JP5532622B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、ｍ（１２±２）極に着磁されたロータと、巻線を巻回した１２ｍ個（ｍは１以上の整数）の突極を有するステータとを備え、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相とする３相の交流で駆動するモータに関する。

近年、電気機器の小型高性能化、高精度化および低騒音化を実現するため、モータには更なる小型高出力化、高回転精度化および低コスト化が求められている。このような要望に対応して、高出力、低振動および低騒音を実現するため、１０極に着磁したロータに対して、１２個の突極を有したステータを組み合せることでコギングトルクを抑制した技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、６ｎ±２極に着磁したロータに対して、６ｎ個（ｎは２以上の整数）の突極を有したステータを組み合せ、その突極の内、モータの中心に対して機械的に１８０度近く異なる位置（対称な位置）の突極に巻回した電機子巻線を同相に選ぶことにより、空隙の不平衡の影響を少なくして、振動が小さなモータを提供する結線手法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、従来、このような１０極着磁のロータと１２個の突極のステータとを備えた３相駆動のモータにおいて、巻線の巻回方法およびその結線方法を工夫し、巻線のスロット占積率の向上、巻線作業の効率化などとともに、モータの小型化や高効率化などを図る技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

しかしながら、特許文献２に開示されているように、１つの相に対応する４つの突極に対し、１本の巻線で直列接続となるように構成した場合、１本の線長が長くなり、巻線抵抗が高くなりやすかった。このため、例えば、巻線抵抗を減らすには、巻線を太くする必要があった。これに対し、特許文献３のような従来のモータの構成によれば、ステータを１２個のコアピースに分割し、各コアピースに対して巻線を同一巻き方向に集中巻回し、このように巻線を巻回した各コアピースを環状配置している。そして、隣り合う同相巻線を直列接続した回路どうしがさらに並列接続された３相Ｙ結線の回路構成となるように、各コアピースの巻線を多層の配線基板を介して結線している。このような構成とすることにより、配線基板を利用して各コアピースの巻線を結線できるため、コアピースへの巻線処理は、巻線を単に同一方向に巻回するような簡易な処理でよい。そして、１相に対する巻線の並列接続を含む回路構成としているため、巻線抵抗が等価的に低くなり、巻線の線径を細くできる。このように、特許文献３のような従来のモータは、並列接続を含むことで等価的に低抵抗値を確保しながら、細い巻線による巻回処理を可能とし、これによって、巻線作業の容易化を図るとともに巻線のスロット占積率も向上させている。
特開平９−２１９９６４号公報 特公平８−８７６４号公報 国際公開第２００７／０５２３８５号パンフレット

しかしながら、特許文献３のような従来のモータは、コアピースごとの巻線を多層の配線基板を介して結線する構成であるため、配線基板の枚数が多くなり、小型化や軽量化に反するとともに、部品点数の増加となり、コスト増につながるという課題があった。また、コアピースごとの巻線を１枚の配線基板のみで結線したり配線基板を利用せずに結線したりする場合には、結線のための配線が交差するなど複雑となり、交差配線のための部品数が増加したり、またそれによって信頼性が低下するなどの課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、部品点数の増加を抑えるとともに簡易な構成で、小型にて高出力かつ高効率なモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のモータは、周方向にｍ（１２±２）極に着磁されたロータと、円環状のヨークから突出する１２ｍ個（ｍは１以上の整数）の突極を含む構造のステータコアに巻線を巻回することで構成して突極のそれぞれがロータに対面して周方向に配置されたステータとを備え、３相の交流で駆動するモータであって、隣り合う一対の突極をペアとし、さらに、周の中心に対して互いに対称関係となる片方側のペアとその反対側のペアとを、１つの相に対応するペアの組として、３つの相にそれぞれ対応させ、ペアの組ごとに、片方側から反対側のペアに渡って、両ペアの一方の突極それぞれに１本線で巻回した一方の巻線と両ペアの他方の突極それぞれに１本線で巻回した他方の巻線とを備える。そして、ペアのそれぞれにおいて、一方の突極と他方の突極との巻線方向が互いに逆方向であり、片方側のペアの一方の突極とその反対側のペアの一方の突極とは巻線方向が同一方向となるように、それぞれの突極に巻線が巻回され、一方の巻線が、片方側のペアの一方の突極からその反対側のペアの一方の突極にわたって途中で切断されていない一本の巻線であり、他方の巻線が、片方側のペアの他方の突極からその反対側のペアの他方の突極にわたって途中で切断されていない他の一本の巻線とした構成である。

この構成は特許文献２の構成のうちｎ＝２の場合およびそのｍ倍の相似形状に相当し、さらに１相の巻線を２つに分割して構成したもので、巻線の分割位置の工夫により、片方側ペア中の２つの巻線端部それぞれを電気的に接続し、その反対側ペア中の２つの巻線端部それぞれも電気的に接続することによって、相ごとに巻線の並列接続を含む回路が形成でき、巻線抵抗を等価的に低くできるため、巻線の線径を細くできる。さらに、ペア中の２つの巻線端部それぞれを電気的に接続すればよいため、単に隣り合った巻線端部の結線でよく、配線が交差するなどの複雑な結線処理は必要ない。さらに、３つの相それぞれの例えば反対側とするペアを、周方向に順に配置した構成とし、これらペア中の２つの巻線端部すべてを中性点として電気的に接続することによって、相ごとに巻線の並列接続を含む３相Ｙ結線の回路が形成できる。このように、これら連続して並ぶ巻線端部すべてを単に結線することで、３相Ｙ結線が構成できるため、これによっても複雑な結線処理は必要ない。

本発明のモータによれば、単に隣り合った巻線端部を結線することで、相ごとに巻線の並列接続を含む３相Ｙ結線の回路が形成できる。すなわち、各巻線端部を電気的に接続するために複雑な結線処理は必要なく簡易な結線処理でよいため、本発明のモータによれば、部品点数の増加を抑えるとともに簡易な構成で、小型にて高出力かつ高効率なモータを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態におけるモータの要部を示す図である。図１では、回転軸１１の長手方向から見た断面を模式的に示している。

本発明のモータは、周方向にｍ（１２±２）極に着磁されたロータと、巻線を巻回した１２ｍ個（ｍは１以上の整数）の突極がロータに対面して周方向に配置されたステータとを備えている。本実施の形態では、まず、ｍ＝１として１０極に着磁されたロータと１２個の突極を持つステータとを備えたモータを例に挙げて説明する。

図１に示すように、本実施の形態のモータは、回転軸１１を中心として、ロータ１０と、ロータ１０の外周側に配置されるステータ２０とを備えている。

ロータ１０は、Ｓ極とＮ極とが交互に配置されるように、周方向に等間隔で複数の永久磁石１２を保持し、ステータ２０に所定の空隙を介して対向するように配置されている。ロータ１０は、Ｓ極とＮ極とを一対として５対の永久磁石１２を保持しており、これによって周方向に１０極に着磁されている。ロータ１０は、回転軸１１に連結され、ステータ２０に対面して周方向に回転するように、回転軸１１を回転中心として回転自在に保持されている。

一方、ステータ２０は、略円環状のヨーク２１と、ヨーク２１から内周側に突出する複数の突極２２とを含む構造のステータコア２４に巻線２３を巻回することで構成される。巻線２３を巻回した突極２２のそれぞれは、ロータ１０に対面するように、周方向に等間隔で配置されている。ステータ２０は、このような突極２２を１２個備えている。また、互いに隣接する突極２２間に開口部であるスロット２５が形成される。ステータコア２４のこのようなスロット２５を利用して、巻線２３が突極２２に巻回される。

また、本実施の形態のモータは、互いに１２０度位相が異なるＵ相、Ｖ相およびＷ相とする３相の交流で駆動されるモータである。このように３相駆動するため、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相それぞれの交流電流が印加される交流入力端としてのＵ相入力端子２６ｕ、Ｖ相入力端子２６ｖおよびＷ相入力端子２６ｗを有している。また、詳細については以下で説明するが、本実施の形態のモータは、Ｕ相入力端子２６ｕ、Ｖ相入力端子２６ｖおよびＷ相入力端子２６ｗのそれぞれに、２本ずつ巻線２３が接続されている。すなわち、図１に示すように、Ｕ相入力端子２６ｕには１点鎖線で示す巻線２３ｕ１および２３ｕ２、Ｖ相入力端子２６ｖには点線で示す巻線２３ｖ１および２３ｖ２、Ｗ相入力端子２６ｗには実線で示す巻線２３ｗ１および２３ｗ２の一端が電気的に接続されている。また、巻線２３ｕ１、２３ｕ２、２３ｖ１、２３ｖ２、２３ｗ１および２３ｗ２の他端は、中性点Ｎとしてすべて電気的に接続されている。

このような構成において、Ｕ相入力端子２６ｕ、Ｖ相入力端子２６ｖおよびＷ相入力端子２６ｗにＵ相、Ｖ相およびＷ相の交流電流を印加すると、各突極２２とロータ１０との間に磁気による吸引力と反発力が生じ、回転軸１１を中心にロータ１０が回転する。特に、本実施の形態のように、１０極に着磁のロータ１０と１２個の突極のステータ２０とを組み合わせた構成とすることにより、コギングトルクを抑制したモータを実現できることが知られている。

次に本実施の形態のステータ２０の詳細な構成について説明する。

図２は、本発明の実施の形態におけるモータの巻線展開図である。図２は、図１に示す各巻線２３の配線を展開して示しており、ステータ２０での巻線配線をよりわかり易くするために示している。以下、図１および図２を参照しながら、特に、各巻線２３の配線処理を中心にステータ２０の詳細について説明する。

まず、ステータ２０は１２個の突極２２を有するとともに３相駆動される構成であるため、１つの相あたり４個の突極２２が割り当てられる。本実施の形態では、４個の突極２２を次のように割り当てている。すなわち、隣り合う一対の突極２２をペアとし、さらに、周の中心に対して互いに対称関係となる片方側のペアとその反対側のペアとを、１つの相に対応するペアの組として、３つの相にそれぞれ対応させている。本実施の形態では、図１に示すように、Ｕ相に対しては、隣り合う一対の突極２２である突極Ｔｕ１１と突極Ｔｕ１２とを片方側のペアとしている。そして、この片方側のペアと回転軸１１を中心に対称関係にある反対側のペアとしては、隣り合う一対の突極２２である突極Ｔｕ２１と突極Ｔｕ２２とになる。このように、Ｕ相に対応するペアの組には、突極Ｔｕ１１、Ｔｕ１２、Ｔｕ２１およびＴｕ２２が含まれる。

同様に、Ｖ相に対しては、隣り合う突極Ｔｖ１１と突極Ｔｖ１２とを片方側のペア、隣り合う突極Ｔｖ２１と突極Ｔｖ２２とを反対側のペアとし、Ｖ相に対応するペアの組には、突極２２である突極Ｔｖ１１、Ｔｖ１２、Ｔｖ２１およびＴｖ２２が含まれる。Ｗ相に対しては、隣り合う突極Ｔｗ１１と突極Ｔｗ１２とを片方側のペア、隣り合う突極Ｔｗ２１と突極Ｔｗ２２とを反対側のペアとし、Ｗ相に対応するペアの組には、突極２２である突極Ｔｗ１１、Ｔｗ１２、Ｔｗ２１およびＴｗ２２が含まれる。

このようにペアおよび組み分けされた突極２２それぞれに対して巻線２３が巻回される。本実施の形態のモータは、ペアの組ごとに、片方側のペアから反対側のペアに渡って、両ペアの一方の突極２２それぞれに１本線で巻回した一方の巻線２３と、両ペアの他方の突極２２それぞれに１本線で巻回した他方の巻線２３とを備えた構成である。すなわち、Ｕ相に対しては、図１に示すように、一方の巻線２３としての１本の巻線２３ｕ１が、途中で切断されることなく、Ｕ相入力端子２６ｕ側からその反対側のペアへと延伸し、両ペアの一方の突極Ｔｕ１１およびＴｕ２１に巻回される。そして、他方の巻線２３としての１本の巻線２３ｕ２が、途中で切断されることなく、Ｕ相入力端子２６ｕ側からその反対側のペアへと延伸し、両ペアの他方の突極Ｔｕ１２およびＴｕ２２に巻回される。

より詳細には、巻線２３ｕ１は、ペアとなる突極Ｔｕ１１とＴｕ１２との間のスロット２５からＵ相入力端子２６ｕへと引き出されている。これとともに、巻線２３ｕ１は、逆方向に延伸して、まず突極Ｔｕ１１に巻回されてコイルＣｕ１１を形成し、次に渡し線Ｃｕ１を経由し、さらに突極Ｔｕ２１に巻回されてコイルＣｕ２１を形成し、そしてペアとなる突極Ｔｕ２１とＴｕ２２との間のスロット２５から外周方向へと引き出されている。また、巻線２３ｕ２は、ペアとなる突極Ｔｕ１１とＴｕ１２との間のスロット２５からＵ相入力端子２６ｕへと引き出されている。これとともに、巻線２３ｕ２は、逆方向に延伸して、まず突極Ｔｕ１２に巻回されてコイルＣｕ１２を形成し、次に渡し線Ｃｕ２を経由し、さらに突極Ｔｕ２２に巻回されてコイルＣｕ２２を形成し、そしてペアとなる突極Ｔｕ２１とＴｕ２２との間のスロット２５から外周方向へと引き出されている。

このように、ペアの両巻線２３ｕ１と２３ｕ２とは、ペアの両突極２２間に形成されるスロット２５から外周方向に引き出されている。そして、Ｕ相入力端子２６ｕ側へと引き出された巻線２３ｕ１および２３ｕ２の一方の端部は電気的に接続され、接続されたこの端部によって、Ｕ相の交流電流を印加するためのＵ相入力端子２６ｕが形成される。またこれとは反対方向に引き出された巻線２３ｕ１および２３ｕ２の他方の端部も電気的に接続される。さらに、このように反対側に引き出された３相分の６つの端部は、接続部２６ｎによって電気的に接続される。また、この接続部２６ｎは、３相Ｙ結線の中性点Ｎとなる。なお、中性点Ｎ側に引き出された巻線の端部は、ペアの両突極間のスロットの両隣のスロットから外周方向に引き出すような構成としてもよく、片方側および反対側のペアの両巻線の少なくとも一方は、ペアの両突極間に形成されるスロットから外周方向に引き出される構成としてもよい。

Ｕ相における上述の構成と同様にして、Ｖ相に対しては、一方の巻線２３としての１本の巻線２３ｖ１が、Ｖ相入力端子２６ｖ側からその反対側のペアへと、両ペアの一方の突極Ｔｖ１１およびＴｖ２１に巻回される。そして、他方の巻線２３としての１本の巻線２３ｖ２が、Ｖ相入力端子２６ｖ側からその反対側のペアへと延伸し、両ペアの他方の突極Ｔｖ１２およびＴｖ２２に巻回される。より詳細には、巻線２３ｖ１は、ペアとなる突極Ｔｖ１１とＴｖ１２との間のスロット２５からＶ相入力端子２６ｖへと引き出されている。これとともに、巻線２３ｖ１は、逆方向に延伸して、まず突極Ｔｖ１１に巻回されてコイルＣｖ１１を形成し、次に渡し線Ｃｖ１を経由し、さらに突極Ｔｖ２１に巻回されてコイルＣｖ２１を形成し、そしてペアとなる突極Ｔｖ２１とＴｖ２２との間のスロット２５から外周方向へと引き出されている。また、巻線２３ｖ２は、ペアとなる突極Ｔｖ１１とＴｖ１２との間のスロット２５からＶ相入力端子２６ｖへと引き出されている。これとともに、巻線２３ｖ２は、逆方向に延伸して、まず突極Ｔｖ１２に巻回されてコイルＣｖ１２を形成し、次に渡し線Ｃｖ２を経由し、さらに突極Ｔｖ２２に巻回されてコイルＣｖ２２を形成し、そしてペアとなる突極Ｔｖ２１とＴｖ２２との間のスロット２５から外周方向へと引き出されている。このように、ペアの両巻線２３ｖ１と２３ｖ２とは、ペアの両突極２２間に形成されるスロット２５から外周方向に引き出されている。そして、Ｖ相入力端子２６ｖ側へと引き出された巻線２３ｖ１および２３ｖ２の一方の端部は電気的に接続され、接続されたこの端部によって、Ｖ相の交流電流を印加するためのＶ相入力端子２６ｖが形成される。またこれとは反対方向に引き出された巻線２３ｖ１および２３ｖ２の他方の端部は電気的に接続部２６ｎに接続される。

同様に、Ｗ相に対しては、一方の巻線２３としての１本の巻線２３ｗ１が、Ｗ相入力端子２６ｗ側からその反対側のペアへと、両ペアの一方の突極Ｔｗ１１およびＴｗ２１に巻回される。そして、他方の巻線２３としての１本の巻線２３ｗ２が、Ｗ相入力端子２６ｗ側からその反対側のペアへと延伸し、両ペアの他方の突極Ｔｗ１２およびＴｗ２２に巻回される。より詳細には、巻線２３ｗ１は、ペアとなる突極Ｔｗ１１とＴｗ１２との間のスロット２５からＷ相入力端子２６ｗへと引き出されている。これとともに、巻線２３ｗ１は、逆方向に延伸して、まず突極Ｔｗ１１に巻回されてコイルＣｗ１１を形成し、次に渡し線Ｃｗ１を経由し、さらに突極Ｔｗ２１に巻回されてコイルＣｗ２１を形成し、そしてペアとなる突極Ｔｗ２１とＴｗ２２との間のスロット２５から外周方向へと引き出されている。また、巻線２３ｗ２は、ペアとなる突極Ｔｗ１１とＴｗ１２との間のスロット２５からＷ相入力端子２６ｗへと引き出されている。これとともに、巻線２３ｗ２は、逆方向に延伸して、まず突極Ｔｗ１２に巻回されてコイルＣｗ１２を形成し、次に渡し線Ｃｗ２を経由し、さらに突極Ｔｗ２２に巻回されてコイルＣｗ２２を形成し、そしてペアとなる突極Ｔｗ２１とＴｗ２２との間のスロット２５から外周方向へと引き出されている。このように、ペアの両巻線２３ｗ１と２３ｗ２とは、ペアの両突極２２間に形成されるスロット２５から外周方向に引き出されている。そして、Ｗ相入力端子２６ｗ側へと引き出された巻線２３ｗ１および２３ｗ２の一方の端部は電気的に接続され、接続されたこの端部によって、Ｗ相の交流電流を印加するためのＷ相入力端子２６ｗが形成される。またこれとは反対方向に引き出された巻線２３ｗ１および２３ｗ２の他方の端部は電気的に接続部２６ｎに接続される。

図３は、本発明の実施の形態におけるモータの巻線２３の結線図である。すなわち、上述したような巻線２３の結線処理を行うことにより、図３に示すような３相Ｙ結線の回路接続が構成できる。

図３から明らかなように、本実施の形態における３相Ｙ結線は、各相において、２つのコイルを直列接続した回路どうしをさらに並列接続した回路構成である。具体的には、例えば、Ｕ相の場合、巻線２３ｕ１によってコイルＣｕ１１とＣｕ２１とが直列接続された回路となり、巻線２３ｕ２によってコイルＣｕ１２とＣｕ２２とが直列接続された回路となる。そして、一方の巻線２３ｕ１の端部と他方の巻線２３ｕ２の端部とは、片方側とその反対側のペアそれぞれにおいて、その側の一対の端部どうしが電気的に接続される。すなわち、巻線２３ｕ１と巻線２３ｕ２との一端側それぞれ、および他端側それぞれを電気的に接続することで、このような並列回路が構成されている。また、さらに、各相の並列回路の他端側が接続部２６ｎで中性点Ｎとして接続されることで、３相Ｙ結線が構成される。

このように、本実施の形態のモータは、各相において、２本の巻線２３を並列接続している。このため、例えばＵ相入力端子２６ｕと中性点Ｎとの間の抵抗値は、１本の巻線２３の抵抗値の半分となる。このように、本実施の形態のモータは、並列回路を含む回路構成としているため、等価的に巻線抵抗を減らすことができ、１本の巻線の線径を細くしても全体としての巻線の電流容量は高くなるため、モータの高出力化に対応できる。

また、本実施の形態のモータは、このように１本の巻線の線径を細くできるため、太い巻線の巻線作業と比較して巻線作業が容易となり、さらに、巻線作業が容易であるためスロット占積率を高めることも可能となる。

そして、さらに、本実施の形態のモータは、相ごとに、片方側のペアから反対側のペアに渡って、２本の巻線２３が延伸するように巻線を配線すればよい。そして、このように配線した２本の巻線２３の片方側の端部どうし、および反対側の端部どうしを単に接続するのみで、３相Ｙ結線の構成が実現できる。このように、本実施の形態のモータは、ペア中の２つの巻線端部それぞれを電気的に接続すればよいため、単に隣り合った巻線端部の結線でよく、配線が交差するなどの複雑な結線処理は必要ない。このため、各巻線の端部を結線するための多層の配線基板や、交差配線のための部品などは必要ないため、簡易な構成のモータが実現でき、また、これによって、信頼性を高めるとともにモータの小型化を図ることができる。

また、ペア中の２つの巻線端部それぞれを、ペアの両突極間に形成されるスロットから外周方向に引き出すことによって、容易に入力端子や中性点を形成できるため、このような構成とすることによって、モータの簡易化を図るにはより効果がある。

図１ではｍ＝１として１０極に着磁されたロータと１２個の突極を持つステータの例を示したが、このような巻線ペア中の２つの巻線端部それぞれをペアの両突極間に形成されるスロットから外周方向に引き出す構造はｍ（１２±２）極に着磁されたロータと、巻線を巻回した１２ｍ個（ｍは１以上の整数）の突極を有するステータを持つモータにおいて同様に構成することができる。

次に、本実施の形態のモータにおいて、各巻線２３の巻回方向などを含め、巻線２３の配線処理の詳細について説明する。

まず、ペアのそれぞれにおいては、一方の突極２２と他方の突極２２との巻線方向が互いに逆方向となるように、それぞれの突極２２に巻線２３を巻回している。例えばＵ相の場合、図１に示すように、突極Ｔｕ１１とＴｕ１２とが異極となるように、コイルＣｕ１１の巻線２３ｕ１とコイルＣｕ１２の巻線２３ｕ２とは、互いが異方向となるように巻回されている。

さらに、それぞれの巻線２３は、片方側のペアの突極２２から、反対側のペアの周方向に最も近くなるほうの突極２２へと引き渡されている。例えばＵ相の場合、巻線２３ｕ１は、コイルＣｕ１１から渡り線Ｃｕ１を経由して、反対側のペアの周方向に最も近くなる突極Ｔｕ２１へと引き渡される。また、巻線２３ｕ２は、コイルＣｕ１２から渡り線Ｃｕ２を経由して、反対側のペアの周方向に最も近くなる突極Ｔｕ２２へと引き渡される。言い換えれば、片方側の突極２２から、周方向に（５π／６）ラジアンだけ離れた同一組中の突極２２へと渡り線が延伸する。なお、このとき、巻線２３は、片方側のペアの突極２２から、反対側のペアの周方向に最も近くなるほうの突極２２へと、最も近くなる周方向の経路を渡って、渡り線により引き渡される。このように、反対側のペアの周方向に最も近くなる突極２２へと引き渡すような構成とすることにより、ステータ２０において巻線２３どうしの交差を減らすことができ、巻線２３の配線処理が容易となる。

そして、このように引き渡された巻線２３は、反対側のペアの突極２２に対して、片方側のペアの突極２２と同一方向に巻回される。例えばＵ相の場合、図１に示すように、突極Ｔｕ１１とＴｕ２１とが同極となるように、巻線２３ｕ１は、コイルＣｕ１１とコイルＣｕ２１との互いの巻回方向が同一方向となるように巻回されている。巻線２３ｕ２は、コイルＣｕ１２とコイルＣｕ２２の互いの巻回方向が同一方向となるように巻回されている。また、反対側のペアの突極Ｔｕ２１とＴｕ２２とは互いに異極となる。

同様に、Ｖ相の場合、図１に示すように、突極Ｔｖ１１とＴｖ１２とが異極となるように、コイルＣｖ１１の巻線２３ｖ１とコイルＣｖ１２の巻線２３ｖ２とは、互いが異方向となるように巻回されている。さらに、巻線２３ｖ１は、コイルＣｖ１１から渡り線Ｃｖ１を経由して、反対側のペアの周方向に最も近くなる突極Ｔｖ２１へと引き渡される。また、巻線２３ｖ２は、コイルＣｖ１２から渡り線Ｃｖ２により、最も近くなる周方向の経路を渡って、反対側のペアの周方向に最も近くなる突極Ｔｖ２２へと引き渡される。そして、突極Ｔｖ１１とＴｖ２１とが同極となるように、巻線２３ｖ１は、コイルＣｖ１１とコイルＣｖ２１の互いの巻回方向が同方向となるように巻回されている。巻線２３ｖ２は、コイルＣｖ１２とコイルＣｖ２２の互いの巻回方向が同方向となるように巻回されている。また、反対側のペアの突極Ｔｖ２１とＴｖ２２とは互いに異極となる。

同様に、Ｗ相の場合、図１に示すように、突極Ｔｗ１１とＴｗ１２とが異極となるように、コイルＣｗ１１の巻線２３ｗ１とコイルＣｗ１２の巻線２３ｗ２とは、互いが異方向となるように巻回されている。さらに、巻線２３ｗ１は、コイルＣｗ１１から渡り線Ｃｗ１を経由して、反対側のペアの周方向に最も近くなる突極Ｔｗ２１へと引き渡される。また、巻線２３ｗ２は、コイルＣｗ１２から渡り線Ｃｗ２により、最も近くなる周方向の経路を渡って、反対側のペアの周方向に最も近くなる突極Ｔｗ２２へと引き渡される。そして、突極Ｔｗ１１とＴｗ２１とが同極となるように、巻線２３ｗ１は、コイルＣｗ１１とコイルＣｗ２１の互いの巻回方向が同方向となるように巻回されている。巻線２３ｗ２は、コイルＣｗ１２とコイルＣｗ２２の互いの巻回方向が同方向となるように巻回されている。また、反対側のペアの突極Ｔｗ２１とＴｗ２２とは互いに異極となる。

ところで、以上の説明ではロータ１０の外周側にステータ２０を配置したインナロータ型のモータの一例を挙げて説明したが、ステータの外周側にロータを配置したアウタロータ型のモータであってもよい。

図４は、本発明の実施の形態におけるモータの他の構成例の要部を示す図である。図４では、本発明をアウタロータ型のモータに適用した一例を示している。また、図１と同一の構成要素については同一の符号を付している。図４に示すモータは、ロータ１０が、ステータ２０と所定の空隙を介して、ステータ２０の外周側に対向するように配置されている。また、ステータ２０は、ヨーク２１から外周側に突出する複数の突極２２を含む構造のステータコア２４に巻線２３を巻回することで構成される。そして、各突極２２に巻回される巻線２３を含むステータ２０は、図１で説明したインナロータ型のモータと同様の構成である。

また、図５は、図４に示すモータの断面図であり、図６は、図４に示すモータの上面図である。

図５に示すモータは、ベース基板３４上に、固定部材３４ａが装着されている。固定部材３４ａの外周側には、巻線２３を巻回したステータ２０が搭載されている。また、固定部材３４ａの内周側には、２つの軸受１３の外周側が固定されている。一方、軸受１３の内周側には、回転軸１１が挿入されている。回転軸１１の先端には、円筒状のロータフレーム１４が固定されている。そして、ロータフレーム１４の内周面には、永久磁石１２が円筒状にステータ２０と対面して固着されている。図５に示すモータは、ロータが回転軸１１、ロータフレーム１４および永久磁石１２を含むような構成である。

また、ベース基板３４上には、モータを駆動するための電子部品を実装したプリント基板３５が搭載されている。そして、ステータ２０から引き出された各巻線２３の端部が、例えば半田付けによってプリント基板３５に電気的に接続される。図５では、巻線２３の入力端側がプリント基板３５上の入力端子２６で接続され、巻線２３の中性点側が接続部２６ｎで接続された構成を示している。また、図６は、プリント基板３５上において、巻線２３の入力端側がＵ相入力端子２６ｕ、Ｖ相入力端子２６ｖおよびＷ相入力端子２６ｗに接続されるとともに、中性点側がプリント基板３５上に形成された接続部２６ｎとしての配線パターンに接続された構成を示している。

図５および図６から明らかなように、本実施の形態のモータは、各巻線の端部を電気的に接続するために複雑な結線処理は必要なく簡易な結線処理でよい。すなわち、各巻線の端部間を結線するための配線基板などは必要なく、結線のための複雑な配線も必要ない。

図７は、本発明の実施の形態においてｍ＝２としたときのモータの構成例の要部を示す図である。すなわち、図７に示すモータは、ロータ１０が２０極に着磁されているとともにステータ２０が２４個の突極を有している。図７は１相分の巻線を示しており、図１に対応する構成要素については同一の符号を付している。

図７では１つの相に対応するペアとして４個のペアから構成されている。すなわち、１つの相に対応するこれら各ペアが周方向に等間隔に配置されるように、１つの相に対応する２個の中間のペアをさらに設けている。具体的には、図７に示すように、ペアの中心が略９０°の等間隔で配置されるように、片方側のペアである突極Ｔｕ１１およびＴｕ１２とその反対側のペアである突極Ｔｕ２１およびＴｕ２２とに加えて、片方側から反対側に向かって一方向側に中間のペアである突極Ｔｕ３１およびＴｕ４１、さらに他方向側に中間のペアである突極Ｔｕ３２およびＴｕ４２を設けている。

また、中間のペアも含め、隣り合って１つのペアを形成する突極は互いの巻回方向が逆方向となるように巻回されている。すなわち、図７において、一方の中間のペアの突極Ｔｕ３１およびＴｕ４１に形成されるコイルＣｕ３１とＣｕ４１との巻回方向は互いに逆方向であり、また、他方の中間のペアの突極Ｔｕ３２およびＴｕ４２に形成されるコイルＣｕ３２とＣｕ４２との巻回方向も互いに逆方向である。

また、図７に示すように、一方の巻線２３ｕ１は、片方側のペアの一方の突極Ｔｕ１１、中間のペアの両突極Ｔｕ３１およびＴｕ４１、反対側のペアの一方の突極Ｔｕ２１へと順に巻回される。また、他方の巻線２３ｕ２は、片方側のペアの他方の突極Ｔｕ１２、他方向側の中間のペアの両突極Ｔｕ３２およびＴｕ４２、反対側のペアの他方の突極Ｔｕ２２へと順に巻回される。そして、ペアの両突極間に形成されるスロットから巻線の一端が外周方向に引き出され、電気的に並列接続されて交流入力端であるＵ相入力端子２６ｕとし、反対側の巻線の端部を接続部２６ｎで電気的に接続して中性点Ｎとしている。図７ではＵ相のみを示しているが、Ｖ相およびＷ相も同様に形成し、これによって２４個の突極を有する構成での３相Ｙ結線が構成される。

以上、図７を用いて、ｍ＝２としたときのモータの構成例について説明したが、ｍが２以上のとき、１つの相に対応する各ペアが周方向に等間隔に配置されるように、１つの相に対応する２（ｍ―１）個の中間のペアをさらに設け、一方の巻線を、片方側のペアの一方の突極、周の一方向側の中間のペアの両突極、反対側のペアの一方の突極へと順に巻回し、他方の巻線を、片方側のペアの他方の突極、周の他方向側の中間のペアの両突極、反対側のペアの他方の突極へと順に巻回すればよい。

なお、以上の説明では、巻線２３を片方側のペアの突極２２から反対側のペアの周方向に最も近くなるほうの突極２２へと引き渡すような例を挙げて説明したが、ｍ＝１の場合には片方側のペアの突極２２から、周の中心に対して対称関係となる突極２２のほうへ引き渡すような構成としたり、このような構成を含んでもよい。すなわち、例えば、突極Ｔｕ１１から突極Ｔｕ２２、および突極Ｔｕ１２から突極Ｔｕ２１へと引き渡すような構成であってもよい。また、巻線２３を片方側のペアの突極２２から反対側のペアの周方向に最も近くなるほうの突極２２へと引き渡すような例を挙げて説明したが、遠くなる経路を経由して引き渡すような構成を含んでもよい。このような構成により、ステータ２０の配線処理での巻線交差数が増えたりするものの、本発明の効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態におけるモータは、周方向にｍ（１２±２）極に着磁されたロータと、巻線を巻回した１２ｍ個（ｍは１以上の整数）の突極がロータに対面して周方向に配置されたステータとを備え、３相の交流で駆動するモータである。そして、突極のペアの組ごとに、片方側から反対側のペアに渡って、両ペアの一方の突極それぞれに１本線で巻回した一方の巻線と両ペアの他方の突極それぞれに１本線で巻回した他方の巻線とを備えている。

このような構成により、片方側ペア中の２つの巻線の端部それぞれを電気的に接続し、その反対側ペア中の２つの巻線の端部それぞれも電気的に接続することによって、相ごとに巻線の並列接続を含む回路が形成できる。これによって、巻線抵抗を等価的に低くできるため、巻線の線径を細くできる。さらに、ペア中の２つの巻線の端部それぞれを電気的に接続すればよいため、単に隣り合った巻線の端部の結線でよく、配線が交差するなどの複雑な結線処理は必要ない。したがって、本発明のモータによれば、複雑な結線処理は必要なく簡易な結線処理でよいため、部品点数の増加を抑えるとともに簡易な構成で、小型にて高出力かつ高効率なモータを提供することができる。

本発明のモータは、簡易な構成によって巻線の占積率を高めるとともにコギングトルクも抑制したモータを提供できるため、家電製品や電装品など、小型かつ高出力で高効率、低騒音、低コストが求められるモータに有用である。

本発明の実施の形態におけるモータの要部を示す図 同モータの巻線展開図 同モータの巻線の結線図 同モータの他の構成例の要部を示す図 図４に示すモータの断面図 図４に示すモータの上面図 ｍ＝２のときの構成例の要部を示す図

１０ ロータ
１１ 回転軸
１２ 永久磁石
１３ 軸受
１４ ロータフレーム
２０ ステータ
２１ ヨーク
２２，Ｔｕ１１，Ｔｕ１２，Ｔｕ２１，Ｔｕ２２，Ｔｖ１１，Ｔｖ１２，Ｔｖ２１，Ｔｖ２２，Ｔｗ１１，Ｔｗ１２，Ｔｗ２１，Ｔｗ２２，Ｔｕ３１，Ｔｕ４１，Ｔｕ３２，Ｔｕ４２ 突極
２３，２３ｕ１，２３ｕ２，２３ｖ１，２３ｖ２，２３ｗ１，２３ｗ２ 巻線
２４ ステータコア
２５ スロット
２６ 入力端子
２６ｎ 接続部
２６ｕ Ｕ相入力端子
２６ｖ Ｖ相入力端子
２６ｗ Ｗ相入力端子
３４ ベース基板
３４ａ 固定部材
３５ プリント基板
Ｃｕ１，Ｃｕ２，Ｃｖ１，Ｃｖ２，Ｃｗ１，Ｃｗ２ 渡し線
Ｃｕ１１，Ｃｕ１２，Ｃｕ２１，Ｃｕ２２，Ｃｖ１１，Ｃｖ１２，Ｃｖ２１，Ｃｖ２２，Ｃｗ１１，Ｃｗ１２，Ｃｗ２１，Ｃｗ２２ コイル

Claims (8)

1. 周方向にｍ（１２±２）極に着磁されたロータと、円環状のヨークから突出する１２ｍ個（ｍは１以上の整数）の突極を含む構造のステータコアに巻線を巻回することで構成して前記突極のそれぞれが前記ロータに対面して周方向に配置されたステータとを備え、３相の交流で駆動するモータであって、
   隣り合う一対の前記突極をペアとし、さらに、周の中心に対して互いに対称関係となる片方側の前記ペアとその反対側の前記ペアとを、１つの相に対応する前記ペアの組として、３つの前記相にそれぞれ対応させ、
   前記ペアの組ごとに、前記片方側から前記反対側のペアに渡って、両前記ペアの一方の突極それぞれに１本線で巻回した一方の巻線と、両前記ペアの他方の突極それぞれに１本線で巻回した他方の巻線とを備え、
   前記ペアのそれぞれにおいて、前記一方の突極と前記他方の突極との巻線方向が互いに逆方向であり、片方側の前記ペアの一方の突極とその反対側の前記ペアの一方の突極とは巻線方向が同一方向となるように、それぞれの突極に前記巻線が巻回され、
   前記一方の巻線が、片方側の前記ペアの一方の突極からその反対側の前記ペアの一方の突極にわたって途中で切断されていない一本の巻線であり、
   前記他方の巻線が、片方側の前記ペアの他方の突極からその反対側の前記ペアの他方の突極にわたって途中で切断されていない他の一本の巻線であることを特徴とするモータ。
2. 前記ｍが２以上のとき、
   １つの相に対応する各ペアが周方向に等間隔に配置されるように、１つの相に対応する２（ｍ―１）個の中間のペアをさらに設け、
   前記一方の巻線を、前記片方側のペアの一方の突極、周の一方向側の前記中間のペアの両突極、前記反対側のペアの一方の突極へと順に巻回し、
   前記他方の巻線を、前記片方側のペアの他方の突極、周の他方向側の前記中間のペアの両突極、前記反対側のペアの他方の突極へと順に巻回し、
   前記各ペア内で隣接する二つの突極の巻回方向は互いに逆方向であり、
   渡し線を介して接続される前記各ペアの突極同士は互いに同一の巻回方向であることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. それぞれの前記巻線は、前記片方側のペアの突極から、前記反対側のペアの周方向に最も近くなるほうの前記突極へと、最も近くなる周方向の経路を渡って、引き渡されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
4. 入力側に配置された前記片方側の前記ペアの両巻線はいずれも、前記ペアの両突極間に形成されるスロットから外周方向に引き出されていることを特徴とする請求項３に記載のモータ。
5. 一方の前記巻線の端部と他方の前記巻線の端部とは、前記片方側とその反対側それぞれにおいて、その側の一対の端部どうしが電気的に並列接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 前記片方側で接続した一対の端部を各相の交流入力端とし、
   前記反対側の各相の巻線の端部すべてを電気的に接続して中性点として、
   ３相Ｙ結線を構成したことを特徴とする請求項５に記載のモータ。
7. それぞれの相に対応する前記片方側のペアは、周方向に隣り合って順に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のモータ。
8. 周方向にｍ（１２±２）極に着磁されたロータと、円環状のヨークから突出する１２ｍ個（ｍは１以上の整数）の突極を含む構造のステータコアに巻線を巻回することで構成して前記突極のそれぞれが前記ロータに対面して周方向に配置されたステータとを備え、３相の交流で駆動するモータにおける前記ステータコアに前記巻線を配線する配線処理方法であって、
   隣り合う一対の前記突極をペアとし、さらに、周の中心に対して互いに対称関係となる片方側の前記ペアとその反対側の前記ペアとを、１つの相に対応する前記ペアの組として、３つの前記相にそれぞれ対応させ、
   前記ペアのそれぞれにおいて、前記一方の突極と前記他方の突極との巻線方向が互いに逆方向となり、さらに、片方側の前記ペアの一方の突極とその反対側の前記ペアの一方の突極とは巻線方向が同一方向となるように、片方側の前記ペアの一方の突極からその反対側の前記ペアの一方の突極にわたって、一本の巻線を途中で切断することなく巻回し、片方側の前記ペアの他方の突極からその反対側の前記ペアの他方の突極にわたって、他の一本の巻線を途中で切断することなく巻回することを特徴とするモータにおける巻線の配線処理方法。

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