JPH082169B2 - ３相有鉄心型偏平半導体モ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、３層120度デジタル通電方式の有鉄心（有
コア）型偏平半導体モータに関する。

（技術背景とその問題点） 従来、偏平半導体モータについては、無鉄心型のもの
が種々知られている。これは無鉄心型であるためにコギ
ングが発生せず、また偏平であり、しかもブラシレスで
あることから長寿命化が期待できるため等の理由で高価
な音響機器等に適するためである。ところで、コギング
の点はあまり問題なく、且つ大きいトルクを求められる
ものにあっては無鉄心型でなくても、有鉄心型であって
もよい。しかし、有鉄心型半導体モータの場合、従来に
おいて、全体的な形状面からみると偏平半導体モータに
近ずけているものの、そのほとんどが有鉄心型円筒上半
導体モータとなっている。そのために、より偏平な半導
体モータが得られない欠点がある。また有鉄心型偏平モ
ータも知られているものの、従来のものは、円板状の積
層鋼板（＝ステータヨーク）を形成し、この鋼板のマグ
ネットロータに対向する面にスロットを等間隔に多数形
成し、該スロットに電機子コイル群を位相をずらして互
いに重畳するように挿入配設しなければならなかった。
例えば、マグネットロータをN,Sの２磁極の場合、電機
子コイルをその発生トルクに寄与する半径方向の導体部
の開角を180度に形成した弓枠状のものとしなければな
らず、必然的に電機子コイル群が重畳する形をとらねば
ならなかった。かかる電機子コイルは上記半径方向の導
体部よりも周方向の発生トルクに寄与しない（無効）導
体部の方が面積及び量とも多く占めるので、製作しにく
いことと、非常に高価になる欠点があった。また電機子
コイルが数重にも重なるので、スロットの溝を深くしな
ければならず、ステータヨークを形成する積層鋼板も厚
くする必要があり、非常にコスト高となるばかりか、形
成される有鉄心型偏平半導体ステータを非常に厚みの薄
いものにすることができなかった、更にまた電機子コイ
ル群が互いに数重に重なることから上記無効導体部のコ
イルエンドの処理がやっかいで量産性の面で不都合でコ
スト高となる欠点があった。

かかる欠点を解消するためになされた３相有鉄心型偏
平半導体モータとしては、実願昭58−89912号（実開昭5
9−195972号）に示すものを本件出願人の関係者が開示
している。

この考案は、N,Sの磁極を交互に有する2P（Ｐは２以
上の整数）極のマグネットロータと、発生トルクに寄与
する半径方向の導体部の開角が上記マグネットロータの
磁極幅と略等しく形成された枠状の電機子コイル群と、
交互等間隔に上記ロータマグネットと面対向するステー
タヨークと一体して又は固定側に固設形成された上記電
機子コイルの枠内空胴部形状と略等しい形状の複数の突
極鉄心群と、上記突極鉄心に空心型の電機子コイルを嵌
着することで当該電機子コイル群を互いに重畳すること
なく等間隔配置して形成したステータ電機子と、位置検
知手段とを設けて形成した有鉄心型偏平半導体モータと
なっている。

この有鉄心型偏平半導体モータは、確かに有用なもの
となっている。

しかしながら、この有鉄心型偏平半導体モータは、デ
ジタルあるいはリニア180度通電方式の３相タイプのも
のとなっている。

デジタル120度通電方式とリニア180度通電方式とを比
較すると、前者の方式では、安価に形成できるメリット
があるものの、トルクリップルが大きくなり、滑らかな
回転が行なえないばかりか、高速回転に当っては、耳ざ
わりで大きな回転音を生ずる。しかし、後者の方式によ
ると、前者の方式に比較して高価になるものの、前者の
方式の欠点を全て解消できる利点がある。

このような特性上の差異から、いずれかの方式を採用
するとなると、性能面から見ると後者の高価となる方式
が採用されている。

しかしながら、このリニア180度通電方式を用いる場
合には、高価になるという点が、常にネックになる。

従って、デジタル120度通電方式よりも性能が優れ、
しかもリニア180度通電方式よりも安価な回路構成とし
て、デジタル120度通電方式を採用することが望まれる
ケースが多い。

しかしながら、仕様によって、リニア180度通電方式
を、またはテジタル120度通電方式のいずれの方式の３
相有鉄心型偏平半導体モータを形成することができるこ
とが望ましい。

（本発明の課題） 本発明は、従来のリニア180度通電方式の３相有鉄心
型偏平半導体モータを極めて容易な方法で安価で性能の
よいデジタル120度通電方式の３相有鉄心偏平半導体モ
ータに変更構成できることを課題としてなされたもので
ある。

（本発明の課題達成手段） かかる本発明の課題は、N,Sの磁極を交互に2P（Ｐは
２以上の整数）個有するマグネットロータと、該マグネ
ットロータと軸方向の空隙を介して対向する固定側に上
記マグネットロータ方向に突出する電気角で180度若し
くはほぼ180度の開角幅に形成されたコアを3n（ｎは１
以上の整数）個を互いに重ならないように３相配置して
ステータヨークに形成し、上記コアを外周に空心型電機
子コイルを装着して上記マグネットロータに面対向さ
せ、上記コアの半径方向に伸びる端部位置からコアの周
方向内側に向かって電気角でほぼ30度離れた位置若しく
はその位置から電気角でほぼ180度の角度だけ周方向に
離れた位置に位置検知素子を配置して電気角で120度の
デジタル通電できるようにした３相有鉄心型偏平半導体
モータを提供することで達成できる。

（発明の実施例） まず、第１図乃至第４図を説明して本発明の第１実施
例を説明する。この第１実施例ではマグネットロータと
面対向する一方の面にのみ電機子コイル群からなるステ
ータ電機子を配した有鉄心型偏平半導体モータを示す。

第１図は本発明の第１実施例を示すもので、１は2P
（Ｐは２以上の整数）極、ｎ（ｎは２以上の整数）コイ
ルの有鉄心型偏平半導体モータで、この例では10極、６
コイルのものとなっている。２は非磁性体からなる有鉄
心型偏平半導体モータ本体、3,4は軸受、５は軸受3,4に
よって回動自在に軸支された回転軸、６は回転軸５に固
設されたロータヨーク、７はロータヨーク６の下面に固
設された８極のマグネットロータ、８は上記本体２に固
設された円環状のプリント基板、９はプリント基板８の
下面に半田付け等によっ配設された通電制御回路用電機
部品、10はプリント基板８の上面に固設された円環状の
ステータヨーク、11は枠状に巻回形成され且つステータ
ヨーク10上に配設された電機子コイル、12は互いに重畳
することなく等間隔にステータヨーク10上に配設された
６個の電機子コイル11群からなるステータ電機子、13は
電機子コイル11の枠内空胴部の形状と略々一致する形状
に作られステータヨーク10上に固設された鉄心等の磁性
体からなるストレート状（すなわち、後記するように電
気角で180度の開角幅で形成され且つそのままの形状で
マグネットロータ６側に真っすぐ突出形成されている）
のコア（突極鉄心）で、3n（ｎは１以上の整数）個形成
している。尚、この実施例では、ｎ＝２を選択し、すな
わち６個のコア13を形成している。このコア13は電気角
で180度（またはほぼ180度）の開角、すなわち機械角で
36度の開角に形成している。14はコア13の上に配設した
プリント基板、15は当該半導体モータ１が３相のものと
して形成されるように３個をプリント基板14に形成した
透孔に埋設し且つマグネットロータ７の漏洩磁束を検出
する位置検知素子として選択したホール素子、ホールIC
等の磁電変換素子である。

第２図はマグネットロータ７の下面図である。マグネ
ットロータ７はN,Sの磁極を交互等間隔に有するように
厚手方向に着磁された円環状の10極のものとなってい
る。

第３図はステータヨーク10上に固設されたステータ電
機子12の平面図である。電機子コイル11は発生トルクに
寄与する半径方向の発生トルクに寄与する導体部11aと1
1bとの開角がマグネットロータ７の磁極幅と略等しく形
成された、すなわち36度に形成された扇枠状のものとな
っている。コア13は電機子コイル11を枠内空胴部の形成
と略一致する平面扇形のものにて形成されており、ステ
ータヨーク10と一体形成してもよいが、ここでは別個に
形成された６個のコア13をステータヨーク10上に貼着等
の手段によって固設している。６個の電機子コイル11群
は、それぞれ60度のピッチで互いに重畳することなく、
ステータヨーク10上に配設されるようにそれぞれ１個の
コア13の外周に嵌着固設してステータ電機子12を形成し
ている。

第３図においては、プリント基板14を描いていない
が、このプリント基板14に磁電変換素子15を配設すべき
位置を第３図を参照して説明する。

磁電変換素子15は、コア13の半径方向に延びる一方
（他方であってもよい）の端部13aから電気角で30度、
すなわち機械角で6.6度の角度だけ上記端部13a位置から
コア13の周方向内側に向かった離れた角度位置の囲い部
16で示すコア13位置と対向するプリント基板14（尚、こ
の実施例では、コア13の上面にプリント基板14を配設し
ているので、このプリント基板14面に位置に磁電変換素
子15を配設するのに都合良くなっている）位置に配設す
る。あるいは上記囲い部16位置から電気角180度の角度
すなわち機械角で36度の角度だけ周方向にずれたコア13
の囲い部17で示す位置と対向するコア13面上に配設され
たプリント基板14位置に配設する。あるいは上記囲い部
16,17から電気角でａ・360度（ｎは１以上の整数）すな
わち機械角でｎ・36度だけ周方向にずれた位置と対向す
るプリント基板14位置に磁電変換素子15を配設するとよ
い。かかる位置に磁電変換素子15を配設すると、マグネ
ットロータ７との相対的回転によって磁電変換素子15は
当該マグネットロータ７のＮ極またはＳ極の一磁極の幅
を電気角で180度とすると電気角で120度の幅しか当該マ
グネットロータ７のＮ極またはＳ極の磁極幅しか検出し
ないで次の磁極を検出するようになるので、従って電機
子コイル11には電気角で120度の幅の期間しか通電しな
いため、コア13と電機子コイル11によって電気角で120
度の期間の間、コア13による電磁トルクが発生するの
で、ほとんど従来同様の構成の３相有鉄心型半導体モー
タを120度デジタル通電方式のモータに容易に変更でき
るものとなる。

第４図はマグネットロータ７と６個の電機子コイル11
群からなるステータ電機子12との展開図である。この展
開図から明らかなように、電機子コイル11は発生トルク
に寄与する半径方向の導体部11aと11bとの開角がマグネ
ットロータ７の磁極幅と略等しくても、従来の有鉄心型
偏平半導体モータのように電機子コイル11群同士が互い
に重畳しないように等間隔配設できることが明らかであ
る。

次に第５図を参照して、上記本発明の第１実施例より
も、更に有用な本発明第２実施例としての有鉄心型偏平
半導体モータ１′について説明する。尚、この偏平半導
体モータ１′については、上記第１実施例のものと共通
する箇所が多いので、主要部のみ図を描くと共に、共通
する箇所の説明は省略か、又はダッシを符した符号を用
いるとする。

この第２実施例の有鉄心型偏平半導体モータ１′の特
徴は、（イ）両面励磁構造でありながら、単に１個のマ
グネットロータ７を用いるだけで足りるようにしたもの
である点、（ロ）マグネットロータ７を回転軸５に直結
した場合には当該マグネットロータ７が破損したりする
ので寿命が短かくなるという欠点を防げるようにした
点、（ハ）マグネットロータ７を回転軸５に固設したマ
グネットロータ支持板18に固設することでロータのダイ
ナミックバランスをうまくとれるようにすると共に上記
マグネットロータ７を回転軸５に直結することにより弊
害をなくすようにした点、（ニ）並びにマグネットロー
タ支持板18としてアルミニウム、ジュラコン等の非磁性
体を用いることでマグネットロータ７の磁束をその上下
両面に発生させ、マグネットロータ７の上下両面固定側
位置にそれぞれにステータ電機子を配設することで大き
いトルクが得られる高効率のものにした点にある。

以下第５図を参照しつつ有鉄心型偏平半導体モータ
１′の細かな説明を行なっていく。この偏平半導体モー
タ１′は両面タイプ型で、符号Ａで示す部分が第１実施
例で示した偏平半導体モータ１に該当する部分である
が、ロータヨーク６に代えてアルミニウム等の非磁性体
からなるマグネットロータ支持板18を用い、この下面に
マグネットロータ７を固設している。記号Ｂで示す部分
が新たに追加された部分で、図示しないモータ本体上部
内面側に固設されたプリント基板８、ステータヨーク1
0′を介してコア13′群を固設し、該コア13′群に上記
したと同様に電機子コイル11′群を固着することで、マ
グネットロータ支持板15の上面と対向する固定側にも更
にステータ電機子12′を形成している。マグネットロー
タ支持板15が非磁性体であることからマグネットロータ
７の磁束はステータ電機子12′側へも作用するので、ス
テータ電機子12′によってもトルクが得られる。

本発明の有鉄心型偏平半導体モータは上記構成から明
らかなように、無鉄心型偏平半導体モータよりも大き
いトルクが得られて効率の良いものとなる。無鉄心型
半導体モータ同様に軸方向の厚さが小さいものが得られ
る。半導体モータなので長寿命化が期待できる、電
機子コイル群が互いに重畳することなく等間隔に配設で
きるので（イ）構成が簡単で、（ロ）組立てが容易で安
価に量産でき、（ハ）半径の小さなものが得られ、
（ニ）回転バランスが良く、偏平モータの特徴をそのま
ま生かした有鉄心タイプの偏平半導体モータが得られ
る、また両面タイプにした場合には、マグネットロー
タを増加することがなく、単にステータ電機子を一組増
加するだけでよいので、出力トルクが倍加されるにもか
かわらず、上記〜の特徴を備えた大きいトルクが得
られる高効率の有鉄心型偏平半導体モータが得られる、
上記〜の効果を有する３層鉄心型半導体モータに
加えて、位置検知素子、すなわち磁電変換素子の位置を
変えるだけで、安価なデジタル120度通電方式の３相有
鉄心型半導体モータを極めて安価に形成できるものとな
る、また本発明の構成によると、位置検知素子の配設
位置を変えるだけで、すなわちモータの主要部の構成を
変えることなく、安価で精度のよいデジタル120度通電
方式の３相有鉄心型半導体モータあるいはリニア180度
通電方式の３相有鉄心型半導体モータを仕様に応じて容
易に設計変更できる、という効果甚大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の有鉄心型偏平半導体モー
タの縦断面図、第２図はマグネットロータの下面図、第
３図はステータヨーク上に固設されたステータ電機子の
平面図、第４図はマグネットロータと電機子コイル群か
らなるステータ電機子との展開図、第５図は本発明第２
実施例の有鉄心型偏平半導体モータの主要部の縦断面図
である。 （符号の説明） 1,1′……有鉄心型偏平ブラシレスモータ、２……有鉄
心型偏平ブラシレスモータ本体、3,4……軸受、５……
回転軸、６……ステータヨーク、７……マグネットロー
タ、8,8′……プリント基板、９……通電制御回路用電
気部品、10,10′……ステータヨーク、11,11……電機子
コイル、12,12′……ステータ電機子、13,13′……コ
ア、14……プリント基板、15……磁電変換素子、16,17
……囲い部、18……マグネットロータ支持板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】N,Sの磁極を交互に2P（Ｐは２以上の整
   数）個有するマグネットロータと、該マグネットロータ
   と軸方向の空隙を介して対向する固定側に上記マグネッ
   トロータ方向に突出する電気角で180度若しくはほぼ180
   度の開角幅に形成されたコアを3n（ｎは１以上の整数）
   個を互いに重ならないように３相配置してステータヨー
   クに形成し、上記コアを外周に空心型電機子コイルを装
   着して上記マグネットロータに面対向させ、上記コアの
   半径方向に延びる端部位置からコアの周方向内側に向か
   って電気角でほぼｎ・（360＋30）度位置若しくはその
   位置から電気角でほぼｎ・（360＋180）度の角度だけ周
   方向に離れた位置に位置検知素子を配置して電気角で12
   0度のデジタル通電できるようにした、３相有鉄心型偏
   平半導体モータ。