JP2006025586A

JP2006025586A - モータの構造

Info

Publication number: JP2006025586A
Application number: JP2004296257A
Authority: JP
Inventors: Shih-Ming Huang; 世民黄; Riryu Chin; 李龍陳; Wen-Hsi Huang; 文喜黄
Original assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Current assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2006-01-26
Also published as: US20060006753A1; US7064465B2; TWI300283B; DE102004055923A1; TW200603514A

Abstract

【課題】起動死点が回避でき、かつ、回転時の振動および騒音が低い放熱ファン用モータの構造を提供する。
【解決手段】
固定子２２と回転子２１からなるモータの構造である。回転子２１は、極間部分２１２”をそれぞれ備えた複数の磁気領域２１２’を有する磁性構造体２１２からなる。固定子２２と磁性構造体２１２との間には均一で等距離のエアギャップ２７が形成される。このような構成から、モータがスムーズに起動し、回転時の振動と騒音が大幅に低減される。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、モータの構造に関し、特に、放熱ファンに用いられ、低振動、低騒音、かつ円滑に起動することのできるモータの構造に関するものである。

現在のモータ技術では、ファンを回転させるために磁気的反発力を利用する。通常モータは回転子と固定子から構成され、回転子ないし固定子のいずれか一方が永久磁石、他方が電磁石からなっている。電磁石のコイルが通電されると、コイル付近に磁界が発生し、この磁界が永久磁石の磁界と反発し合う。回転子を回転させるには、かかる磁気的反発力が十分でなくてはならない。よって、回転子を滑らかに回転させるために採られている最も一般的な手法は、例えば、ケイ素鋼板の数を増やす、もしくはその外径を大きくする、またはケイ素鋼板に巻装されているコイルの巻き数を増やすことにより、モータの出力を高めるというものである。

図１Ａに示すのは、従来の４極モータの構造を説明する断面図である。このモータでは、回転子１２がその静止から起動の間にデッドポイントが生じ、起動不能とならないように、固定子１１を構成するケイ素鋼板の磁極面を非対称の円弧ないしＲ角１１１に形成する、または固定子１１を磁気抵抗がアンバランスとなるような構造に設計した上で、積層後のケイ素鋼片にコイル１３を巻装し、一方、回転子１２はフレーム１２１と永久磁石１２２で構成されるが、この永久磁石１２２を、図１Ｂに示すように、Ｎ極−Ｓ極−Ｎ極−Ｓ極の順に交互に着磁された対称な環状に形成するという構成が採られている。かかる構成によって、固定子１１と回転子１２との間にできるエアギャップの大きさを変える、または図１Ａに示す如くの不等間隔なエアギャップ１４にすることにより、コギングトルクを発生させて回転子をその平衡位置に偏移させ、駆動中に吸引作用により回転不能となったり、または起動死点にあったりすることのないようにして、モータをスムーズに回転させるのである。

上述のモータの構造によれば、その起動特性は改善されるが、モータ回転のトルクリップルが増大して、振動と騒音が生じるという欠点がある。また、固定子は複数のケイ素鋼板から構成され、各板は基本的に同じ形状であるが、そのうちの一部は異なる形状とする、または非対称の円弧もしくはＲ角を作る必要があるため、製造の困難度が増すと共に、コストも高くなり、かつ、モータのトルクリップルを除去するのも容易ではない。さらに、上述のモータの構造では、固定子と回転子との間のエアギャップが比較的大きいので、形成される磁路の磁束損失も大きくなる。

本発明者らは、上述した従来技術の欠点に鑑みて、鋭意研究を重ねた結果、これら諸欠点を解消できるモータの構造を完成するに至った。

そこで、本発明の目的は、起動死点が回避でき、かつ、回転時の振動および騒音が低い放熱ファン用モータの構造を提供することにある。

すなわち、本発明は、複数個の磁極を有する固定子、および、磁性構造体を有し、この磁性構造体と前記複数個の磁極との間に等間隔のエアギャップを形成させて前記固定子に連結する回転子、を備えるモータの構造に関する。

前記モータの起動をスムーズにすべく、前記磁性構造体は複数の磁気領域からなり、これら各磁気領域が極間部分をそれぞれ備えていることが好ましい。

前記磁性構造体の各磁気領域とその極間部分とが異極となるようそれぞれ着磁されることが好ましい。

前記極間部分は、無着磁の部分である、または貫穿された穴であることが好ましい。

前記極間部分は、四角形、三角形、円形またはその他の任意の形状であることが好ましい。

前記モータの磁極の位相変化を検出するホールセンサをさらに備え、前記極間部分が、前記回転子の該ホールセンサに検出される検出端面とは反対側の端部に配置されることが好ましい。

前記固定子は、対称状の磁極を持った形状が同じケイ素鋼板を複数枚積層してなり、該磁極にはコイルが巻装されることが好ましい。

前記固定子は、それぞれ複数の磁極を備えるように一体射出成形または打ち抜き加工されたケイ素鋼板からなる上下２つの固定子部材が、相互に嵌合して構成されたものであり、これら上下固定子部材が互いに嵌合することで形成される内部空間にはボビンが収容されることが好ましい。

前記回転子は、さらに、前記磁性構造体を内装させるフレームと回転軸を備え、前記磁性構造体は円筒状のマグネットまたはマグネットリングであることが好ましい。

また、本発明は、モータの構造であって、固定子、および、前記モータをスムーズに起動させるべく複数の磁気領域と極間部分が備えられた磁性構造体から構成され、前記固定子に連結する回転子、からなるモータの構造に関する。

前記固定子は、対称な磁極を持った、同形状のケイ素鋼板を複数枚積層し、該磁極にコイルを巻装してなることが好ましい。

前記固定子と前記磁性構造体との間には、均一で等間隔のエアギャップが形成されることが好ましい。

本発明が提供するモータの構造によれば、起動死点が回避され得ると共に、低騒音、低振動が実現でき、さらに、製造のコスト削減、時間短縮および困難度の低減を図ることができる。

本発明に係るモータの構造は、回転子と固定子を備えてなる。回転子は磁性構造体からなり、磁性構造体は、それぞれに極間部分を有する複数の磁気領域から構成されている。また、固定子は、磁性構造体との間に等間隔のエアギャップが形成されるように回転子に連結されている。こうした構成により、モータはより滑らかに起動できることとなる。

磁性構造体の各磁気領域とその極間部分とは、互いに異極となるように着磁されているのが好ましい。また、極間部分が無着磁の部分である、あるいは貫穿された穴である構成としてもよい。極間部分の形状は、四角形、三角形、円形またはその他任意の形とすることができる。

また、本発明に係るモータの構造は、モータの磁極の位相変化を検出するホールセンサをさらに備えていてもよい。この場合、極間部分は、回転子のホールセンサに検出される検出端面とは反対側の端部に配置されることとなる。より好適には、極間部分が、磁性構造体における、検出される検出端面とは反端側のコーナー部分に位置するように配されるとよい。

固定子は、対称な磁極を持った、形状が同一のケイ素鋼板を複数枚積層した上で、この複数の積層された磁極にコイルを巻装して構成される。あるいは、固定子は、上下の固定子部材を、ボビンを両者間にできる内部空間に収容させて嵌合した構成とすることができる。この場合、上下固定子部材は、一体射出成形または打ち抜き加工した、それぞれに複数の磁極を備えるケイ素鋼板からなる。

回転子は、フレームと回転軸をさらに備え、磁性構造体をこのフレームに嵌装することとしてもよい。該磁性構造体は、円筒状のマグネットまたはマグネットリングであり得る。

以下、本発明がより理解され得るように、実施例を挙げて図面と対応させながら詳細に説明する。

図２Ａから２Ｃに示すのは、本発明実施例による放熱ファン用モータの構造を説明する図である。このモータは、回転子２１、上下２つの固定子部材２２１，２２２からなる固定子２２、ボビン２３、軸受２４および回路板２５から構成される。回路板２５上には、モータの磁極の位相変化を検知するホールセンサ２６が設けられている。回転子２１は、フレーム２１１（例えば、鉄製フレーム）、磁性構造体２１２および回転軸２１３からなる。組み立ては、ボビン２３とこれに巻装されるコイル２３１がその内部に収容されるように、上固定子部材２２１と下固定子部材２２２を、磁極２２１ａ，２２１ｂと磁極２２２ａ，２２２ｂとを介して互いに嵌合してから、軸受２４に装着することで行う。

本発明に係るモータの構造において、上下固定子部材２２１，２２２は、一体射出成形または打ち抜き加工されたケイ素鋼板からなるものとすることができる。図２Ｃに示すように、上下固定子部材２２１，２２２と磁性構造体との間には、均一で等間隔のエアギャップ２７が形成される。製造コストを抑えるという観点から、上下固定子部材２２１，２２２は、同一の型で作製することとしてもよい。

回転子２１の磁性構造体２１２はマグネットリングまたは円筒状のマグネットからなり、それぞれ極間部分２１２”が形成された複数の磁気領域２１２’に分かれている。着磁後のマグネットの磁気抵抗は約１であって空気に近いため、こうした構成によれば、モータ回転時の振動と騒音を効果的に軽減することができる。各磁気領域２１２’とその極間部分２１２”とは、次の数種の形態をとることができる。各磁気領域２１２’とその極間部分２１２”とが互いに異極となるよう着磁された形態、例えば、磁気領域２１２’がＮ極に、その極間部分２１２”がＳ極になるよう着磁する形態（図３（Ａ））、極間部分２１２”を無着磁とする形態（図３（Ｂ））、あるいは、極間部分２１２’を貫穿した穴として形成する形態（図３（Ｃ））などである。極間部分２１２”は、磁性構造体２１２の各磁気領域２１２’において四角形、三角形または円形に形成され得るが、これらに限定されることはなく、その他任意の形状に形成することが可能である。また、極間部分２１２”は、回転子２２の、ホールセンサ２６に検出される検出端面２１２ｂとは反対側の端部２１２ａ、つまり、磁性構造体２１２における、検出端面２１２ｂとは反対側のコーナー部分にそれぞれ配置され、ホールセンサ２６は、磁性構造体２１２の内側、つまり、極間部分２１２”が配されていない方の側に設けられる。

なお、本発明に係る放熱ファン用モータの構造は、上述した実施例の構成のほか、変形例として、図４に示すように、固定子２２を、対称な磁極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを有した、同形状のケイ素鋼板を複数枚積層した上で、コイル２３１をこれら磁極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄにそれぞれ巻装した構成とすることもできる。この固定子２２は、複数枚のケイ素鋼板を同一の型で対称を呈するよう同形状に作製し、これらを積層してなるものであるため、コストダウン、製造時間の短縮、および製造難度の軽減を図ることができる。また、実施例の構成と同じように、磁極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄと磁性構造体２１２との間のエアギャップは、等間隔で均一である。

一般に、単相ブラシレスモータ動作時の回転トルクＴは励磁トルクＴ_excと、コギングトルクＴ_cogとの和であり、つまり、
Ｔ＝Ｔ_exc ＋Ｔ_cog
である。モータの無励磁状態において存在するのはコギングトルクだけであるから、設計にあたり、次のような関係が成り立つ。
（１）Ｔ_cog ＞Ｔ_friであると、モータは、コギングトルクに依存して設計当初の停止位置または起動位置に戻る。但し、Ｔ_friは摩擦トルクである。
（２）Ｔ_exc ＞Ｔ_cog ＋Ｔ_friであると、モータはスムーズに起動し、コギングトルクによって磁気抵抗がアンバランスとなる。つまり、
Ｔ_cog ＝ −１／２ψｇ^２（ｄＲ／ｄθ） …… （ａ）
となる。ただし、ψｇはマグネットが生じた全磁束を表し、ｄＲ／ｄθは、モータがθ方向に回転運動する際の磁気抵抗変化率を表わす。

コギングトルクの式（ａ）からわかるように、モータがθ方向に回転運動する際の磁気抵抗変化率を低くすれば、モータのコギングトルクを効果的に低減することができるため、モータ回転時の振動と騒音が抑えられる。そうすると、本発明は、回転子のマグネットと固定子とのエアギャップが等間隔で均一となるように設計し、かつ、該マグネットを、極間部分をそれぞれ有する複数の磁気領域からなる磁性構造体としたため、本発明によれば、従来のモータにおける、磁気抵抗が非対称となる構造に起因するコギングトルクの問題を有効に改善することができる。

以上、本発明について説明したが、特許請求の範囲を逸脱しない限りにおいて、本発明を任意に変更し、各種修飾を加えることは可能である。

図１Ａは、従来のモータ構造を示す断面図である。図１Ｂは図１Ａのモータ構造の永久磁石の配置を説明する図である。図２Ａは、本発明実施例１による放熱ファン用モータの構造の立体分解図である。図２Ｂは、図２Ａのモータにおける回転子の立体分解図である。図２Ｃは、図２Ａのモータを組み立てた後の断面図である。本発明に係るモータ構造の永久磁石の配置を説明する図である。本発明変形例による放熱ファンに用いるモータ構造を説明する断面図である。

符号の説明

２１回転子
２１１フレーム
２１２磁性構造体
２１２’ 磁気領域
２１２” 極間部分
２１２ａ検出端面と反対側の端部
２１２ｂ検出端面
２１３回転軸
２２固定子
２２１，２２２固定子部材
２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，２２１ｄ磁極
２３ボビン
２４軸受
２５回路板
２６ホールセンサ
２７エアギャップ

Claims

複数個の磁極を有する固定子と、
磁性構造体を有し、この磁性構造体と前記複数個の磁極との間に等間隔のエアギャップを形成させて前記固定子に連結する回転子と
を備えるモータの構造。
前記モータの起動をスムーズにすべく、前記磁性構造体は複数の磁気領域からなり、これら各磁気領域が極間部分をそれぞれ備えている、請求項１記載のモータの構造。
前記磁性構造体の各磁気領域とその極間部分とが異極となるようそれぞれ着磁されてなる、請求項２記載のモータの構造。
前記極間部分は、無着磁の部分であるか、または貫穿された穴である、請求項２記載のモータの構造。
前記極間部分は、四角形、三角形、円形またはその他任意の形状である、請求項２記載のモータの構造。
前記モータの磁極の位相変化を検出するホールセンサをさらに備え、前記極間部分が、前記回転子の該ホールセンサに検出される検出端面とは反対側の端部に配置される、請求項２記載のモータの構造。
前記固定子は、対称な磁極を持った、形状が同じケイ素鋼板を複数枚積層し、該磁極にコイルを巻装してなる、請求項１記載のモータの構造。
前記固定子は、それぞれ複数の磁極を備えるように一体射出成形または打ち抜き加工されたケイ素鋼板からなる上下２つの固定子部材が、相互に嵌合して構成されたものであり、これら上下固定子部材が互いに嵌合することで形成される内部空間にはボビンが収容される、請求項１記載のモータの構造。
前記回転子は、さらに、前記磁性構造体を内装させるフレームと回転軸とを備え、前記磁性構造体は円筒状のマグネットまたはマグネットリングである、請求項１記載のモータの構造。
固定子と、
前記モータをスムーズに起動させるべく複数の磁気領域と極間部分が備えられた磁性構造体から構成され、前記固定子に連結する回転子と、
からなるモータの構造。
前記磁性構造体の各磁気領域とその極間部分とが異極となるようそれぞれ着磁されてなる、請求項１０記載のモータの構造。
前記極間部分は、無着磁の部分であるか、または貫穿された穴である、請求項１０記載のモータの構造。
前記極間部分は、四角形、三角形、円形またはその他の任意の形状である、請求項１０記載のモータの構造。
前記モータの磁極の位相変化を検出するホールセンサをさらに備え、前記極間部分が、前記回転子の該ホールセンサに検出される検出端面とは反対側の端部に配置される、請求項１０記載のモータの構造。
前記固定子は、対称な磁極を持った、形状が同じケイ素鋼板を複数枚積層し、該磁極にコイルを巻装してなる、請求項１０記載のモータの構造。
前記固定子は、それぞれ複数の磁極を備えるように一体射出成形または打ち抜き加工されたケイ素鋼板からなる上下２つの固定子部材が、相互に嵌合して構成されたものであり、これら上下固定子部材が互いに嵌合することで形成される内部空間にはボビンが収容される、請求項１０記載のモータの構造。
前記固定子と前記磁性構造体との間には、均一で等間隔のエアギャップが形成されている、請求項１０記載のモータの構造。