JP2663177B2 - 偏平ブラシレスモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ステータコアの外周面とロータマグネット
の内周面をエアギャップを介して対向させる周対向型の
偏平ブラシレスモータの構造に関する。

〔従来の技術〕

スピンドルモータ等の偏平ブラシレスモータとして、
ハウジング内に軸（スピンドル）を回転自在に軸支し、
前記ハウジングに放射状のステータコアを固定するとと
もに該ステータコアの各突極部にコイルを巻装し、前記
軸に、ロータヨークおよびロータマグネットから成る外
転式のロータを固定する構造の周対向型の偏平ブラシレ
スモータが、例えば、特開昭64−19949号に開示されて
いる。

この種のモータは、レーザーディスクのスキャナー等
の高精度で軸支し、回転駆動するのに好適なものであ
る。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕

偏平ブラシレスモータにあっては、これが使用される
精密機器の軽量小型化に呼応して薄型化および高トルク
化が要請され、同時に、高トルクを維持しながら、低コ
ギング化およびコストダウンを図ることも要請されてい
る。

しかし、従来の構造では、薄型で高出力を維持するこ
ととコストダウンを図ることは全く相反する性質のもの
であり、これらを両立させることは極めて困難であっ
た。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたも
のであり、薄型で高トルクを維持しながら、低コギング
化およびコストダウンを図り得るスピンドルモータ型の
偏平ブラシレスモータを提供することを目的とする。

〔課題解決のための手段〕

本発明は、ハウジング内に軸を回転自在に軸支し、前
記ハウジングに放射状のステータコアを固定するととも
に該ステータコアの各突極部にコイルを巻装し、前記軸
にロータヨークおよびロータマグネットから成る外転式
のロータを固定して成る偏平ブラシレスモータにおい
て、前記マグネットをラバーマグネットで形成し、前記
ステータコアの前記突極部の数を９に、前記マグネット
の円周方向の磁極数を６に、それぞれ設定する構成によ
り、薄型で高出力を維持しながら、コストダウンを図り
得る偏平ブラシレスモータを提供するものである。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明による偏平ブラシレスモータの中央縦
断面図であり、第２図は第１図中の線II−IIに沿った横
断面図である。

第１図および第２図において、ハウジング（軸受ハウ
ジング）１の中心部には、軸受２、２を介して、軸（ス
ピンドル）３が回転自在に軸支されている。

ハウジング１の外周には、放射状のステータコア４が
固定されており、該ステータコア４には所定数のコイル
９が巻装されている。

第３図は前記ステータコア４およびコイル９の部分斜
視図である。

このステータコア４は打抜き鋼板を積層して構成さ
れ、その円周方向等間隔の位置に複数の突極部５が形成
されている。各突極部５の間にはスロット（溝）６が形
成されている。

各突極部５は巻線部７と先端拡大部８を有し、巻線部
７に前記コイル９が巻装されている。

一方、前記軸３の一端部には、カップ状のロータヨー
ク10が固定され、該ロータヨーク10の周囲の内面には環
状のロータマグネット11が固定されており、これらロー
タヨーク10およびロータマグネット11によって外転式の
ロータが構成されている。

第４図は前記ロータの斜視図である。

前記ロータマグネット11は、永久磁石から成り、円周
方向に複数の磁極（Ｎ極、Ｓ極）が形成されている。

前記ハウジング１には、前記ステータコア４と平行
に、前蓋12が固定されている。

この前蓋12の内面（ロータマグネット11側の面）に
は、回路基板13が接合されている。

第５図は前記前蓋12の内面側の斜視図である。

前記回路基板13には、前記ロータマグネット11の磁極
を検出するためのホール素子14、並びに該ホール素子14
の出力信号に応じて各コイル９に順次電流を流していく
駆動回路等が設けられている。

前記コイル９の励磁には３相巻線方式（Ｕ、Ｖ、Ｗ）
が採用されている。

第６図は各コイル９の結線状態を示す図である。

そこで、本発明によれば、ハウジング１内に軸３を回
転自在に軸支し、前記ハウジング１に放射状のステータ
コア４を固定するとともに該ステータコア４の各突極部
５にコイル９を巻装し、前記軸３にロータヨーク10およ
びロータマグネット11から成る外転式のロータを固定し
て成る偏平ブラシレスモータにおいて、前記マグネット
をラバーマグネットで形成し、前記ステータコアの前記
突極部の数を９に、前記マグネットの円周方向の磁極数
を６に、それぞれ設定する構成が採用される。

前記ロータマグネット11を形成するラバーマグネット
は、フェライト粉等の磁性粉をゴムに混入して分散さ
せ、該ゴムを加硫成形して環状の磁性ラバー部材を形成
した後、これを所定の磁極配列に着磁して永久磁石化し
たものである。

上記構成の偏平ブラシレスモータによれば、まず、ロ
ータマグネット11を前記ラバーマグネットで形成するの
で、従来のフェライトあるいはプラスチックマグネット
に比べ、加工設備、加工工程および材料費の全ての点で
安価に製造することができ、マグネット11として大幅な
コストダウンを図ることができた。

また、ラバーマグネット11を使用することにより、プ
ラスチックマグネットの欠点を解消し、次のような利点
が得られる。

すなわち、プラスチックマグネットにおいては、磁性
粉混入のプラスチックをモールド内で注入成形する時、
ゲート間のウエルドライン部（溶融プラスチックの流動
先端部がモールド内で出会う場所）で着磁分布に磁化の
乱れが生じるという欠点、さらには、成形時にラジアル
方向の異方性磁界をかける際にプラスチックの流れ具合
いによって異方性の配向ムラが生じやすいため、着磁分
布の各極のフォームおよび磁束密度のピークにバラツキ
が生じ易くコギングトルクの値およびそのバラツキが大
きいという欠点があった。

また、焼結フェライトのマグネットの場合も、環状の
ものを圧搾成形するので、ラジアル方向の異方性磁界を
かける際にある程度の着磁の配向ムラが生じ、プラスチ
ックマグネットほどではないが、やはり、コギングトル
クの値およびそのバラツキは小さくなかった。

これに対し、ラバーマグネットにおいては、大きなシ
ート状で厚さ方向に均一な磁場をかけて製造したものを
帯状にカットし、環状に湾曲させて、両端を接合すると
いう製造方法が採用されるので、異方性の配向ムラが極
めて小さく、その結果、着磁の各極のフォームおよび磁
束密度のピークも揃っており、コギングトルクの値およ
びそのバラツキも少ないという利点が得られた。

第８図は、プラスチックマグネット（Ａ）およびラバ
ーマグネット（Ｂ）の円周方向のマグネット表面磁束密
度分布を示すグラフであり、第９図はプラスチックマグ
ネット（Ａ）およびラバーマグネット（Ｂ）のロータ回
転角に対するコギングトルクの変動状態を示すグラフで
ある。

第８図（Ａ）において、αは前述のプラスチックマグ
ネットの場合の磁束密度のピーク値のムラの大きさを示
し、βは前述のウエルドラインによる磁束分布の乱れの
状態を示す。

第８図の（Ｂ）はラバーマグネットの場合を示し、各
極の着磁形状および磁束密度ピーク値が揃っていること
がわかる。

第９図の（Ａ）において、プラスチックマグネットの
場合、第８図の（Ａ）のような磁束分布のために、コギ
ングトルク値自体が大きく、さらに、コギングトルクの
ピーク値が不揃いでそのバラツキｘ、ｙが大きくなって
いる。

これに対し、ラバーマグネットの場合は、第９図の
（Ｂ）に見られるように、第８図の（Ｂ）のような磁束
分布のため、コギングトルクの値が小さく、そのバラツ
キも少ないものになっている。

また、ステータコア４の突極部５の数を９にするとと
もにロータマグネット11の磁極数を６とし、従来の種の
モータにおける６スロット（突極部５の数と同じ）およ
び４磁極の構造より磁束数を増大させたので、他の条件
が同じとすれば、磁束エネルギーを増大させて出力トル
クの向上を図ることができる。

一般に、起動トルクを大きくするためには磁極数を多
くする必要があり、トルク特性の直線性を良く（高速向
き）するには磁極数を少なくする必要がある。

第７図は、スロット数および磁極数に対する前記起動
トルクの大きさおよび直線性の良否の特性を示すグラフ
である。

一般に、コイルインダクタンスにより整流開始時の電
流の立上がりが遅れることから、多極モータでは高回転
域でのトルク特性の直線性が低下する傾向がある。

このため、高速モータではスロット数および磁極数を
余り多くすることは得策でなく、おのずから限度があ
る。

本発明においては、前述のように起動トルクの確保お
よびトルク特性の直線性の両方のバランスを考慮して、
突極部５の数（スロット６の数と同じ）が９に、ロータ
マグネット11の磁極数が６に、それぞれ選定された。

ところで、前記ラバーマグネット11は、従来のフェラ
イト等の永久磁石に比べ、一般に磁束密度が小さく、そ
のままでは出力トルクが従来構造より低下することにな
る。

しかし、本発明の構成においては、前記突極部５の数
およびロータマグネット11の磁極数を９および６に増や
して磁束数を増大させたので、上記ラバーマグネット11
を使用しても全体としての有効磁束数は同程度以上に確
保することができる。

したがって、本発明の構成によれば、出力トルクを充
分に確保しながら、ロータマグネット11としてラバーマ
グネットを使用することにより、低コギング化ととも
に、大幅なコスト節減を達成することができた。

さらに、前記磁束数の増加による出力トルクの増大を
利用すれば、トルクを充分に確保しながらモータの薄型
化も図ることができ、例えば、ステータコア４の外径Ｄ
が40mm〜80mmの範囲内の時、該ステータコア４の厚さＴ
を4mm〜8mmの範囲まで低減することができ、従来構造の
ものに比べ、厚さで約20％〜30％減少させることができ
た。

また、ステータコア４の突極部５の形状、寸法につい
ては、先端拡大部８の外周面積と巻線部７の断面積との
比を、従来構造より小さ目に設定し、２〜４に選定する
ことが好ましい。

その理由は、前述のごとく、磁束通路の数を増やした
こともあって、巻線部７の漏洩磁束が増えて損失が生じ
易くなる傾向が生じるが、前述のように、巻線部７の断
面積を相対的に大きくすれば、漏洩磁束を無くすか減少
させることによりエネルギー効率を向上させ得るからで
ある。

すなわち、外径Ｄが40mm〜80mmで、厚さＴが4mm〜8mm
程度の偏平で薄いステータコアでは、トルク確保のため
コイル体積を大きくして巻線部７を細くすると、先端拡
大部８の該巻線部７に対する断面積比が大きくなり、ト
ルクが大きい領域でコアの磁気飽和が生じる。

その結果、このトルクの大きい領域でのトルク特性の
非直線性が現われてトルク低下が生じる。

これらのことから、巻線部７に対する先端拡大部８の
断面積比は、トルク低下を阻止する点から、2:1〜4:1の
範囲が最適である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなごとく、本発明によれば、ハ
ウジング内に軸を回転自在に軸支し、前記ハウジングに
放射状のステータコアを固定するとともに該ステータコ
アの各突極部にコイルを巻装し、前記軸にロータヨーク
およびロータマグネットから成る外転式のロータを固定
して成る偏平ブラシレスモータにおいて、前記マグネッ
トをラバーマグネットで形成し、前記ステータコアの前
記突極部の数を９に、前記マグネットの円周方向の磁極
数を６に、それぞれ設定する構成にしたので、薄型で高
出力を維持しながら、低コギング化およびコストダウン
を図り得る偏平ブラシレスモータが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による偏平ブラシレスモータの一実施例
の縦断面図、第２図は第２図中の線II−IIに沿った横断
面図、第３図は第１図中のステータコアおよびコイルの
部分斜視図、第４図は第１図中の軸およびロータの斜視
図、第５図は第１図中の前蓋の内側斜視図、第６図は第
２図中の各コイルの結線状態を示す配線図、第７図は極
数に対する起動トルクの大きさおよびトルク特性の直線
性を示すグラフ、第８図および第９図はそれぞれプラス
チックマグネットとラバーマグネットの磁束密度分布お
よびコギングトルクを示すグラフである。 １……ハウジング、３……軸（スピンドル）、４……ス
テータコア、５……突極部、９……コイル、10……ロー
タヨーク、11……ロータマグネット、Ｄ……ステータコ
アの外径、Ｔ……ステータコアの厚さ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−162468（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−153268（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−23712（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジング内に軸を回転自在に軸支し、前
   記ハウジングに放射状のステータコアを固定するととも
   に該ステータコアの各突極部にコイルを巻装し、前記軸
   にロータヨークおよびロータマグネットから成る外転式
   のロータを固定して成る偏平ブラシレスモータにおい
   て、前記マグネットをラバーマグネットで形成し、前記
   ステータコアの前記突極部の数を９に、前記マグネット
   の円周方向の磁極数を６に、それぞれ設定することを特
   徴とする偏平ブラシレスモータ。