では、軸方向に２分割された主ステータ２７
ａ、２７ｂの相互間にスペーサあによるギャップを介し
て補助ステータ２９が配設されている。

また、補助ステータ２９の巻線部の幅は第１４図に示す
如く比較的狭く形成され、補助ステータ２９は主ステー
タ２７ａ、２７ｂＫ対し、４５　のずれをもって配設さ
れる。しかして、主極片３０の両側には空隙３１が夫々
形成されることになり（第１４図参照）、この空隙３１
を利用して主極片３０にコイル３２を巻装してステータ
８Ｔを形成する。第１５図はロータＲを取付け゛て組立
てられたモータを示しており、他の構成は先の実施例と
ほぼ同様である。

また、第１６図は第４の実施例であり、この例は主ステ
ータ２７ａ、２７ｂおよび補助ステータ２９をギャップ
を設けずに軸方向に直接積重ねてステータＳＴを構成し
たもので、その他の構成は第３の実施例と変わるところ
がない。

これらの第３または第４の実施例においてもまた、起動
特性の改善、コギングの減少およびモータ効率の向上が
可能である。

第１７図および第１８図は本発明の第５の実施例を示し
ている。この実施例は、第２の実施例における補助ステ
ータの外径を大きくした場合に相当する。すなわち、補
助ステータ３３の外径を主ステータ３４のそれよりも大
きく形成し、組立後にあっては、第１８図に示すように
補助ステータ３３の各磁極片３５が４分割形成された永
久磁石１０の上端面の上方に夫々位置するように配設さ
れるものである。その他の構成は第２の実施例（第１０
図ないし第１２図）と同様である。この実施例にあって
も、主ステータ３４の主極片２２、および補助ステータ
３３の磁極片３５の磁極歯の広がり角βを９０に近く設
定することができ、磁気効率のよいモータを提供できる
と共に、永久磁石１０の上端面上方に配置された磁極片
３５と永久磁石１０との間のレラクタンストルクが起動
性を改善し、かつ励磁電流によるトルクと重畳的に作用
し、モータの効率を一層向上させ得るものである。同時
に、回転中におけるコギングの低減にも効果的である。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、放射状に配置された複数
の主極片に複数相の主極コイルが巻装されてなる主ステ
ータと、この主ステータに対して同軸状に配設され、か
つ軸方向から見て前記主極片の相互間に複数の磁極片の
中心線が夫々位置する補助ステータと、前記主ステータ
および補助ステータからなるステータと同軸状罠配設さ
れ、かつ前記主極片および磁極片に対向する永久磁石が
付設されたロータとを備え、とのロータの位置を位置検
出素子により検出して前記主極コイルを選択的に励磁可
能に構成したから、主ステータを構成する主極片の磁極
歯の広がり角度、すなわちトルク発生に寄与する主極部
の占めるス４−スを大きくでき、モータの出力効率を向
上させ得る効果がある。また、同一の軸方向厚さ内に主
極コイルと補極コイルとを有しない構成であるから、巻
線作業の容易化が図れる利点がある。

更に、軸方向から見て主極片の相互間に配置される補助
ステータの磁極片を設けたことにより、コギングの発生
を有効に防止でき、ロータの永久磁石として４個に分割
形成されたものを採用可能としてコストの低減が可能で
あると共に、起動トルクを大きくして起動特性も改善で
きる等、種々の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の従来例を示す一部切欠平面図、第２図は
同じく縦断面図、第３図は第２の従来例を示す一部切欠
平面図、第４図は同じく縦断面図、第５図ないし第９図
は本発明の第１の実施例を示しており、第５図はステー
タ要部の分解斜視図、第６図は同じく組立後の斜視図、
第７図（イ）、（ロ）はロータの斜視図、第８図はモー
タ固定台等の斜視図、第９図は全体の縦断面図、第１０
図ないし第１２図は第２の実施例を示しており、第１０
図はステータ要部の分解斜視図、第１１図は同じく組立
後の斜視図、第１２図は全体の縦断面図、第１３図ない
し第１５図は第３の実施例を示すもので、第１３図はス
テータ要部の斜視図、第１４図は同じく平面図、第１５
図は全体の縦断面図、第１６図は第４の実施例を示す全
体の縦断面図、第１７図および第１８図は第５の実施例
を示すもので、第１７図はステ〜り要部の斜視図、第１
８図は全体の縦断面図である。 １．２１．２７ａ　、２７ｂ　、３４−主ステータ、２
．２２．３０−・・主極片、３，９３・・主極コイル、
４．２５．２９．３３・・・補助ステータ、　５，２６
．３５・・・磁極片、６・・・補極コイル、８・・・回
転子ヨーク、９・・・回転子軸、１０・・・永久磁石、
２０・・・位置検出素子、２４・・・補極片、３２・・
コイル、　　８Ｔ・・・ステータ、Ｒ・・・ロータ。 第１図 第２図 第５図　　　　　　　９ 弓　１　回 第６図 （１） 第８図 （０へ― 第１３図 第１１図 第１２図 第１５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射状に配置された複数の主極片に複数相の主極
   コイルが巻装されてなる主ステータと、この主ステータ
   に対して同軸状に配設され、かつ軸方向から見て前記主
   極片の相互間に複数の磁極片の中心線が夫々位置する補
   助ステータと、前記主ステータおよび補助ステータから
   なるステータと同軸状に配設され、かつ前記主極片およ
   び磁極片に対向する永久磁石が付設されたロータとを備
   え、このロータの位置を位置検出素子により検出して前
   記主極コイルを選択的に励磁可能に構成したことを特徴
   とするブラシレスモータ。
2. （２）　　補助ステータを構成する磁極片に、主極コイ
   ルと直列に接続された補極コイルを巻装してなる特許請
   求の範囲第１項記載のブラシレスモータ。
3. （３）補助ステータを、磁極片のみから構成してなる特
   許請求の範囲第１項記載のブラシレスモータ。