JP2004048828A

JP2004048828A - ブラシレスｄｃモータの固定子

Info

Publication number: JP2004048828A
Application number: JP2002199185A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Sawada; 澤田　知良
Original assignee: Nidec Shibaura Corp
Current assignee: Nidec Shibaura Corp
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】トルク特性や速度特性を巻線の巻き付けによって微調整することができるブラシレスＤＣモータの固定子を提供する。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータ１０の固定子１２の固定子鉄心６２から６個の歯部６６が突出し、３相の各巻線６８を歯部６６へ５回巻き付ける場合と６回巻き付ける場合を交互に繰り返し、両者の中間のトルク特性と速度特性を作るものである。
【選択図】　　　　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスＤＣモータの固定子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コードレスドライバドリルなどの電動工具や、工作機械などの産業機器の駆動源には、ブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータという）が用いられ、このモータには、回転子内部に永久磁石よりなるメインマグネットを内蔵したインナー・パーマネント・マグネット型（以下、ＩＰＭ型という）のものがある。
【０００３】
このモータを電動工具や工作機械などの産業機器の駆動源として使用する場合には、低電圧入力で高回転使用を要求される。
【０００４】
そのため、トルクを稼ぎつつ速度を上げるために、モータの固定子鉄心に巻き付ける巻線は、太い巻線を使用すると共に歯部への巻回数を少なくしている。
【０００５】
例えば、３相のモータの場合には、固定子鉄心の各歯部に５回巻き付けたりしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなモータにおいて、巻線の変更を行って、トルクや速度を変更する場合に、５回巻き付けている場合には、次に６回巻き付ける巻き付け方法がある。しかし、この場合には、２０％もアップした巻線しか行うことができず、巻線変更において微調整を行うことができない。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、トルク特性や速度特性を巻線の巻き付けによって微調整することができるブラシレスＤＣモータの固定子を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、固定子鉄心におけるリング状のコアから複数の歯部が突出したブラシレスＤＣモータの固定子において、前記複数の歯部に巻き付けた巻線の巻回数が、隣接する歯部の間で異なることを特徴とするブラシレスＤＣモータの固定子である。
【０００９】
請求項２の発明は、巻線をｎ回巻き付けた歯部と、（ｎ＋１）回巻き付けた歯部とを交互に前記コアに配置することを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータの固定子である。
【００１０】
請求項３の発明は、巻線をｎ回巻き付けた歯部と、（ｎ＋ｋ）回巻き付けた歯部と（但し、ｋは２以上の自然数である）を交互に前記コアに配置することを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータの固定子である。
【００１１】
【作　用】
本発明のブラシレスＤＣモータの固定子であると、隣接する歯部の間で、巻線の巻回数が異なるため、全ての歯部を同じ巻数で巻き付ける場合のトルク特性と速度特性とは異なる、中間のトルク特性や速度特性を作り出すことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１から図５に基づいて説明する。
【００１３】
本実施例のＩＰＭ型の三相のブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータという）１０は、例えば、コードレスドライバドリルなどの電動工具６０の駆動源として用いられているものである。
【００１４】
（１）電動工具６０の構造
図５は、モータ１０を電動工具６０に取り付けた場合の側面図である。
【００１５】
図５に示すように、電動工具６０のフレーム７０内部の後部にモータ１０を取り付けるための支持台７２が配され、支持台７２から突設された固定壁７４にモータ１０の固定子１２が固定されている。すなわち、固定子１２は、支持台７２から立設された固定壁７４に設けられた係合孔８０に対し、固定子１２から突設した係合爪８２が係合することにより固定されている。
【００１６】
このモータ１０は、固定子１２内部に回転子１４が配されており、回転子１４は、フレーム７０に固定された一対のベアリング１６，１８によって回転自在に支持されている。回転子１４の回転軸２０は、不図示のギアボックスを経て、電動工具６０の出力軸に連結されている。
【００１７】
（２）固定子１２の構造
図５に示すように、固定子１２は、鋼板を積層した固定子鉄心６２にモールド樹脂などによって絶縁層を形成し、固定子鉄心６２の歯部６６に巻線６８を巻き付けたものである。なお、この絶縁層をモールド樹脂で形成する場合に、上記で説明した固定用の係合爪８２を形成しておく。
【００１８】
この構造は、下記で示す各実施例の固定子１２で共通の構造である。
【００１９】
（２−１）第１の実施例の固定子１２
図５、６、８に基づいて、第１の実施例の固定子１２について説明する。
【００２０】
固定子鉄心６２は、リング状のコア６４から６個の歯部６６が内方に突出したものであり６スロット形成され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線６８がＹ結線されて、各相の巻線６８が各歯部６６に巻き付けられている。
【００２１】
以下の説明を簡単にするために、各歯部６６に番号を付けるものとし、図６において時計回りに歯部番号１の歯部６８、歯部番号２の歯部６８、・・・歯部番号６の歯部６６と順番に番号付けをする。なお、図６においては、歯部番号を丸数字で表している。
【００２２】
この固定子鉄心６２に巻線６８を巻き付ける場合には、歯部番号１の歯部６６には、Ｕ相の巻線６８を５回巻き付け、歯部番号２の歯部６６には、Ｗ相の巻線６８を６回巻き付け、以下、図６に示すように、５回巻き付ける場合と６回巻き付ける場合を交互に行っていく。これを表にしたものが図８の表の第１行目における数字である。
【００２３】
このように、５回巻き付ける場合と６回巻き付ける場合を交互に繰り返すと、通電時に発生する合成磁場は対向部分で等しくなり、かつ各相の間の抵抗値も同じようになる。例えば、Ｕ相に着目すると、歯部番号１の歯部６６には５回巻き付けられ、歯部番号４の歯部６６には６回巻き付けられているので、５回巻き付けられた場合と６回巻き付けられた場合の中間の速度特性とトルク特性を作り出すことができる。
【００２４】
（２−２）第２の実施例の固定子１２
第２の実施例としては、同じく６個の歯部６６を有する６スロットの固定子鉄心６２に３相の巻線６８を巻き付ける場合に、歯部番号１のＵ相の歯部６６には５回巻き付け、歯部番号２のＷ相の歯部６６には６回巻き付け、歯部番号３のＶ相の歯部６６には７回巻き付ける。以下これを図８の表の第２行目のように順番に繰り返す。
【００２５】
この場合であっても、通電時に発生する合成磁場は対向する部分で等しくなり、かつ、各相間の抵抗値も同じようになるため、巻線６８を５回巻き付ける場合と６回巻き付ける場合と７回巻き付ける場合の中間の特性を作り出すことができる。
【００２６】
（２−３）第３の実施例の固定子１２
第３の実施例としては、第１の実施例において巻線６８を５回巻き付ける場合と６回巻き付ける場合を交互に行ったが、これに代えて巻線６８を４回巻き付ける場合と６回巻き付ける場合を交互に行うものである。
【００２７】
これを表にしたものが図８の表の第３行目における数字である。
【００２８】
（２−４）第４の実施例の固定子１２
第４の実施例は、３相の巻線６８をＹ結線で行う場合に、図７に示すように歯部６６が１２個、すなわち、１２スロットある場合の実施例である。
【００２９】
この場合には、図７及び図９の第１行目に示すように、巻線６８を５回巻き付ける場合と６回巻き付ける場合を交互に行うものである。
【００３０】
この場合であっても、隣り合う巻線６８の巻数が異なり、それを交互に繰り返すと通電時に発生する合成磁場は対向する部分で等しくなり、かつ、各相間の抵抗値も同じになるため、結果的に巻線６８を５回巻き付ける場合と６回巻き付ける場合の中間のトルク特性と速度特性を作り出すことができる。
【００３１】
（２−５）第５の実施例の固定子１２
第５の実施例では、１２個の歯部６６を有する場合の変更例であって、巻線６８を５回巻き付ける場合と６回巻き付ける場合と７回巻き付ける場合を図９の第２行目に示すように順番に繰り返して巻き付けるものである。
【００３２】
（２−６）第６の実施例の固定子１２
第６の実施例としては、同じく１２個の歯部６６を有する固定子鉄心６２において、巻線６８を４回巻き付ける場合と６回巻き付ける場合を交互に行うものである。
【００３３】
これを表にしたものが図９の表の第３行目における数字である。
【００３４】
（３）回転子１４の構造
次に、図１〜図４に基づいて、回転子１４の構造について、その組み立て工程の順番に説明していく。
【００３５】
（第１工程）
図４に示すように、円形の鋼板２２を積相して回転子鉄心２４を形成する。この場合に、鋼板２２の中央部には、回転軸２０が貫通する回転軸貫通孔２６が設けられ、また、４枚のメインマグネット２８が挿入されるための矩形のマグネット挿入孔３０，３０，３０，３０が設けられ、４個のマグネット挿入孔３０と回転軸貫通孔２６との間には４個の回り止め用孔３２、３２，３２，３２が開口している。
【００３６】
（第２工程）
上記のように組み立てた回転子鉄心２４の回転軸貫通孔２６に回転軸２０を圧入する。
【００３７】
（第３工程）
回転子鉄心２４の４個のマグネット挿入孔３０に、板状のメインマグネット２８をそれぞれ挿入する。
【００３８】
（第４工程）
図１における回転子鉄心２４の右側の端部に、合成樹脂製のファンホルダー３４を取り付ける。
【００３９】
ファンホルダー３４の中心には、回転軸２０が挿入される回転軸挿入孔３８が貫通している。
【００４０】
また、このファンホルダー３４の右側であって、その外側には、図２に示すように、冷却ファン３６が形成されている。
【００４１】
さらに、ファンホルダー３４の左側であって、回転子鉄心２４と接する面（以下、鉄心側面）は、回転子鉄心２４の右側端部と合致するように平らな面で構成されている。また、この鉄心面における回転軸挿入孔３８の外周部には、リング状の逃げ用凹部４０が設けられている。この逃げ用凹部４０は、回転子鉄心２４に挿入されたメインマグネット２８に対応する位置に設けられている。この逃げ用凹部４０と回転軸挿入孔３８との間であって、回転子鉄心２４の４個の回り止め用孔３２に対応する鉄心側面の位置には、４個の回り止め用突部４２が突出している。
【００４２】
そして、このファンホルダー３４を回転子鉄心２４に取り付ける場合には、回転軸２０を回転軸挿入孔３８に圧入すると共に、４個の回り止め用突部４２を回転子鉄心２４の回り止め用孔３２にそれぞれ係合させる。
【００４３】
これによって、回転子鉄心２４に対しファンホルダー３４が回転せず、また、メインマグネット２８はファンホルダー３４に抑えられているため、回転子鉄心２４の図１における右側から抜け出ることがない。
【００４４】
（第５工程）
図１における回転子鉄心２４の左側の端部に、合成樹脂製のセンサホルダー５０を取り付ける。
【００４５】
このセンサホルダー５０は、合成樹脂製で円盤状をなし、その中心部に回転軸挿入孔５２が貫通している。
【００４６】
回転軸挿入孔５２の周囲であって、回転子鉄心２４側の面（以下、鉄心側面という）には、４個の回り止め用突部５８が突出している。そして、センサホルダー５０を回転子鉄心２４に取り付ける場合には、回転軸挿入孔５２に回転軸２０を挿入すると共に、回り止め用突部５８を回転子鉄心２４の回り止め用孔３２に係合させる。
【００４７】
これによって、回転子鉄心２４に対しセンサホルダー５０が回転せず、また、メインマグネット２８はセンサホルダー５０に抑えられているため、回転子鉄心２４の図１における左側から抜け出ることがない。
【００４８】
（第６工程）
リング状のセンサマグネット４４に同じリング形状のヨーク４６を接着剤で固定する。このヨーク４６は鉄製であって、センサマグネット４４と接する面と反対側の面から回り止め用突部４８が突出している。この回り止め用突部４８は、ヨーク４６を打ち抜くことによって形成しておく。
【００４９】
（第７工程）
固定したセンサマグネット４４とヨーク４６をセンサホルダー５０に固定する。
【００５０】
図１においてセンサホルダー５０の左側の面（以下、センサ取り付け面という）には、リング状の取り付け凹部５４が設けられ、この取り付け凹部５４の一部分に、さらに回り止め用凹部５６が設けられている。そして、ヨーク４６とセンサマグネット４４とを接着して一体化したものを取り付ける場合には、ヨーク４６がセンサ取り付け面に接するようにしつつ、取り付け凹部５４にセンサマグネット４４とヨーク４６が取り付ける。この場合に、ヨーク４６の回り止め用突部４８がセンサホルダー５０の回り止め用凹部５６に係合させる。そのため、センサホルダー５０に対しセンサマグネット４４が回転したりすることがない。
【００５１】
（第８工程）
図１の拡大された円内に示すように、ヨーク４６とセンサホルダー５０を取り付けた後、取り付け凹部５４の縁部５５を熱によって溶かし、その一部分がセンサマグネット４４に被さるように熱溶着する。これによって、センサマグネット４４とヨーク４６がセンサホルダー５０に固定される。
【００５２】
（第８工程）
センサホルダー５０に固定したセンサマグネット４４を、図３に示すように、Ｓ極とＮ極にそれぞれ着磁する。
【００５３】
（第９工程）
センサホルダー５０側に、ベアリング１８を取り付ける。即ち、回転軸２０にベアリング１８を圧入する。
【００５４】
（第１０工程）
ファンホルダー３４側に、ベアリング１６を取り付ける。即ち、回転軸２０にベアリング１６を圧入する。そして、この場合に、ベアリング１６とベアリング１８によって、ファンホルダー３４、回転子鉄心２４、センサホルダー５０を挟むようにして固定する。
【００５５】
以上のようにして組み立てた回転子１４を、図５に示すように、予めフレーム７０に取り付けられている固定子１２の内周部に挿入すると共に、ベアリング１６とベアリング１８をフレーム７０に固定する。
【００５６】
支持台７２には、回転子１４の位置を検出するためのホールＩＣ７６を有したセンサ固定壁７８が立設されている。このホールＩＣ７６は、センサマグネット４４の状態を検知するように配されている。
【００５７】
上記構成の回転子１４であると、回転子鉄心２４の両側にファンホルダー３４とセンサホルダー５０を配する構造であるため、冷却ファン３６を有した回転子１４を容易に組み立てることができる。
【００５８】
ファンホルダー３４は、回り止め用突部４２が回転子鉄心２４の回り止め用孔３２に係合していることにより、回り止めが完全に行える。
【００５９】
センサホルダー５０も同様に、回転子鉄心２４の回り止め用孔３２に回り止め用突部５８が係合することにより、回り止めが完全に行える。
【００６０】
センサマグネット４４を固定したヨーク４６の回り止め用突部４８が、センサホルダー５０の回り止め用凹部５６に係合しているため、センサマグネット４４がセンサホルダー５０に対し回転することがなく、位置決めを完全に行うことができ、固定も行うことができる。
【００６１】
一対のベアリング１６，１８によって、ファンホルダー３４、回転子鉄心２４、センサホルダー５０を挟む構造であるため、これら各部品を完全に固定することができる。
【００６２】
そして、本実施例の回転子１４であると、接着工程を最低限にすることができ、組み立て中に部品の浮きなどによってその組み立て異常をすぐ判別することができる。
【００６３】
また、突部と凹部の係合による回り止め構造を安価に行うことができる。さらに、回転子１４全体を一体構造とできるので小型化することができ、剛性も強くなる。
【００６４】
（４）変更例
上記実施例では電動工具６０に用いるモータ１０を説明したが、これに代えて、工作機械であるＮＣ旋盤などの産業機器に用いるモータとしても使用してもよい。
【００６５】
【発明の効果】
本発明のブラシレスＤＣモータの固定子であると、隣り合う歯部の巻線の巻回数に差を付けて、通電時に発生する合成磁場が対向する部分で等しくし、かつ、相間の抵抗値を同じようにすることによって、トルク特性と速度特性を任意に作り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回転子の縦断面図である。
【図２】冷却ファンの正面図である。
【図３】センサマグネットの正面図である。
【図４】モータの縦断面図である。
【図５】モータを電動工具に取り付けた状態の側面図である。
【図６】第１の実施例の固定子の平面図である。
【図７】第５の実施例の固定子鉄心の平面図である。
【図８】第１の実施例から第４の実施例の巻き付け数を示した表の図である。
【図９】第５の実施例から第８の実施例の巻き付け数を示した表の図である。
【符号の説明】
１０　モータ
１２　固定子
１４　回転子
１６　ベアリング
１８　ベアリング
２０　回転軸
２２　鋼板
２４　回転子鉄心
２６　孔
２８　メインマグネット
３０　マグネット挿入孔
３２　回り止め用孔
３４　ファンホルダー
３６　冷却ファン
３８　回転軸挿入孔
４０　逃げ用凹部
４２　回り止め用突部
４４　センサマグネット
４６　ヨーク
４８　回り止め用突部
５０　センサホルダー
５２　回転軸挿入孔
５４　取り付け用凹部
５６　回り止め用凹部
５８　回り止め用突部
６０　電動工具
６２　固定子鉄心
６４　コア
６６　歯部
６８　巻線

Claims

固定子鉄心におけるリング状のコアから複数の歯部が突出したブラシレスＤＣモータの固定子において、
前記複数の歯部に巻き付けた巻線の巻回数が、隣接する歯部の間で異なる
ことを特徴とするブラシレスＤＣモータの固定子。
巻線をｎ回巻き付けた歯部と、（ｎ＋１）回巻き付けた歯部とを交互に前記コアに配置する
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータの固定子。
巻線をｎ回巻き付けた歯部と、（ｎ＋ｋ）回巻き付けた歯部と（但し、ｋは２以上の自然数である）を交互に前記コアに配置する
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータの固定子。