(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取付けられたロータと、該ロータに取付けられる、円周方向に多極着磁されたリング状マグネットと、該マグネットの内周面に空隙を介して対向し、中心から半径方向外方に延びる複数の主磁極を夫々有する２組のステータヨークと、この２組のステータヨークの中心部間を磁気的に短絡するセンターヨークと、円環状のコイルと、磁電変換素子と、駆動回路と、プリント配線基板とを具備するラジアルギャップ形のブラシレスＤＣモータにおいて、該プリント配線基板の外径寸法は該リング状マグネット内径より小さくし、該プリント配線基板上に該駆動回路と該円環状コイルと該リング状マグネットの内周面に対向し該円環状コイルの外周面となる位置に該磁電変換素子を搭載してコイル部組を構成し、該２組のステータヨークの主磁極を互いに電気角で１８０度ずれるように配置し、該２組のステータヨークによって該コイル部組を挟持し、該コイル部組の中心に該センターヨークが配置されるようにしたことを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【請求項２】
回転軸に取付けられたロータと、該ロータに取付けられる、円周方向に多極着磁されたリング状マグネットと、該マグネットの内周面に空隙を介して対向し、中心から半径方向外方に延びる複数の主磁極を夫々有する２組のステータヨークと、この２組のステータヨークの中心部間を磁気的に短絡するセンターヨークと、円環状のコイルと、磁電変換素子と、駆動回路と、プリント配線基板とを具備するラジアルギャップ形のブラシレスＤＣモータにおいて、該ステータヨークがその主磁極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有し、該プリント配線基板の外径寸法は該リング状マグネット内径より小さくし、該プリント配線基板上に該駆動回路と該円環状コイルと該リング状マグネットの内周面に対向し該円環状コイルの外周面となる位置に該磁電変換素子を搭載してコイル部組を構成し、該２組のステータヨークの磁極片を互いに電気角で１８０度ずれるように配置し、該２組のステータヨークの磁極片によって該コイルの外周側面を覆うように、該コイル部組を挟持し、該コイル部組の中心に該センターヨークが配置されるようにしたことを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【請求項３】
回転軸に取付けられたロータと、該ロータに取付けられる、円周方向に多極着磁されたリング状マグネットと、該マグネットの内周面に空隙を介して対向し、中心から半径方向外方に延びる複数の主磁極を夫々有する２組のステータヨークと、この２組のステータヨークの中心部間を磁気的に短絡するセンターヨークと、円環状のコイルと、磁電変換素子と、駆動回路と、プリント配線基板とを具備するラジアルギャップ形のブラシレスＤＣモータにおいて、該ステータヨークがその主磁極先端から該リング状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有し、該プリント配線基板は第一の該ステータヨークの該磁極片の側端面と接するような外周形状を有し、且つ接しない部分の外径寸法は該リング状マグネット内径より小さくし、該プリント配線基板上に該駆動回路と該円環状コイルと該リング状マグネットの内周面に対向し該円環状コイルの外周面となる位置に該磁電変換素子を搭載してコイル部組を構成し、該磁極片に磁電変換素子の外形と接するような切り欠きを設け、該２組のステータヨークの磁極片を互いに電気角で１８０度ずれるように配置し、該２組のステータヨークの磁極片によって該円環状コイルの外周側面を覆うように、該コイル部組を挟持し、該コイル部組の中心に該センターヨークが配置されるようにしたことを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【請求項４】
該ステータヨークの表面に絶縁手段を具備し、該円環状コイルを固着し、該２組みのステータヨークの一方の隣合う該主磁極または該磁極片で挟持可能な位置でリング状マグネット内径より小さい小形プリント配線基板を固着し、該小形プリント配線基板上に該磁電変換素子、該駆動回路を搭載し、該円環状コイルの引出し線の端末半田付けしたことを特徴とする請求項１、２記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項５】
該磁電変換素子と該駆動回路とを一体で集積回路化し、該磁電変換素子の取付け位置に該集積回路を配置したことを特徴とする請求項１、２、３、４記載のブラシレスＤＣモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はブラシレスＤＣモータ、特に、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のブラシレスＤＣモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在使用されている小形ファン用ブラシレスＤＣモータの構造には、有鉄心形のラジアルエアギャップ形と無鉄心形のアキシャルエアギャップ形とがある。有鉄心形のラジアルエアギャップ形では、多数のスロットを有し、所定形状に打ち抜いた電磁鋼鈑を多数枚積層し、スロット内を絶縁し、各スロットに巻線を施すものであり、絶縁や巻線がコストアップの要因となっている。
【０００３】
また、無鉄心形のアキシャルエアギャップ形では、複数の空芯コイルを同一面状に配置し、多極着磁された扁平リングマグネットを空芯コイルに軸方向に空隙を介して対向させるものであり、コイルに鉄心が無く、従って磁気回路の効率が悪く、かなり小さなファンに限定されて使用されている。
【０００４】
これらの問題を解決するために、特開昭６１−２１４７５９号や特公平７−４６８９４号や実開昭６１−１５３４８６号が提案されている。これらはラジアルエアギャップ形状でありながら、安価な１個（但し、電気角１８０度位相差の２相並列巻き）の円環状コイルの内側にマグネットからの磁束を集磁し磁性材料を貫通させることで、コイル鎖交磁束をアップさせて、モータ特性を改善するものである。
【０００５】
然しながら、このような構造では、ボビンや端子等の部品コストが発生する。また、コイル端末引出し線を端子にからげて半田付処理する作業が複雑でコストアップの要因となっている。
【０００６】
また、上記のブラシレスＤＣモータでは、電気角１８０度位相差の２相コイルを半波駆動するＩＣ化された駆動回路を使用するのが一般的である。そのためモータコイルも２本の線を同時に巻き線するバイファイラ巻きが必要になる。しかしボビンにバイファイラ巻きを施すと巻線時に２本の線が入り乱れて占積率が非常に悪くなる。
【０００７】
そこで本発明者等は先に、上述の問題を解決して、部品数を削減し、コイル端末作業を改善し、コストを低減すると同時に、モータ特性を改善した構造を提供することを特願２００１−２９３２６４で提案した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図６は特願２００１−２９３２６４によるモータの断面図である。この種のモータでは、磁電変換素子の配置や駆動回路の実装面積確保のため、プリント配線基板の外径は主磁極先端外径やリング状マグネット内径よりも大きくなっている。
【０００９】
図４は縦形の磁電変換素子９を使用した場合のモータ断面図であり、リング状マグネット３の内周面に対向して磁電変換素子９をプリント配線基板１１上に配置したものである。また、図５は磁電変換素子９の取付けを逆方向に配置したものである。プリント配線基板１１の外周径はリング状マグネット３の内径よりも小さくなっているが、いずれも磁電変換素子９はステータヨーク５、６の上方または下方に配置されている。この構造では、リング状マグネット３が長くなり、結果としてモータ長が厚くなり、モータ薄形化の障害になっている。
【００１０】
また、先に述べたように図６は面実装用の磁電変換素子３０を搭載した図である。この場合にはプリント配線基板１１がリング状マグネット３端面まで延長して、磁電変換素子３０を配置する必要があり、結果としてリング状マグネット３が短くなり、モータ出力が低下する。これを改善する場合には、ステータヨーク５、６間の厚みを増し、リング状マグネット３も長くする必要があり、結果としてモータが厚くなってしまう。
上述のような構造はモータの薄形化の障害になっている。
【００１１】
また、２組のステータヨーク５、６と磁電変換素子９または３０の取付け角度は通電の際の転流タイミングを決めるもので位置精度が必要になる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プリント配線基板の外径寸法をリング状マグネット内径より小さくし、プリント配線基板上に駆動回路と円環状コイルとリング状マグネットの内周面に対向し円環状コイルの外周面となる位置に磁電変換素子を搭載してコイル部組を構成し、２組のステータヨークの主磁極を互いに電気角で１８０度ずれるように配置し、２組のステータヨークによってコイル部組を挟持し、コイル部組の中心にセンターヨークが配置される構造とすることで、磁電変換素子は円環状コイルの外周面に配置されマグネット長さは２組のステータヨークで構成される厚みとほぼ同一にできる。
【００１３】
また、本発明は、ステータヨークがその主磁極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有し、２組のステータヨークの磁極片を互いに電気角で１８０度ずれるように配置し、２組のステータヨークの磁極片によってコイルの外周側面を覆うようにコイル部組を挟持するモータ構造においても、磁極片を部分的に切り欠くことで、磁電変換素子は円環状コイルの外周面に配置することが可能で、マグネット長さは２組のステータヨークで構成される厚みとほぼ同一にできる。
【００１４】
また、本発明は、ステータヨークの表面に絶縁手段を具備し、円環状コイルを固着し、２組みのステータヨークの一方の隣合う主磁極または磁極片で挟持可能な位置でリング状マグネット内径より小さい小形プリント配線基板を固着し、小形プリント配線基板上に磁電変換素子、該駆動回路を搭載し、該円環状コイルの引出し線を端末半田付けすることで、更にプリント配線基板の厚さ分だけモータ厚みを薄くすることが可能となる。
【００１５】
また、本発明は、ステータヨークがその主磁極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有し、プリント配線基板は第一のステータヨークの磁極片の側端面と接するような外周形状を有し、且つ接しない部分の外径はリング状マグネット内径より小さくすることで、プリント配線基板の位置決めを行い、２組のステータヨークの磁極片に磁電変換素子の外形が接するような切り欠きを設け、２組のステータヨークの磁極片を互いに電気角で１８０度ずれるように配置し、２組のステータヨークの磁極片によってコイルの外周側面を覆うようにコイル部組を挟持するモータ構造で、２組のステータヨークの角度位置決めを行うことが可能になる。
【００１６】
また、本発明は、磁電変換素子と駆動回路を一体で集積回路化したＩＣを搭載し、ＩＣをリング状マグネットの内周面に対向し円環状コイルの外周となるようなプリント配線基板上位置に配置し、上述した同様の手段をとれば同様の効果を得られる。
【００１７】
【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。
【００１８】
図１は、本発明の請求項１に係わる第１の実施例を示す構成図と断面図である。ステータヨーク主磁極１３、１４の外周径よりも小さなプリント配線基板１１上に、駆動回路用の電子部品１０と、ボビンを有しない空芯の円環状コイル８と、磁電変換素子として使用されるホール素子９をリング状マグネット３の内周面に対向し、円環状コイル８外周面で、適切な機械角度位置となるように搭載し、円環状コイル８の引出し線を直接プリント配線基板１１に半田付けしてコイル部組１２を構成し、中心から半径方向外方に延びる板状の２個の主磁極１４を有するステータヨーク６にセンターヨーク７を締結し、このセンターヨーク７をコイル部組１２に挿入し、中心から半径方向外方に延びる板状の２個の主磁極１３を有するステータヨーク５をステータヨーク６に対して電気角で１８０度ずれるように取付け、該ステータヨーク６と共に該コイル部組１２を挟持せしめ、ロータヨーク２、リング状マグネット３、シャフト４から成るロータ１を組み込んでモータを構成する。
【００１９】
この実施例によれば、ホール素子９は円環状コイル８の外周面に配置され、リング状マグネット３は２組のステータヨーク５、６とほぼ同一厚みとなり、モータ軸方向に同一位置に配置でき、結果としてモータ軸方向の厚みを薄くできる。
【００２０】
図２は、本発明の請求項２、４に係わる第２の実施例を示す構成図と断面図である。センターヨーク７と磁極片２１、２２を形成したステータヨーク５と６を用い、プリント配線基板１１の外周形状を磁極片２１、２２の内周面の側端面と内側面を接するようして、ステータヨーク６とプリント配線基板１１の位置決めを行い、接しない部分の外径はステータヨーク６より小さくしておく。また、予めホール素子９をリング状マグネット３の内周面に対向し、適切な機械角度位置となるようプリント配線基板１１に搭載され、同時に駆動回路用の電子部品１０と、ボビンを有しない空芯の円環状コイル８も搭載しコイル部組１２を構成しておく。また、予め２組のステータヨークの磁極片２１、２２にはホール素子９の外形が接するような切り欠き３１、３２を設けておく。
第一のステータヨーク６の磁極片２２内周とコイル部組み１２のプリント配線基板の磁極片接触部３３で位置合わせして固着する。この時、第一のステータヨーク６の磁極片２２の切り欠き部３２の一部とホール素子９の外周の一部は接している。第二のステータヨーク磁極片２１を第一のステータヨーク磁極片２２と互いに電気角で１８０度ずれるように配置し、且つ第二のステータヨーク磁極片２１の切り欠き部３１の一部とホール素子９の外周の一部が接する位置で、２組のステータヨーク５、６の磁極片によって円環状コイル８の外周側面を覆うように、コイル部組１２を挟持し、コイル部組の中心にセンターヨーク７が配置され、ロータヨーク２、多極マグネット３、シャフト４から成るロータ１を組み込んでモータが構成される。
【００２１】
この実施例によれば、ステータヨーク主磁極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有するモータ構造の場合でも、ホール素子が円環状コイルの外周面に配置され、マグネットは２組のステータヨークとほぼ同一厚みとなり、モータ軸方向にほぼ同一位置に配置でき、結果としてモータ軸方向の厚みを薄くできる。また、ホール素子・第一のステータヨーク・第二のステータヨークの位置決めも可能となる。
【００２２】
また、図３は、本発明の請求項３に係わる第３の実施例を示す構成図である。コイル部組１２はホール素子９と駆動回路１０と小形プリント配線基板４５で構成される。また、予め円環状コイル８は絶縁されたステータヨーク１４に固着されている。そして、コイル部組１２はステータヨーク６の主磁極１４で挟まれる位置に固着され、円環状コイル８の引出し線の端末半田付けも小形プリント配線基板上で行われる。
【００２３】
この実施例によれば、プリント配線基板の厚みが２組のステータヨーク５、６間に加算されずモータ軸方向の厚みを更に薄くすることが可能である。
【００２４】
本発明の適用をアウターロータ構造で説明したが、インナーロータ構造で同様に適用できることは言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、電磁鋼板を折り曲げて形成した２個のステータヨークで、円環状コイルと、電子部品を実装したプリント配線基板を挟み込むように組み合わせ、且つ磁電変換素子はステータヨーク主磁極の外径内に配置し、プリント配線基板はマグネット内径に収まる構造とすることで、モータ軸方向厚みを２０〜３０％低減することが可能である。また、従来モータと同じ厚みとするならば、５〜１０％の効率向上が見込める。
また、磁電変換素子と２個のステータヨークの位置決めも可能になり、磁極位置検出精度も向上し、結果としてモータ通電の転流精度が向上し出力トルク・振動等のバラツキが低減される。
これらによって、モータの小形・薄形化が可能となり、性能も大幅に向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブラシレスＤＣモータの実施例説明図である。
【図２】本発明のブラシレスＤＣモータの実施例説明図である。
【図３】本発明のブラシレスＤＣモータの実施例説明図である。
【図４】従来のブラシレスＤＣモータの説明図である。
【図５】従来のブラシレスＤＣモータの説明図である。
【図６】従来のブラシレスＤＣモータの説明図である。
【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
７  センターヨーク
８  円環状コイル
９  ホール素子
１０  電気部品（駆動回路）
１１  プリント配線基板
１２  コイル部組
１３  主磁極
１４  主磁極
２１  磁極片
２２  磁極片
３０  面実装ホール素子
３１  切り欠き
３２  切り欠き
３３  磁極片接触部
４０  モータ取付け板
４１  スペーサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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