JP5473045B2 - 固定子及びモータ - Google Patents

Description

本発明は、モータの固定子の巻線構造に関する。

従来より、回転軸となるシャフトに、回転子（ロータ）が同軸に固定されていて、このロータの外周に固定子（ステータ）が設けられたインナロータ型のブラシレスモータが知られている。このモータでは、一般に、ロータの外側にＮ極とＳ極とが交互に並ぶように複数の永久磁石が回転軸周りに配置されていて、これらと対向するステータの内側に複数のコイルが配置されている。

これらコイルは、例えば、珪素鋼板が積層されてなるリング状のコアに設けられた放射状に延びる複数のティース部に絶縁用のインシュレータを介して導電線を巻き付けることによって形成されている。コイルは、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相が構成されるように複数のティース部に所定の配列で巻き付けられている。これらコイルに電流を供給することにより、各ティース部がＮ極又はＳ極となる複数の電磁石が形成されるようになっている。

この種のステータでは、できるだけ多くの導電線をティース部に巻き付けて、隣接するティース部間（スロット）に隙間が残らないように占積率を高めてモータ性能を向上させることや、できるだけ簡単にティース部に導電線が巻き付けられるようにして巻線作業の作業性を向上させることなどが要望されている。

そのため、例えば、リング状のコアに直接導電線を巻き付けるのは、巻線機の巻き付け用ノズルをティース部へ案内しにくくコイルの占積率を高めにくいため、はじめにティース部毎に接合可能に分割した複数の分割コアを用意して各分割コア毎に導電線を巻き付け、その後、導電線が巻き付けられた各分割コアを接合してリング状にする方法が提案されている（特開平９−１９１５８８号公報）。

また、回転子の永久磁石が１０個又は１４個、固定子のスロット数が１２個である構成のモータにおいて、巻線作業を簡便にするために、３相を所定の配列にして各導電線をスター結線することにより、分割コアに導電線を巻き付ける際に、連続して同じ方向に巻回できるようにする方法も提案されている（特開２００６−５０６９０号公報）。
特開平９−１９１５８８号公報 特開２００６−５０６９０号公報

ところで、モータの基本的な構成である回転子の永久磁石の極数や固定子のスロット数はモータの仕様等によって様々である。通常、これら極数やスロット数の組み合わせごとに、モータ性能を効率よく引き出せるように各相の配列や各コイルの巻回方向が設定される。ところが、その極数やスロット数の組合せや、配列、巻回方向等によっては、分割コアを用いた場合でも導電線を巻き付けるのが難しく、占積率が低下したり、巻線作業に手間を要する場合がある。

本発明の目的は、巻線し難いモータ構成であっても比較的容易に巻線することができ、巻線作業の作業性に優れた固定子等を提供することにある。

本発明の固定子は、リング形状をしたリング部と、該リング部の内側からその中心に向かって突出する複数のティース部と、を有するコアと、前記ティース部のそれぞれに、インシュレータを介して形成されるコイルと、を含む固定子であって、前記ティース部は、１２個であり、前記コアは、折り曲げ可能な複数の分割コアを連結することによって形成され、前記分割コアのそれぞれは、前記ティース部を構成する、一列に並ぶ４個の要素ティース部を有し、前記各分割コアの前記各要素ティース部には、１本の導電線によって前記コイルを構成する４個の要素コイルが連続形成され、前記各分割コアの前記各要素コイルは、前記要素ティース部の先端側から見て、時計回りに巻回される第１要素コイルと、反時計回り方向に巻回される第２要素コイルと、を含み、前記各分割コアにおける前記第１要素コイル及び前記第２要素コイルの配列が同じとなっており、前記各分割コアの部分から導出される導電線がデルタ結線されている。

このような構成の固定子によれば、分割コアの一群の要素コイルの配列が同じであるため、分割コアの共用が可能となる。そして、分割コアの各要素コイルが一本の電線で連続形成されていて、途切れることなく連続的に巻回できるので、複数の分割コアを一度に巻回することが可能になる。

また、３相の電流を供給する場合にバランスよく各コイルを励磁させることができ、モータ性能を効果的に引き出すことが可能になり、コギングの抑制等、モータの性能を向上させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、巻線作業の作業性に優れ、性能的にも優れたモータを提供することができる。

第１実施形態のモータのステータ部分の概略斜視図である。 分割コアとコアとの関係を表した概略平面図である。 分割コアの巻線方向を表した模式図である。 巻線工程を説明するための図であり、巻線機の前方から見た概略を表している。 巻線工程を説明するための図であり、巻線機の上方から見た概略を表している。 巻線の構成を表す模式図である。 図６に対応したティース部の配置を示す概略図である。 導電線の結線を示す配線図である。 第２実施形態の分割コアの巻線方向を表した模式図である。 第２実施形態の巻線の構成を表す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（第１実施形態）
図１及び図２に本実施形態におけるモータのステータ１（固定子）の部分を示す。このモータは、インナロータ型のブラシレスモータであり、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相の電流の供給によって回転駆動する。

このモータでは、図２に示すように、回転軸となるシャフト２が円柱状のロータ３の中心に形成された軸孔に圧入固定されている。円筒状のステータ１は、このロータ３の外周と僅かな隙間を隔てて対向するようにシャフト２と同軸に配設されている。

ロータ３の外周面には、全周にわたってＮ極とＳ極とが交互に連続するように１０個のマグネット４が配設されている。

ステータ１は、コア５やインシュレータ６、コイル７などで構成されていて、図示はしないがその全体が樹脂と一体にモールド成形されている。

コア５は、複数の鋼板を積層して構成されたリング状の部材であり、３個の分割コア５０，５０，５０を連結することによって形成されている。リング状に形成されたコア５には、リング形状をしたリング部５ａと、このリング部５ａの内側から中心に向かって突出する１２個のティース部８,…,８とが設けられている。これら各ティース部８のそれぞれには、絶縁性素材からなるインシュレータ６が装着されていている。コイル７は、導線線１０を１個のティース部８にそのインシュレータ６を介して巻回する集中巻きにより形成されている。

したがって、このモータは、ステータ１の互いに隣接するティース部８，８間の１２個の空間（スロット９）に束状の導電線１０が配設され、それに対応してロータ３に１０個の磁極が設定された１０極、１２スロットのモータ構成となっている。

図２に示すように、当初の分割コア５０は、それぞれ４個のティース部８（要素ティース部８０ともいう）及びコイル７（要素コイル７０ともいう）が一列に並ぶように略直線状に連なっている。互いに隣接する各要素ティース部８０，８０の部分は、括れた屈曲部５１で一体に連なっている。そのため、分割コア５０は、その屈曲部５１を折り曲げることで簡単に円弧状に形成することができる。分割コア５０の長手方向の一端には係合凸部５２が形成されており、その他端には係合凸部５２が係合する係合凹部５３が形成されている。

そして、円弧状に形成した３個の分割コア５０，５０，５０は、各分割コア５０の係合凸部５２及び係合凹部５３を、隣接する他の分割コア５０の係合凹部５３及び係合凸部５２にそれぞれ係合させて連結することで、上述したリング状のコア５が形成される。

分割コア５０の４個の要素コイル７０は、１本の導電線１０によって連続的に形成されている。すなわち、分割コア５０の４個の要素ティース部８０のそれぞれに連続して導電線１０が巻き付けられることで、各要素ティース部８０の先端側から見て、時計回り（ＣＷ）方向に導電線１０が巻き付けられるコイル７（このコイル７を第１要素コイル７０ａという）と、反時計回り（ＣＷＷ）方向に導電線１０が巻き付けられるコイル７（このコイル７を第２要素コイル７０ｂという）とが形成されている。

これら第１要素コイル７０ａ及び第２要素コイル７０ｂは、各分割コア５０でいずれも同じ配列及び同じ巻順に設定されている。

本実施形態では、図３に示すように、両端に位置する２個の要素コイル７０が第１要素コイル７０ａとなり、これら第１要素コイル７０ａ,７０ａの間に位置する２個の要素コイル７０が第２要素コイル７０ｂとなる。１本の導電線１０は、両端の第１要素コイル７０ａのいずれか一方から巻き始められ、他方で巻き終わるように巻回されている。例えば、同図において左端の要素ティース部８０（No.4）から巻き始められ、次にその右側の要素ティース部８０（No.3）、さらにその右側の要素ティース部８０（NO.2）と巻き付けられて、最後に左端の要素ティース部８０（NO.1)に巻き付けて巻き終わる。逆に左端の要素ティース部８０から巻き始めてもよい。

このような配列及び巻順の分割コア５０によれば、端の要素ティース部８０から順に巻き付けていくことができ、巻線作業性に優れる。また、各要素コイル７０間の導電線１０の渡り線１０ａ部分を比較的短くできる利点もある。

各分割コア５０の要素コイル７０の配列及び巻順が同じであり、各要素コイル７０が一本の導電線１０で途切れることなく連続的に巻き付けることができるので、分割コア５０にこれら要素コイル７０を形成する巻線工程では、複数の分割コア５０に対して一度に巻線を行うことができる。

例えば、図４及び図５は、その巻線工程を行うための巻線機２０を示したものである。この巻線機２０には、その前面に３個の分割コア５０を上下並列に支持固定する治具２１や、この治具２１に対応して配設された３個のノズル２２が備えられている。ノズル２２の先端には導出口が形成されていて、その導出口から導電線１０が引き出されるようになっている。そして、これら３個のノズル２２は、同図の矢印線が示すように、治具２１に対して相対的に同期して上下や左右、前後方向に変位可能となっていて、予め設定された所定のプログラムに従って自動的に所定の動作で駆動するように構成されている。

治具２１に３個の分割コア５０をセットし、各ノズル２２から導電線１０を引き出して所定の掛止部（図示せず）にそれらの先端を保持させた後、巻線機２０を作動させると、各ノズル２２が同期して自動的に駆動し、各分割コア５０の要素ティース部８０に時計回りや反時計回りに導電線１０が巻き付けられる。このため、簡単かつ短時間で分割コア５０の巻線を行うことができる。尚、治具２１が支持する分割コア５０やノズル２２の数は、必要に応じて適宜選択することができ、１個や２個はもちろん、３個以上の分割コア５０の巻線を一度に行うことも可能である。

さらに、このような同じ構成の分割コア５０であれば、それぞれ区別する必要がなくなって、部材の共用が可能になるため、汎用性、生産性に優れる。

こうして巻線された３個の分割コア５０は、上述したように折り曲げて接合され、リング状のコア５に形成される。そして、各分割コア５０の部分から導出される導電線１０は、それぞれデルタ結線によって接続される。デルタ結線であれば、各分割コア５０から導出される導電線１０の端部どうしを接続すればよいため、結線作業が容易になり、生産性に優れる。

図６はコア５全体における各コイル７の巻線構成を表したものであり、図７はその各コイル７に対応した各ティース部８の配置を示している。図８は各導電線１０の結線を示す配線図である。図６及び図７の数字はそれぞれ各ティース部８（各要素ティース部８０）のNoを表しており、図７においてNo.の小さいものから順に反時計回りに付してある。尚、各ティース部８に対応する各コイル７（各要素コイル７０）も同じNoで示す。

例えば、No.1〜No.4のティース部８が第１の分割コア５０ａの要素ティース部８０に、No.5〜No.8のティース部８が第２の分割コア５０ｂの要素ティース部８０に、No.9〜No.12のティース部８が第３の分割コア５０ｃの要素ティース部８０にそれぞれ相当している。

そして、第１の分割コア５０ａのNo.1の要素コイル７０から導出された導電線１０の端部（U'e)は、第２の分割コア５０ｂのNo.8の要素コイル７０から導出された導電線１０の端部（V's）と接続されている。第１の分割コア５０ａのNo.4の要素コイル７０から導出された導電線１０の端部（U's)は、第３の分割コア５０ｃのNo.9の要素コイル７０から導出された導電線１０の端部（W'e)と接続されている。第２の分割コア５０ｂのNo.5の要素コイル７０から導出された導電線１０の端部（V'e)は、第３の分割コア５０ｃのNo.12の要素コイル７０から導出された導電線１０の端部（W's)と接続されている。

そうすることによって、図８に示すようなデルタ結線が形成される。図８に示すデルタ結線は、図６に示すように、第１の分割コア５０ａのNo.2とNo.3の要素コイル７０間の渡り線１０ａの部分（U'）にＵ相の接点が設けられ、第２の分割コア５０ｂのNo6とNo.7の要素コイル７０間の渡り線１０ａの部分（V')にＶ相の接点が設けられ、第３の分割コア５０ｃのNo10とNo.11の要素コイル７０間の渡り線１０ａの部分（W')にＷ相の接点が設けられる。

このような配列、巻順及び結線を行うことにより、制御された所定の３相の電流を供給することで、バランスよく各コイル７を励磁させることができる。例えば、１０極・１２スロットからなるモータのモータ性能を効果的に引き出すことができるようになる。具体的には、コギングの抑制等、モータの性能が向上する。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と同様にモータ性能を効果的に引き出すことができる別の配列、巻順を示している。図９及び図１０は、第１実施形態の図３及び図６に対応してその構成を表したものである。なお、基本的な構成については、第１実施形態と同様であるため、モータの構成等についての説明は省略する。

本実施形態では、各分割コア５０の各要素コイル７０のうち、両端に位置する２個の要素コイル７０，７０が第２要素コイル７０ｂ,７０ｂとされ、これら第２要素コイル７０ｂ,７０ｂの間に位置する２個の要素コイル７０，７０が第１要素コイル７０ａ，７０ａとされている。そして、導電線１０が、両端の第２要素コイル７０ｂの間に位置する２個の第１要素コイル７０ａのいずれか一方から巻き始められ、他方で巻き終わるように巻回されている。

例えば、導電線１０は、図９においてNo.2の要素ティース部８０から巻き始められ、次にこれに隣接して端に位置するNo.1の要素ティース部８０に巻き付ける。続いて他端に位置するNo.4の要素ティース部８０に巻き付け、最後にこれに隣接して内側に位置するNo.3の要素ティース部８０)に巻き付けて巻き終わる。もちろん、導電線１０は、逆方向から巻き始めてあってもよい。

この場合でも、１本の導電線１０で連続的に巻き付けることができるので、第１実施形態と同様に、複数の分割コア５０に対して一度に巻線を行うことができる。

そうして巻線された３個の分割コア５０はリング状のコア５に形成された後、各分割コア５０の部分から導出される導電線１０のそれぞれが図１０に示すように結線される。

詳しくは、第１の分割コア５０ａのNo.2の要素コイル７０から導出された導電線１０の端部（U'e)は、第２の分割コア５０ｂのNo.7の要素コイル７０から導出された導電線１０の端部（V's）と接続されている。第１の分割コア５０ａのNo.3の要素コイル７０から導出された導電線１０の端部（U's)は、第３の分割コア５０ｃのNo.10の要素コイル７０から導出された導電線１０の端部（W'e)と接続されている。第２の分割コア５０ｂのNo.6の要素コイル７０から導出された導電線１０の端部（V'e)は、第３の分割コア５０ｃのNo.11の要素コイル７０から導出された導電線１０の端部（W's)と接続されている。

そうすることによって、図８に示すようなデルタ結線となる。図８に示すデルタ結線は、図１０に示すように、第１の分割コア５０ａのNo.1とNo.4の要素コイル７０間の渡り線１０ａの部分（U'）にＵ相の接点が設けられ、第２の分割コア５０ｂのNo5とNo.8の要素コイル７０間の渡り線１０ａの部分（V')にＶ相の接点が設けられ、第３の分割コア５０ｃのNo9とNo.12の要素コイル７０間の渡り線１０ａの部分（W')にＷ相の接点が設けられる。

このような配列、巻順及び結線を行っても、制御された所定の３相の電流を供給することで、バランスよく各コイル７を励磁させることができ、モータ性能を効果的に引き出して第１実施形態と同様にモータの性能を向上させることができる。

なお、本発明にかかるステータ１等は、前記の実施の形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

１ ステータ
２ シャフト
３ ロータ
４ マグネット
５ コア
６ インシュレータ
７ コイル
８ ティース部
９ スロット
１０ 導電線
２０ 巻線機
２１ 治具
２２ ノズル
５０ 分割コア
５０ａ 第１の分割コア
５０ｂ 第２の分割コア
５０ｃ 第３の分割コア
７０ 要素コイル
７０ａ 第１要素コイル
７０ｂ 第２要素コイル
８０ 要素ティース部

Claims (4)

1. リング形状をしたリング部と、該リング部の内側からその中心に向かって突出する複数のティース部と、を有するコアと、
   前記ティース部のそれぞれに、インシュレータを介して形成されるコイルと、
   を含む固定子であって、
   前記ティース部は、１２個であり、
   前記コアは、折り曲げ可能な複数の分割コアを連結することによって形成され、
   前記分割コアのそれぞれは、前記ティース部を構成する、一列に並ぶ４個の要素ティース部を有し、
   前記各分割コアの前記各要素ティース部には、１本の導電線によって前記コイルを構成する４個の要素コイルが連続形成され、
   前記各分割コアの前記各要素コイルは、前記要素ティース部の先端側から見て、時計回りに巻回される第１要素コイルと、反時計回り方向に巻回される第２要素コイルと、を含み、
   前記各分割コアにおける前記第１要素コイル及び前記第２要素コイルの配列が同じであり、
   前記各分割コアの部分から導出される導電線がデルタ結線されている固定子。
   
2. 請求項１に記載の固定子であって、
   前記各分割コアの前記各要素コイルのうち、両端に位置する２個の前記要素コイルは前記第２要素コイルとされ、
   これら第２要素コイルの間に位置する２個の前記要素コイルは前記第１要素コイルとされ、
   前記導電線が、両端の前記第２要素コイルの間に位置する２個の前記第１要素コイルのいずれか一方から巻き始められ、他方で巻き終わるように巻回されている固定子。
   
3. 請求項１に記載の固定子であって、
   前記各分割コアの前記各要素コイルのうち、両端に位置する２個の前記要素コイルは前記第１要素コイルとされ、
   これら第１要素コイルの間に位置する２個の前記要素コイルは前記第２要素コイルとされ、
   前記導電線が、両端に位置する２個の前記第１要素コイルのいずれか一方から巻き始められ、他方で巻き終わるように巻回されている固定子。
   
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の固定子を備えたモータであって、
   前記固定子に対応して設けられる回転子の磁極数が、１０個であるモータ。
   

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