(57)【要約】      （修正有）【課題】コギングトルクの発生を減らせ、騒音低下効果も備えるブラシレス直流モーターを提供する。【解決手段】ブラシレス直流モーターは、２個の固定子２１を備える。各固定子２１は円環状を呈する本体２１１をそれぞれ備え、本体２１１上には本体２１１中心へと延伸する固定子歯２１２を設置し、各固定子歯２１２末端にはチップ２１３を設置する。各固定子歯２１２上には所定のゲート数のコイル２１４を巻いて設置する。２個の固定子２１のチップ２１３は相互に交差して取り囲み円孔状の構造形態を呈する。ローター２２はシャフト２２１上に複数の永久磁石２２２を取り囲んで設置する。しかも全ての永久磁石２２２はシャフト２２１の外周においてＮ極／Ｓ極の交差配置の方式により配列して設置される。２個の固定子２１のコイル回路を交互に駆動し、或いは任意の固定子２１のコイル回路を駆動する方式で、ローター２２は同一方向へと持続回転する。【選択図】図２
0003196981.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレス直流モーターであって、少なくとも２個の固定子、ローターを備え、
前記少なくとも２個の固定子は、相同の軸心に沿って配列させて設置し、前記各固定子は、円環状を備える本体を備え、前記本体上には、本体中心へと延伸する固定子歯を設置し、前記各固定子歯末端には、チップを設置し、前記各固定子歯上には、所定のゲート数のコイルを巻いて設置し、しかも前記２個の固定子のチップは、相互に交差して取り囲み、円孔状の構造形態を呈し、
前記ローターは、前記２個の固定子の円孔状構造形態内に相対して設置され、前記ローターは、シャフト上に、複数の永久磁石を取り囲んで設置し、しかも全ての永久磁石は、前記シャフトの外周においてＮ極／Ｓ極の交差配置の方式により配列して設置されることを特徴とするブラシレス直流モーター。
【請求項２】
前記ブラシレス直流モーターはさらに、前記２個の固定子の周辺に、少なくとも１個のホールセンサー部品を設置することを特徴とする請求項１に記載のブラシレス直流モーター。
【請求項３】
前記固定子は、インバーター回路装置により、電源と電気的に連接し、
前記インバーター回路装置は、直列または並列接続方式を採用して連接することを特徴とする請求項１に記載のブラシレス直流モーター。
【請求項４】
前記チップの隣同士の間隙範囲は、２ｍｍ〜５ｍｍの間であることを特徴とする請求項１に記載のブラシレス直流モーター。
【請求項５】
前記各固定子歯と隣接するコイルとの間隔(１８０度/ｍ)の電気角を有する。ｍは、固定子の個数であることを特徴とする請求項１〜４の任意の１項に記載のブラシレス直流モーター。
【請求項６】
前記各固定子は、８個の固定子歯をそれぞれ設置し、
前記ローターには、８個の永久磁石を設置することを特徴とする請求項１〜４の任意の１項に記載のブラシレス直流モーター。
【請求項７】
前記各固定子には、偶数個の固定子歯をそれぞれ設置し、
前記ローターには、偶数個の永久磁石を設置することを特徴とする請求項１〜４の任意の１項に記載のブラシレス直流モーター。
【請求項８】
前記各固定子には、偶数個の固定子歯をそれぞれ設置し、
前記ローターには、前記固定子に相対し、偶数個の永久磁石を設置することを特徴とする請求項１〜４の任意の１項に記載のブラシレス直流モーター。
【請求項９】
前記各固定子は、相同の構造形態の複数のシリコンスチール片を重ねて構成することを特徴とする請求項１〜４の任意の１項に記載のブラシレス直流モーター。
【請求項１０】
前記各永久磁石の軸方向の長さは、前記２個の固定子のチップの設置範囲を含むことを特徴とする請求項１〜４の任意の１項に記載のブラシレス直流モーター。
【請求項１１】
ブラシレス直流モーターは、少なくとも２個の固定子、ローターを備え、
前記少なくとも２個の固定子は、相同の軸心に沿って配列させて設置し、前記各固定子は、円環状を備える本体を備え、前記各固定子は、相同の構造形態の複数のシリコンスチール片を重ねて構成し、前記本体上には、本体中心へと延伸する固定子歯を設置し、前記各固定子歯末端には、チップを設置し、前記各固定子歯上には、所定のゲート数のコイルを巻いて設置し、前記チップの隣同士の間隙範囲は、２ｍｍ〜５ｍｍの間で、しかも前記２個の固定子のチップは、相互に交差して取り囲み、円孔状構造形態を呈し、前記２個の固定子の周辺に、少なくとも１個のホールセンサー部品を設置し、前記各固定子歯の隣接するコイルとの相互間の間隔(１８０度/ｍ)の電気角を有する。ｍは、固定子の個数で、
前記ローターは、前記２個の固定子の円孔状構造形態内に相対して設置され、前記ローターは、シャフト上に、複数の永久磁石を取り囲んで設置し、しかも全ての永久磁石は、シャフトの外周においてＮ極／Ｓ極の交差配置の方式により配列して設置され、前記固定子は、偶数個の固定子歯をそれぞれ設置し、前記ローターには、偶数個の永久磁石を設置し、各永久磁石の軸方向の長さは、前記２個の固定子のチップの設置範囲を含むことを特徴とする請求項２に記載のブラシレス直流モーター。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、直流モーターに関し、コギングトルク(cogging torque)の発生を減少させられ、騒音低下の効果をも備え、しかもブラシレス直流モーターのフルタイム運転過程において節電効果を備えるブラシレス直流モーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
モーター(電動機と別称)は電気エネルギーを機械エネルギーに転換し、機械を駆動して回転、振動或いは直線運動を行わせるものである。
それは、自動コントロールと電動機器分野に広く運用されている他、日常生活では多くの家電製品に、モーターが運用されている。
そのため、モーターの種類と運用もますます多様化している。
【０００３】
モーターの種類は非常に多く、駆動電流の違いにより、おおよそ直流モーターと交流モーターに分類される。
その基本構造は、固定子(Stator)とローター(Rotor)により構成される。
【０００４】
交流モーターは、構造がシンプルで価格が低廉であるが、かつては変速コントロールが比較的困難であったため、定回転速度或いは多段階変速に主に応用されてきた。
交流モーターは実際の運転時に、その回転速度は、供給される電流の周波数と正比例するため、原則的には、周波数が高くなればなるほど回転速度も速くなる。
インバーターが交流モーターの変速コントロールに応用されるようになり、工業的には既にかなりの期間となることと、近年の大型ＩＣ回路の急速な発展によるパワー電子部品の進歩により、複雑なコントロールが、マイクロプロセッサーを基礎とするソフトウエアにより実現されるようになっている。
これにより、交流モーターの変速コントロールは、デジタルインバーター駆動システムにより達成され、こうして各種領域に幅広く応用されるようになっている。
【０００５】
一般に直流モーターのローターは、電磁石(エナメル線を巻いて構成)で、固定子は永久磁石である。
永久磁石は磁場を構成し、コイルを巻いた電磁磁石はローターを構成する。
電流の方向を適時に改変することで、ローターは同一方向に持続的に回転する。
【０００６】
例えば、ブラシ直流モーターは、電流が電気ブラシを流れることで、電機子を回転させ、発生した垂直磁場により、ローター上に多数組の線を巻き付け、電気ブラシ(brush)と整流(commutator)の調整を通して、電機子に流入する電流は、ローター磁場をコントロールし、磁場における垂直の方向を保持させられる。
【０００７】
一方、ブラシレス直流モーターは、ブラシ直流モーターの電気ブラシと整流子のメンテナンス問題を解決することができる。
その動作原理の、ブラシ式直流モーターとの最大の差異は、ブラシレス直流モーターは電子式の整流に改変し、ローターと固定子磁場を所定位相差に保持する目的を達成することである。
【０００８】
従来のブラシレス直流モーターの回転速度を調整する際には、電圧可変することにより、達成することができ、これは一見、簡単で容易に感じられる。
しかし、モーターに大きな負荷がかかっている時には、深刻なトルク不足の問題が起きる。
そのため、電力が大きい電源を選択しなければ、モーターを靜止状態から起動して運転させることはできない。
これでは、ブラシレス直流モーターに使用する電源は制限されるばかりか、ブラシレス直流モーターのフルタイム運転過程においてもより多くの電力を消費してしまう。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】台湾特許ＴＷＩ３５３７０５
【特許文献１】台湾特許ＴＷＩ４１１１９８
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上述した考案は使用上に欠点があり、改善する必要がある。その原因は下記の通りである。
【００１１】
従来のブラシレス直流モーターにおいて回転速度を調整する際に、モーターに大きな負荷がかかっている時には、深刻なトルク不足の問題が起きるため、電力が大きい電源を選択しなければ、モーターを靜止状態から起動して運転させることはできない。
これでは、ブラシレス直流モーターに使用する電源は制限されるばかりか、ブラシレス直流モーターのフルタイム運転過程においてもより多くの電力を消費してしまう。
【００１２】
本考案は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コギングトルク(cogging torque)の発生を減少させられ、騒音低下の効果をも備え、しかもブラシレス直流モーターのフルタイム運転過程において節電効果を備えるブラシレス直流モーターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本考案によるブラシレス直流モーターは、少なくとも２個の固定子、及び１個のローターを備える。
２個の固定子は、相同の軸心に沿って配列し設置される。
各固定子は、円環状を備える本体を備え、本体上には、本体中心へと延伸する固定子歯を設置する。
各固定子歯末端には、チップを設置する。
各固定子歯上には、所定のゲート数のコイルを巻いて設置する。
しかも、２個の固定子のチップは、相互に交差して取り囲み、円孔状の構造形態を呈する。
ローターは、２個の固定子の円孔状構造形態内に相対して設置される。
ローターは、シャフト上に、複数の永久磁石を取り囲んで設置する。
しかも、全ての永久磁石は、シャフトの外周において、Ｎ極／Ｓ極の交差配置の方式により配列して設置される。
【００１４】
本考案のブラシレス直流モーターは、使用時には、インバーター回路装置を通して、２個の固定子と直流電源を電気的に連接させる。
しかも、マイクロコントローラー及びゲート駆動回路の統合作動により、受け取った回転速度コントロール信号及びホールセンサー部品が伝送する信号に基づき、２個の固定子のコイル回路を交互に駆動し、或いは任意の固定子のコイル回路を駆動する方式で、通電した固定子とローターに、相互作用電磁場を形成させ、ローターは同一方向に持続的に回転する。
これにより、ブラシレス直流モーターは使用電源の制限を低下させられるばかりか、ブラシレス直流モーターのフルタイム運転過程において節電効果を備える。
また、コギングトルク(cogging torque)の発生を減らすことができ、騒音低下の効果をも備える。
【００１５】
本考案のブラシレス直流モーターは、少なくとも２個の固定子を備える。
少なくとも２個の固定子は、相同の軸心に沿って配列させて設置し、各固定子は、円環状を備える本体を備える。
各固定子は、相同の構造形態の複数のシリコンスチール片を重ねて構成する。
本体上には、本体中心へと延伸する固定子歯を設置する。
各固定子歯末端には、チップを設置する。
各固定子歯上には、所定のゲート数のコイルを巻いて設置する。
チップの隣同士の間隙範囲は、２ｍｍ〜５ｍｍの間で、しかも２個の固定子のチップは、相互に交差して取り囲み、円孔状構造形態を呈する。
さらに、２個の固定子の周辺に、少なくとも１個のホールセンサー部品を設置する。
【００１６】
さらに、各固定子歯の隣接するコイルとの相互間の間隔(１８０度/ｍ)の電気角を有する。ｍは、固定子の個数である。
ローターは、２個の固定子の円孔状構造形態内に相対して設置され、ローターは、シャフト上に、複数の永久磁石を取り囲んで設置する。
しかも、全ての永久磁石は、シャフトの外周においてＮ極／Ｓ極の交差配置の方式により配列して設置される。
固定子は、偶数個の固定子歯をそれぞれ設置し、ローターには、偶数個の永久磁石を設置する。
各永久磁石の軸方向の長さは、２個の固定子のチップの設置範囲を含む。
【００１７】
本考案のブラシレス直流モーターは、２個の固定子のコイル回路を交互に駆動する方式を通して、低回転速度運転時に高トルクを出力でき、及び任意の固定子のコイル回路を駆動する方式を通して、コギングトルク(cogging torque)の発生を減らすことができ、騒音低下の効果を備え、ブラシレス直流モーター使用電源の制限を低下させられるばかりか、ブラシレス直流モーターのフルタイム運転過程において節電効果を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本考案のブラシレス直流モーターの外観立体図である。
【図２】本考案のブラシレス直流モーターの構造分解図である。
【図３】本考案のブラシレス直流モーターの構造断面図である。
【図４】本考案のブラシレス直流モーターの使用配置の参考図である。
【図５】本考案のブラシレス直流モーターにおいて、交互に２個の固定子のコイル回路を駆動する方式で運転する時、その固定子とローターの磁性の相互作用関係を示す模式図である。
【図６】本考案のブラシレス直流モーターにおいて、任意の固定子のコイル回路を駆動する方式で運転する時、その固定子とローターの磁性の相互作用関係を示す模式図である。
【考案を実施するための形態】
【００１９】
（一実施形態）
本考案の一実施形態によるブラシレス直流モーターを図面に基づいて説明する。
本考案の一実施形態によるブラシレス直流モーターは、低速運転時に高いトルクを出力でき、及び高速運転時に低いトルクを出力できるブラシレス直流モーターである。
【００２０】
図１は、本考案のブラシレス直流モーターの外観立体図で、図２は、本考案のブラシレス直流モーターの構造分解図で、図３は、本考案のブラシレス直流モーター構造断面図である。
図に示すように、本考案のブラシレス直流モーター２０は、２個の固定子２１、１個のローター２２を備える。
【００２１】
２個の固定子２１は、相同の軸心に沿って配列し設置される。
各固定子２１は、円環状を備える本体２１１を備える。
本体２１１上には、本体２１１中心へと延伸する固定子歯２１２を設置する。
各固定子歯２１２末端には、チップ２１３を設置する。
各固定子歯２１３上には、所定のゲート数のコイル２１４を巻いて設置する。
チップ２１３の間隙の好ましい範囲は、２ｍｍ〜５ｍｍの間で、間隙が２ｍｍより小さければ、巻き線は困難で、５ｍｍより大きければ、無用の磁力を生じ易く、コストも高い。
しかも、２個の固定子２１のチップ２１３は、相互に交差して取り囲み、円孔状の構造形態を呈する。
【００２２】
実施時には、各固定子は、相同の構造形態の複数のシリコンスチール片を重ねてそれぞれ構成する。
各固定子歯２１２の隣接するコイル２１４との相互間の間隔(１８０度/ｍ)の電気角を有する。ｍは、固定子２１の個数である。
ここで、機械角と電気角の関係は、固定子の個数により決まることは疑いの余地を挟まない。
【００２３】
各固定子歯２１２の隣接するコイルとの相互間の間隔(１８０度/ｍ)の電気角を有する。ｍは、固定子の個数である。
よって、電気角の１個の周期は、機械角の１個の周期と対応しない。
本考案の実施形態では、２個の固定子２１を例とし、各固定子２１の固定子歯２１２は８個で、その電気角の１個の周期は、ローター２２の回転角の１/４に相当する。
【００２４】
この時、電気角が一定角度中の感知電圧であろうとも、機械角の異なる位置で検出された感知電圧に変わる。
もし、機械角が異なるなら、固定子２１の個数の機械式構造に基づき、感知電圧中で変化の状況が生じる。
ローター２２は、２個の固定子２１の円孔状構造形態内に相対して設置される。
ローター２２は、シャフト２２１上に、複数の永久磁石２２２を取り囲んで設置する。
しかも、全ての永久磁石２２２は、シャフト２２１の外周において、Ｎ極／Ｓ極が交差して配置する方式で配列して設置される。
【００２５】
本考案のブラシレス直流モーター２０は、具体的実施時にはさらに、２個の固定子２１の周辺に、永久磁石２２２位置を感知する少なくとも１個のホールセンサー部品２３を設置する。
【００２６】
本考案では各固定子をそれぞれ独立した相数とする。
従来のモーター固定子は、コイルを同一固定子の固定子歯に巻きつけることで、ＵＶＷ相はそれぞれ１/３を占める。
すなわち、Ｕ相は、角度１２０度を占める。
本考案では、２個の固定子をそれぞれＵＶ相に分類し、３個の固定子はＵＶＷ相で、任意の固定子はＵ、Ｖ或いはＷ相の機能しか備えない。
すなわち、３６０度すべてはＵ相である。
【００２７】
図４に示すように、本考案のブラシレス直流モーター２０は、使用時には、インバーター回路装置１１を通して、２個の固定子２１と直流電源とは、電気的に連接する。
インバーター回路装置１１は、直列または並列接続方式を採用し電気的に連接する。
しかも、マイクロコントローラー１２及びゲート駆動回路１３の統合作動に対応し、受け取った回転速度コントロール信号及びホールセンサー部品２３が伝送する信号に基づき、２個の固定子２１のコイル回路(図５参照）を交互に駆動し、或いは任意の固定子２１のコイル回路(図６参照）を駆動する方式で、通電した固定子２１とローター２２に、相互作用電磁場を形成させる。
こうして、ローター２２は同一方向に持続的に回転する。
【００２８】
すなわち、本考案のブラシレス直流モーターは、高出力の電源を必要とせず、靜止状態から起動して運転できる。
しかも、設定した回転速度まで運転後、任意の固定子のコイル回路を駆動する方式での運転に切り換えられる。
これにより、ブラシレス直流モーター使用電源の制限を低下させられるばかりか、ブラシレス直流モーターのフルタイム運転過程において節電効果を備える。
【００２９】
本実施形態では、各固定子２１は、８個の固定子歯２１２をそれぞれ設置する。
ローター２２には、８個の永久磁石２２２を設置する。
さらに、各永久磁石２２２の軸方向の長さは好ましくは、２個の固定子２１のチップ２１３の設置範囲を含む。
【００３０】
本考案のブラシレス直流モーターは、具体的実施時には、各固定子の固定子歯の個数及びローターの永久磁石の個数は、実際のサイズに応じて、違った個数を配置して設計することができる。
しかも、適当な駆動回路の対応作動により、各固定子のコイル整流タイミングを効果的にコントロールでき、ブラシレス直流モーター全体の運転効率を簡単に向上させられ、或いは回転速度の変化範囲を拡大することができる。
【００３１】
従来の技術と比較すると、本考案のブラシレス直流モーターは、２個の固定子のコイル回路を交互に駆動する方式を通して、コギングトルク(cogging torque)の発生を減らすことができ、騒音低下の効果を備える。
しかも、モーターの運転が設定した回転速度に到達後は、任意の固定子のコイル回路を駆動する方式での運転に切り換えられ、ブラシレス直流モーター使用電源の制限を低下させられるばかりか、ブラシレス直流モーターのフルタイム運転過程において節電効果を備える。
【００３２】
上述の実施形態の説明を総合すると、本考案の操作、使用、及び本考案が生じる効果を充分理解することができる。しかし、以上に述べた実施形態は単に本考案の好ましい実施形態であり、これによって本考案の実用新案登録請求の範囲を限定することではない。即ち本考案の実用新案登録請求の範囲及び説明書の内容に基づいて、同等効果を有する簡単な変化及び修飾は、全て、本考案の範囲内に属するものとする。
【符号の説明】
【００３３】
１１  インバーター回路装置
１２  マイクロコントローラー
１３  ゲート駆動回路
２０  ブラシレス直流モーター
２１  固定子
２１１  本体
２１２  固定子歯
２１３  チップ
２１４  コイル
２２  ローター
２２１  シャフト
２２２  永久磁石
２３  ホールセンサー部品
【図１】
0003196981.tif 000003
【図２】
0003196981.tif 000004
【図３】
0003196981.tif 000005
【図４】
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【図５】
0003196981.tif 000007
【図６】
0003196981.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月12日(2015.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記各固定子歯と隣接するコイルとの間隔が１８０度/ｍの電気角を有し、ｍは、固定子の個数であることを特徴とする請求項１〜４の任意の１項に記載のブラシレス直流モーター。
【手続補正２】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
ブラシレス直流モーターは、少なくとも２個の固定子、ローターを備え、
前記少なくとも２個の固定子は、相同の軸心に沿って配列させて設置し、前記各固定子は、円環状を備える本体を備え、前記各固定子は、相同の構造形態の複数のシリコンスチール片を重ねて構成し、前記本体上には、本体中心へと延伸する固定子歯を設置し、前記各固定子歯末端には、チップを設置し、前記各固定子歯上には、所定のゲート数のコイルを巻いて設置し、前記チップの隣同士の間隙範囲は、２ｍｍ〜５ｍｍの間で、しかも前記２個の固定子のチップは、相互に交差して取り囲み、円孔状構造形態を呈し、前記各固定子歯の隣接するコイルとの相互間の間隔が１８０度/ｍの電気角を有し、ｍは、固定子の個数で、
前記ローターは、前記２個の固定子の円孔状構造形態内に相対して設置され、前記ローターは、シャフト上に、複数の永久磁石を取り囲んで設置し、しかも全ての永久磁石は、シャフトの外周においてＮ極／Ｓ極の交差配置の方式により配列して設置され、前記固定子は、偶数個の固定子歯をそれぞれ設置し、前記ローターには、偶数個の永久磁石を設置し、各永久磁石の軸方向の長さは、前記２個の固定子のチップの設置範囲を含むことを特徴とする請求項２に記載のブラシレス直流モーター。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
さらに、各固定子歯の隣接するコイルとの相互間の間隔が１８０度/ｍの電気角を有する。ｍは、固定子の個数である。
ローターは、２個の固定子の円孔状構造形態内に相対して設置され、ローターは、シャフト上に、複数の永久磁石を取り囲んで設置する。
しかも、全ての永久磁石は、シャフトの外周においてＮ極／Ｓ極の交差配置の方式により配列して設置される。
固定子は、偶数個の固定子歯をそれぞれ設置し、ローターには、偶数個の永久磁石を設置する。
各永久磁石の軸方向の長さは、２個の固定子のチップの設置範囲を含む。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
実施時には、各固定子は、相同の構造形態の複数のシリコンスチール片を重ねてそれぞれ構成する。
各固定子歯２１２の隣接するコイル２１４との相互間の間隔が１８０度/ｍの電気角を有する。ｍは、固定子２１の個数である。
ここで、機械角と電気角の関係は、固定子の個数により決まることは疑いの余地を挟まない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
各固定子歯２１２の隣接するコイルとの相互間の間隔が１８０度/ｍの電気角を有する。ｍは、固定子の個数である。
よって、電気角の１個の周期は、機械角の１個の周期と対応しない。
本考案の実施形態では、２個の固定子２１を例とし、各固定子２１の固定子歯２１２は８個で、その電気角の１個の周期は、ローター２２の回転角の１/４に相当する。