JPS59194656A - 多段式直流ブラシレスモ−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） 本発明は複数の直流ブラシレスモータを軸方向に連結し
て高回転力を出力する多段式直流ブラシレスモータに関
するものである。

（従来技術） 第１図に従来−の偏平型直流ブラシレスモータ（以下モ
ータ七略記する）の構造図を示す。第１図においてモー
タｌはＮ極・Ｓ極が交互に８等分割着磁された回転子マ
グネット２．該回転子マグネット２を固着するとともに
該回転子マグネット２から発生する磁束の通路（以下磁
路とする）の一部を形成する回転子ヨーク３，３相結線
された電機子コイル４．上記回転子マグネット２の位置
検出用のホール素子５．ポリイミド等を素材とするフレ
キシブル基板であシ上記電機子コイル４およびホール素
子５の配線基板６．該配゛線基板６を固着するとともに
上記回転子マグネット２から発生する磁束の磁路の一部
を形成する固定子ヨーク７、該固定子ヨーダを固着する
軸受８２回転子ヨーク３に固着されて該軸受８に回転自
在に支持されたモータシャフト９より構成される。この
様に構成されたモータ１の回転力は回転子マグネット２
と固定子ヨーク７との間の空隙に配線基板６を介して固
定子ヨーク７に支持されて置かれた電機子コイル４の各
相にフレミングの左手の法則に従う力（Ｆ）がモータ１
の円周方向に作用する如く回転子マグネット２の磁極に
対応する向きの駆動電流を流すことによ多発生する。こ
の回転力は電機子コイル４に流す駆動電流を一定とすれ
ば回転子マグネット２から発生する磁束が電機子コイル
４を貫通する量に比例する。従ってモータｌの回転力を
増加させるためには上記磁束量を増加させなければなら
ない。しかしこのためには回転子マグネット２および電
機子コイル４を大きくしなければならなくモータ１の径
が大きくなってしまう。

また駆動電流を増す方法もあるが配線、駆動−子（トラ
ンジスタ）の容量を増す必要があシ、さらに電機子コイ
ル４の発熱によシ駆動電流増大に制限を受は回転力をそ
れほど増大させることができなかった。

（発明の目的） 本発明は以上の点に鑑みてなされたものであシ目的とす
るところは部品が少なく組立が簡単でモータの連結数を
調整することによシモータの回転力を容易に変えること
ができる多段式直流ブラシレスモーフを提供することで
ある。さらに目的とするところは単一のモータ駆動回路
で全モータが駆動でき、モータ駆動回路との接続端子数
の少ない多段式直流ブラシレスモーフを提供することで
ある。

（発明の構成） 本発明は複数のモータをｍ　＋１段目のモータの固定子
ヨークとｍ段目のモータの電機子コイルと対向する回転
子マグネットの着磁面と反対側のもう一方の着磁面との
間に一定の空隙を保ち、各モータの電機子コイル相と回
転子マグネットの磁極の電気角が同一の相で等しくさら
に各モータが同一の回転軸を有するように固定子同士お
よびモータシャフト同士を係合したもので以下詳細に説
明する。

（実施例） 第２図に本発明の多段式直流ブラシレスモータの一実施
例の構造図を示す。なお第２図は第１のモータ１と第２
のモータノ′とから構成される２段式直流ブラシレスモ
ータを示す。第２図において１０はヨーク、１１はボー
ルベアリング、２１は第１のモータ１の回転子マグネッ
ト、２２は第２のモータ１′の回転子マグネット、４１
はモータ１の電機子コイル、４２はモータ１′の電機子
コイル。

６１は電機子コイル４ノおよびホール素子５の配線基板
、６２は電機子コイル４２の配線基板、７ノはモータ１
の固定子ヨーク、７２はモータ１′の固定子ヨーク、８
１はモータ１の軸受、８２はモータ１′の軸受、９ノは
回転子マグネット２ノに固着されて軸受８１に回転自在
に支持されたモータシャフト、９２は回転子マグネット
２２に固着され軸受８２に回転自在に支持されたモータ
シャフト。

９３はボールベアリング１１によ多回転自在に支持され
たモータシャフトである。回転子マグネット２１．２２
と電機子コイル４１’　、　４２の関係を第３図に示す
。第３図の如く回転子マグネット２１゜２２はＮ極、Ｓ
極が交互にピッチ角４５°で８等分割着磁されており、
電機子コイル４１．４２はピッチ角６０°で円周方向に
３相結線（１相、２相。

３相が各々φｌ、φ２．φ３に対応）されて配置されて
いる。そして回転子マグネット２１．２２の磁極と１相
コイルφ１および２相コイルφ２および３相コイルφ３
との電気角がモータ１．モータ１′で互いに等しいよう
に、すなわちφ１．φ２゜φ３の中心と磁極Ｎ、Ｓの境
界との物理角α、β。

γが任意の回転位置においてモータノ、モータ１′で同
一の値となるように第２図の固定子ヨーク７１゜７２お
よびヨーク１θは係合部Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄで各々係合され
ている。さらに第２図のモータシャフト９１，９２．９
３およびボールベアリング１１は第４図に示すように互
いに係合されている。々おモータ１の固定子ヨーク７１
はモータ１′の回転子マグネット２２の吸引力を受け、
またヨーク１０はモータ１の回転子マグネット２１の吸
引力を受けているので特別々固着手段を用いずに単に係
合部Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄで係合するだけで固定子ヨーク７１
．７２およびヨーク１０は固定される。以上のように構
成される直流ブラシレスモータでは回転子マグネット２
１．２２を回転させると各電機子コイルφ１．φ２．φ
３が置かれた場所の磁界はほぼ正弦波状に変化する。ま
た第３図のように各電機子コイルφ１．φ２．φ３のピ
ッチ角は６０°でアシ、回転子マグネット２１．２２の
各磁極のピッチ角は４５°で同一磁極間ピッチ角は９０
゜であるので上記正弦波状に変化する磁界は各電機子コ
イルφ１．φ２．φ３で物理的に９０．／３　＝　３０
゜すなわち電気角で３６０’Ｘ３０／９０＝１２００ず
れる。

一方電磁子コイル４１．４２に定電流を通電するとフレ
ミングの左手の法則によシ該電機子コイル４１．４２に
は磁界の強さに比例した電流力が作用する。ここで電機
子コイル４１．４２は配線基板６１．６２を介して固定
子ヨーク７１および７２に固定されているために反力と
して回転子マグネット２１．２２に回転力が作用する。

この回転力はモータ１およびモータ１′の各電機子コイ
ルφ１゜φ２．φ３で第５図の如く電気角が１２０°ず
れる。

従ってモータ１．モータ１′を連続的に回転させるには
第５図の区間ａではφ１２区間すではφ２゜区間Ｃでは
φ３２区間区間はφ１と順次通電する。

この制御は第６図に示すモータ駆動回路によシ行なわれ
る。第６図においてモータ駆動制御部１２は各電機子コ
イルφ１．φ２．φ３に対応して設けられたホール素子
５−１　、５’−２、５−３によシ検出された回転子マ
グネット２１．２２の位置検出信号によシ第５図太線の
如く、すなわち区間ａではφ１２区間すではφ２９区間
区間上φ３゜区間ｄではφ１を通電するようにトランジ
スタ１３−１．１３−２．１３−３を順次選択切替えす
る。従ってモータ１．モータｌ′の出力（回転力）特性
は第５図太線部の如くなる。また前記の如く予めモータ
１およびモータ１′は各電機子コイルφ１．φ２．φ３
と回転子マグネット２１または２２との位置関係が等し
くなるように構成されているのでホール素子５は各モー
タに設ける必要はなく１つのモータだけに設ければ良い
。さらに第６図のトランジスタ１３−１．１３−２．１
３−３の容量が充分であればモータｌおよびモータ１′
を同一のモータ駆動回路で制御することができる。

第７図・第８図に回転子マグネット２１．２２より発生
する磁束の磁路を矢印で示す。第７図においてモータ１
の回転子マグネット２ノから発生した磁束は下記のルー
トを通る。

またモータ１′の回転子マグネット２２から発生した磁
束は下記のルートを通る。

上記から明らかなようにアンダーライン部の固定子ヨー
ク７１はモータ１とモータ１′の共通磁路を形成してお
如しかも磁束の向きが反対であるだめ磁気干渉が生じて
その結果モータの回転力が低下してしまう。第８図は上
記弊害をなくすために第７図の固定子ヨーク７ノを上下
段に積層したものである。第８図においてモータｌの回
転子マグネット２１から発生した磁束のルートは上記ア
ンダーライン部の固定子ヨーク７ノの代シに固定子ヨー
ク７１１を通ることを除いて第７図と同じである。また
モータ１′の回転子マグネット２２から発生した磁束の
ルートは上記アンダーライン部の固定子ヨーク７ノの代
シに固定子ヨーク７ノ２を通ることを除いて第７図と同
じである。

第９図、第１０図に同一モータ駆動回路で各モータを駆
動するときの各モータ間の入力端子接続方法を示す。第
９図においてモータｌの固定子ヨ一り２１とモータｌ′
の固定子ヨーク７２は前記した如く回転子マグネット２
２と固定子ヨーク７１との吸引力によシ固定されるが、
その際両固定子ヨーク７１．７２の接触部にモータｌ、
モータ１′の電機子コイル４１．４２の通電用入力端子
１４゜１５を突出させておけば両端子１４．１５は上記
吸引力によシ圧接されて導通する。これをモータ１、モ
ータ１′の電機子コイルφ１．φ２．φ３について行な
えば入力端子が少なく簡単な構造で同相の電機子コイル
の並列接続ができて同一モータ駆動回路で各モータを駆
動することができる。なお１６はモータ駆動回路への接
続端子部、１７は絶縁シートである。第１０図は上記電
機子コイル通電用端子Ｌ’４　、７５をモータ内部の配
線基板６ノ。

６２と一体にしたもので、該配線基板１８．１９は可撓
性のポリイミド等を素材とするフレキシブル基板から構
成される。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明は各直流ブラシレスモ
ータを相接するモータの一方のモータの回転子マグネッ
トと他方のモータの固定子ヨークとの吸引力によシ固定
することによシ複数の直流ブラシレスモータを簡単に連
結できる利点があシ連結する直流ブラシレスモータの数
を変えることによシモータの回転力を簡単に変化させる
ことができる。

また連結された各モータの同一相の電気角を回転子の任
意の位置で等しくすることにより電機子コイル電流の切
換えタイミングも等しくなり同一のモータ駆動回路で各
モータの電機子コイル電流を制御できる利点があシモー
タ駆動回路を簡単にすることができる。

まだ各モータの同一相の電機子コイル同志の接続をモー
タ内部で各電機子コイルに入力端子を設は相接するモー
タの入力端子同志を上記吸引力により圧接することによ
シモータ駆動回路との接続端子数を減少させることがで
きる利点があシモータの構造が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）は従来の直流ブラシレスモータの断面図、
第１図（ｂ）は従来のブラシレスモータの電機子コイル
の平面図、第１図（Ｃ）は従来のブラシレスモータの回
転子マグネットの平面図、第２図は本発明の多段式直流
ブラシレスモータの一実施例を示す断面図、第３図は電
機子コイルと回転子マグネットの位置関係説明図、第４
図はモータシャフトおよびボールベアリングの保合を詳
細に説明するための分解図、第５図は電機子コイルの各
相と回転力との関係を示すタイムチャート、第６図はモ
ータ駆動回路図、第７図、第８図は夫々磁束の磁路を説
明する説明図、第９図、第１０図は夫々入力端子部の圧
接を説明する説明図である。 １．１’：モータ、２，２１，２２：回転子マグネット
、３：回転子ヨーク、４．４１，４．？：電機子コイル
、ｓ、ｓ−ｚ　、ｓ−２，５−、？：ホール素子、６，
１８，１９，６１，６２：配線基板、７．７７．７２，
７１１．７１，９：固定子ヨーク、８．８ノ、８２：軸
受、９，９ノ、９２，９３：モータシャフト、１０：ヨ
ーク、１にボールベアリング、ｊ２：モータ駆動制御回
路、１３−１゜１ｇ−２，１ｓ−ａニドランジメタ、１
４．１５二人力端子、１６：接続端子部、１７：絶縁シ
ート。 特許出願人　沖電気工業株式会社 第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 第７図 第８図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）円周方向にＮ極、Ｓ極が交互に分割着磁された円
   板状の回転子マグネットに軸方向に対向して配置され配
   線基板を介して固定子側に固着された複数の電機子コイ
   ルの各相を、回転子マグネットの位置検出用素子によシ
   検知された回転子マグネットの位置に基づき順次選択通
   電することにょシ、回転子および回転子に固着されて固
   定子に回転自在に支持されたモータシャフトが、回転運
   動を行なう直流ブラシレスモータにおいて、上記位置検
   出用素子の有無を除いて同一の複数の直流ブラシレスモ
   ータを軸方向に直列に連結した多段式直Ｒプラシレスモ
   ークで、ｍ＋１段目の直流ブラシレスモータの固定子ヨ
   ークが、ｍ段目の直流ブラシレスモーフの電機子コイル
   が対向する回転子マグネットの着磁面と反対側のもう一
   方の着磁面に、微小な空隙を保って、対向し、各直流ブ
   ラシレスモータの電機子コイル相と回転子マグネットの
   磁極の電気角が同一の相に関して等しく、各直流ブラシ
   レスモータは同一の回転軸を有するように固定子同士お
   よびモータシャフト同士を係合しておシ、最終段に対し
   ては前述の固定子ヨークのかわシに単なるヨークが、同
   じく微小な空隙を保って最終段目の直流ブラシレスモー
   タの固定子と係合または固着していることを特徴とする
   多段式直流ブラシレスモーフ。
2. （２）　　固定子ヨークは着磁面にほぼ垂直な方向に積
   層されていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項記載の多段式直流ブラシレスモーフ。
3. （３）固定子同士を固着または係合した際の接触部分に
   １同一相の電機子コイル通電用端子が双方よシ突出して
   おり、固定子同士を固着または係合すると双方の端子が
   圧接され互いに導通することを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載の多段式直流ブラシレスモーフ。
4. （４）電機子コイル通電用端子は、電機子コイル及び回
   転子マグネット位置検出用素子の配線基板と一体のフレ
   キシブル基板であることを特徴とする特許請求プ囲第（
   ３）項記載の多段式直流ブラシレスモータ。
5. （５）　　回転子マグネットの位置検出用素子は、複数
   の直流ブラシレスモータの中の１つにだけ取９つけられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
   の多段式直流ブラシレスモータ。