JP4186593B2

JP4186593B2 - DC brushless motor and DC pump provided with the same

Info

Publication number: JP4186593B2
Application number: JP2002329436A
Authority: JP
Inventors: 陽一宿里; 愼弥古賀; 恭庭月野; 誠二浦野; 敏輔酒井; 滋楢木野; 利彦松田; 文徳平川; 譲光相園
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-11-13
Also published as: JP2004166401A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁極位置センサの感度を向上させ、薄型で長寿命、高効率のＤＣブラシレスモータ及びそれを備えたＤＣポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電機子は固定子鉄心に巻線を巻いて使用されるため、どうしても物理的にスペースが必要で機構上大型化する傾向があり、最近では小型化、さらに薄型化に対する要求が高まりつつある。
【０００３】
以下に薄型化を目的とした従来のＤＣブラシレスモータについて、図４を用いて説明する。図４は従来のＤＣブラシレスモータの構成図である。図４において、電機子１０８の中央付近にドライバＩＣ１１３が位置するように基板１１２上にドライバＩＣ１１３を配し、シ−ルド板１１４を基板１１２の下に配設した後、この基板１１２にコイル１１０が巻装された電機子１０８を固定し、ロ−タフレ−ム１０７に保持されたマグネットロータ１０６に対向するように電機子１０８を配し、直流ブラシレスモ−タを構成している。また、この基板１１２上には、マグネットロータ１０６の磁極位置を検出する磁極位置センサ１１５も配置され、この磁極位置センサ１１５の出力信号を受けて、ドライバＩＣ１１３は電機子１０８の巻線１１０に流す電流を制御する。これによって電機子１０８が電磁石となり、マグネットロータ１０６の磁極との吸引と反発が発生し、マグネットロータ１０６に回転トルクが発生する。
【０００４】
この構成により、ドライバＩＣ１１３からのパタ−ン配線が容易にでき、基板１１２に対するパタ−ン配線の面積を小さくすることができるため、基板１１２の外形を小さくすることができ直流ブラシレスモ−タの小型化ができる。また、電機子１０８に巻装されているコイルからの制約がなくなり、より薄型な直流ブラシレスモ−タを実現することができるものである（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１０６５８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＤＣブラシレスモータの構成では、磁極位置センサ１１５とドライバＩＣ１１３実装用の基板１１２を、固定子鉄心のコイルエンドから適当なギャップを設けて配置するため、コイルエンドと基板側の厚みによりモータの厚みが決定されるという制約を受け、しかも基板１１２へ電気を供給するためにリード線１１１を必要とし、そのリード線１１１の外径寸法も無視できずモータの薄型化が図れない課題を有していた。なお、１１６はコネクタである。
【０００７】
また、この従来のＤＣブラシレスモータは、薄型化を図る必要からマグネットロータの長さが固定子鉄心の長さより充分でなく、このため漏れ磁束から磁極位置を確実に検出できず、安定したモータ性能が得られないという課題を有していた。
【０００８】
さらに、従来のＤＣポンプは薄型でなく、しかも安定したポンプ性能を得ることが難しいものであった。
【０００９】
そこで本発明は、薄型で、マグネットロータの磁極位置を確実に検出して安定したモータ性能のＤＣブラシレスモータを提供することを目的としている。
【００１０】
また、本発明は、薄型で、マグネットロータの磁極位置を確実に検出して安定した出力のＤＣポンプを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、複数のティースの先端にそれぞれ突極を有する固定子鉄心と、突極の外周側で回転するマグネットロータと、ティースに巻かれた巻線コイルと突極とに囲まれた位置に配置されて、マグネットロータの磁極位置を検出する磁極位置センサと、磁極位置センサからの出力信号によって巻線コイルに流す電流を制御するドライバＩＣとを備えたＤＣブラシレスモータであって、少なくとも磁極位置センサとドライバＩＣを実装したフレキシブル基板が、巻線コイルが巻かれていない位置で固定子鉄心に取り付けられるとともに、そのリード部がモータ側面形状に沿って屈曲自在に外部に引き出され、、且つフレキシブル基板が突極側面からマグネットロータと対向する面に屈曲され、屈曲された部分に磁極位置センサの検出面をマグネットロータに対向させた状態で取り付けたことを特徴とする。
【００１２】
これにより、薄型で、マグネットロータの磁極位置を確実に検出して安定したモータ性能にすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するためになされた請求項１の発明は、複数のティースの先端にそれぞれ突極を有する固定子鉄心と、突極の外周側で回転するマグネットロータと、ティースに巻かれた巻線コイルと突極とに囲まれた位置に配置されて、マグネットロータの磁極位置を検出する磁極位置センサと、磁極位置センサからの出力信号によって巻線コイルに流す電流を制御するドライバＩＣとを備えたＤＣブラシレスモータであって、少なくとも磁極位置センサとドライバＩＣを実装したフレキシブル基板が、巻線コイルが巻かれていない位置で固定子鉄心に取り付けられるとともに、そのリード部がモータ側面形状に沿って屈曲自在に外部に引き出され、且つフレキシブル基板が突極側面からマグネットロータと対向する面に屈曲され、屈曲された部分に磁極位置センサの検出面をマグネットロータに対向させた状態で取り付けたことを特徴とするＤＣブラシレスモータであり、フレキシブル基板のリード部を使うのでドライバＩＣに電気を給電するためのリード線が不要となり、薄いフレキシブル基板が屈曲できるので巻線コイルを避けた位置で固定子鉄心に取り付けることが可能であり、ＤＣブラシレスモータの薄型化が飛躍的に図れるとともに、薄いため機器に組込む際の自由度が向上するという作用を有する。
【００１４】
更に、ＤＣブラシレスモータの薄型化を図るとき、マグネットロータの漏れ磁束で磁極位置を検出するのではなく、主磁束で検出するため磁極位置の検出感度が向上し、モータ性能の安定化が図れる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載のＤＣブラシレスモータを駆動部とし、マグネットロータを水封したケーシングを備えたＤＣポンプであって、固定子鉄心および巻線コイルからなる電機子の形成する磁界によってマグネットロータがケーシング内で回転されることを特徴とするＤＣポンプであり、ＤＣポンプを薄型化できるとともに長寿命を実現でき、磁極位置センサの感度も向上し、ポンプ性能が安定する。
【００１６】
以下、フレキシブル基板を設けたＤＣブラシレスモータの基本構成について図１を用いて説明する。
【００１７】
（基本構成）
図１（ａ）は４極４スロットのＤＣブラシレスモータの基本構成図であり、図１（ｂ）は（ａ）のＤＣブラシレスモータのＡ−Ａ断面図である。図１（ａ），（ｂ）において、１は固定子鉄心、１ａは固定子鉄心１の突極、２はティース、３は巻線コイル、４はマグネットロータ、５は電機子、６は磁極位置（磁極の切れ目）、７は磁極位置センサ、８はドライバＩＣ、９はＦＰＣ基板（本発明のフレキシブル基板）、９ａはＦＰＣリード部、１０は補強板、１１は屈曲部、１２はコイルエンド長である。
【００１８】
この固定子鉄心１の素材としては、鉄損を低減しモータ効率を向上するために、透磁率が大きく、厚さがｔ＝０．２〜０．５ｍｍ程度の珪素鋼鈑が好適である。固定子鉄心１はこの鋼鈑を複数枚積層されて構成される。この固定子鉄心１の中心から放射状にのびる腕の部分がティース２であり、ティース２の部分に巻線が施され、巻線コイル３が形成される。巻線コイル３の巻線材は一般的に銅線に薄い絶縁皮膜を施したものが使用される。
【００１９】
ところで、マグネットロータ４と対向する突極１ａは、できるだけマグネットロータ４のマグネットからの磁束を固定子鉄心１内に取り込むと同時に、巻線コイル３の巻線可能な部分を確保するため、ティース２と比較して幅広い形状となっている。電機子５はこのような固定子鉄心１とそれに巻かれた巻線コイル３とから構成される。また、マグネットロータ４のマグネットは永久磁石となりうるフェライトや金属系磁性体（ＳｍＣｏ等）等がよい。
【００２０】
マグネットロータ４は、巻線コイル３に電流を流すことで各ティース２に順に形成される電磁石の磁力によって吸引または反発され、磁界の方向にトルクが発生し、電機子５周りに回転を始める。このときトルクを効率よく発生させるには、巻線コイル３に流す電流の向きをタイミングよく切り替える必要がある。そこで、この切り替えのタイミングを正確にするため、磁極位置センサ７が設けられ、これがマグネットロータ４の磁極位置（磁極の切れ目）６を検出し、タイミング信号として出力する。この磁極位置センサ７が発生したタイミング信号は、ドライバＩＣ８に入力され、ドライバＩＣ８はこのタイミング信号に基づいて巻線コイル３に流す電流方向を切り替える。これにより４つの突極１ａに発生する電磁石の磁極の極性がそれぞれ切り替わる。
【００２１】
ところで、磁極位置センサ７とドライバＩＣ８は、屈曲可能なＦＰＣ基板９に実装されている。このＦＰＣ基板９の材質としては耐熱性のあるポリイミド(厚さt＝０．１ｍｍ程度)等が適当である。また、磁極位置センサ７とドライバＩＣ８等の電子部品が実装される部分には、ＦＰＣ基板９の実装面と反対側に補強板１０を貼り合わすのが好適である。この補強板１０の材質は一般的に耐熱性を持つガラス繊維入りのエポキシ基板（通称ガラエポ基板）、もしくはＦＰＣ基板９と同じポリイミドを使うのがよく、厚さは０．２〜０．３ｍｍ程度が適当である。
【００２２】
このＤＣブラシレスモータで最も特徴的な部分はこのＦＰＣ基板９の形状と電機子５上のレイアウトにある。図１（ａ）に示すように、ＦＰＣ基板９の形状は徳利形である。磁極位置センサ７は、磁極位置６を検出するために、漏れ磁束を検出するため可能な限りマグネットロータ４に近づける必要があり、徳利の口側部分の上に配置される。またドライバＩＣ８は磁極位置センサ７より数倍の実装面積を必要とするため、固定子鉄心１の中心部分に実装される。また、モータの薄型化するため、コイルエンド長１２に影響しないように巻線コイル３の位置を避け、ＦＰＣ基板９の形状も徳利形で、これがベルト状のＦＰＣリード部９ａに繋がった形状となっている。すなわち、ＦＰＣ基板９でドライバＩＣ８に電気を給電するため、従来必要だったリード線を実装する必要がなく、リード線の外径寸法よりはるかに薄いＦＰＣ基板９を使い、しかも巻線コイル３を避けて固定子鉄心１（補強板１０を含む）上にＦＰＣ基板９を配設するために、屈曲部１１で巻線コイル３等のモータ側面形状に沿って屈曲（９０°程度まで屈曲可能）させてＦＰＣリード部９ａを引き出すことができ、モータの薄型化が図れる。
【００２３】
このように図１のＤＣブラシレスモータにおいては、ドライバＩＣ８や磁極位置センサ７等が実装されたＦＰＣ基板９を電機子５上にレイアウトすることで、従来の技術のように、コイルエンド長とギャップ、さらに基板の厚みと、補強板の厚み、実装部品の高さ、これに加えてドライバＩＣに給電するためのリード線の外径寸法とを加算した寸法をＤＣブラシレスモータの厚みとする必要はない。すなわち、図１のＤＣブラシレスモータでは、固定子鉄心１の厚みにＦＰＣ基板９と補強板１０を含めた厚みと、実装部品の高さを加算した寸法が、ＤＣブラシレスモータの厚みを決定することになる。これにより、電源電圧５Ｖ、最大出力２００ｍＷのＤＣブラシレスモータを外径２０ｍｍの固定子鉄心１で４ｍｍの厚みとすることができた。なお、この厚み４ｍｍというのは、従来の技術では７．５ｍｍ必要であったものであり、図１の基本構成のＤＣブラシレスモータはこれをほぼ半分の厚みとし、大幅な薄型化を実現するものである。
【００２４】
（実施の形態１）
図２，図３を用いて本発明の実施の形態１について説明する。実施の形態１は、図１のＤＣブラシレスモータにおいて、マグネットロータ４の磁極位置検出の感度を向上させるものである。図２（ａ）は本発明の実施の形態１における４極４スロットのＤＣブラシレスモータの構成図、図２（ｂ）は（ａ）のＤＣブラシレスモータのＡ−Ａ断面図である。なお、図１と同一符号の構成に関しては同一内容であるから、説明を割愛する。
【００２５】
実施の形態１のＤＣブラシレスモータは、図１と同様、第１の屈曲部１１で巻線コイル３に沿って屈曲させてＦＰＣ基板９のＦＰＣリード部９ａを引き出すとともに、磁極位置センサ７とドライバＩＣ８との間に更に第２の屈曲部１１を設けている。すなわち、ＦＰＣ基板９は、第２の屈曲部１１で屈曲され、この部分に磁極位置センサ７の検出面がマグネットロータ４に対向させた状態で取り付けられる。当然ながら、部品を実装した部分の補強板１０は第２の屈曲部１１の部分では除かれる。これにより第２の屈曲部１１を設け易くしている。そして、この磁極位置センサ７の検出面をマグネットロータ４に対向することで、磁極位置センサ７の感度が格段に向上する。この感度向上を（表１）を用いて説明する。（表１）は、磁界解析を用いて磁極位置センサの位置での磁束密度Ｂのベクトル値を解析したものである。この磁界解析の条件は、コア形状が外径２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの４枚積層、６スロットコアであり、マグネットが内径２２ｍｍ、コア積層方向の寸法３ｍｍ、表面磁束密度のピーク１７０ｍＴである。
【００２６】
【表１】

解析した結果は、各位置での磁極位置センサ７の出力信号の大きさから算出された磁束密度値とほぼ一致する。（表１）によれば、ポイントｘとポイントｙのどちらのポイントにおいても、磁束密度はコア軸方向（スラスト方向）よりもコアラジアル方向が５〜６倍向上していることが分かる。また、マグネットからの距離が小さくなる（コア中心からの距離が大きい）ほどセンサ位置での磁束密度が大きくなる。
【００２７】
ところで、ドライバＩＣ８と磁極位置センサ７から規定されるモータ性能に関し、このバラツキをなくすための最低限の磁束密度は３ｍＴ以上である。従ってコア軸方向での検出、すなわち図１の構成ではモータ性能にかなりバラツキが生じることとなる。これに対し、実施の形態１の構成ではかなりマグネットから距離がはなれても、充分な磁極位置検出ができる磁束密度が存在する。例えば、マグネットから３．３ｍｍ（＝２２／２ｍｍ−７．７ｍｍ）離れても、４．１５ｍＴの磁束密度が存在することになり、モータ性能のバラツキがほとんど発生しなくなる。
【００２８】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１のＤＣブラシレスモータをシールレスポンプの駆動部として使用した場合である。図３（ａ）は本発明の実施の形態２における４極４スロットのＤＣブラシレスモータを駆動部とするＤＣポンプの構成図、図３（ｂ）は（ａ）のＤＣポンプのＡ−Ａ断面図である。
【００２９】
実施の形態２のＤＣポンプについて図３に基づいて説明する。実施の形態２のＤＣポンプは渦流ポンプもしくは摩擦ポンプであって、羽根車と一体のマグネットロータ４を水封し同時に固定子鉄心１を防水するための隔壁、すなわちキャンとなる分離板（後述する）を有し、マグネットロータ４が直接駆動され軸シールをもたないシールレスポンプである。図１，２と同一符号の構成に関しては同一内容であるから、説明を割愛する。
【００３０】
図３（ａ），（ｂ）において、１３はシールレスポンプ内の循環水と電気部（電機子５とＦＰＣ基板９の実装部品）とを隔離するための分離板であり、１４は固定子鉄心１をポンプ下方から分離板１３に圧入して組み立てるとき、突極１ａの上面と接触し、圧入位置を決定するコア圧入ストッパー、１５はＦＰＣ基板９の厚み分だけコア圧入ストッパー１４より上部に位置する基板固定用ストッパーである。なお、分離板１３はマグネットロータ４を内部に収容したポンプケーシングということができる。
【００３１】
実施の形態２のＤＣポンプは、組み立て時に分離板１３の内周面と突極１ａの外周面を接触させながら圧入固定する。マグネットロータ４と突極１ａの位置が、コア圧入ストッパー１４によってモータ性能を最大にする位置に確実に圧入される。このとき同時にポンプ性能も向上する。また、ＦＰＣ基板９は基板固定用ストッパー１５と突極１ａに挟まれ簡単且つ確実に固定される。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明のＤＣブラシレスモータによれば、モータの薄型化を飛躍的に実現できるとともに、主磁束から磁極位置を検出することで、モータ性能のバラツキをほとんど発生せず、個々のモータのモータ性能を安定化することができる。
【００３３】
また、本発明のＤＣポンプは、ＤＣブラシレスモータのモータ性能の安定性によってポンプ性能の安定化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明におけるフレキシブル基板を設けた４極４スロットのＤＣブラシレスモータの基本構成図
（ｂ）（ａ）のＤＣブラシレスモータのＡ−Ａ断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における４極４スロットのＤＣブラシレスモータの構成図
（ｂ）（ａ）のＤＣブラシレスモータのＡ−Ａ断面図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２における４極４スロットのＤＣブラシレスモータを駆動部とするＤＣポンプの構成図
（ｂ）（ａ）のＤＣポンプのＡ−Ａ断面図
【図４】従来のＤＣブラシレスモータの構成図
【符号の説明】
１固定子鉄心
１ａ突極
２ティース
３巻線コイル
４，１０６マグネットロータ
５，１０８電機子
６磁極位置
７，１１５磁極位置センサ
８，１１３ドライバＩＣ
９ＦＰＣ基板
９ａＦＰＣリード部
１０補強板
１１屈曲部
１２コイルエンド長
１３分離板
１４コア圧入ストッパー
１５基板固定用ストッパー
１０７ロータフレーム
１０８電機子
１１０巻線
１１１リード線
１１２基板
１１４シールド板
１１６コネクタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC brushless motor that improves the sensitivity of a magnetic pole position sensor, is thin, has a long life, and is highly efficient, and a DC pump including the same.
[0002]
[Prior art]
Since an armature is used by winding a winding around a stator core, there is a need for a physical space, and there is a tendency to increase the size of the mechanism. Recently, there is an increasing demand for downsizing and further thinning.
[0003]
A conventional DC brushless motor for the purpose of reducing the thickness will be described below with reference to FIG. FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional DC brushless motor. In FIG. 4, the driver IC 113 is arranged on the substrate 112 so that the driver IC 113 is located near the center of the armature 108, and the shield plate 114 is disposed below the substrate 112. Is fixed, and the armature 108 is disposed so as to face the magnet rotor 106 held by the rotor frame 107 to constitute a DC brushless motor. Further, a magnetic pole position sensor 115 for detecting the magnetic pole position of the magnet rotor 106 is also disposed on the substrate 112, and the driver IC 113 flows through the winding 110 of the armature 108 in response to an output signal of the magnetic pole position sensor 115. Control the current. As a result, the armature 108 becomes an electromagnet, attracting and repelling the magnetic poles of the magnet rotor 106, and rotational torque is generated in the magnet rotor 106.
[0004]
With this configuration, pattern wiring from the driver IC 113 can be facilitated, and the area of the pattern wiring with respect to the substrate 112 can be reduced. Therefore, the outer shape of the substrate 112 can be reduced, and the DC brushless motor can be reduced. Miniaturization is possible. Further, there is no restriction from the coil wound around the armature 108, and a thinner DC brushless motor can be realized (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3106582 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the configuration of the conventional DC brushless motor described above, the magnetic pole position sensor 115 and the substrate 112 for mounting the driver IC 113 are disposed with an appropriate gap from the coil end of the stator core. The lead wire 111 is required to supply electricity to the substrate 112 and the outer diameter of the lead wire 111 cannot be ignored, and the motor cannot be thinned. Had. Reference numeral 116 denotes a connector.
[0007]
In addition, since the conventional DC brushless motor needs to be thinned, the length of the magnet rotor is not sufficient than the length of the stator core, so that the magnetic pole position cannot be reliably detected from the leakage magnetic flux, and stable motor performance is achieved. There was a problem that could not be obtained.
[0008]
Furthermore, the conventional DC pump is not thin and it is difficult to obtain stable pump performance.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a DC brushless motor that is thin and has a stable motor performance by reliably detecting the magnetic pole position of a magnet rotor.
[0010]
It is another object of the present invention to provide a DC pump that is thin and has a stable output by reliably detecting the magnetic pole position of a magnet rotor.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a stator core having salient poles at the tips of a plurality of teeth, a magnet rotor that rotates on the outer peripheral side of the salient poles, a winding coil wound around the teeth, and salient poles. DC brushless motor provided with a magnetic pole position sensor for detecting the magnetic pole position of the magnet rotor and a driver IC for controlling a current flowing through the winding coil by an output signal from the magnetic pole position sensor A flexible board on which at least a magnetic pole position sensor and a driver IC are mounted is attached to the stator core at a position where the winding coil is not wound, and the lead portion is externally bent along the motor side shape. and drawn to the ,, flexible substrate is bent from the salient pole side to the magnet rotor which faces the magnetic pole position to the bent portion It characterized that you fitted with the detection surface of the sensor while being opposed to the magnet rotor.
[0012]
Thereby, it is thin and can detect the magnetic pole position of a magnet rotor reliably, and can be made stable motor performance.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In order to solve the above problems, the invention of claim 1 is directed to a stator core having salient poles at the tips of a plurality of teeth, a magnet rotor rotating on the outer periphery of the salient poles, and a winding wound around the teeth. A magnetic pole position sensor that detects the magnetic pole position of the magnet rotor, and a driver IC that controls the current flowing through the winding coil by an output signal from the magnetic pole position sensor. A DC brushless motor equipped with a flexible substrate on which at least a magnetic pole position sensor and a driver IC are mounted is attached to the stator core at a position where no winding coil is wound, and the lead portion follows the shape of the side surface of the motor. drawn freely to the outside bend Te, and the flexible substrate is bent from the salient pole side to the magnet rotor which faces are bent A DC brushless motor which is characterized that you the detection surface of the magnetic pole position sensor mounted while being opposed to the magnet rotor portion, the lead wires for supplying electricity to the driver IC so use lead portion of the flexible substrate Since it is not necessary and the thin flexible substrate can be bent, it can be attached to the stator core at a position avoiding the winding coil, and the DC brushless motor can be drastically reduced in thickness. It has the effect of improving the degree.
[0014]
Furthermore, when the DC brushless motor is made thinner, the magnetic pole position is not detected by the leakage flux of the magnet rotor, but is detected by the main magnetic flux, so that the detection sensitivity of the magnetic pole position is improved and the motor performance can be stabilized. .
[0015]
The invention of claim 2, the DC brushless motor according to claim 1 Symbol mounting a driving unit, a magnet rotor comprising a DC pump comprising a casing and a water seal, the made the armature of the stator core and the winding coils The DC pump is characterized in that the magnet rotor is rotated in the casing by the magnetic field to be formed. The DC pump can be thinned, can achieve a long life, and the sensitivity of the magnetic pole position sensor is improved, and the pump performance is stabilized. .
[0016]
Below, it will be described with reference to FIG. 1 with the basic structure of a DC brushless motor provided with a flexible substrate.
[0017]
(Basic configuration)
FIG. 1A is a basic configuration diagram of a 4- pole 4-slot DC brushless motor , and FIG. 1B is an AA cross-sectional view of the DC brushless motor of FIG. 1 (a) and 1 (b), 1 is a stator core, 1a is a salient pole of the stator core 1, 2 is a tooth, 3 is a winding coil, 4 is a magnet rotor, 5 is an armature, and 6 is a magnetic pole. Position (magnetic pole break), 7 is a magnetic pole position sensor, 8 is a driver IC, 9 is an FPC board (flexible board of the present invention), 9a is an FPC lead portion, 10 is a reinforcing plate, 11 is a bent portion, and 12 is a coil end. It is long.
[0018]
As a material for the stator core 1, a silicon steel plate having a high magnetic permeability and a thickness of about t = 0.2 to 0.5 mm is suitable for reducing iron loss and improving motor efficiency. The stator core 1 is configured by laminating a plurality of steel sheets. The portion of the arm that extends radially from the center of the stator core 1 is a tooth 2, and a winding is applied to the portion of the tooth 2 to form a winding coil 3. The winding material of the winding coil 3 is generally a copper wire with a thin insulating film.
[0019]
By the way, the salient pole 1a facing the magnet rotor 4 takes in the magnetic flux from the magnet of the magnet rotor 4 into the stator core 1 as much as possible, and at the same time secures a portion where the winding coil 3 can be wound. Compared to a wide shape. The armature 5 includes such a stator core 1 and a winding coil 3 wound around the stator core 1. The magnet of the magnet rotor 4 is preferably a ferrite that can be a permanent magnet, a metal-based magnetic material (such as SmCo), or the like.
[0020]
The magnet rotor 4 is attracted or repelled by the magnetic force of the electromagnets formed in order on the teeth 2 by passing a current through the winding coil 3, generates torque in the direction of the magnetic field, and starts rotating around the armature 5. At this time, in order to efficiently generate the torque, it is necessary to switch the direction of the current flowing through the winding coil 3 with good timing. In order to make this switching timing accurate, a magnetic pole position sensor 7 is provided, which detects the magnetic pole position (magnetic pole break) 6 of the magnet rotor 4 and outputs it as a timing signal. The timing signal generated by the magnetic pole position sensor 7 is input to the driver IC 8, and the driver IC 8 switches the direction of the current flowing through the winding coil 3 based on the timing signal. As a result, the polarities of the magnetic poles of the electromagnets generated at the four salient poles 1a are switched.
[0021]
Incidentally, the magnetic pole position sensor 7 and the driver IC 8 are mounted on a bendable FPC board 9. A suitable material for the FPC board 9 is heat-resistant polyimide (thickness t = about 0.1 mm) or the like. In addition, it is preferable that a reinforcing plate 10 is attached to a part where electronic components such as the magnetic pole position sensor 7 and the driver IC 8 are mounted on the side opposite to the mounting surface of the FPC board 9. The material of the reinforcing plate 10 is generally a heat-resistant epoxy substrate containing glass fiber (commonly called glass epoxy substrate) or the same polyimide as the FPC substrate 9, and the thickness is about 0.2 to 0.3 mm. Is appropriate.
[0022]
The most characteristic part of the DC brushless motor is the shape of the FPC board 9 and the layout on the armature 5. As shown in FIG. 1A, the shape of the FPC board 9 is a bottle-shaped form. The magnetic pole position sensor 7 needs to be as close as possible to the magnet rotor 4 in order to detect the leakage magnetic flux in order to detect the magnetic pole position 6, and is disposed on the mouth side portion of the bottle. The driver IC 8 requires a mounting area several times as large as that of the magnetic pole position sensor 7 and is therefore mounted on the center portion of the stator core 1. Further, in order to reduce the thickness of the motor, the position of the winding coil 3 is avoided so as not to affect the coil end length 12, and the shape of the FPC board 9 is also a virtue shape, which is connected to the belt-like FPC lead portion 9a. It has become. That is, since electricity is supplied to the driver IC 8 by the FPC board 9, it is not necessary to mount a lead wire that has been required in the past, and the FPC board 9 that is much thinner than the outer diameter of the lead wire is used. In order to avoid and arrange the FPC board 9 on the stator core 1 (including the reinforcing plate 10), the bent portion 11 bends along the side surface of the motor such as the winding coil 3 (can be bent up to about 90 °). Thus, the FPC lead portion 9a can be pulled out, and the motor can be thinned.
[0023]
Oite Thus the DC brushless motor of FIG. 1, by laying the FPC substrate 9 driver IC8 and the magnetic pole position sensor 7 and the like is mounted on the armature 5, as in the prior art, the coil end length a gap, further the thickness of the substrate, the thickness of the reinforcing plate, the height of the mounted components, the thickness dimension obtained by adding the external diameter of the lead wire of the DC brushless motor for feeding in addition to the driver I C do not have to. That is , in the DC brushless motor of FIG. 1, the thickness obtained by adding the thickness of the stator core 1 including the FPC board 9 and the reinforcing plate 10 and the height of the mounted component determines the thickness of the DC brushless motor. It will be. Thus, it was possible to the thickness of the power supply voltage 5V, 4 mm a DC brushless motor with a maximum output of 200mW with a stator iron heart 1 having an outer diameter of 20 mm. The thickness of 4 mm is 7.5 mm in the prior art, and the DC brushless motor having the basic configuration shown in FIG. It is.
[0024]
(In the form of implementing state 1)
2, will be explained in the form state 1 of the present invention with reference to FIG. Form state first embodiment, in the DC brushless motor of FIG. 1, is intended to improve the sensitivity of the magnetic pole position detecting magnet rotor 4. 2 (a) is diagram of a DC brushless motor of four-pole 4 slots definitive to form state 1 of the present invention, FIG. 2 (b) is an A-A sectional view of the DC brushless motor (a). Note that the same reference numerals as those in FIG. 1 have the same contents, and the description thereof will be omitted.
[0025]
DC brushless motor in the form state first embodiment, similar to FIG. 1, is bent along the winding coils 3 together with the pull out FPC lead portion 9a of the FPC board 9 in the first bending portion 11, and the magnetic pole position sensor 7 A second bent portion 11 is further provided between the driver IC 8 and the driver IC 8. That is, the FPC board 9 is bent at the second bent portion 11, and is attached to this portion with the detection surface of the magnetic pole position sensor 7 facing the magnet rotor 4. As a matter of course, the reinforcing plate 10 where the component is mounted is excluded from the second bent portion 11. This makes it easy to provide the second bent portion 11. The sensitivity of the magnetic pole position sensor 7 is significantly improved by making the detection surface of the magnetic pole position sensor 7 face the magnet rotor 4. This sensitivity improvement will be described with reference to (Table 1). (Table 1) is an analysis of the vector value of the magnetic flux density B at the position of the magnetic pole position sensor using magnetic field analysis. The conditions of this magnetic field analysis are: a core shape is a four-layered, six-slot core with an outer diameter of 20 mm and a thickness of 0.5 mm, a magnet has an inner diameter of 22 mm, a dimension in the core stacking direction of 3 mm, and a peak surface magnetic flux density of 170 mT .
[0026]
[Table 1]

The analysis result almost coincides with the magnetic flux density value calculated from the magnitude of the output signal of the magnetic pole position sensor 7 at each position. According to (Table 1), it can be seen that at both the points x and y, the magnetic flux density is improved by 5 to 6 times in the core radial direction than in the core axial direction (thrust direction). Further, the magnetic flux density at the sensor position increases as the distance from the magnet decreases (the distance from the core center increases).
[0027]
By the way, regarding the motor performance defined by the driver IC 8 and the magnetic pole position sensor 7, the minimum magnetic flux density for eliminating this variation is 3 mT or more. Thus detection of the core axial direction, so that considerable variations in motor performance in the configuration of Sunawa Chi FIG. In contrast, in the configuration of the form status first embodiment also quite a distance from the magnet is moved away, the magnetic flux density can sufficient magnetic pole position detection is present. For example, even if the magnet is separated from the magnet by 3.3 mm (= 22/2 mm−7.7 mm), a magnetic flux density of 4.15 mT exists, and the motor performance hardly varies.
[0028]
(Form state to the second embodiment)
Shape status second embodiment is a case of using a DC brushless motor in the form state first embodiment as a drive portion of the seal-less pump. 3 (a) is diagram of a DC pump whose drive unit DC brushless motor of four-pole 4 slots definitive to form state 2 of the present invention, FIG. 3 (b) of the DC pump (a) A- It is A sectional drawing.
[0029]
The DC pump in the form status second embodiment will be described with reference to FIG. DC pump in the form status second embodiment is a vortex pump or friction pump impeller integral with the magnet rotor 4 a water seal and septum for waterproofing the stator core 1 simultaneously, that is, scan separation plate (described later The magnet rotor 4 is directly driven and does not have a shaft seal. The configuration with the same reference numerals as those in FIGS.
[0030]
3 (a) and 3 (b), 13 is a separation plate for isolating the circulating water in the sealless pump and the electrical part (mounted parts of the armature 5 and the FPC board 9), and 14 is a stator. When the iron core 1 is press-fitted into the separation plate 13 from below the pump, the core press-in stopper 15 that contacts the upper surface of the salient pole 1a and determines the press-in position is positioned above the core press-in stopper 14 by the thickness of the FPC board 9. This is a substrate fixing stopper. The separation plate 13 can be referred to as a pump casing in which the magnet rotor 4 is housed.
[0031]
DC pump in the form status second embodiment is press-fitted and fixed while contacting the inner and outer peripheral surfaces of the salient pole 1a of the separation plate 13 during assembly. The positions of the magnet rotor 4 and the salient pole 1a are surely press-fitted into the position where the motor performance is maximized by the core press-fitting stopper 14. At the same time, the pump performance is also improved. Further, the FPC board 9 is sandwiched between the board fixing stopper 15 and the salient pole 1a and is easily and reliably fixed.
[0032]
【The invention's effect】
According to the DC brushless motor of the present invention as described above, it is possible to dramatically reduce the thickness of the motor, by detecting the magnetic pole position from the main magnetic flux, hardly generate a variation in motor performance, individual The motor performance of the motor can be stabilized.
[0033]
In addition, the DC pump of the present invention can achieve stable pump performance due to the stability of the motor performance of the DC brushless motor.
[Brief description of the drawings]
[1] (a) A-A sectional view of the DC brushless motor of the basic configuration diagram of a DC brushless motor of four-pole four-slot the flexible substrate that put this onset bright provided (b) (a) Figure 2 ] (a) the a-a sectional view of the DC brushless motor configuration diagram of a DC brushless motor of four-pole 4 slots definitive to form state first embodiment (b) (a) of the invention Figure 3 (a) the invention diagram of a DC pump form DC brushless motor of four-pole 4 slots definitive in state 2 of the a driving unit (b) (a) a- a sectional view of a DC pump [4] conventional DC brushless motor Configuration diagram [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stator iron core 1a Salient pole 2 Teeth 3

Winding coil

4, 106 Magnet rotor 5, 108 Armature 6

Magnetic pole position

7, 115 Magnetic

pole position sensor

8, 113 Driver IC
9 FPC board 9a FPC lead part 10 Reinforcing plate 11 Bent part 12 Coil end length 13 Separation board 14 Core press-fit stopper 15 Board fixing stopper 107 Rotor frame 108 Armature 110 Winding 111 Lead wire 112 Board 114 Shield board 116 Connector

Claims

Arranged at a position surrounded by a stator core having salient poles at the tips of a plurality of teeth, a magnet rotor rotating on the outer peripheral side of the salient poles, a winding coil wound around the teeth, and the salient poles A DC brushless motor comprising: a magnetic pole position sensor that detects a magnetic pole position of the magnet rotor; and a driver IC that controls a current flowing through the winding coil according to an output signal from the magnetic pole position sensor, A flexible board on which the magnetic pole position sensor and the driver IC are mounted is attached to the stator core at a position where the winding coil is not wound, and the lead portion is bent outward along the side shape of the motor. withdrawn, and flexible substrate is bent to the magnet rotor which faces the salient pole side, which is the curved DC brushless motor which is characterized that you mounted in the detection surface of the magnetic pole position sensor to a separatory state of being opposed to the magnet rotor.

A DC pump comprising a casing in which the DC brushless motor according to claim 1 is a drive unit and the magnet rotor is water-sealed, wherein the magnet is generated by a magnetic field formed by an armature including the stator core and the winding coil. A DC pump characterized in that a rotor is rotated in the casing.