JP2003102156A

JP2003102156A - Ｄｃモータ

Info

Publication number: JP2003102156A
Application number: JP2001291614A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Shukuri; 陽一宿里; Yasushi Niwatsukino; 恭庭月野; Masamitsu Aizono; 譲光相園
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-04
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: JP3736407B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、モータの起動性を確保しながら、
コイルエンド長を変えずに薄型化を図り、誘起電圧をア
ップしてモータ性能を向上でき、振動・騒音を低減でき
るＤＣモータを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のＤＣモータは、突極２には、マ
グネットロータ５に面した端部にマグネットロータ５の
周方向長さ以下の長さの肉厚部７が形成され、突極２と
マグネットロータ５とのギャップが均一に形成されると
ともに、肉厚部７の高さがマグネットロータ５の回転方
向に徐々に高くなっていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、起動性に優れ、薄
型で、騒音．振動が少ないＤＣモータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ホール素子等の磁極位置セン
サを使用して磁極位置を検出し、この位置信号に基づき
電流方向を切り換えるようにドライバＩＣで制御するＤ
Ｃブラシレスモータは、電機子はモータ用コア（固定鉄
芯）の周りに巻線を巻いて構成され、コイルや磁極位置
センサを配置する必要からコイルエンド長を短くするの
は難しいとされてきた。しかし、最近は小型化・薄型化
に対する要求が高まりつつある。

【０００３】以下、従来のＤＣモータ用コアについて説
明する。図６（ａ）、（ｂ），図７（ａ）、（ｂ），図
８（ａ）、（ｂ）を用いて従来のＤＣモータ用コアの特
徴を説明する。図６（ａ）は従来の第１のＤＣモータの
構成図、図６（ｂ）は（ａ）のＤＣモータの断面図、図
７（ａ）は従来の第２のＤＣモータの構成図、図７
（ｂ）は（ａ）のＤＣモータの断面図、図８（ａ）は従
来の第３のＤＣモータの構成図、図８（ｂ）は（ａ）の
ＤＣモータの断面図である。

【０００４】まず、図６に示す従来の第１のＤＣモータ
は、コア１０１とマグネットロータ１０５とのギャップ
が均一な４極４スロットのＤＣモータであって、マグネ
ットロータ１０５が静止している状態を表している。コ
ア１０１としては、鉄損を低減し、モータ効率を向上す
るために透磁率が大きく、厚さがｔ＝０．２〜０．５ｍ
ｍ程度の珪素鋼鈑が一般的に用いられる。この鋼鈑を複
数枚積層したものがコア１０１であって、コア１０１の
中心の開口円板から放射状にのびる４本の腕の部分、テ
ィース１０３を備えている。このティース１０３には巻
線１０４が巻回される。巻線１０４としては銅線に薄い
絶縁皮膜を施したものが一般に使用される。ティース１
０３の先端側に設けられた突極１０２は、均一なギャッ
プを介してマグネットロータ１０５と対向してマグネッ
トロータ１０５内に配設されるが、できるだけマグネッ
トの磁束をコア１０１内に取りこみ、巻線１０４の巻線
可能な部分をできるだけ大きく確保するため、ティース
１０３に対し幅広の形状となっている。また、マグネッ
トロータ１０５を構成するマグネットとしては、永久磁
石となりうるフェライトや金属系磁性体（ＳｍＣｏ等）
が用いられる。このマグネットロータ１０５のマグネッ
トには、巻線１０４に電流を流して形成される電磁石と
の間で磁力が作用し吸引・反発によって回転方向にトル
クが発生し、マグネットロータ１０５を回転させる。

【０００５】ここで、従来の第１のＤＣモータは、コア
１０１とマグネットロータ１０５とのギャップが均一で
あるため、静止状態では磁力の関係からマグネットロー
タ１０５の磁極の切れ目である１０６が隣接する突極１
０２の中間に位置してしまう。従ってこの状態では、マ
グネットロータ１０５はコア１０１の中心に対し、回転
する方向の力のベクトルは発生せず、回転力に寄与しな
いコア１０１の中心に向かう方向か、離れる方向かどち
らかの力のベクトルしか発生しない。

【０００６】次に、図７に示す従来の第２のＤＣモータ
は、図６の第１のＤＣモータと比較すると、突極１０２
の形状が少し変更されている。これにより第１のＤＣモ
ータには起動時回転する方向の力のベクトルが発生しな
かったが、これが改善される。すなわち、従来の第２の
ＤＣモータは、突極１０２でマグネットロータ１０５の
回転方向（図では右回り）に対し、回転方向とは逆の側
の部分を削り取ったテーパ形状部１０７となっている。
従って、図６ではコア１０１とマグネットロータ１０５
とのギャップを均一にしていたのに対し、図７ではマグ
ネットロータ１０５の回転方向（図では右回り）に対し
逆方向に、１つの突極１０２の範囲内で、このギャップ
が徐々に大きく広がるように構成される。ギャップが拡
大すると磁束密度が下がるため、マグネットロータ１０
５の静止状態で、磁極の切れ目１０６が隣同士の突極１
０２の中間よりマグネットロータ１０５の回転方向にず
れて停止することになる。これによりコア１０１に施さ
れた巻線１０４に電流を流すことで発生する電磁石との
吸引・反発でマグネットロータ１０５は、静止状態から
回転方向に力のベクトルが発生する。この力のベクトル
で静止状態からマグネットロータ１０４は起動すること
ができる。

【０００７】また、図８に示す第３のＤＣモータは、シ
ールレスポンプ用のモータコアとして、上述した第２の
ＤＣモータのコア１０１を組込んだものである。１１１
は分離板でリング状の凹部形状を有し、この凹部空間内
にコア１０１を収容してシールする。これはシールレス
ポンプにおいては軸シールが設けられず、コア１０１を
含めて電機部全体をシールするために設けられる。第３
のＤＣモータでは、突極１０２の外周は、分離板１１１
の凹部壁に一部で接触させられながら突極１０２面を利
用し圧入固定されている。またマグネットロータ１０５
は、分離板１１１から突設された固定軸１１２に設けら
れたすべり軸受け１１３で回動自在に支持され、この周
りを摺動しながら回転する。すなわちマグネットロータ
１０５と固定軸１１２、すべり軸受け１１３は、すべて
ポンプの取扱い液体（通常は水）に浸かっている状態
で、すべり軸受け１１３の潤滑材はその取扱い液体が利
用される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように従来の第１のＤＣモータはモータの起動性が非
常に悪く、この起動性を向上させる必要から、第２のＤ
Ｃモータのように突極とマグネットロータの間のギャッ
プを一部広げると、ギャップが必要以上に大きくなって
しまう。これにより、第２のＤＣモータの回転時に逆に
誘起電圧が低下し、基本のモータ性能であるトルク及び
効率の低下が発生した。性能低下の原因はギャップを広
げることにある。そこで、これを補うためコアの積層枚
数を増やすと、モータの薄型化が図れないし、巻線が長
くなるため巻線抵抗が上昇して、巻線の損失が逆に上昇
し、反ってモータ効率が低下するというジレンマを有し
ていた。

【０００９】また、マグネットロータの着磁パターンが
矩形波もしくは台形波の場合、正弦波の場合よりモータ
の振動・騒音が大きくなる課題を有していた。

【００１０】次に、従来の第３のＤＣモータはシールレ
スポンプに用いられるため、図８のようにコアの突極面
を利用し圧入固定されるが、突極面が同心円状になって
いないと、接触が各突極の面で均等に生じるのではなく
偏り易く、圧入時に水平に圧入できなくなり、マグネッ
トロータが中心軸に対し傾いて回転し、振動・騒音の原
因となる課題を有していた。このとき第３のＤＣモータ
は、テーパ形状部１０７を形成されているため、水平に
圧入するのは更に困難になる。

【００１１】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、モータの起動性を確保しながら、コイルエンド長を
変えずに薄型化を図り、誘起電圧をアップしてモータ性
能を向上でき、振動・騒音を低減できるＤＣモータを提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のＤＣモータは、突極には、マグネットに面し
た端部にマグネットの周方向長さ以下の長さの肉厚部が
形成され、突極とマグネットとのギャップが均一に形成
されるとともに、肉厚部の高さがマグネットロータの回
転方向に徐々に高くなっていることを特徴とする。

【００１３】これにより、モータの起動性を確保しなが
ら、コイルエンド長を変えずに薄型化を図り、誘起電圧
をアップしてモータ性能を向上でき、振動・騒音を低減
できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、複数のマグネットを備えたマグネットロータと、マ
グネットの内周側に設けられ、該マグネットに対向する
複数の突極を有するとともにティースが巻線されたコア
を備えたＤＣモータであって、突極には、マグネットに
面した端部にマグネットの周方向長さ以下の長さの肉厚
部が形成され、突極とマグネットとのギャップが均一に
形成されるとともに、肉厚部の高さがマグネットロータ
の回転方向に徐々に高くなっていることを特徴とするＤ
Ｃモータであるから、コアとマグネットとのギャップが
均一であり、肉厚部の高さが各突極の範囲で、マグネッ
トロータの回転方向に徐々に高くなって静止時のマグネ
ットロータの磁極の切れ目を隣同士の突極の中間より回
転方向にずらすことができ、コアとマグネットのギャッ
プを最小にすることができる。突極の形状を同心円状に
することができるため、起動性、トルク、効率等のモー
タ性能を確保しながら薄型化が図れ、さらにシールレス
ポンプの駆動源として適用した場合にはコアが偏りなく
圧入固定でき、振動・騒音を低減も図れるという作用を
有する。

【００１５】請求項２に記載の発明は、肉厚部が、突極
の中心位置より回転方向に進んだ位置まで高さが高くな
り、該位置を最大高さとしてそれ以降高さが低くなる輪
郭を備えたことを特徴とする請求項1記載のＤＣモータ
であるから、ＤＣモータのコギングトルク及び回転トル
クのむらを低減し、モータの振動・騒音を改善が図れる
という作用を有する。

【００１６】請求項３に記載の発明は、肉厚部の輪郭が
正弦波状の形状を備えたことを特徴とする請求項２記載
のＤＣモータであるから、ＤＣモータのコギングトルク
及び回転トルクのむらを低減し、モータの振動・騒音を
改善が図れるとともに、等方性マグネットとして簡単に
製造することができる。

【００１７】（実施の形態１）以下、本発明の実施の形
態１のＤＣモータについて図１〜５を用いて説明する。
図１（ａ）は本発明の実施の形態１におけるＤＣモータ
の構成図、図１（ｂ）は（ａ）のＤＣモータの断面図、
図２（ａ）は図１の1スロット部分を拡大したＤＣモー
タの断面図、図２（ｂ）は（ａ）の突極の肉厚部の側面
図、図３は本発明の実施の形態１のＤＣモータの誘起電
圧の回転数依存性比較図である。

【００１８】図１（ａ）、（ｂ）において、１はコア、
２は突極、３はティース、４は巻線、５はマグネットロ
ータ、６は磁極の切れ目である。コア１、突極２、ティ
ース３、巻線４、マグネットロータ５、磁極の切れ目６
は、従来の技術のコア１０１、突極１０２、ティース１
０３、巻線１０４、マグネットロータ１０５、磁極の切
れ目１０６に対応したもので、説明は従来の技術に譲り
省略する。７は突極２の端部に形成されたコア１自身の
厚みより厚くした肉厚部である。肉厚部７は、肉厚を出
すため板材から削り出して構成しても良いし、コア１の
ティース３を端部で折り曲げて構成するのでもよい。肉
厚部７は、各突極２の外周縁でＬ字状に立ち上がるとと
もに、各突極２の周方向幅内でマグネットロータ５の回
転方向に徐々に高くなるように形成されている。図２
（ｂ）において、８は肉厚部７の高さが直線的に増加す
る側面形状である。

【００１９】ところで、従来の第２のＤＣモータは、各
突極１０２の外周にテーパ形状部１０７を設けること
で、マグネットロータ１０５が静止したとき磁極の切れ
目１０６を隣接する突極１０２の中間位置より回転方向
にずらし、起動性を上げていた。しかし、本実施の形態
１のＤＣモータは各突極２の端部に肉厚部７を設け、肉
厚部７の高さを側面形状８のようにマグネットロータ５
の回転方向に直線的に徐々に高くするため、周方向の磁
束密度に差が生じ、マグネットロータ５が静止したとき
磁極の切れ目６を隣接する突極１の中間位置より回転方
向にずれさせることができ、これによって起動性を確保
できる。

【００２０】静止位置が突極１の中間位置よりずれて停
止する状態を拡大して示したのが図２の拡大図である。
そして、ＤＣモータの厚さ方向の幅を従来と同等にし、
同じ巻線仕様（φ０．１２ｍｍ−１５０ターン／スロッ
ト）にした状態での誘起電圧を比較したものが図３であ
る。図３において、９は従来のコア１０１での誘起電圧
を示し、１０は本実施の形態１のコア１での誘起電圧を
示す。図３から分かるように、実施の形態１のコア１が
示す誘起電圧１０は、従来のコア１０１の誘起電圧より
約２０％大きくなることがわかる。これは、肉厚部７に
よるコア１の突極２の面積が大きくなった分だけ性能が
上がり、さらに、従来のコア１０１のようにテーパ形状
部１０７の大きなギャップによって磁束密度を下げて停
止位置をずらすのではなく、側面形状８の高さを周方向
に増して磁束数を増して停止位置をずらすことに起因す
る。この誘起電圧の上昇により、同じ巻線仕様で従来の
ＤＣモータより本実施の形態１のＤＣモータによりモー
タの効率が、１０％から１２％に改善される。

【００２１】次に、実施の形態１のＤＣモータをシール
レスポンプに適用した場合の説明を行う。図４は本発明
の実施の形態１におけるＤＣモータをシールレスポンプ
の駆動源とした場合の構成図である。１１は分離板、１
２は固定軸、１３はすべり軸受けである。分離板１１、
固定軸１２、すべり軸受け１３は、従来のＤＣポンプの
分離板１１１、固定軸１１２、すべり軸受け１１３に対
応したもので、ここでは説明を省略する。

【００２２】実施の形態１のＤＣモータをシールレスポ
ンプに適用する場合、コア１を含めた電動部をポンプの
取り扱い液体から隔離する分離板１１に、コア１の突極
２の周囲と接触しながら圧入固定させる。突極２面がマ
グネットロータ５と同心円状になっているため、接触が
各突極の面で均等に行われ、圧入時水平に挿入され、偏
って圧入されることがない。従って、マグネットロータ
５が中心軸に対し傾いて回転することはなく、固定軸１
２に対して垂直に回転し、マグネットロータ５の圧入が
振動・騒音の原因になることはない。騒音値の実測を行
うと、図８に示した従来の第３のＤＣモータを運転した
時、第３のＤＣモータから５０ｃｍの距離において、２
９ｄＢＡであったのに対し、本実施の形態１のＤＣモー
タでは２７ｄＢＡまで低減することができた。

【００２３】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２について図５に基づいて説明する。実施の形態２の
ＤＣモータは実施の形態１のＤＣモータと圧肉部の形状
が異なるだけで、その余の構成は実施の形態１と同様で
あるから、実施の形態１で使用した符号及びその説明を
流用し、特徴である圧肉部の形状以外の詳細な説明は省
略する。図５は本発明の実施の形態２におけるＤＣモー
タのマグネットロータと対向する側からみた時のモータ
用コアの展開図である。図１（ａ）、（ｂ），図３，図
４（ａ）、（ｂ）も以上の理由から参照する。

【００２４】図１（ａ）、（ｂ），図５において、１４
は実施の形態２のＤＣモータのコア１の肉厚部、１５は
肉厚部１４の回転方向側の端部に形成された縮小部、１
６は突極２の中心位置、１７は肉厚部１４の正弦波状の
輪郭線である。実施の形態２の肉厚部１４は、実施の形
態１のＤＣモータのように側面形状８がマグネットロー
タ５の回転方向に対し、高さを増し徐々に肉厚になるだ
けではなく、輪郭線に縮小部１５を設け、回転方向側の
端部が削れていることを特徴とする。すなわち、各突極
１の中心位置１６に対し、回転方向側に肉厚部１４の最
も肉厚な位置を設けるとともに、端部に縮小部１５を設
けるものである。図５に示すように、肉厚部１４の輪郭
を正弦波状の輪郭線１７にするのがもっともが、完全な
正弦波でなくとも、起動性を損なわないことを限度にし
て正弦波に近似した輪郭線を採用するのでもかまわな
い。

【００２５】マグネットロータ５のマグネットの部分を
等方性マグネットで製造すると、製造が簡単になるが、
着磁パターンが矩形波もしくは台形波になる。しかし、
矩形波や台形波のような着磁パターンの場合、トルクに
大きなリップルが生じ、騒音・振動の原因となる。しか
し、実施の形態２においては肉厚部１４を正弦波状の輪
郭線１７にしたため、誘起電圧がほぼ正弦波に近似した
波形となり、リップルが小さくなる。これによって、Ｄ
Ｃモータのコギングトルク及び回転トルクのむらを低減
することができる。

【００２６】本実施の形態２のＤＣモータをシールレス
ポンプに適用して騒音値を実測すると、上述した実施の
形態１のシールレスポンプが２７ｄＢＡにまで低減した
のに加え、さらに１ｄＢＡ低減し、２６ｄＢＡまで騒音
値を低減することができた。また、等方性マグネットで
簡単に製造でき、トルク、効率等のモータ性能に優れた
安価なＤＣモータを提供できる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明のＤＣモータによれ
ば、起動性やトルク、効率等のモータ性能を確保すると
ともに、薄型化を図ることができる。また、シールレス
ポンプの駆動源として本発明のＤＣモータを適用した場
合、コアが水平に圧入固定され、振動・騒音を低減する
ことができる。また、ＤＣモータのコギングトルク及び
回転トルクのむらを低減し、ＤＣモータの振動・騒音を
改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるＤＣモー
タの構成図（ｂ）（ａ）のＤＣモータの断面図

【図２】（ａ）図１の1スロット部分を拡大したＤＣモ
ータの断面図（ｂ）（ａ）の突極の肉厚部の側面図

【図３】本発明の実施の形態１のＤＣモータの誘起電圧
の回転数依存性比較図

【図４】本発明の実施の形態１におけるＤＣモータをシ
ールレスポンプの駆動源とした場合の構成図

【図５】本発明の実施の形態２におけるＤＣモータのマ
グネットロータと対向する側からみた時のモータ用コア
の展開図

【図６】（ａ）従来の第１のＤＣモータの構成図（ｂ）（ａ）のＤＣモータの断面図

【図７】（ａ）従来の第２のＤＣモータの構成図（ｂ）（ａ）のＤＣモータの断面図

【図８】（ａ）従来の第３のＤＣモータの構成図（ｂ）（ａ）のＤＣモータの断面図

【符号の説明】

１，１０１コア２，１０２突極３，１０３ティース４，１０４巻線５，１０５マグネットロータ６，１０６磁極の切れ目７肉厚部８側面形状９，１０誘起電圧１１，１１１分離板１２，１１２固定軸１３，１１３すべり軸受け１４肉厚部１５縮小部１６中心位置１７正弦波状の輪郭線１０７テーパ形状部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者相園譲光大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H002 AA01 AA04 AB01 AE07 5H019 AA01 AA03 AA06 AA08 CC04 DD01 EE01 EE14 5H621 AA01 GA01 GA04 GA12 HH01 JK04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のマグネットを備えたマグネットロー
タと、前記マグネットの内周側に設けられ、該マグネットに対
向する複数の突極を有するとともにティースが巻線され
たコアを備えたＤＣモータであって、前記突極には、前記マグネットに面した端部に前記マグ
ネットの周方向長さ以下の長さの肉厚部が形成され、前記突極と前記マグネットとのギャップが均一に形成さ
れるとともに、前記肉厚部の高さがマグネットロータの
回転方向に徐々に高くなっていることを特徴とするＤＣ
モータ。
【請求項２】前記肉厚部が、前記突極の中心位置より前
記回転方向に進んだ位置まで高さが高くなり、該位置を
最大高さとしてそれ以降高さが低くなる輪郭を備えたこ
とを特徴とする請求項1記載のＤＣモータ。
【請求項３】前記肉厚部の輪郭が正弦波状の形状を備え
たことを特徴とする請求項２記載のＤＣモータ。