JPH0678506A - ラジアル型アウターロータ方式ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】振動の少ない小型化が可能なブラシレスモータ
を提案する。 【構成】アウターロータ側に取り付けられた円筒状磁石
４０の極数２ｐと、ステータ側ヨークホルダ３１に取り
付けられた界磁コイル数ｎとの関係が、２ｐ：ｎ＝４：
３若しくは２ｐ：ｎ＝１０：６の整数倍に選定され、界
磁コイルはコイル導体で形成されたシート状コイル３５
が使用されると共に、内部に配された上記ヨークホルダ
３１が中空有底筒状体として構成され、この中空有底筒
状体によって形成される内部空間５０に回路基板２３な
どが内装できるようにした。シート状コイル３５はヨー
クホルダ３１の外周面に貼着されるのでモータ駆動用と
して供給されるスイッチング電流によってシート状コイ
ルが振動するようなことはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、振動を嫌うヘッドホ
ンタイプのテープレコーダなどに適用して好適なラジア
ル型アウターロータ方式のブラシレスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘッドホンタイプのテープレコーダなど
では内部より発生する振動を極力避けるため通常はテー
プ駆動用モータとしてアキシャル型ブラシレスモータが
使用される場合が多い。

【０００３】アキシャル型ブラシレスモータは回転軸と
平行にフラックス（界磁磁束）が発生するタイプのモー
タであって、図１１にその一例を示す。その構成を簡単
に説明すると、１１はモータハウジングであり、これに
軸受け取付部材１２が固定される。回転軸１３は軸受け
（オイルレスメタル）１４を介して取付部材１２に支承
される。

【０００４】回転軸１３の上端部には筒状のプーリを配
したホルダ１５が取り付け固定され、このホルダ１５の
一端部側にロータケース１６が取り付けられ、ここに所
定の極数に着磁された円板状磁石１７が載置固定され
る。

【０００５】磁石１７はロータマグネットとして機能
し、この磁石１７と対向するように所定の間隙を隔てて
界磁コイルとしてのコイル基板１９が固定される。コイ
ル基板１９はコイル導体を所定のパターンに形成したも
のである。

【０００６】コイル基板１９は図のようにモータハウジ
ング１１に固定される。１８は磁気回路を構成するヨー
クであり、２０は駆動ベルトである。このように構成さ
れたモータ１０は装置キャビネット２１の内部に設けら
れたシャーシ２２に固定されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このアキシャル型ブラ
シレスモータ１０の場合には小型偏平構成であるため、
ヘッドホンタイプのテープレコーダなどのように小型電
子機器に適用して好適であるが、この種ブラシレスモー
タ１０ではコイル基板１９の厚みが０．４ｍｍ程度と、
非常に薄い。

【０００８】また、ブラシレス構成とするため界磁コイ
ルには３相のスイッチング電流（モータ駆動電流）が供
給されるが、このスイッチング電流によってコイル基板
１９自体が振動する場合がある。この振動は騒音となる
から上述したような小型テープレコーダなどに搭載する
場合にはこの騒音が非常に問題となる。

【０００９】次に、磁石１７には所定の極数を持つよう
に着磁処理しなければならない。極数が多くなればなる
ほど極間ピッチが狭くなるため、着磁処理は極数に比例
して難しくなり、また小型化に比例して難しくなる。特
に小型化を指向し、かつ極数も多いものが必要なときに
は極間ピッチを一層狭くしなければならないため、それ
だけ着磁処理が難しくなる。

【００１０】さらに、アキシャル型であるためロータケ
ース１６の上面に磁石１７が配置され、その上面にコイ
ル基板１９が、さらにその上面に磁気回路構成用のヨー
ク１８が配置される関係上、回路基板（図示せず）はブ
ラシレスモータ１０の外側に配置せざるを得ない。した
がって、回路基板などをも考え併せるとブラシレスモー
タ１０自体をさほど小型化できないのが現状である。

【００１１】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、騒音が少なくしかも着磁処理
が容易で小型化を達成できるラジアル型でアウターロー
タ方式のブラシレスモータを提案するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、この発明においては、アウターロータ側に取り付け
られた円板状磁石の極数２ｐと、この磁石と対峙するよ
うにステータ側ヨークホルダに取り付けられた界磁コイ
ル数ｎとの関係が、２ｐ：ｎ＝４：３若しくは２ｐ：ｎ
＝１０：６の整数倍に選定され、上記界磁コイルはコイ
ル導体で形成されたシート状コイルが使用されると共
に、内部に配された上記ヨークホルダが中空有底筒状体
として構成され、この中空有底筒状体によって形成され
る内部空間に回路基板などが内装なされたことを特徴と
するものである。

【００１３】

【作用】図１において、ステータ側に配されたヨークホ
ルダ３１の外周面にシート状コイル３５が取り付けられ
る。シート状コイル３５はヨークホルダ３１に貼着され
ているからシート状コイル３５に形成された界磁コイル
（コイル導体部）３８（図６）にスイッチング電流を供
給してもこれによってシート状コイル３５が振動するよ
うなことはない。

【００１４】シート状コイル３５と対向するアウターロ
ータ側に磁石４０が取り付けられているので、磁石４０
の円周長が比較的長くなり、これによって円周方向に対
する着磁が容易になる。

【００１５】アウターロータ方式であるため、ステータ
側のヨークホルダ３１の形状の選び方によっては比較的
広い内部空間５０を作ることができる。この内部空間５
０に回路基板２３などが内装される。回路基板２３はブ
ラシレスモータを制御するための基板などであるから、
これによって、装置への装着の際の省スペース化を実現
できる。

【００１６】

【実施例】続いて、この発明に係るラジアル型アウター
ロータ方式のブラシレスモータの一例を、図面を参照し
て詳細に説明する。

【００１７】図１はこの発明に係るラジアル型アウター
ロータ方式ブラシレスモータ３０の一例を示す縦断面図
である。

【００１８】この発明に係るブラシレスモータ３０はア
ウターロータ方式であるから、内部にステータの構成部
材が配される。そのため、図１のようにモータハウジン
グ１１には軸受け取付部材１２が固定され、回転軸１３
はオイルレスメタルなどで構成された軸受け１４を介し
て取付部材１２に固定される。

【００１９】取付部材１２を囲暁するようにその外周に
はヨークホルダ３１が配され、これがモータハウジング
１１に固定される。ヨークホルダ３１は図のように中空
有底筒状体として構成され、有底部がモータハウジング
１１側に載置される。

【００２０】ヨークホルダ３１の外周面の一部には円周
方向に沿って凹部３２が一周するように形成され、ここ
に円板状で薄板状のヨーク３３が積層されて収納され
る。この例では８枚積層されている。ヨーク３３を薄板
状にして積層合体したのはうず電流損を少なくするため
である。

【００２１】積層状態で収納されたヨーク３３を覆うよ
うにしてヨークホルダ３１の外周面には界磁コイルとし
て機能する所定幅のシート状コイル３５が貼着固定され
る。シート状コイル３５はヨークホルダ３１の外周面に
貼着できるようにフレキシブルなコイル基板３９（図
６）が使用される。コイル基板３９の厚みは、一例とし
て０．２〜１．０ｍｍ程度である。このシート状コイル
３５の給電端子部３７はステータ側より折り曲げられて
モータハウジング１１に固定される。

【００２２】シート状コイル３５と対峙するようにアウ
ターロータの構成部材が配置される。そのため、回転軸
１３の先端部に取り付け固定されたホルダ１５には筒状
のケース４１が取り付けられ、その内面にリング状をな
す所定幅の磁石４０が取り付け固定される。この場合、
磁石４０はシート状コイル３５と僅かな間隙をもって対
峙するように夫々の相対的位置関係が選定される。

【００２３】ホルダ１５はプーリとしても機能し、この
プーリ部を介して駆動ベルト２０によりモータの回転力
が被駆動部に伝達される。上述したシート状コイル３５
と磁石４０との関係については後述する。

【００２４】上述したようにヨークホルダ３１として図
のように中空でしかも有底筒状体を使用した場合にはス
テータ内には図に示すような内部空間５０ができる。こ
の内部空間５０にブラシレスモータ３０を駆動するに必
要な回路部品をマウントした回路基板２３などが収納固
定される。図では回路基板２３を１枚だけ収納した例で
あるが、複数枚の回路基板を収納できる他、その他の回
路部品や部材を収納することもできる。

【００２５】これ以外の内部空間５０の利用法として
は、例えば高精度モータのときの精密軸受け機構の装着
がある。つまり、軸精度が高いものを要求されるブラシ
レスモータ３０であるときには内部空間５０を利用して
これら回路基板２３などに代えて精密軸受け機構をヨー
クホルダ内に配置すればよい。これによって、モータ自
体を大きくすることなく高精度のモータを構成できる。

【００２６】この発明に係るブラシレスモータ３０の極
数２ｐと界磁コイル数ｎとの関係は、２ｐ：ｎ＝４：３
若しくは２ｐ：ｎ＝１０：６の整数倍に選定される。

【００２７】前者（２ｐ：ｎ＝４：３）の構成を採用し
たモータの原理を展開図を示す図２を用いて、以下に説
明する。

【００２８】図２（ａ）に示されるリング状の磁石４０
は、３６０度の全周にわたるように均等に４極配される
ので、極ピッチが９０度（３６０度÷４＝９０度）とな
る位置関係で配される。この各磁極の幅を同図で示すよ
うにｌとした場合、これに対向して設けられるシート状
コイル３５のコイル幅（隣合う前後のコイル辺のピッ
チ）もこの例では同図（ｂ）に示すように略ｌに選定さ
れる。これは効率の良い、いわゆる全節巻に相当する。

【００２９】したがって、ｕ，ｖ，ｗの３相のコイルが
それぞれ隣合うコイルと３０度（（３６０度−９０度×
３）÷３＝３０度）の位相差をもって配列することとな
るので、このそれぞれ隣合うコイルのスペースを有効に
利用することができる。

【００３０】例えば、回転トルクを稼ぐために、同一面
でのコイル巻数を増やしたり、また同じ目的で詳細は後
述するがシート状コイル３５の表面および裏面にもコイ
ルを配するとともに表裏を電気的に接続するためのスル
ーホールを設けるスペースとしても利用できる。スルホ
ール構成ではシート状コイル３５の上下方向の寸法を低
く設定できる。

【００３１】このような磁石４０とシート状コイル３５
の相対的な位置関係において、磁石４０が図面中矢印方
向に移動した場合、シート状コイル３５の各コイルｕ，
ｖ，ｗにそれぞれ発生する起電力は図２（ｃ）に示すよ
うになる。

【００３２】図２（ｄ）に示すスイッチング電流をシー
ト状コイル３５の各コイルｕ，ｖ，ｗにそれぞれ供給す
れば、モータの円滑な回転が得られる。

【００３３】後者（２ｐ：ｎ＝１０：６）の構成を採用
したモータの原理を図３に示す展開図を用いて以下に説
明する。

【００３４】図３（ａ）に示されるリング状の磁石４０
は、３６０度の全周にわたるように均等に１０極配され
るので、極ピッチは３６度（３６０度÷１０＝３６度）
なる位置関係で配される。

【００３５】この各磁極の幅をｌ′ とした場合、これ
に対向して設けられるシート状コイル３５のコイル幅
（隣合う前後のコイル辺のピッチ）も、この例では図３
（ｂ）に示すように略ｌ′ に選定される。これは上述
と同じく効率の良い、いわゆる全節巻に相当する。

【００３６】したがって、ｕ，ｖ，ｗの３相のコイルが
それぞれ隣合うコイルと２４度（（３６０度−３６度×
６）÷６＝２４度）の位相差をもって配列することとな
るので、上述した２ｐ：ｎ＝４：３の構成と同様に、こ
のそれぞれ隣合うコイルのスペースを有効に利用するこ
とができる。

【００３７】このような磁石４０とシート状コイル３５
の相対的な位置関係において、磁石４０が図面中矢印方
向に移動した場合、シート状コイル３５の各コイルｕ，
ｖ，ｗにそれぞれ発生する起電力は図３（ｃ）に示すよ
うになる。図３（ｄ）に示すスイッチング電流をシート
状コイル３５の各コイルｕ，ｖ，ｗにそれぞれ供給すれ
ば、モーターの円滑な回転が得られる。

【００３８】図４は上述した例のうち、（２ｐ：ｎ＝
４：３）を採用したときのモータの横断図面の一例であ
って、図では２ｐ＝１６，ｎ＝１２に選定したときの構
成を示す。図５は、図４に示す磁石４０とシート状コイ
ル３５の位置関係を模式的な展開図として示したもので
ある。

【００３９】リング状の磁石４０は、３６０度の全周に
わたるように均等に１６極配されるので、極ピッチが２
２．５度（３６０度÷１６＝２２．５度）となる位置関
係で配される。これに対向して設けられるシート状コイ
ル３５のコイル幅（コイル辺とコイル辺のピッチ）も２
２．５度の略同ピッチで配されるので、それぞれ隣合う
コイルと７．５度（（３６０度−２２．５度×１２）÷
１２＝７．５度）の角度からなるスペース（位相差）を
もって配列することとなる。

【００４０】図６は図４および図５で示されるシート状
コイル３５の具体例を示す展開図であり、極数２ｐと相
数ｎとの関係を、２ｐ：ｎ＝４：３の整数倍である１
６：１２に選定した場合の一実施例を示す。

【００４１】本例において、シート状コイル３５はコイ
ル基板３９の表面（Ａ面）および裏面（Ｂ面）に公知の
エッチング処理技術などの手段により形成されたコイル
導体部３８つまり界磁コイルによって、ラジアル方向
（回転軸１３に対して）の回転磁界を発生させこの回転
磁界でロータを回転させる。

【００４２】コイル基板３９に形成された界磁コイルは
図のようにパターン化されたコイル導体部３８として構
成されており、単位コイル導体部が１２個分形成され、
Ｕ相，Ｖ相およびＷ相の３相となるように結線されて３
相化されたコイル導体部３８に対して３相のスイッチン
グ電流（モータ駆動電流）が供給される。

【００４３】コイル基板３９にはスイッチング電流供給
端子として機能する給電端子部３７が設けられ、図１の
ようにステータ側より折り曲げられてモータハウジング
１１に固定され、アウターロータ構成部材に影響を与え
ることなくシート状コイル３５に給電を行えるようにな
っている。

【００４４】シート状コイル３５はヨークホルダ３３の
外周面に強固に貼着されるので、このシート状コイル３
５が非常に薄くてもこれに供給されるスイッチング電流
によって振動を起こすようなことは全くない。

【００４５】シート状コイル３５のＢ面は、説明の都合
上、Ａ面側から透視した状態を示し、シート状コイル３
５は上記Ａ面とＢ面とを重ね合わせた状態で形成されＡ
面およびＢ面はスルーホールを介して表裏面が電気的に
接続される。表裏一対のコイルで各コイルを構成したの
は回転トルクを稼ぐためである。

【００４６】上述のようにシート状コイル３５に形成さ
れるｕ，ｖ，ｗの３相のコイルがそれぞれ隣合うコイル
と７．５度の位相差をもって配列されているので、この
スペースに上述したスルーホールを配した場合、シート
状コイル３５の上下方向の寸法を低く設定することがで
きから全体としてモータ自体の小型化を図れる。

【００４７】図１に示すように、磁石４０は所定の幅と
厚みをもつ板状磁石をリング状にしたものであるからそ
の着磁方向は円周方向である。そのため、アキシャル型
のブラシレスモータに使用される磁石に比べ磁石の着磁
が簡単になる。

【００４８】これは、アキシャル型では磁石の着磁領域
が半径方向に向かう扇状領域となるので、極数が多くな
るにつれ、また小型化するにつれ、磁石の内径部分での
着磁ピッチが非常に狭くなる関係で着磁処理が非常に面
倒になる。

【００４９】ラジアル型ではアウターロータの半径部分
（アキシャル型の外径部分に相当する）に位置する磁石
４０の円周方向に対してその単位長方形領域を均等に着
磁すればよいので、極数が増えてもあるいはより小型化
する場合でも着磁間隔があまり狭くならない。その結
果、着磁処理がアキシャル型の磁石に比べて簡単になる
からである。

【００５０】図７は極数２ｐと相数ｎとの関係が、２
ｐ：ｎ＝４：３の整数倍である２０：１５に選定され、
かつ、破線で示すように各Ｕ，Ｖ，Ｗ相の１単位を削除
したときのブラシレスモータ３０の磁石４０とシート状
コイル３５の位置関係を展開図として示したものであ
る。

【００５１】この場合破線で示す各ｕ，ｖ，ｗ相の各１
単位分を削除しても残在する部分において極数２ｐと相
数ｎとの関係が、２ｐ：ｎ＝４：３を満足しているた
め、モータとして充分機能する。このときリング状の磁
石４０は、３６０度の全周にわたるように均等に２０極
配されるので、極ピッチが１８度（３６０度÷２０＝１
８度）となる位置関係で配される。

【００５２】これに対向して設けられるシート状コイル
３５のコイル幅（コイル辺とコイル辺のピッチ）も１８
度の略同ピッチで配されるので、それぞれ隣合うコイル
と６度（（３６０度−１８度×１５）÷１５＝６度）の
角度からなるスペースをもって配列することとなり、削
除したコイルの部分は７２度のスペースとなる。

【００５３】図８は図７で示されるシート状コイル３５
の具体例を示す展開図である。図６と同様に、シート状
コイル３５のＢ面は、説明の都合上Ａ面側から透視した
状態を示し、シート状コイル３５はＡ面とＢ面とを重ね
合わせた状態で形成されＡ面およびＢ面はスルーホール
を介して表裏面が電気的に接続されている。

【００５４】しかしながら、この場合、図７の破線で示
すように各ｕ，ｖ，ｗ相の１単位が削除されてできた７
２度（（１８度＋６度）×３＝７２度）分だけ短くシー
ト状コイル３５を形成できる。その結果、７２度に相当
する分だけ遊間部分５５ができる。この遊間部分５５を
利用して給電端子部３７が配置される。

【００５５】図６の場合には給電端子部３７はコイル基
板３９の下側に突出して形成されているが、図８の場合
には遊間部分５５があるため、コイル基板３９をそのま
ま延長して給電端子部３７となされる。

【００５６】このようにコイル基板３９と給電端子部３
７とを直線状に形成し、かつ、シート状コイル３５をヨ
ークホルダ３１の外周面に貼着したときには、そのまま
では給電端子部３７を外部（アウターロータ外）に導出
することができない。

【００５７】そこで、図８および図９の破線で示すよう
に折り曲げ線ｒ，ｓに沿って給電端子部３７が折り曲げ
られる。コイル基板３９に対して略４５°の角度をもつ
折り曲げ線ｒによって給電端子部３７は、図９（ａ）の
状態から同図（ｂ）で示すようにコイル基板３９に対し
て９０°折り曲げられたことになるからこの折り曲げの
結果給電端子部３７は回転軸１２と平行になる。

【００５８】折り曲げ線ｓに沿ってさらに直角に折り曲
げられる結果、同図（ｃ）で示すように給電端子部３７
のうち折り曲げ線ｓより先端部側がシャーシ１１と平行
になるから、図１に示すように給電端子部３７を所望の
ごとくアウターロータの外側に導出することができる。

【００５９】折り曲げ線ｒより給電端子部３７を折り曲
げたときその折り曲げ部分がヨークホルダ３１の外周面
に強固に貼着固定できるように、給電端子部３７に相当
するヨークホルダ３１の外周面がカットされて図１０に
示すような切欠き端面６０が形成される。

【００６０】遊間部分５５は界磁コイルがなく磁気回路
を構成しないから、遊間部分５５と対峙する部分にはヨ
ーク３３を配置する必要がない。したがって、遊間部分
５５と対峙するヨークホルダ３１に対して切欠き端面６
０を形成した場合には、遊間部分５５での鉄損の一種で
あるうず電流損は発生しない。このうず電流損の低減に
よってモータ消費電流が低減され、モータ駆動効率も改
善される。

【００６１】上述した磁石４０の極数２ｐとシート状コ
イル３５の相数ｎとの関係は一例に過ぎず、整数値は上
述した数値以外でもよいし、コイルの各相の削除は単位
毎の削除であれば充分モータとして機能させることがで
きるので、この削除によって作られる遊間部分を有効に
利用することができる。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、この発明に係るブラシレ
スモータでは、ラジアルフラックスタイプでアウターロ
ータ方式が採用されると共に、内部に配されるヨークホ
ルダとして中空有底筒状体のものが使用され、その外周
面にシートコイルを貼着して構成したものである。

【００６３】これによれば、シート状コイルがヨークホ
ルダの外周面に貼着固定できるから、シートコイルに供
給されるモータ駆動用のスイッチング電流によって発生
する振動を効果的に抑圧できる。したがって、騒音の少
ないブラシレスモータを提供できる。

【００６４】アウターロータ側に磁石が配置されるた
め、この磁石の着磁が簡単になり、多極化、小型化に適
するモータ構成を提供できる。

【００６５】ヨークホルダとして中空有底筒状体が使用
されているため、ヨークホルダ内に比較的大きな内部空
間を形成できる。そのため、この内部空間を利用してこ
こにブラシレスモータ駆動に係わる回路基板や回路部品
その他の部材などを取り付けることができる。

【００６６】そのため、ブラシレスモータの外側に回路
基板や回路部品その他の部材を配置しないでも済むか
ら、ブラシレスモータを装置に組み込むときの省スペー
ス化を達成できる特徴を有する。

【００６７】特に軸精度が高いものを要求されるときに
はこれら回路基板などに代えて精密軸受け機構をヨーク
ホルダ内に簡単に配置できるから、モータ自体を大きく
することなく高精度のモータを構成できるなどの特徴を
有する。したがって、この発明は振動を嫌うヘッドホン
タイプの小型のテープレコーダなどに適用して極めて好
適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るラジアル型アウターロータ方式
のブラシレスモータの一例を示す縦断面図である。

【図２】モータの原理を示す図である。

【図３】モータの他の原理を示す図である。

【図４】この発明に係るラジアル型アウターロータ方式
のブラシレスモータの一例を示す横断面図である。

【図５】磁石とシートコイルとの相対的位置関係を示す
図である。

【図６】ブラシレスモータに使用されるシート状コイル
の一例を示す構成図である。

【図７】磁石とシートコイルとの相対的位置関係を示す
他の図である。

【図８】ブラシレスモータに使用されるシート状コイル
の他の例を示す構成図である。

【図９】シート状コイルの折曲状態の一例を示す図であ
る。

【図１０】この発明に係るラジアル型アウターロータ方
式のブラシレスモータの他の例を示す横断面図である。

【図１１】従来のアキシャル型ブラシレスモータの一例
を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０，３０ ブラシレスモータ １１ モータハウジング １３ 回転軸 ３１ ヨークホルダ ３３ ヨーク ３５ シート状コイル ３７ 給電端子部 ３９ コイル基板 ４０ 磁石 ５５ 遊間部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アウターロータ側に取り付けられた円筒
   状磁石の極数２ｐと、この磁石と対峙するようにステー
   タ側ヨークホルダに取り付けられた界磁コイル数ｎとの
   関係が、２ｐ：ｎ＝４：３若しくは２ｐ：ｎ＝１０：６
   の整数倍に選定され、 上記界磁コイルはコイル導体で形成されたシート状コイ
   ルが使用されると共に、内部に配された上記ヨークホル
   ダが中空有底筒状体として構成され、 この中空有底筒状体によって形成される内部空間に回路
   基板などが内装なされたことを特徴とするラジアル型ア
   ウターロータ方式ブラシレスモータ。