(57)【要約】【課題】コイルエンドが存在しない巻線方法と固定子及び回転子構造により、ローコストで小形・軽量・高効率なアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータを得ることを目的とする。【解決手段】三相電源駆動においては、固定子の軸方向に分割してリング状にＵ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２を巻装し、各コイルのリングの中心と回転軸９０の中心が概ね一致するように配置して、各コイルの内周側に内側固定子鉄心２１〜２３、軸方向両端側に側面固定子鉄心２４〜２９を設け磁気回路を構成し、この側面固定子鉄心の外周側に凸形の磁極歯部３０〜３５を、各コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成し、更に、各コイルの磁極歯部を回転軸の周方向に互いに電気角で２π／３（ｒａｄ）ずらして軸方向に重ね合わせたように構成する。【選択図】    図１
2005253280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周側に等ピッチで軸方向に同一極性となるようにＮ・Ｓ極を交互に備えた永久磁石型回転子を有し、この回転子の内側に、所定のエヤーギャップを介して対向する磁極歯部を備えた固定子を配置した、アウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータにおいて、前記固定子に軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、前記各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、前記各コイルの内周側と軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設ける。そして、前記固定子鉄心の外周側には、前記永久磁石型回転子と同一極数の前記磁極歯部が、当該コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成されており、更に、前記各コイルの前記磁極歯部を回転軸の周方向に所定の角度ずらして、軸方向に重ね合わせたように構成されていることを特徴とするアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ。
【請求項２】
アウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータにおいて、固定子の軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、前記各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、前記各コイルの内周側及び軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設ける。そして、前記固定子鉄心の外周側には、所定の極数の磁極歯部が当該コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成され、前記各コイルの前記磁極歯部を回転軸の軸方向に一致するように重ね合わせて構成する。そして更に、前記磁極歯部の外側で所定のエヤーギャップを介して対向する永久磁石型回転子は、前記固定子と同一極数のＮ・Ｓ極を内周側に等ピッチで交互に備えており、その磁極の周方向中心は、前記各コイルに対応させて回転軸の周方向に所定の角度ずらして構成されていることを特徴とするアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ。
【請求項３】
前記固定子あるいは前記永久磁石型回転子に、磁束の漏れを軽減するための手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ。
【請求項４】
前記固定子鉄心の少なくともその一部を、板状磁性部材を用いて積層一体化して形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ。
【請求項５】
前記固定子鉄心の少なくともその一部を、所謂圧粉磁心（鉄粉磁心ともいう。以下同様）を用いて形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ。
【請求項６】
前記磁極歯部に、磁性部材で構成された磁極片を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ。
【請求項７】
前記固定子あるいは前記永久磁石型回転子に、スキューを施したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ。
【請求項８】
前記コイルを、印刷回路技術を用いて形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ。
【請求項９】
前記コイルを、印刷回路技術を用いて前記固定子鉄心の表面に直接的に形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ。
【請求項１０】
前記コイルを、銅箔を円筒状に巻回した後、所定の巾に切断して形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ。
【請求項１１】
毎相のコイルを複数個とし、各相のコイルの軸方向並び順が対称形となるように配置したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータにおいて、軸方向に互いに隣接する同一相の前記コイル、及び、当該固定子鉄心を一体化して構成することを特徴とするアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、アウターロータ形の構造を有するブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータに関し、特に、巻線方法、固定子鉄心構造、及び永久磁石型回転子の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、この種のアウターロータ形のブラシレスＤＣモータとしては、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）等のスピンドル用モータとして図１７に示すような構造が一般的に採用されている。図１７（ａ）は軸方向半断面側面図であり、固定子鉄心１２５には、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１１５が、図１７（ｂ）に示すように所謂集中巻方式で専用機等により直巻された後、巻線相互間の結線及びリード線接続等の端末処理を行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  上述のような従来のアウターロータ形のブラシレスＤＣモータにおいては、固定子鉄心１２５の歯部１２６に巻き付けるようにコイル１１５を巻回する必要があるため、巻線作業が複雑であり、更に、固定子鉄心１２５の軸方向端面から突出したコイルエンドの長さｈを零にする事は出来ず巻線量増加と銅損増加により、更なる小形・軽量・高効率化とコストダウンが困難であった。また、各相のコイルを周方向に分布して巻線を行なう分布巻方式においては、コイルエンドの長さｈが更に大きくなるなどの問題があり、従来のアウターロータ形のＡＣサーボモータに関しても同様の問題があった。【０００４】  この発明は、上述のような問題点を解消するためになされたものであり、巻線作業が容易で、小形・軽量・高効率であり、コギングトルクを小さくできるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの巻線方法、固定子鉄心構造、及び回転子構造を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上述の目的を達成するために、この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、内周側に等ピッチで軸方向に同一極性となるようにＮ・Ｓ極を交互に備えた回転子の内側に、磁極歯部を備えた固定子を配置し、この固定子に軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、各コイルの内周側と軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この外周側に永久磁石型回転子と同一極数の磁極歯部が、当該コイルを挟んで回転軸の周方向に互いに電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成され、更に、各コイルの磁極歯部を回転軸の周方向に所定の角度ずらして、軸方向に重ね合わせたように構成されているものである。【０００６】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、固定子の軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、各コイルの内周側及び軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この外周側に所定の極数の磁極歯部が、当該コイルを挟んで回転軸の周方向にπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成され、各コイルの磁極歯部が、回転軸の軸方向に一致するように重ね合わせて構成されており、更に、この磁極歯部の外側で所定のエヤーギャップを介して対向する永久磁石型回転子は、固定子と同一極数のＮ・Ｓ極を内周側に等ピッチで交互に備え、その磁極の中心を各固定子コイルに対応させて回転軸の周方向に所定の角度ずらして構成されているものである。【０００７】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、さらに、固定子あるいは永久磁石型回転子に、磁束の漏れを軽減するための手段を備えているものである。【０００８】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、さらに、固定子鉄心の少なくともその一部を、板状磁性部材を用いて積層一体化して形成するものである。【０００９】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、さらに、固定子鉄心の少なくともその一部を、圧粉磁心を用いて形成するものである。【００１０】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、さらに、固定子鉄心に形成された磁極歯部に、磁性部材で構成された磁極片を備えているものである。【００１１】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、さらに、固定子あるいは永久磁石型回転子にスキューを施したものである。【００１２】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、さらに、固定子コイルを、印刷回路技術を用いて形成するものである。【００１３】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、さらに、固定子コイルを、印刷回路技術を用いて固定子鉄心の表面に直接的に形成するものである。【００１４】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、さらに、固定子コイルを、銅箔を円筒状に巻回した後、所定の巾に切断して形成するものである。【００１５】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、さらに、毎相のコイルを複数個とし、各相のコイルの軸方向並び順が対称形となるように配置して構成するものである。【００１６】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、さらに、軸方向に互いに隣接する同一相のコイル、及び、当該固定子鉄心を一体化して構成するものである。
【発明の効果】
【００１７】  この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、固定子に軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、各コイルの内周側及び軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この外周側に磁極歯部を回転軸の周方向に所定の角度ずらして、軸方向に重ね合わせたように構成するため、コイルを鉄心の歯部に巻き付ける必要がなく、コイルの巻線作業及び端末処理を大幅に簡略化することができ、コイルエンドに相当する部分が存在しないためコイルの銅線使用量が減少し銅損を低減することができるため、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの効率が向上しコストダウンや小形・軽量化を実現しながら生産性の向上に寄与することができる。【００１８】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、各コイルの磁極歯部を、回転軸の軸方向に一致するように重ね合わせて構成し、永久磁石型回転子の磁極の中心を、対向する固定子コイル毎に回転軸の周方向に所定の角度ずらして構成することにより、固定子鉄心の金型を簡略化することができ、コストダウンを実現することができる。【００１９】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、磁束の漏れを軽減するための手段を備えたことにより、漏れ磁束を低減し、ギャップ磁束密度を確保することができるため、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの特性を向上させることができる。【００２０】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、固定子鉄心の少なくともその一部を、板状磁性部材を用いて積層一体化して形成することにより、高精度な固定子鉄心を、安価で容易に製作することができるため、生産性の向上に寄与することができる。【００２１】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、固定子鉄心の少なくともその一部を、圧粉磁心を用いて形成することにより、磁束が三次元的に容易に移動できるため、鉄心内部の損失を軽減することができ、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの効率向上と小形・軽量化に寄与することができる。【００２２】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、磁極歯部に磁性部材で構成された磁極片を備えたことにより、磁束を有効に活用することができるため、漏れ磁束が減少し、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの特性向上に寄与することができる。【００２３】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、固定子あるいは永久磁石型回転子にスキューを施すことにより、ギャップ磁束の高調波成分の影響を低減させることができるため、振動・騒音ひいては回転ムラを小さくすることができる。【００２４】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、印刷回路技術を用いて固定子コイルを形成することにより、巻線機を使わずに高密度な占積率を有するコイルを安価に製作することができるため、生産性の向上とコストダウンに寄与することができる��【００２５】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、印刷回路技術を用いて固定子鉄心の表面に直接的に固定子コイルを形成することにより、固定子鉄心とコイルを一体に製作することができるため、小形化と生産性の向上に寄与することができる。【００２６】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、円筒状に巻回した銅箔を所定の巾に切断して固定子コイルを形成することにより、比較的電流容量の大きいコイルを、巻線機を使わずに安価に製作することができるため、生産性の向上とコストダウンに寄与することができる。【００２７】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、毎相のコイルを複数個とし、各相のコイルの軸方向並び順が対称形となるように配置することにより、振動・騒音を更に抑制することができる。【００２８】  つぎの発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、軸方向に互いに隣接する同一相のコイル、及び、当該固定子鉄心を一体化することにより、コストダウンと小形化に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】  以下に添付の図を参照にして、この発明にかかるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３０】  図１〜図４は、この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータの実施例１として、三相４極のモータに適用した例を示しており、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２とリード線１３、及び固定子２０、永久磁石型回転子８０、回転フレーム９３を支持する回転軸９０、軸受部材９１、ブラケット９２、検出器９４等で構成されている。【００３１】  Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２は、回転軸９０の軸方向に分割してコイル１０〜１２のリングの中心と、回転軸９０の中心が概ね一致するように回転軸９０に対し同一方向に巻装され、適切な絶縁処理が施されてＹ字形に結線された後、リード線１３により図２に示すように三相の電源ユニット１６に接続されている。【００３２】  固定子２０は、コイル１０〜１２と、これの内周側の内側固定子鉄心２１〜２３、及び各コイル１０〜１２の軸方向両端側の側面固定子鉄心２４〜２９で構成されており、Ｕ相の内側固定子鉄心２１と側面固定子鉄心２４、２５は、夫々磁気的につながっており、更に側面固定子鉄心２４、２５の外周側には、図３に示すように凸形の磁極歯部３０、３１が夫々形成されている。Ｖ・Ｗ相も同様に構成されており外周側には磁極歯部３２〜３５が形成されている。【００３３】  永久磁石型回転子８０は、所定の形状に加工され、内周側にＵ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２の磁極歯部３０〜３５と所定のエヤーギャップを介して永久磁石８２〜８４が配置されている。永久磁石８２〜８４は、ネオジウム系希土類磁石等を用いてリング状に構成されており、残留磁束及び保持力が共に大きく、磁気エネルギー積がきわめて大きい。このため、磁石面積を小さくしても必要なギャップ磁束を確保でき、所用の出力を得ることができる。【００３４】  図３（ａ）〜図３（ｆ）は、側面固定子鉄心２４〜２９とこれの外周側に形成された凸形の磁極歯部３０〜３５の構成を図１の軸端側（上部）から反軸端側（下部）へ透かして見た図を示し、他の構成部品は図中省略している。図３（ａ）は、Ｕ相コイル１０の軸端側の側面固定子鉄心２４であり、磁極歯部３０は，その周方向の中心がマッチマーク３６の位置と合わせて時計の１２時と、電気角で２π（ｒａｄ）ずれた時計の６時の位置となるように２個所に形成されている。図３（ｂ）は、Ｕ相コイル１０の反軸端側の側面固定子鉄心２５であり、磁極歯部３１は、その周方向の中心が、軸端側の側面固定子鉄心２４に形成された磁極歯部３０の中心に対し、電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に形成されている。この結果、内側固定子鉄心２１（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｕ相コイル１０を挟んで側面固定子鉄心２４・２５の磁極歯部３０・３１により、外周側の周方向に交互に形成される。【００３５】  図３（ｃ）は、Ｖ相コイル１１の軸端側の側面固定子鉄心２６であり、磁極歯部３２は、その周方向の中心が、Ｕ相コイル１０の軸端側の側面固定子鉄心２４に形成された磁極歯部３０の中心に対し、電気角で２π／３（ｒａｄ）ずらして構成されている。図３（ｄ）は、Ｖ相コイル１１の反軸端側の側面固定子鉄心２７であり、磁極歯部３３は、その周方向の中心が、軸端側の側面固定子鉄心２６に形成された磁極歯部３２の中心に対し、電気角でπ（ｒａｄ）ず���た位置に形成されている。この結果、Ｕ相コイル１０の場合と同様に、内側固定子鉄心２２（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｖ相コイル１１を挟んで側面固定子鉄心２６・２７の磁極歯部３２・３３により、外周側の周方向に交互に形成される。【００３６】  図３（ｅ）は、Ｗ相コイル１２の軸端側の側面固定子鉄心２８であり、磁極歯部３４は、その周方向の中心が、Ｕ相コイル１０の軸端側の側面固定子鉄心２４に形成された磁極歯部３０の中心に対し、電気角で４π／３（ｒａｄ）ずらして構成されている。図３（ｆ）は、Ｗ相コイル１２の反軸端側の側面固定子鉄心２９であり、磁極歯部３５は、その周方向の中心が、軸端側の側面固定子鉄心２８に形成された磁極歯部３４の中心に対し、電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に形成されている。この結果、Ｕ・Ｖ相の場合と同様に、内側固定子鉄心２３（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｗ相コイル１２を挟んで側面固定子鉄心２８・２９の磁極歯部３４・３５により、外周側の周方向に交互に形成される。【００３７】  固定子２０は、上述のＵ・Ｖ・Ｗ相の各コイル１０〜１２と、内周側の内側固定子鉄心２１〜２３、及び各コイルの側面固定子鉄心２４〜２９を、上述の位置関係を維持しながら軸方向に重ね合わせたように構成されている。【００３８】  図４は、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２の磁極歯部３０〜３５と、所定のエヤーギャップを介して対向する、永久磁石型回転子８０の永久磁石８２〜８４の軸直角方向断面を示す。いずれも固定子と同一極数である４極の磁極が、内周側に等ピッチで、軸方向に同一極性となるように構成されている。【００３９】  この実施例においては、例えば、Ｕ相コイル１０により発生した磁束は、内周側の内側固定子鉄心２１→側面固定子鉄心２４→磁極歯部３０→所定のエヤーギャップ→永久磁石８２（Ｓ極）→永久磁石８２（Ｎ極）→所定のエヤーギャップ→磁極歯部３１→側面固定子鉄心２５→内側固定子鉄心２１と三次元的に巡る磁路を構成し、リング状のコイル１０に鎖交して軸方向に発生した磁束の変化を、回転方向の磁束の変化に変えることができる。Ｖ・Ｗ相コイル１１・１２により発生した磁束も同様に作用させることができ、電源の位相差に対応して磁極歯部３２・３４を、周方向に電気角で２π／３（ｒａｄ）ずつずらしているため、検出器９４により永久磁石８２〜８４の極性を判定しながら、コイル１０〜１２に三相電源を供給することにより、これと同期させて、永久磁石型回転子８０を、回転駆動させるブラシレスＤＣモータを得ることができる。更に、検出器９４により永久磁石型回転子８０の速度、位置検出を行うことによりＡＣサーボモータとして作用させることができる。【００４０】  上述のような構成によれば、コイルを鉄心の歯部に巻き付ける必要がなく、各相のコイル数は最小限各１個で済むため、コイルの巻線作業及び端末処理を大幅に簡略化することができる。また、コイルエンドに相当する部分が存在しないため、コイルの銅線使用量を減らし、銅損を低減することにより、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの効率向上に寄与することができ、コストダウンや更なる小形化も実現することができる。なお、コイル１０〜１２の巻き方向が同一でない場合は、該当の磁極歯部を回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずらす等により本実施例と同様に作用させることができる。
【実施例２】
【００４１】  図５、図６は、この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータの実施例２を示している。この実施例２は、上述の実施例１と同様に、三相４極のモータに適用した例であり、実施例１に対して磁極歯部３０〜３５と永久磁石型回転子８０の構成のみ異なり、図１は大略において実施例２の軸方向半断面側面図をも示している。【００４２】  図５は、実施例２における側面固定子鉄心２４〜２９と、これの外周側に形成された凸形の磁極歯部３０〜３５の構成を、実施例１と同様に、図１の軸端側（上部）から反軸端側（下部）へ透かして見た図を示し、他の構成部品は図中省略している。図５（ａ）は、Ｕ・Ｖ・Ｗ相コイル１０〜１２（図中省略）の軸端側の側面固定子鉄心２４・２６・２８を示し、磁極歯部３０・３２・３４は、その周方向の中心を、マッチマーク３６に合わせて時計の１２時と、電気角で２π（ｒａｄ）ずれた時計の６時の位置となるように２個所に形成されている。図５（ｂ）は、上記コイル１０〜１２の反軸端側の側面固定子鉄心２５・２７・２９を示し、磁極歯部３１・３３・３５は、その周方向の中心が、軸端側の側面固定子鉄心２４・２６・２８に形成された磁極歯部３０・３２・３４の中心に対し、電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に形成されている。この結果、内側固定子鉄心２１（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｕ相コイル１０を挟んで側面固定子鉄心２４・２５の磁極歯部３０・３１により、外周側の周方向に交互に形成される。同様に内側固定子鉄心２２（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｖ相コイル１１を挟んで側面固定子鉄心２６・２７の磁極歯部３２・３３により、外周側の周方向に交互に形成される。更に、内側固定子鉄心２３（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｗ相コイル１２を挟んで側面固定子鉄心２８・２９の磁極歯部３４・３５により、外周側の周方向に交互に形成される。【００４３】  固定子２０は、上述のＵ・Ｖ・Ｗ相の各コイル１０〜１２と、内周側の内側固定子鉄心２１〜２３、及び各コイルの側面固定子鉄心２４〜２９を上述のように各コイルの磁極歯部が回転軸の軸方向に一致するように重ね合わせて構成されている。【００４４】  図６（ａ）〜図６（ｃ）は、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２の磁極歯部３０〜３５と所定のエヤーギャップを介して対向する、永久磁石型回転子８０の内側に配置された永久磁石８２〜８４の軸直角方向断面を示す。いずれも固定子と同一極数である４極の磁極が、内周側に等ピッチで形成されている。図６（ａ）は、Ｕ相コイル１０の磁極歯部３０・３１に対向する永久磁石８２を示し、図６（ｂ）は、Ｖ相コイル１１の磁極歯部３２・３３に対向する永久磁石８３を示すが、その磁極の周方向の中心は、永久磁石８２の磁極の周方向中心に対し、電気角で２π／３（ｒａｄ）ずれており、更に、図６（ｃ）は、Ｗ相コイル１２の磁極歯部３４・３５に対向する永久磁石８４を示すが、その磁極の周方向の中心は、永久磁石８２の磁極の周方向中心に対し、電気角で４π／３（ｒａｄ）ずれて構成されている。【００４５】  この実施例のものにおいても実施例１と同様に、リング状のＵ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２に鎖交して軸方向に発生した磁束の変化を、回転方向の磁束の変化に変えることができ、電源の位相差に対応して永久磁石型回転子８０に配置された永久磁石８２〜８４を、周方向に電気角で２π／３（ｒａｄ）ずつずらしているため、三相電源駆動のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータを得ることができる。【００４６】  上述のように、この構成によっても実施例１と同様に、巻線作業を簡略化し、コイルの銅線使用量を減らし、銅損を低減することにより、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの効率向上に寄与することができ、コストダウンや更なる小形化も実現することができる。また、固定子鉄心の金型を簡略化することができるため、生産性の向上に寄与することができる。
【実施例３】
【００４７】  実施例３では、上述のような実施例の構成に加え、磁束の漏れを軽減するための手段として、軸方向に隣接する相間に磁気的な隙間を設けたものである。【００４８】  図７（ａ）は、ブラシレスＤＣモータの固定子近傍を示す軸方向の半断面部分側面図であり、他の構成部品は図中省略している。図７（ａ）においてＵ相の固定子は、コイル１０と軸方向両端側の側面固定子鉄心２４・２５及び内側固定子鉄心２１で構成されており、Ｖ・Ｗ相の固定子も同様にコイル１１・１２と各固定子鉄心で構成されているが、互いに隣接するＵ相の固定子鉄心とＶ相の固定子鉄心、及び、Ｖ相の固定子鉄心とＷ相の固定子鉄心の間には、磁気的な隙間として所定の空隙ａを設けて構成されている。【００４９】  図７（ｂ）は、他の実施例を示し、図７（ａ）と比較して内側固定子鉄心２１・２２・２３は連結して一体に形成されているが、互いに隣接するＵ相の側面固定子鉄心２５とＶ相の側面固定子鉄心２６の間，及び、Ｖ相の側面固定子鉄心２７とＷ相の側面固定子鉄心２８の間には、磁気的な隙間として所定の空隙ａを設けて構成されている。【００５０】  上述のような構成によれば、寸法ａを最適化することにより、隣接する相への磁束の漏れを軽減し、ギャップ磁束密度を確保することができるため、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの特性を向上させることができる。また、図７に示す固定子に対しては、これと組み合わされる永久磁石型回転子の軸方向に互いに隣接する永久磁石８２〜８４の間にも、同様に空隙ａを設けることにより、特性を向上させながら高価な磁石の使用量を減らしコストダウンを実現することができる。なお、空隙ａを隙間とせずに非磁性部材を用いて構成しても、同様の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００５１】  図８、図９は、この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの実施例４を示している。実施例４では、上述のような実施例の構成を実現する手段として、固定子鉄心の一部を、板状磁性部材を用いて積層一体化を行なうものである。【００５２】  図８は、Ｕ相コイル１０（図中省略）の固定子鉄心を、実施例１あるいは実施例２と同様に、図１の軸端側（上部）から反軸端側（下部）へ透かして見た図を示す。図８（ａ）の側面固定子鉄心２４には、凸形の磁極歯部３０が形成されており、図８（ｃ）の側面固定子鉄心２５にも同様に、凸形の磁極歯部３１が形成されている。図８（ｂ）は、内側固定子鉄心２１であり、側面固定子鉄心２４と２５の間に挟むようにして支持されるものである。【００５３】  図８（ａ）〜図８（ｃ）の夫々の部品は、板状磁性部材をプレス加工により製作した後、マッチマーク３６を基準としてヌキカシメ４７により所要枚数を夫々積層し密着固定されるものであり、ヌキカシメの他に接着、カシメピン、ネジ止め、溶接等により固着することもできる。他のコイルの固定子鉄心も同様に構成されており、適切な絶縁処理を施した後、各コイルを巻装するものである。なお、軸方向に隣接する相の固定子鉄心を同時に固着一体化した後、各コイルを同時に巻装することもできる。【００５４】  図９（ａ）に一相分の固定子鉄心とコイルを組み立てた状態を示し、図９（ｂ）は、図９（ａ）の断面ＡＡを示す。側面固定子鉄心２４の磁極歯部３０と周方向の隣極となる側面固定子鉄心２５の磁極歯部３１で形成される極間には、所定の巾ｔの空隙が設けられている。巾ｔと磁極歯部３０・３１の外周側形状は、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの特性を考慮して適宜決定することができる。図９（ｃ）は、巾ｔ＝０として磁極歯部３０・３１の周方向端面を円弧状とすることによりコギングトルクの改善を図った他の実施例を示す。【００５５】  上述のような製法によれば、高精度な固定子鉄心を安価で容易に製作することができ、生産性の向上に寄与することができる。またこのとき、断面形状が円形の従来のマグネットワイヤに代えて、断面形状が概略四角形の導体を用いることにより、導体間の隙間が減少し巻線の占積率を向上させることができるため、コイルの温度上昇を抑制することが可能となり、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの効率向上と小形化に寄与することができる。なお、巾ｔの空隙部分に樹脂材等の非磁性材を用いることにより、振動・騒音を抑制することができる。
【実施例５】
【００５６】  図１０は、この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの実施例５を示している。実施例５では、固定子鉄心の一部を、鉄粉を無機系の皮膜などで一粒一粒絶縁し圧縮成型等を行なった所謂圧粉磁心を用いて構成するものである。【００５７】  図１０（ａ）は、圧粉磁心で構成した一相分の固定子であり、図９（ｂ）と同様の断面を示す。固定子鉄心は、分割面ｆで二分されて夫々が圧粉磁心で構成されており、更に、側面固定子鉄心２４・２５の磁極歯部３０・３１には磁極片４０・４１が磁性部材である圧粉磁心を用いて夫々一体に形成されている。側面固定子鉄心２４に形成された磁極片４０は、側面固定子鉄心２５の軸方向端面より，所定の寸法ｂだけ短く構成されており、側面固定子鉄心２５に形成された磁極片４１も同様に、側面固定子鉄心２４の軸方向端面より、所定の寸法ｂだけ短く構成されている。なお、コイル１０は、別工程にてリング状に形成され適切な絶縁処理を施した後、組み立てを行なう。他の相の固定子鉄心も同様に構成されている。分割面ｆで二分された固定子鉄心は接着、圧入、カシメピン、ネジ止め等により適宜固定されるものである。図１０（ｂ）は、圧粉磁心で構成した他の実施例を示す一相分の固定子であり、固定子の軸方向のコア巾が大きい場合の例を示す。【００５８】  実施例１に示すように、固定子鉄心の内部においては磁束が三次元的に移動するため、上述のように全方向に対し比抵抗と透磁率の値がともに大きい圧粉磁心を用いることにより、磁束の移動が容易となり、鉄心内部の損失を軽減することができ、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの効率向上に寄与することができる。また、鉄心プレスの工程が一部あるいは全部不要となるため、固定子鉄心を安価で容易に製作することができ、更に各コイルの巻線が容易となるため、生産性の向上とコストダウンに寄与することができる。更にまた、磁極片により磁束を有効に活用することができ、寸法ｂを最適化することにより漏れ磁束が減少し効率向上に寄与することができる。なお、軸方向に隣接する相の固定子鉄心の一部を連結して一体に形成することもでき、図１０に示す固定子鉄心の形状を、板状磁性部材を用いて構成することも可能である。
【実施例６】
【００５９】  図１１は、この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの実施例６を示している。実施例６では、上述のような実施例の構成に加え、固定子にスキューを施すものである。【００６０】  図１１は、回転軸を垂直方向として固定子鉄心を直線状に展開して、永久磁石型回転子と対向する外周面を見た部分図である。Ｕ相の磁極歯部３０と磁極片４０は、周方向に隣接する磁極歯部３１及び磁極片４１とスキュー角だけ傾いて構成されており、極間の空隙ｔ＝０の場合を示す。Ｖ・Ｗ相の夫々の磁極歯部と磁極片も同様にスキュー角だけ傾いて構成されている。なお、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの特性を考慮して、周方向に隣接する磁極歯部と磁極片、および磁極片どうしを薄肉のブリッジ部分で連結することもできる。【００６１】  上述の構成においては、固定子に容易にスキューを施し、スキュー角を最適化することによりギャップ磁束の高調波成分の影響を低減させることができるとともに、磁気回路のパーミアンスの急峻な変動を避けることができるため、コギングトルクを軽減させ、振動・騒音ひいては回転ムラを低減することができ、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの特性を向上させることができる。なお、固定子をスキューする代わりに、永久磁石型回転子に配置された永久磁石にスキュー着磁等を施しても同様の効果を得ることができる。
【実施例７】
【００６２】  図１２は、この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの実施例７を示している。実施例７では、印刷回路技術を用いて固定子コイルを形成するものである。【００６３】  図１２（ａ）は、固定子コイルを軸方向から見た平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の断面ＢＢの拡大図を示し、絶縁部材６１の上に印刷回路技術によりコイル１０の導体層をリング状に形成した後、保護被覆６２を施し電気的絶縁性と機械的強度を維持するように構成する。コイル１０の導体層の寸法、形状はブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの特性を考慮して適宜決定されるが、コイル１０の巻回数を多く必要とする場合は、上述のように構成した導体層を、コイル１０の巻き方向が同一となるように軸方向に複数層重ね合わせて、接続用端子６３・６４を用いて直列あるいは並列に接続を行う。図１２（ｃ）は、一相分の固定子として２層構造のコイル１０を側面固定子鉄心２４と２５で挟持するように構成した例であり、図１０と同様の断面を示す。【００６４】  この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、コイルを鉄心の歯部に巻き付ける必要がないため、上述のように所謂シートコイルを用いた構成とすることにより、巻線機を使わずに高密度な占積率を有するコイルを安価に製作することができるため、生産性の向上とコストダウンに寄与することができる。
【実施例８】
【００６５】  図１３は、この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの実施例８を示している。実施例８では、印刷回路技術を用いて固定子鉄心の表面に直接的に固定子コイルを形成するものである。【００６６】  図１３（ａ）は、実施例７と同様に固定子コイルを軸方向から見た平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の断面ＣＣの拡大図を示す。磁極片４１を備えた側面固定子鉄心２５の軸方向端面に絶縁部材６１により絶縁被膜を形成した後、印刷回路技術によりコイル１０の導体層をリング状に形成し、保護被覆６２を施し電気的絶縁性と機械的強度を維持するように構成する。実施例７と同様に、コイル１０の導体層の寸法、形状はブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの特性を考慮して適宜決定されるが、コイル１０の巻回数を多く必要とする場合は、上述のように構成した導体層を、コイル１０の巻き方向が同一となるように軸方向に複数層重ね合わせて、接続用端子６３・６４を用いて直列あるいは並列に接続を行う。図１３（ｃ）は、一相分の固定子として夫々２層構造のコイル１０を有する側面固定子鉄心２４と２５を、コイル１０の巻き方向が同一となるように重ね合わせて構成した例であり、図１０と同様の断面を示す。【００６７】  上述のように所謂金属基板技術を応用したプリントコイルを用いた構成によれば、固定子鉄心とコイルを一体に製作することができるため、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの小型化と生産性の向上に寄与することができる。また、更に小形化を行う場合は、コイルの導体層のみでなく固定子鉄心を構成する磁気回路層も印刷回路技術を用いて形成することができる。
【実施例９】
【００６８】  図１４は、この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの実施例９を示している。実施例９では、円筒状に巻回した銅箔を所定の巾に切断して固定子コイルを形成するものである。【００６９】  図１４（ａ）に示すように、表面に絶縁被膜を施したシート状の銅箔６５を円筒状に巻回し、両端に接続用の端子部分を形成する導電性のパイプ６６・６７を接合した後、樹脂等により固着一体化し、図１４（ｂ）に示すように金属ワイヤ６８等により所定の巾に切断し、適宜絶縁処理を施してコイル１０を形成する。この実施例においても、コイル１０を形成する銅箔の寸法、形状はブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの特性を考慮して適宜決定されるが、コイル１０の巻回数を多く必要とする場合は、上述のように構成したコイルを巻き方向が同一となるように軸方向に複数個重ね合わせて、これらのコイル間を導電性のパイプ６６・６７を切断して形成された接続用端子を用いて、直列あるいは並列に接続を行うことができる。図１４（ｃ）は、一相分の固定子としてコイル１０を側面固定子鉄心２４と２５で挟持するように構成した例であり、図１０と同様の断面を示す。【００７０】  上述のように所謂スライスコイルを用いた構成によれば、比較的電流容量の大きいコイルを、巻線機を使わずに安価に製作することができるため、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの生産性の向上とコストダウンに寄与することができる。
【実施例１０】
【００７１】  図１５は、この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの実施例１０を示している。実施例１０では、毎相のコイルを複数個とし、各相のコイルの軸方向並び順が対称形となるように配置したものである。【００７２】  図１５は、固定子近傍を示す軸方向の半断面部分側面図であり、他の構成部品は図中省略している。図１５においては、毎相のコイル数を２個とし、Ｕ相のコイルは１０と１０ａ、Ｖ相のコイルは１１と１１ａ、Ｗ相のコイルは１２と１２ａで構成され、軸端側（上部）から反軸端側（下部）に向かってＵ・Ｖ・Ｗ・Ｗ・Ｖ・Ｕ相の並び順で回転軸９０の軸方向に対称形となるように配置し、各相毎に直列あるいは並列に適宜接続した後、全体としては図２に示すようにＹ字形に結線を行い、電源ユニット１６に接続するものである。【００７３】  上述のような構成によれば、軸方向に発生する振動を相殺することにより、更に低振動・低騒音を実現することができる。
【実施例１１】
【００７４】  図１６は、この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの実施例１１を示している。実施例１１では、実施例１０において軸方向に互いに隣接する同一相のコイルと固定子鉄心を一体化して構成するものである。【００７５】  図１６は、図１５と同様に固定子近傍を示す軸方向の半断面部分側面図であり、他の構成部品は図中省略している。図１６においては、図１５の軸方向中央付近で互いに隣接するＷ相のコイル１２と１２ａを一体化し、更にコイル１２と１２ａの固定子鉄心も一体化し、実施例１０と同様に、各相毎に適宜接続した後、全体としては図２に示すようにＹ字形に結線を行い、電源ユニット１６に接続するものである。【００７６】  上述のような構成によれば、固定子鉄心とコイルの製作を簡略化することができ、コストダウンと小形化に寄与することができる。【００７７】  実施例１〜１１は、アウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの極数が４極でリング状の永久磁石を用いた場合をこの発明に適用したが、この発明によるブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、これ以外の極数および磁石形状を有する場合に対しても有効である。そして、この発明によるブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、リング状の固定子コイルを二相構造とすることにより、更に小形でローコストなアウターロータ形のモータを得ることもでき、用途に応じてセンサーレス方式を採用することもできる。また、この発明によるブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータに動圧軸受を用いることにより、更に小形・軽量で低振動・低騒音を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】  この発明によるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、各種産業分野で利用することができるが、特に、軸方向の寸法を小形化できるためハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）、ディーブイディー（ＤＶＤ）ドライブ等のスピンドル用モータとして、あるいは、パソコン等のＣＰＵ冷却用ファンモータとして利用することができる。また、超小形化が可能なためロボットやマイクロマシン等に利用することもできる。更にまた、この発明によるブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、外力により回転軸を回転させ永久磁石型発電機として電力を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施例１及び実施例２におけるアウターロータ形のブラシレスＤＣモータの軸方向半断面側面図である。（側面固定子鉄心と磁極歯部の構成は図３あるいは図５に依る）
【図２】実施例１におけるブラシレスＤＣモータの接続図である。
【図３】実施例１における側面固定子鉄心と磁極歯部の構成を、軸端側（上部）から反軸端側（下部）へ透かして見た図である。（突極形状を誇張して図示）
【図４】実施例１における永久磁石型回転子の回転軸に対して直角方向の断面図である。
【図５】実施例２における側面固定子鉄心と磁極歯部の構成を、軸端側（上部）から反軸端側（下部）へ透かして見た図である。（突極形状を誇張して図示）
【図６】実施例２における永久磁石型回転子の回転軸に対して直角方向の断面図である。
【図７】（ａ）は実施例３における固定子、（ｂ）は他の実施例における固定子を示す夫々軸方向半断面部分側面図である。
【図８】実施例４における固定子鉄心の構成を、軸端側（上部）から反軸端側（下部）へ透かして見た図である。
【図９】（ａ）と（ｂ）は実施例４における固定子鉄心を組み立てた図であり、（ｃ）は他の実施例における固定子鉄心を組み立てた図である。
【図１０】（ａ）は実施例５における固定子を示す軸方向断面側面図であり、（ｂ）は他の実施例における固定子を示す軸方向断面側面図である。
【図１１】実施例６における固定子鉄心の外周面の部分図である。
【図１２】実施例７における固定子コイルの構成を示す図である。
【図１３】実施例８における固定子コイルの構成を示す図である。
【図１４】実施例９における固定子コイルの構成を示す図である。
【図１５】実施例１０における固定子を示す軸方向半断面部分側面図である。
【図１６】実施例１１における固定子を示す軸方向半断面部分側面図である。
【図１７】従来例のアウターロータ形のブラシレスＤＣモータを示し、（ａ）は軸方向半断面側面図、（ｂ）は主要部分の構成を示す。
【符号の説明】
【００８０】  １０〜１２及び１０ａ〜１２ａ固定子コイル、１３リード線、１６三相電源ユニット、２０固定子、２１〜２３内側固定子鉄心、２４〜２９側面固定子鉄心、３０〜３５磁極歯部、３６マッチマーク、４０・４１磁極片、４７ヌキカシメのカシメ位置、６１絶縁部材、６２保護被覆、６３・６４接続用端子、６５銅箔、６６・６７導電性パイプ、６８金属ワイヤ、８０永久磁石型回転子、８２〜８４永久磁石、９０回転軸、９１軸受部材、９２ブラケット、９３回転フレーム、９４検出器、１１５従来の固定子コイル、１２５従来の固定子鉄心、１２６従来の固定子鉄心の歯部、ａ・ｂ・ｔ所定の隙間、ｆ分割面、ｈコイルエンドの長さ、
【図１】
2005253280.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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