JPS6231358A - ブラシレス偏平モ−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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えばパソコン等のＯＡ機器の薄型ファンの
駆動部等に使用されるブラシレスの偏平小型モータに関
するものであり、特に、モータ停止時に、ロータがステ
ータに対してトルク死点に止まらないようにしたブラシ
レス偏平モータに関するものである。

［従来の技術］ 第９図ないし第１１図は４極着磁、４コイル。

２相のブラシレス偏平モータの一例を示すものであり、
第９図はブラシレス偏平モータの概略縦断面図、第１０
図は第９図をモータ軸方向に下面視したマグネットの配
置図、第１１図は第９図をモータ軸方向に平面視した従
来のステータの構造を示す平面図である。

第９図ないし第１１図において、２はモータ軸７に取付
けられた円板状のロータヨークであり、このロータヨー
ク２の円周方向には、第１Ｏ図にも示すように異なる極
（Ｎ極、Ｓ極）のマグネッ！−１が等分に順次、交互に
隣接、配置されて固着されている。即ち、この場合マグ
ネットｌは４極に着磁されている。このマグネッ）ｌと
ロータヨーク２はロータ３を構成する。モータ軸７は２
分割されたモータケース８，９の軸受８ａ　、　９ａに
よって回転自在に軸承されている。一方、前記マグネッ
ト１に対向させて、第１１図にも示すように、円板状の
ヨーク５には円周方向に複数個（この場合４個）のコイ
ル４が等分に配設されており、これらコイル４およびヨ
ーク５はステータ６を構成している。コイル４が取付け
られたヨーク５はモータケース８に固定される。１０は
、ヨーク５に取付けられ、ロータ３のマグネッ）１の極
を検出するホール素子からなる位置センサである。おの
おののコイル４には、電流を供給するリード線（図示せ
ず）が接続されてモータケースの外部に導かれている。

このような構成にされた４極着磁、４コイル。

２相のブラシレス偏平モータにおいては、円周方向に１
８０度角度隔てて位置して相対する２個づつのコイル４
をそれぞれ直列に結線して２組のコイル群とし、この２
組のコイル群に交互に電流を一定方向に流し、通電され
たコイル４の上面にマグネット１のＮ極とＳ極の境界１
ａがまたがって、コイル４の軸方向にＮ極とＳ極の磁力
線が作用すると、マグネッ）１の磁力とコイル４に流れ
る電流との相互作用によってマグネットｌは回転する。

即ち、第１２図に示すように、コイル４にマグネット１
の境界１ａがまたがり、コイル４のＡ部分にマグネット
ｌのＳ極による磁力線が作用し、コイル４のＢ部分にマ
グネットｌのＮ極による磁力線が作用したとすると、コ
イル４のＡ部分の電流ｉは図中、右方向の電磁力ｆを受
け、また、コイル４のＢ部分の電流ｉは図中、下方向の
電磁力ｆを受けることになり、このＡ、Ｂ両部会の電磁
力ｆによってコイル４は１図中、右方向に回転しようと
する。なお、この時、ブラシレスモータでは、コイル４
はステータ６側にあり、モータケース８に固定されてい
るから、反作用によってマグネッ）・ｌ、即ちロータ３
が回転する。そして、前記位置センサー１０により、９
０度角度毎にマグネット１のＮ極、Ｓ極を検出し、９０
度角度毎に前記２組のコイル群に交互に一定方向の通′
市をしてやれば、ロータ３は連続して一定方向へ回転す
る。

［発明が解決しようとする聞題占］ ところで、このようなブラシレス偏平モータにあっては
、第１１図において２点鎖線で示した時の状態のように
、マグネットｌの境界１ａがコイル４とコイル４との中
間部に来た時には、コイル４上に位置したマグネット１
の極がＳ極、或はＮ極のいずれかｌ極のみになってしま
い、例えば、前記第１２図においてＮ極のみがコイル４
の上面に来たとすれば、コイル４のＢ部分に作用する電
磁力ｆは前記の場合と同様に下向きに作用するが、コイ
ル４のＡ部分は、前記Ｓ極の磁力線が作用する時と反対
向き（図中、左向き、破線で示す）の電磁力ｆを受ける
ことになり、Ａ部分とＢ部分の′ＦＬｍ力ｆが互いに打
ち消し合ってマグネットｌ　（ロータ３）を回転させよ
うとする力、即ちトルクは発生しないことになる。即ち
、このコイル４とコイル４との間の空間部はトルク死点
となる。

このような現象が発生すると、ロータ３が回転中であれ
ば、マグネット境界１ａが隣合うコイル４とコイル４と
の空間部に来てもロータ３はその慣性で回転し続けるが
、モータを停止した時に。

ロータ３のマグネット境界１ａがこの空間部で］Ｆまっ
てしまった時には、モータを自動的に起動できないこと
になる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、このような問題点を除去するために、円周方
向に互いに異なる極のマグネットを隣接させて均等な角
度で順次配設してなる回転自在なロータと、このロータ
に対向させて円周方向に配設した複数個のコイルからな
るステータとにより構成されるブラシレス偏平モータに
おいて、前記ステータの外周縁部に、ステータを平面視
した状態でステータの円周方向に延びてある幅を有した
軟磁性金属片を設けるようにし、その軟磁性金属片のス
テータの円周方向の中心位置を、ステータの中心とコイ
ル中心とを結ぶ半径方向の直線と、ステータ中心とその
コイルの外側面と接する半径方向の直線とを形成させた
場合に、この両直線上を除く位置であり、かつ、この両
直線で形成される角度範囲内に位置させて設けたブラシ
レス偏平モータとした。

［作用］ このような構成にすると、モータを止める時において、
軟磁性金属片とマグネットとの相互吸引作用により、マ
グネットのＮ極とＳ極とが接するマグネットの境界が軟
磁性金属片のステータの円周方向の中心位置と一致して
マグネット、即ちロータが止まるか、または、この軟磁
性金属片の前記中心位置にマグネットのＮ極またはＳ極
の中央部が位置した状態でマグネット、即ちロータが止
まることになって、コイルに必ずＮ極とＳ極がまたがる
ので起動時にトルクを発生させることが可能となり、モ
ータを円滑に起動できることになる。

［実施例］ 次に図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図ないし第５図は本発明の１実施例を示すもので、
第１図は第９図をモータ軸方向に平面視した状態のステ
ータの平面図、第２図は第１図のＩＩ〜ＩＩ線矢視断面
図、第３図および第４図は第１図のＤ−Ｄ線矢視正面図
であり、軟磁性金属片とマグネット境界の相対位置がそ
れぞれ異なる場合の磁束の流れの変化を示すものである
・第５図は、第１図に対応させて示すマグネット境界が
止まる位置の異なる場合を示すステータの平面図である
。

また、本実施例においては、前述の第１θ図に示すよう
な４極着磁のマグネットからなるロータと、４コイルか
らなるステータとで構成される２相ブラシレスモータに
ついて説明する。

なお、第９図ないし第１２図と同一部分、または相当す
る部分については同一符号を用い、その説明は省略する
。

ステータ６のヨーク５上には、平面視が３角形状の同一
のコイル４が互いに近接させられて円周方向に均等に配
置されて固定されている。なお、このコイル４としては
巻線コイル、或は、銅箔コイル等が用いられる。そして
、ステータ６のヨーク５の外周縁部には、ステータ６を
モータ軸方向に平面視した状態で、ヨーク５の円周方向
゛に延びて円周方向に所要の幅ωを有する幅広の軟磁性
金属片１１が設けられている。そして、この軟磁性金属
片１１の前記円周方向の中心位置１１ａは。

ステータ６の中心、即ちモータ軸７の中心とコイル４の
中心とを結ぶ直線１３（一点鎖線で示す、）と、ステー
タ６の中心とそのコイル４の外側面と接する半径方向の
直線１４（一点鎖線で示す、）とで形成される角度を２
等分する半径方向の直線１５上に位置させられている。

この軟磁性金属片１１の断面形状は第２図に示すように
、ヨーク５の外周端から真上して縦長であり、マグネッ
）１方向に伸びている。また、この正面視状態は第３図
あるいは第４図に示す通りである。勿論、この軟磁性金
属片１１はヨーク５と一体的に形成させても良いし、軟
磁性金属片１１を別途製作してヨーク５に取付けるよう
にしても良い。

軟磁性金属片１１の材質としては、軟鉄、硅素、鋼板、
アモルファスなどが用いられる。

一方、ロータ３のヨーク２には、第１０１１１Ｎに示す
ような、Ｎ極、Ｓ極が円周方向に等分に着磁されて、４
極着磁とされたマグネッ）ｌが取付けられている。

ステータ６のヨーク５の外周縁のコイル４とコイル４と
の間には、マグネットｌのＮ極、Ｓ極を検出するホール
素子ｌＯが取付けられている。

このような構成にされたブラシレス偏平モータにおいて
、１８０度隔たる２個づつのコイル４を直列に結線した
２組のコイル群に、ホール素子１０で検出されるマグネ
ット１のＮ極、Ｓ極の磁場の反転に従って９０度毎に交
互に一定方向へ通電するようにすれば、マグネットｌ、
即ちロータ３は一定方向へ回転する。

そして、モータの供給電流を絶ち、モータを回転状態か
ら止めようとする場合において、ロータ３のマグネット
ｌの境界１ａが隣合うコイル４とコイル４との中間位置
に止まろうとした時には。

第３図および第４図に示すような磁束回路が形成される
ことにより、マグネットｌのＮ極とＳ極が接するマグネ
ット境界１ａが軟磁性金属片１１の中心位置１１ａとほ
ぼ一致してマグネット１が停止して、第１図中に２点鎖
線で示すようにマグネット境界１ａが位置する。

一方、マグネットｌのＮ極またはＳ極のほぼ中央部が軟
磁性金属片１１の付近で停止しようとした時には、Ｎ極
またはＳ極と軟磁性金属片１１との間に相互吸引力が作
用し１、Ｎ極またはＳ極の総合吸引力によって、Ｎ極ま
たはＳ極の中央部が軟磁性金属片１１の中心位置Ｌｌａ
に引きつけられるようにしてマグネットｌが回転して止
まる。

即ち、第５図に示すように、例えばＳ極の中央部が軟磁
性金属片１１の中心位置１１ａに止まることになる。

ここで、前記マグネット境界１ａが隣合うコイル４とコ
イル４との中間位置に止まろうとする時に、マグネット
境界１ａが軟磁性金属片１１の中心位置１１ａに止まろ
うとする作用を第３図、第４図によって説明する。

今、第３図に示すように、マグネット境界１ａが、相隣
るコイル４とコイル４との間に来た時には、図中２点鎖
線で示すような斜め方向に走る経路の磁束回路１２が、
ロータ３のヨーク２．マグネット１および幅広の金属片
１２の内部に積極的に形成される。そして、このような
磁束の流れが発生した時には、磁束が最も流れやすくな
るように、即ち、磁束の経路が最も短くなろうとする位
置に磁束が安定しようとして、第３図に示す状態から、
幅広の金属片１１の中心位置１１ａとマグネッ）ｌの境
界１ａの位置が一致する方向にマグネットｌが回転し、
第４図に示すようにマグネットｌの境界１ａが幅広の金
属片１１の中心位置１１ａに引き込まれて停止する。即
ち、この時は、第４図に示すように磁束回路１２ａは最
も安定した状態となる。

このようにモータを停止する時には、第１図あるいは第
５図に示すように、マグネットｌは、その境界１ａがコ
イル４の上面に位置して止まるので、起動時には、コイ
ル４にＮ極およびＳ極の双方の磁力線が作用し、起動が
円滑に行なわれる。

以に示した実施例は、軟磁性金属片１１の円周方向の中
心位１ｉ　１１　ａが、直線１３と直線１４とで形成さ
れる角度を２等分する半径方向の直線１５上のステータ
ヨーク５の外周縁部に設けられた場合であったが、この
位置以外の直線１３と１４上を除く位置であり、この両
直線１３．１４で形成される角度範囲内のステータヨー
ク５の外周縁部に、軟磁性金属片１１を、その中心位置
１１ａを位置させて設けても良い、直線１３上および直
１１１４上のヨーク５の外周縁部に前記中心位ｆｌｌ　
１１　ａを位置させた場合は、モータを停止する時にマ
グネット境界１ａがコイル４上にまたがらない場合があ
ってモータを起動できない場合が生じることになって良
くない。

軟磁性金属片１１を設ける位置は第１図の本実施例に示
したように直線１５上にその中心位置１１ａを位置させ
た場合が最も効果的である。この位置に設けた場合は、
ロータ３が停止した時に、コイル４にマグネットｌのＮ
極およびＳ極が最も広範囲にまたがることになって、前
記第１２図によって説明される原理に基づき、起動トル
クが最も大きくなる。

そして、この軟磁性金属片１１を設ける位置は直線１５
−Ｆの位置からはずれて行く程、即ち、直ｖｊ１３ある
いは直線１４の位置に近づく程、起動トルクは弱くなる
が、この場合でも、本発明の目的は達しうる。

なお、以上の第１図に示した実施例では軟磁性金属片１
１はステータ６のヨーク５の外周縁部のａ点の１箇所の
み取付けた場合を示したが、これは、例えば第１図にお
いて、前記ａ点の対称位置であるｂ点にも設けて２箇所
設けるようにしたり、あるいは、ａ点あるいはｂ点から
それぞれ両側に９０度隔たる位置Ｃ点、ｄ点にもおのお
の設け、合計４箇所設けるようにしても良い。勿論。

このように多く設ける程作動が確実になる。

また、本発明における軟磁性金属片１１を取付けうる範
囲は、第１図において以上説明したような位置に限られ
るものではなく、本発明の直線１３と直線１４が形成さ
れ、この両直線で形成される範囲内のステータ６の外周
縁部であればどの位置でも良い、ロリち、このような直
線１３と直線１４とで形成される角度範囲内としては、
第１図において、１個のコイル４について２箇所存在し
、全体的にはコイル４個につい”てはＢｆｉＩＪ所存在
することになる。

一方、第６図は前記第１図と対応する本発明の他の実施
例を示すステータの平面図であり、コイル４の形状が円
形状に形成される場合を示すものである。このような場
合でも、軟磁性金属片１１は、第１図において説明した
と全く同様な方法でステータヨーク５の外周縁部に設け
られ、図示の例ではステータ６の中心を通り、コイル４
の外側面と接する半径方向の直線１４と、ステータ６の
中心を通りコイル４の中心とを結ぶ直線１３とで形成さ
れる角度を２等分する半径方向の直線１５上に設けられ
ている。なお、第６図においては、マグネット境界１ａ
が止まる位置としては、一方の場合のみを例示した。

第７図は本発明のさらに別の実施例を示すものであり、
ロータ３のマグネッ）ｌがＮ極とＳ極の２極に着磁され
、コイル４が２個、２相のブラシレス偏平モータの場合
のステータの平面配置を示すものである。

第７図において、はぼ楕円形状に形成されたコイル４が
ヨーク５上に円周方向に１８０度角度隔てて相対して設
けられており、ステータ６の中心を通りコイル４の外側
面と接する半径方向の直線１４と、ステータ６中心とコ
イル４中心とを結ぶ半径方向の直線１３とで形成される
角度を２等分する半径方向の直線１５上のステータヨー
ク５の外周縁部には、軟磁性金属片１１が、その円周方
向の中心位置１１ａを位置させて設けられている。この
ような位置に軟磁性金属片１１を設けると、マグネット
境界１ａは、第７図に２点鎖線で示すように、軟磁性金
属片１１の中心位置１１ａと一致した位置に止まるか、
または、第８図に示すように、マグネッ）ｌのＮ極ある
いはＳ極の中央部（図示例ではＳ極の中央部）が前記中
心位ｄ１１ａと一致した位置に止まることになって、コ
イル４にマグネット１のＮ極およびＳ極が最も広範囲に
またがることになり、起動トルクが最も大きくなる。

勿論、この軟磁性金属片１１を第７図に示した位置と円
周方向に１８０度角度隔てて相対する位このステータヨ
ーク５の外周縁部にも設け、２個設けるようにしても良
い。

以上の実施例では、マグネット１が４極着磁であり、コ
イル４の数が４個の２相モータ、および、マグネットｌ
が２極着磁、コイル４の数が２個の２相モータの場合を
示したが、本発明はこれに限られることなく、他の、例
えば、６極着磁。

６コイル、２相モータ、又は、８極着磁、８コイル、２
相モータ等としたマグネット数とコイル数との組合せと
したモータにも適用できるものである。即ち、本発明は
マグネット着磁数を２×ｎ、コイル数を２×ｎ、ｎは正
の整ａ（実用上はｎ＝１　、２　、３　、４）とした２
相モータに適用できるものである。

さらに、以上説明したモータは、コイル４は、マグネッ
ト着磁数と一致させた数のものを全て実在させて設けた
場合を示したが、コイルの１部のものを実在させないイ
メージコイルとした場合にも本発明は適用できるもので
ある。

この例を第１３図および第１４図に示す。

第１３図は、前記第６図に対応させて示すものであり、
円形コイル４を用い、マグネット１を円周方向に均等な
角度間隔で４極着磁とし、図中、実線で示す２個のコイ
ル４を実際に設け、２点鎖線で示す２個のコイルをイメ
ージコイル４ａとして実際には設けないようにしたもの
である。これらイメージコイル２個を含む４個のコイル
は、ステータ上に円周方向に等角度間隔（この場合９０
度毎）で位置する。

このような場合でも、本発明の軟磁性金属片１１は、前
記第６図に示したように実在コイル４側のステータ６の
外周縁部に設けても良いし、図示のようにイメージコイ
ル４ａ側のステータ６の外周縁部に設けても良く、イメ
ージコイル４ａを対象として取付けることもできる。な
お、ホール素子１０は、実在コイル４同士の中間位置の
みならず、図示したように実在コイル４とイメージコイ
ル４ａの中間位置、或はイメージコイル４ａ同士の中間
位置に設けても良い。

このようなモータにおいて、図中、上側の実在の２個の
コイル４，４に、ホール素子１０で検出されるマグネッ
ト１のＮ極、Ｓ極の磁場の反転に従って９０度毎に交互
に一定方向へ通電すれば、マグネットｌ　（ロータ３）
は連続回転する。

一方、第１４図は１円形コイルを用い、マグネット１を
円周方向に均等な角度間隔で６極着磁とし、ステータ６
上において、円周方向に６等分した角度位置の相対する
位置２箇所に実際にコイル４を設け、残りの４箇所をイ
メージコイル４ａとした場合の１実施例を示すものであ
る。

この場合も、軟磁性金属片１１は、イメージコイル４ａ
を対象として取付けることもできる。

このように、本発明は１部のコイルを実在させないイメ
ージコイルとした場合にも適用できるものである。

なお、以上説明したような本発明の２相ブラシレス偏平
モータにおいては、モータの駆動制御回路はホール素子
ｌＯは１個、トランジスタは２個で良く、回路構成も簡
単なもので良い。

また、以上の説明では、コイル４はいずれもヨーク（軟
磁性体）５に取付けた場合を示したが、ヨーク５の代わ
りに、合成樹脂板などの非磁性の取付板にコイル４を取
付けるようにしても良い、なお、コイルの１部をイメー
ジコイルとしたステータにおいては、−ヨークなどのコ
イルの取付板は、実在させるコイルの部分や、軟磁性金
属片あるいはホール素子などを取付ける部分のみとし、
イメージコイルの部分など、必要でない部分を除いたも
のとしてもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、モー
タを停止させる時には、ロータのマグネットの異極が接
する境界が必ずコイルの上に位置して停止卜し、このコ
イルにマグネットのＮ極とＳ極の両極がまたがるので、
モータを起動させる詩に円層か詑φｈが４〒か９スーか
お　素命１１による軟磁性金属片は簡単な形状のもので
良く、また、モータ制御回路も１ホール素子、？トラン
ジスタドライバーの簡単な回路構成で良く、簡単な構成
と相俟って安価に製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の１実施例を示すもので、
第１図はモータ軸方向に平面視したステータの平面図、
第２図は第１図の■〜■線矢視断面図、第３図および第
４図は第１図のＤ−Ｄ線矢視正面図であり、軟磁性金属
片とマグネット境界の相対位置がそれぞれ異なる場合の
磁束の流れの変化を説明する図、第５図は第１図に対応
させて示すマグネット境界が止まる位置の異なる場合を
示すステータの平面図、第６図は本発明の他の実施例を
示すステータの平面図、第７図および第８図は本発明の
さらに別の実施例を示すステータの平面図であり、それ
ぞれマグネット境界の止まる異なる位置を示す図、第９
図はブラシレス偏平モータの概略構造を示す縦断面図、
第１θ図はロータのマグネットの着磁状態を示す平面図
、第ｌ１図は従来のステータ構造を示す平面図、第１２
図は、モータの回転作動原理を説明するステータの部分
平面図、第１３図および第１４図はそれぞれ本発明の異
なる別の実施例を示すステータの平面図である。 １・・・マグネット　　　ｌａ・・・マグネット境界３
・・・ロータ　　　　　４・・・コイル４ａ・・・イメ
ージコイル ６・・・ステータ　　　　１０・・・ホール素子１１・
・・軟磁性金属片 特許出願人　　宇部興産株式会社 同　上　　　名幸電子工業株式会社 第　１　ｍ 第３図　　　第４図 第５図　　　　第６図 第　７　図　　　　　　　第　８０ 第９図　　　　第１０図 第１１図　　　　第１２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）円周方向に互いに異なる極のマグネットを隣接さ
   せて均等な角度で順次配設してなる回転自在なロータと
   、このロータに対向させて円周方向に配設した複数個の
   コイルからなるステータとにより構成されるブラシレス
   偏平モータにおいて、前記ステータの外周縁部に、ステ
   ータを平面視した状態でステータの円周方向に延びてあ
   る幅を有した軟磁性金属片を設けるようにし、その軟磁
   性金属片のステータの円周方向の中心位置を、ステータ
   の中心とコイル中心とを結ぶ半径方向の直線と、ステー
   タ中心とそのコイルの外側面と接する半径方向の直線と
   を形成させた場合に、この両直線上を除く位置であり、
   かつ、この両直線で形成される角度範囲内に位置させて
   設けたことを特徴とするブラシレス偏平モータ。
2. （２）前記、軟磁性金属片のステータの円周方向の中心
   位置を、前記、ステータの中心とコイル中心とを結ぶ半
   径方向の直線と、前記、ステータ中心とそのコイルの外
   側面と接する半径方向の直線とで形成される角度をほぼ
   ２等分する半径方向の直線上のステータの外周縁部に設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のブラ
   シレス偏平モータ。
3. （３）前記モータは前記マグネットを２×ｎ極着磁、イ
   メージコイルを含む前記コイル数を２×ｎコイル（ｎは
   正の整数）とし、２相モータであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載のブラシレス偏平
   モータ。