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JP2004007868A - Brushless dc motor - Google Patents

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Publication number
JP2004007868A
JP2004007868A JP2002158066A JP2002158066A JP2004007868A JP 2004007868 A JP2004007868 A JP 2004007868A JP 2002158066 A JP2002158066 A JP 2002158066A JP 2002158066 A JP2002158066 A JP 2002158066A JP 2004007868 A JP2004007868 A JP 2004007868A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
motor
yoke
center
magnetic
stator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002158066A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shoji Oiwa
大岩 昭二
Kazuo Onishi
大西 和夫
Hideo Saito
斉藤 英夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec Advanced Motor Corp
Original Assignee
Japan Servo Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Servo Corp filed Critical Japan Servo Corp
Priority to JP2002158066A priority Critical patent/JP2004007868A/en
Priority to US10/245,806 priority patent/US6710504B2/en
Priority to EP02256494A priority patent/EP1300931A3/en
Priority to CN02132377A priority patent/CN1409467A/en
Publication of JP2004007868A publication Critical patent/JP2004007868A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain high efficiency and less vibration by increasing the effective interlinking flux of a small fan blower brushless DC motor. <P>SOLUTION: In this DC motor, main poles/pole pieces of two sets of stator yokes are arranged so as to shift by 180 degrees of an electrical angle from each other. A notch is provided to reduce a pole area toward the front-end direction of the pole piece. The area of the pole piece is increased and a boundary between the main pole and the pole piece is set large as much as possible. As a material of a center yoke in the center of the stator yoke, a soft magnetic stainless steel sheet is employed to increase the effective interlinkage flux of the motor, and such a structure as to reduce the vibration of the magnetic piece is created. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は小形のファン・ブロワに使用され、円周方向に多極着磁されたマグネットを用いたラジアルエアギャップ形ブラシレスDCモータに関する。更に詳しくは、2組のステータヨークの中心部間に互いを磁気的に短絡するセンターヨークを設け、2組のステータヨーク間に円環状コイルを配置する構造のラジアルエアギャップ形ブラシレスDCモータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の従来のラジアルエアギャップ形ブラシレスDCモータの構造は実開昭61−153486号、特開昭58−63065号、特開昭61−214759号、特公平7−46894号、特開平6−303750号他で提案されている。図6は特公平7−46894号で提案されているモータの分解斜視図である。
【0003】
図6において、磁性材料の円筒状ロータヨーク2と、このロータヨーク2に嵌入される、円周方向に多極着磁されているマグネット3と、モータシャフト4によってロータ1が構成されている。また、5は複数の主磁極13と磁極片21とを有する第1のステータヨーク、23は巻線用のボビン、24はこのボビン23に巻線された円環状コイル、25はボビン23に植設された端子であり、コイル24の引出線はこの端子25にからげて半田付けされている。6は複数の主磁極14と磁極片22とを有する第2のステータヨークであり、第1及び2のステータヨーク5と6の中心部には両者を磁気的に短絡するため互いに入れ子式に嵌合する円筒状のセンターヨーク7が夫々形成されている。また、センターヨークには軸方向のスリット12が設けられている。9はマグネットの磁極を検出する磁電変換素子であるホール素子、11はホール素子9と端子25を駆動回路に電気的に配線するためのプリント配線基板である。
【0004】
また、図7は電気角180度位相差の2個のコイル24a,24bを交互に通電する2相半波駆動回路を示す。図中、60はモータ部、61と62は夫々モータ駆動ICの信号で動作するトランジスタ、63はモータ駆動用IC、64はDC電源、65はプリント配線基板に実装されて配線される電気関連部品を示す。
【0005】
また、特公平7−46894号の(2)頁4の30行から38行に第1のステータヨークと第2のステータヨークの磁極片の形状と配置について記載され、同公報の第3図に示されている。本構造のモータは原理的に起動不可能となるマグネットと磁極片の位置関係があり、そのデットポイントの回避と回転中のトルクリップル低減を考慮して配置されている。図4はその内容を説明する位置関係図で、マグネット3と第1のステータヨークと第2のステータヨークの位置関係を示す。磁極片の開き角aはマグネットの一磁極の1/5〜4/5で、第1のステータヨークの磁極片と第2のステータヨークの磁極片間の小さい方の空間角bは電気角でπ/4〜3π/4の範囲内にすることが望ましいとされている。
また、センターヨーク7には軸方向にスリット12を設け、軸方向に流れる磁束により生じる渦電流を減少させ、渦電流損を低減し高速回転対応のブラシレスDCモータに適すると提案してしる。
【0006】
また、特開平6−303750号の(3)頁3の「0006」に、通電トルクとコギングトルクの和がモータトルクであり、そのモータトルクのリップルと負トルクの問題を指摘し、図4のように、第1のステータヨークと第2のステータヨークの磁極片の開き角aとcが異なった値が良いと提案している。
【0007】
また、図5には特開昭58−63065号で提案されている方法を図示した第1のステータヨークと第2のステータヨークで、上述の例とは異なり磁極片の開き角ではなく、磁極片にマグネットの回転方向とは逆向きに突出部20を延設することを提案している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、このような構造では、次のような欠点が生じる。特公平7−46894号は、第1のステータヨークと第2のステータヨークの空間角に大小があり、結果としてマグネットの一磁極の角度に対して磁極片の開き角aが小さくなりマグネットから生じる磁束を有効に使用することが出来ない。また、図4の位置関係でマグネットN極から生じる磁束は第1のステータヨークからセンターヨーク7を通して軸方向に向かい第2のステータヨークの磁極片を通してマグネットS極に帰る。ところが、第2のステータヨークの磁極片の一部はマグネットNS極の境界にあり、そのためにN極から出る磁束量の全てはS極に帰れず制限されてしまう。センタ−ヨーク7を通る磁束が、円環状コイルに鎖交するため、モータ有効鎖交磁束が減少して、モータ効率が低下してしまうことになる。
【0009】
また、図8はセンターヨーク材質と形状を変えた場合の、モータ回転数に対するモータの逆起電力とモータコイルの鎖交磁束特性を示すものである。一般的な電磁軟鉄を使用した場合の逆起電力は▲1▼であり、鎖交磁束は▲4▼である。回転数の増加によりセンターヨークに流れる交番磁束の周波数が高くなり、渦電流により鎖交する磁束が抑制され、結果として逆起電力が飽和現象を示す。また、センターヨークに軸方向にスリットを1本入れた場合の逆起電力は▲2▼であり、鎖交磁束は▲5▼である。渦電流遮断の効果が現れ、高速回転数領域では逆起電力・鎖交磁束共に改善されるが、低速領域では鎖交磁束が減少してしまう。
更に、センターヨークにスリットを設けるとセンターヨークの外形寸法の精度に影響をあたえる。
【0010】
また、特開平6−303750号においても、第1のステータヨークと第2のステータヨークの磁極片の開き角aとcを異なった値にするためには、片方の開き角を小さくすることであり、磁極片の幅が小さくなり、結果として上記例と同様にモータ有効鎖交磁束が低減して、モータ効率が低下してしまう。
【0011】
また、特開昭58−63065号で提案されている方法を図示した図5で、磁極片に突出部20を延設するが磁極片の面積は低下し、上記例と同様に有効鎖交磁束が減少する。更に本方式のモータでは、2組のステータヨークの電磁鋼板の厚みにあまり余裕が取れない場合が多く、電磁鋼板の磁気飽和の懸念が存在する。マグネット3からの磁束は、磁極片先端から主磁極へと流れ、磁束密度もそれにつれて増加するため、途中で磁束通路が狭くなることは磁気飽和の可能性が生じる。
【0012】
また、円環状コイルが通電されると、マグネット3と磁極片21,22の突起部20間に回転力だけでなく、ステータヨーク中心方向の吸引・反発力が生じ、磁極片は振動を伴うことになり、磁極片21,22と主磁極13,14の境界の幅が小さいと、振動は大きくなり結果としてモータ振動・騒音に悪影響を及ぼすことになる。
【0013】
更にステータヨークの材料として電磁鋼板を使用するが、主磁極と磁極片の境界に電磁鋼板の加工歪みの問題が折り曲げ部40に生じ、これは上述の従来方式に共通して存在する。この加工歪みは、電磁鋼板の透磁率の著しい低下として現れ、結果として、上記例と同様にモータ有効鎖交磁束が減少して、モータ効率が著しく低下してしまう。これを対策するには、折り曲げ加工後に焼鈍と呼ばれる熱処理が必要になりコストアップの要因となる。
【0014】
本発明は上述の問題を解決して,コストアップすることなく、モータ有効鎖交磁束の減少と磁極片の振動を防止するモータ構造を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明に成るラジアルエアギャップ形ブラシレスDCモータは、モータシャフトに取付けられたロータヨークと、ロータヨークに取付けられ円周方向に多極着磁されているリング状マグネットとを有するロータと、夫々中心から径方向外方に延び、その先端からマグネットの内周面に対向して軸方向に延びる磁極片を備えマグネット磁極数の半数の主磁極を有し、磁極片が互いに向き合い夫々の主磁極が電気角でほぼ180度ずれるように回転中心に対して等間隔に配置されるステータヨークと、モータシャフトに軸受けを介して嵌合し、2組のステータヨークの中央部を連通して磁気的に短絡するためのセンターヨークと、2組のステータヨークの主磁極で挟持され、磁極片でその外周が覆われるようにして設けられる円環状コイルと、磁電変換素子とを有し、マグネットの内周面に空隙を介して対向するように構成されるステータヨークと、駆動回路を搭載するプリント配線基板とを具備し、2組のステータヨークを形成する磁極片の、夫々少なくとも一つが、磁極片の先端方向に向かって磁極面積を減少せしめる切り欠きを備えことに特徴を有するものである。
【0016】
また別途構造として、モータシャフトに取付けられたロータヨークと、ロータヨークに保持され、円周方向に多極着磁されているリング状マグネットとを有するロータと、円板状電磁鋼板の外周縁から、マグネットの内周面に対向して軸方向に延びマグネット磁極数の半数の磁極片を有し、磁極片が互いに向き合い電気角でほぼ180度ずれるように回転中心に対して等間隔に配置される2組のステータヨークと、モータシャフトに軸受けを介して嵌合し、2組のステータヨークの中央部を連通して磁気的に短絡するためのセンターヨークと、2組のステータヨークの円板状部で挟持され、磁極片でその外周が覆われるようにして設けられる円環状コイルと、磁電変換素子とを有し、マグネットの内周面に空隙を介して対向するように構成されるステータと、駆動回路を搭載するプリント配線基板とを具備するし、リング状マグネットの厚みの、対向配置される2組のステーヨーク絞り部内面間距離に対する比が、0.7から0.9の範囲となるように形成されていることに特徴を有するものである。
【0017】
もしくはセンターヨークが、クロムが10〜15%、鉄が85〜90%からなる軟磁性ステンレス鋼板で形成されていることに特徴を有するものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。図1は本発明の請求項1に関する4極のラジアルエアギャップ形ブラシレスDCモータに適用した第1の実施例を示す分解斜視図であり、図2は本発明の位置関係図である。図1において、2組のステータヨーク5,6の磁極片21,22にはマグネット3の回転方向に向かって、磁極片21の端面から主磁極13方向に磁極片21を切り欠きがある。また、図2において2組のステータヨーク5,6はそれぞれの磁極片が電気角で180度ずれて配置されている。磁極片の開き角aはマグネットの一磁極の7/10〜9/10で、2組のステータヨークとも同一である。
【0019】
図2の位置関係から、マグネットN極から生じる磁束は第1のステータヨークからセンターヨーク7を通して軸方向に向かい第2のステータヨークの磁極片を通してマグネットS極に帰る。従来の例とは異なり、磁極片21の開き角が大きく取れ、各磁極片もマグネット3の磁極と同一角度で配置されるため、従来技術の問題点で指摘した磁束を制限する要素が減り、モータ有効鎖交磁束を増加させることが可能である。
【0020】
また、図2のマグネット3の磁極とステータヨーク5,6の位置関係は、本構造のモータの起動不能位置であるが、磁極片に設けた切り欠き27によりコギングトルクが生じる位置関係がずれて、図2の位置関係でモータが停止することはなく起動不能は生じない。
【0021】
また、本発明の磁極片21,22の切り欠き27は、主磁極13,14との折り曲げ部40までは及ばない位置となっているため、ステータヨークの中心方向への吸引・反発力に対する支持力が大きくなり振動が少ない。
【0022】
また、図3は本発明の請求項2,3に関する第2の実施例を示す分解斜視図である。図において5`、6`は円板状の電磁鋼板の外周を短く絞り41、その先端42から、該マグネットの内周面に空隙を介して対向されるように軸方向に延びる複数の磁極片21、22を夫々有する2組のステータヨークである。またこの2組のステーヨーク絞り部内面間距離42の長さh1とマグネット3の厚みh2との比率は、h2/h1=0.7〜0.9となるように設定されている。
【0023】
本第2の実施例では、従来の実施例の主磁極部を排除し、円板状の電磁鋼板の外周を短く絞りその先端から、直接磁極片を生成している点に特徴がある。従来技術で問題になった電磁鋼板の加工歪みによる透磁率低下を補い、且つ磁極片の振動を抑制できる。
【0024】
マグネット3から磁束は磁極片21,22を通して、絞り部41を通過して、ステータヨーク5`6`に流れる。加工歪みの発生する絞り部41の透磁率は低下しているが、絞り部41は円板状の全周にあり透磁率の低下を磁束通過断面積の増加で補うことが可能となり、ステータヨークの焼鈍処理無しで使用することも可能となる。また、磁極片の支持部も強化されモータ振動を低減できる。
【0025】
また、また2組のステーヨーク絞り部内面間距離42の長さh1とマグネット3の厚みh2との比率は、マグネット3からの漏れ磁束を制限し、モータ有効鎖交磁束を最大に取り出すため、実験的に確認した結果h2/h1=0.7〜0.9が最適と言える。
【0026】
また、図8にセンターヨークの材料として、クロムが10〜15%、鉄が85〜90%からなる軟磁性ステンレス鋼板を使用した場合の逆起電力▲6▼・鎖交磁束▲7▼特性を示す。一般的な電磁軟鉄の電気抵抗率1400(μΩ・m)に対して軟磁性ステンレス鋼板の電気抵抗率は6300(μΩ・m)と高い。その結果、図に示すように低速から高速の全回転数領域で逆起電力・鎖交磁束共に特性が改善されていることが確認できる。
【0027】
【発明の効果】
以下本発明のブラシレスDCモータの効果を列挙する。
(1)磁極片の開き角が大きくとれてモータ有効鎖交磁束が増加できる。
(2)第1のステータヨークの磁極片と第2のステータヨークが180度に配置できモータ有効鎖交磁束が増加できる。
(3)磁極片の面積低下と磁気飽和を最小限にできモータ有効鎖交磁束が増加出来る。
(4)磁束通路の減少が無くモータ有効鎖交磁束が増加できる。
(5)電磁鋼板の曲げ加工による透磁率の低下を補いモータ有効鎖交磁束が増加できる。
(6)磁極片の支持部を増加させてモータの振動を抑制できる。
(7)センターヨークに軟磁性ステンレス鋼板を使用することで、高速回転領域でのモータ有効鎖交磁束が増加出来る。
【0028】
このように、本発明によれば、コストを極力抑えて、小形で高効率・低振動のブラシレスDCモータを製作することが可能となり、小形のファン・ブロワに使用するとその効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に成る第1の実施例に関する分解斜視図である。
【図2】図1の例の位置関係図である。
【図3】本発明に成る第2の実施例に関する分解斜視図である。
【図4】従来技術に成る例の位置関係図である。
【図5】図4に対応するステータヨークの例の説明図である。
【図6】図4の例の分解斜視図である。
【図7】従来技術に成る駆動回路説明図である。
【図8】本願発明に係るモータ逆起電力と鎖交磁束特性の例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 ロータ
2 ロータヨーク
3 マグネット
4 モータシャフト
5 第1のステータヨーク
6 第2のステータヨーク
5` 第1のステータヨーク
6` 第2のステータヨーク
7 センターヨーク
8 コイル
9 ホール素子
10 電気部品
11 プリント配線基板
12 スリット
13 主磁極
14 主磁極
21 磁極片
22 磁極片
23 ボビン
24 コイル
25 端子
31 軸受け
40 折り曲げ部
41 絞り部
42 絞り端面
60 モータ部
61 トランジスタ
62 トランジスタ
63 モータ駆動用IC
64 DC電源
65 電気関連部品
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a radial air gap type brushless DC motor which is used in a small fan blower and uses a magnet which is multipolarly magnetized in a circumferential direction. More specifically, the present invention relates to a radial air gap type brushless DC motor having a structure in which a center yoke for magnetically short-circuiting each other is provided between the center portions of two sets of stator yokes and an annular coil is arranged between the two sets of stator yokes. It is.
[0002]
[Prior art]
The structure of this type of conventional radial air gap type brushless DC motor is disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. Sho 61-153486, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho 58-63065, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho 61-214759, Japanese Patent Publication No. Hei 7-46894, and Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 6-68494. No. 303750 and others. FIG. 6 is an exploded perspective view of a motor proposed in Japanese Patent Publication No. 7-46894.
[0003]
In FIG. 6, a rotor 1 is constituted by a cylindrical rotor yoke 2 made of a magnetic material, a magnet 3 fitted into the rotor yoke 2 and multipole magnetized in a circumferential direction, and a motor shaft 4. Reference numeral 5 denotes a first stator yoke having a plurality of main magnetic poles 13 and pole pieces 21; 23, a bobbin for winding; 24, an annular coil wound on the bobbin 23; The lead wire of the coil 24 is connected to the terminal 25 and soldered. Reference numeral 6 denotes a second stator yoke having a plurality of main magnetic poles 14 and magnetic pole pieces 22. The second and first stator yokes 5 and 6 are telescopically fitted to the center portions of the first and second stator yokes 5 and 6 in order to magnetically short-circuit them. A cylindrical center yoke 7 is formed, respectively. An axial slit 12 is provided in the center yoke. Reference numeral 9 denotes a Hall element which is a magnetoelectric conversion element for detecting a magnetic pole of a magnet, and reference numeral 11 denotes a printed wiring board for electrically wiring the Hall element 9 and the terminal 25 to a drive circuit.
[0004]
FIG. 7 shows a two-phase half-wave drive circuit that alternately energizes two coils 24a and 24b having a phase difference of 180 degrees in electrical angle. In the drawing, 60 is a motor unit, 61 and 62 are transistors operated by the signals of the motor drive IC, 63 is a motor drive IC, 64 is a DC power supply, and 65 is an electric component mounted and wired on a printed circuit board. Is shown.
[0005]
Also, the shape and arrangement of the pole pieces of the first stator yoke and the second stator yoke are described in lines 30 to 38 of page 4 (2) of JP-B-7-46894, and FIG. It is shown. The motor of this structure has a positional relationship between a magnet and a pole piece that cannot be activated in principle, and is arranged in consideration of avoiding the dead point and reducing torque ripple during rotation. FIG. 4 is a positional relationship diagram for explaining the contents, and shows the positional relationship among the magnet 3, the first stator yoke, and the second stator yoke. The opening angle a of the magnetic pole piece is 1/5 to 4/5 of one magnetic pole of the magnet, and the smaller space angle b between the magnetic pole piece of the first stator yoke and the magnetic pole piece of the second stator yoke is an electrical angle. It is said that it is desirable to be within the range of π / 4 to 3π / 4.
It is also proposed that the center yoke 7 is provided with a slit 12 in the axial direction to reduce eddy current generated by magnetic flux flowing in the axial direction, reduce eddy current loss, and be suitable for a brushless DC motor compatible with high-speed rotation.
[0006]
In addition, the sum of the energizing torque and the cogging torque is the motor torque in "0006" of page (3) of JP-A-6-303750, and points out the problem of the ripple and the negative torque of the motor torque. As described above, it is proposed that the opening angles a and c of the pole pieces of the first stator yoke and the second stator yoke have different values.
[0007]
FIG. 5 shows a first stator yoke and a second stator yoke which illustrate a method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-63065. It is proposed to extend the protruding portion 20 on one side in a direction opposite to the rotation direction of the magnet.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a structure has the following disadvantages. Japanese Patent Publication No. 7-46894 describes that the space angle between the first stator yoke and the second stator yoke is large and small, and consequently the opening angle a of the pole piece becomes small with respect to the angle of one magnetic pole of the magnet. Magnetic flux cannot be used effectively. In the positional relationship shown in FIG. 4, the magnetic flux generated from the magnet north pole goes axially from the first stator yoke through the center yoke 7 and returns to the magnet south pole through the magnetic pole piece of the second stator yoke. However, a part of the magnetic pole piece of the second stator yoke is located at the boundary of the magnet NS pole, so that the entire amount of magnetic flux coming out of the N pole cannot be returned to the S pole and is limited. Since the magnetic flux passing through the center yoke 7 interlinks the toroidal coil, the effective interlinkage magnetic flux of the motor decreases, and the motor efficiency decreases.
[0009]
FIG. 8 shows the back electromotive force of the motor and the interlinkage magnetic flux characteristics of the motor coil with respect to the motor speed when the material and the shape of the center yoke are changed. When a general electromagnetic soft iron is used, the back electromotive force is (1) and the linkage magnetic flux is (4). As the rotation speed increases, the frequency of the alternating magnetic flux flowing through the center yoke increases, and the magnetic flux linked by the eddy current is suppressed. As a result, the back electromotive force shows a saturation phenomenon. When one slit is inserted in the center yoke in the axial direction, the back electromotive force is (2) and the linkage flux is (5). The effect of the eddy current cutoff appears, and both the back electromotive force and the interlinkage magnetic flux are improved in a high speed region, but the interlinkage magnetic flux is reduced in a low speed region.
Furthermore, providing a slit in the center yoke affects the accuracy of the outer dimensions of the center yoke.
[0010]
Also in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-303750, in order to make the opening angles a and c of the pole pieces of the first and second stator yokes different from each other, it is necessary to reduce one of the opening angles. Yes, the width of the pole piece is reduced, and as a result, the motor effective linkage flux is reduced as in the above example, and the motor efficiency is reduced.
[0011]
FIG. 5 illustrates a method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-63065. In FIG. 5, the protrusion 20 is extended on the pole piece, but the area of the pole piece is reduced. Decrease. Further, in the motor of the present system, there is often no allowance for the thickness of the magnetic steel sheets of the two sets of stator yokes, and there is a concern about magnetic saturation of the magnetic steel sheets. The magnetic flux from the magnet 3 flows from the tip of the pole piece to the main magnetic pole, and the magnetic flux density increases accordingly, so that narrowing of the magnetic flux path on the way may cause magnetic saturation.
[0012]
In addition, when the annular coil is energized, not only a rotational force but also a suction / repulsion force in the direction of the center of the stator yoke is generated between the magnet 3 and the projections 20 of the magnetic pole pieces 21 and 22, and the magnetic pole piece is accompanied by vibration. When the width of the boundary between the magnetic pole pieces 21 and 22 and the main magnetic poles 13 and 14 is small, the vibration increases, and as a result, the motor vibration and noise are adversely affected.
[0013]
Furthermore, although a magnetic steel sheet is used as a material for the stator yoke, a problem of processing distortion of the magnetic steel sheet occurs at the boundary between the main magnetic pole and the pole piece in the bent portion 40, which is common to the above-described conventional method. This processing distortion appears as a remarkable decrease in the magnetic permeability of the magnetic steel sheet, and as a result, the effective interlinkage magnetic flux of the motor decreases as in the above-described example, and the motor efficiency remarkably decreases. To cope with this, a heat treatment called annealing is required after the bending, which causes an increase in cost.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a motor structure that solves the above-mentioned problems and reduces the effective interlinkage magnetic flux and prevents the pole piece from vibrating without increasing the cost.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
A radial air gap type brushless DC motor according to the present invention includes a rotor having a rotor yoke attached to a motor shaft, a ring-shaped magnet attached to the rotor yoke and being multipolarly magnetized in a circumferential direction, each having a diameter from the center. A magnetic pole piece extending in the axial direction from the tip end to the inner peripheral surface of the magnet so as to face the inner peripheral surface of the magnet. Half of the number of the main magnetic poles of the magnetic pole pieces are opposed to each other, and each main magnetic pole faces the electrical angle. And a stator yoke arranged at equal intervals with respect to the rotation center so as to be displaced by approximately 180 degrees with a motor shaft via a bearing, and the center portions of the two sets of stator yokes are communicated and magnetically short-circuited. A center yoke, an annular coil sandwiched between the main magnetic poles of two sets of stator yokes, and provided so that the outer circumference thereof is covered with a magnetic pole piece; A magnetic pole comprising a stator yoke having a conversion element and configured to face the inner peripheral surface of the magnet via a gap, and a printed wiring board on which a drive circuit is mounted, and forming two sets of stator yokes It is characterized in that at least one of the pieces is provided with a notch for reducing the pole area toward the tip of the pole piece.
[0016]
Further, as a separate structure, a rotor having a rotor yoke attached to a motor shaft, a ring-shaped magnet held by the rotor yoke, and multipolarly magnetized in a circumferential direction, and a magnet from the outer peripheral edge of the disk-shaped electromagnetic steel sheet. 2 has pole pieces extending in the axial direction opposite to the inner peripheral surface of the magnetic pole piece, and is arranged at equal intervals with respect to the center of rotation so that the pole pieces face each other and are shifted by about 180 degrees in electrical angle. A set of stator yokes, a center yoke that fits to the motor shaft via a bearing, and communicates the center of the two sets of stator yokes to magnetically short-circuit, and a disk-shaped part of the two sets of stator yokes An annular coil provided so that the outer periphery thereof is covered with the magnetic pole piece, and a magnetoelectric conversion element, and is configured to face the inner peripheral surface of the magnet via a gap. And a printed circuit board on which a drive circuit is mounted, wherein the ratio of the thickness of the ring-shaped magnet to the distance between the inner surfaces of the two sets of stay yoke constricted portions arranged opposite to each other is 0.7 to 0.9. It is characterized by being formed so as to be in a range.
[0017]
Alternatively, it is characterized in that the center yoke is formed of a soft magnetic stainless steel plate comprising 10 to 15% of chromium and 85 to 90% of iron.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing a first embodiment applied to a four-pole radial air gap type brushless DC motor according to claim 1 of the present invention, and FIG. 2 is a positional relationship diagram of the present invention. In FIG. 1, the magnetic pole pieces 21 and 22 of the two sets of stator yokes 5 and 6 have notches in the direction of rotation of the magnet 3 from the end face of the magnetic pole piece 21 toward the main magnetic pole 13. In FIG. 2, the two sets of stator yokes 5 and 6 are arranged such that their magnetic pole pieces are shifted by 180 degrees in electrical angle. The opening angle a of the pole piece is 7/10 to 9/10 of one magnetic pole of the magnet, which is the same for both sets of stator yokes.
[0019]
From the positional relationship shown in FIG. 2, the magnetic flux generated from the magnet north pole returns in the axial direction from the first stator yoke through the center yoke 7 and returns to the magnet south pole through the magnetic pole piece of the second stator yoke. Unlike the conventional example, the opening angle of the pole piece 21 can be made large, and each pole piece is also arranged at the same angle as the magnetic pole of the magnet 3, so that the element limiting the magnetic flux pointed out in the problem of the prior art is reduced, It is possible to increase the motor effective linkage magnetic flux.
[0020]
The positional relationship between the magnetic poles of the magnet 3 and the stator yokes 5 and 6 in FIG. 2 is a position where the motor of this structure cannot be started, but the positional relationship where cogging torque occurs due to the notch 27 provided in the magnetic pole piece is shifted. 2, the motor does not stop and the motor cannot be started.
[0021]
Further, the notch 27 of the pole pieces 21 and 22 of the present invention is located at a position that does not reach the bent portion 40 with the main magnetic poles 13 and 14, so that the stator yoke supports the attracting / repelling force in the center direction. The force is large and the vibration is small.
[0022]
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a second embodiment according to claims 2 and 3 of the present invention. In the figure, 5 ° and 6 ° are a plurality of magnetic pole pieces extending in the axial direction so as to shorten the outer periphery of a disk-shaped electromagnetic steel plate, and to extend from its tip end 42 so as to face the inner peripheral surface of the magnet via a gap. Two sets of stator yokes 21 and 22 respectively. The ratio of the length h1 of the distance 42 between the inner surfaces of the two stay yoke constricted portions and the thickness h2 of the magnet 3 is set so that h2 / h1 = 0.7 to 0.9.
[0023]
The second embodiment is characterized in that the main magnetic pole portion of the conventional embodiment is eliminated, the outer periphery of the disk-shaped electromagnetic steel plate is shortened, and the magnetic pole piece is formed directly from the tip. It is possible to compensate for the decrease in magnetic permeability due to the processing distortion of the magnetic steel sheet, which has been a problem in the related art, and to suppress the vibration of the pole pieces.
[0024]
The magnetic flux from the magnet 3 passes through the pole pieces 21 and 22, passes through the throttle section 41, and flows to the stator yoke 5 {6}. Although the magnetic permeability of the narrowed portion 41 where processing distortion occurs is reduced, the narrowed portion 41 is located on the entire circumference of the disk shape, and the decrease in the magnetic permeability can be compensated for by increasing the cross-sectional area of the magnetic flux passage. It can be used without annealing. Also, the support of the pole piece is strengthened, so that motor vibration can be reduced.
[0025]
In addition, the ratio of the length h1 of the distance 42 between the inner surfaces of the two stay yoke constricted portions and the thickness h2 of the magnet 3 limits the leakage magnetic flux from the magnet 3 and maximizes the effective interlinkage magnetic flux of the motor. H2 / h1 = 0.7 to 0.9 can be said to be optimal.
[0026]
FIG. 8 shows the back electromotive force (6) and linkage magnetic flux (7) characteristics when a soft magnetic stainless steel sheet comprising 10 to 15% of chromium and 85 to 90% of iron is used as the material of the center yoke. Show. The electrical resistivity of a soft magnetic stainless steel plate is as high as 6300 (μΩ · m), while the electrical resistivity of general electromagnetic soft iron is 1400 (μΩ · m). As a result, as shown in the figure, it can be confirmed that the characteristics of both the back electromotive force and the interlinkage magnetic flux are improved in the entire rotational speed range from low speed to high speed.
[0027]
【The invention's effect】
The effects of the brushless DC motor of the present invention will be listed below.
(1) The opening angle of the pole pieces can be increased to increase the effective interlinkage magnetic flux of the motor.
(2) The pole piece of the first stator yoke and the second stator yoke can be arranged at 180 degrees, so that the effective interlinkage magnetic flux of the motor can be increased.
(3) The decrease in the area of the pole piece and the magnetic saturation can be minimized, and the effective interlinkage magnetic flux of the motor can be increased.
(4) The effective interlinkage magnetic flux of the motor can be increased without reducing the magnetic flux path.
(5) The decrease in magnetic permeability due to bending of the magnetic steel sheet is compensated for, and the effective interlinkage magnetic flux of the motor can be increased.
(6) The vibration of the motor can be suppressed by increasing the number of support portions of the pole pieces.
(7) By using a soft magnetic stainless steel plate for the center yoke, the effective interlinkage magnetic flux in the high-speed rotation region can be increased.
[0028]
As described above, according to the present invention, it is possible to manufacture a small, high-efficiency, low-vibration brushless DC motor while minimizing the cost. When the present invention is used for a small fan blower, the effect is large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a first embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a positional relationship diagram of the example of FIG.
FIG. 3 is an exploded perspective view relating to a second embodiment according to the present invention.
FIG. 4 is a positional relationship diagram of an example according to the related art.
FIG. 5 is an explanatory diagram of an example of a stator yoke corresponding to FIG.
FIG. 6 is an exploded perspective view of the example of FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a driving circuit according to a conventional technique.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of motor back electromotive force and linkage magnetic flux characteristics according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 2 Rotor yoke 3 Magnet 4 Motor shaft 5 First stator yoke 6 Second stator yoke 5 First stator yoke 6 Second stator yoke 7 Center yoke 8 Coil 9 Hall element 10 Electrical component 11 Printed wiring board 12 Slit 13 Main magnetic pole 14 Main magnetic pole 21 Magnetic pole piece 22 Magnetic pole piece 23 Bobbin 24 Coil 25 Terminal 31 Bearing 40 Bending part 41 Throttle part 42 Throttle end face 60 Motor part 61 Transistor 62 Transistor 63 Motor drive IC
64 DC power supply 65 Electrical related parts

Claims (3)

モータシャフトに取付けられたロータヨークと、該ロータヨークに取付けられ、円周方向に多極着磁されているリング状マグネットとを有するロータと、夫々中心から径方向外方に延び、その先端から該マグネットの内周面に対向して軸方向に延びる磁極片を備えマグネット磁極数の半数の主磁極を有し、該磁極片が互いに向き合い夫々の該主磁極が電気角でほぼ180度ずれるように回転中心に対して等間隔に配置されるステータヨークと、前記モータシャフトに軸受けを介して嵌合し、2組のステータヨークの中央部を連通して磁気的に短絡するためのセンターヨークと、該2組のステータヨークの前記主磁極で挟持され、前記磁極片でその外周が覆われるようにして設けられる円環状コイルと、磁電変換素子とを有し、前記マグネットの内周面に空隙を介して対向するように構成される前記ステータヨークと、駆動回路を搭載するプリント配線基板とを具備するラジアルエアギャップ形ブラシレスDCモータにおいて、前記2組のステータヨークを形成する前記磁極片の、夫々少なくとも一つが、該磁極片の先端方向に向かって磁極面積を減少せしめる切り欠きを備えることを、特徴とするラジアルエアギャップ形ブラシレスDCモータ。A rotor having a rotor yoke attached to the motor shaft, and a ring-shaped magnet attached to the rotor yoke and being multipolarly magnetized in a circumferential direction; each extending radially outward from the center, and A magnetic pole piece extending in the axial direction opposite to the inner peripheral surface of the main pole, and having half of the number of main magnetic poles of the magnetic pole pieces, the magnetic pole pieces facing each other and rotating so that the main magnetic poles are shifted by about 180 degrees in electrical angle. A stator yoke arranged at equal intervals with respect to the center, a center yoke fitted to the motor shaft via a bearing, and communicating the center of the two sets of stator yokes to magnetically short-circuit; An annular coil sandwiched between the main magnetic poles of two sets of stator yokes and provided so as to cover the outer circumference with the magnetic pole pieces, and a magnetoelectric conversion element; The two sets of stator yokes are formed in a radial air gap type brushless DC motor including the stator yoke configured to oppose an inner peripheral surface via a gap and a printed wiring board on which a drive circuit is mounted. A radial air gap type brushless DC motor, characterized in that at least one of the pole pieces is provided with a notch for reducing a pole area toward a tip end of the pole piece. モータシャフトに取付けられたロータヨークと、該ロータヨークに保持され、円周方向に多極着磁されているリング状マグネットとを有するロータと、円板状電磁鋼板の外周縁から、該マグネットの内周面に対向して軸方向に延びマグネット磁極数の半数の磁極片を有し、該磁極片が互いに向き合い電気角でほぼ180度ずれるように回転中心に対して等間隔に配置される2組のステータヨークと、前記モータシャフトに軸受けを介して嵌合し、該2組のステータヨークの中央部を連通して磁気的に短絡するためのセンターヨークと、該2組のステータヨークの円板状部で挟持され、磁極片でその外周が覆われるようにして設けられる円環状コイルと、磁電変換素子とを有し、該マグネットの内周面に空隙を介して対向するように構成されるステータと、駆動回路を搭載するプリント配線基板とを具備するし、前記リング状マグネットの厚みの、対向配置される2組のステーヨーク絞り部内面間距離に対する比が、0.7から0.9の範囲となるように形成されていること、を特徴とするラジアルエアギャップ形ブラシレスDCモータ。A rotor having a rotor yoke attached to a motor shaft, a ring-shaped magnet held by the rotor yoke and being multipolarly magnetized in a circumferential direction, and an inner periphery of the magnet formed from an outer peripheral edge of the disk-shaped electromagnetic steel plate. Two sets of magnetic pole pieces extending in the axial direction facing the surface and having half the number of magnet magnetic poles, the magnetic pole pieces facing each other and being equidistant from the center of rotation so as to be shifted by about 180 degrees in electrical angle. A stator yoke, a center yoke fitted to the motor shaft via a bearing, and communicating the center of the two sets of stator yokes for magnetically short-circuiting; An annular coil provided so that the outer periphery thereof is covered with the magnetic pole piece, and a magnetoelectric conversion element, and is configured to face the inner peripheral surface of the magnet via a gap. And a printed wiring board on which a drive circuit is mounted, and wherein the ratio of the thickness of the ring-shaped magnet to the distance between the inner surfaces of the two sets of stay yoke constricted portions arranged opposite to each other is 0.7 to 0.9. A radial air gap type brushless DC motor, wherein the brushless DC motor is formed to have a range. 前記センターヨークが、クロムが10〜15%、鉄が85〜90%からなる軟磁性ステンレス鋼板で形成されていること、を特徴とする請求項1から2のいずれかに記載のラジアルエアギャップ形のブラシレスDCモータ。The radial air gap type according to any one of claims 1 to 2, wherein the center yoke is formed of a soft magnetic stainless steel plate including 10 to 15% of chromium and 85 to 90% of iron. Brushless DC motor.
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