JP2011151914A

JP2011151914A - ブラシレスモータのステータ及びブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2011151914A
Application number: JP2010010047A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Takemoto; 知弘竹本
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-01-20
Also published as: JP5554997B2

Abstract

【課題】各相コイルの特性のばらつきを抑えて振動の発生を抑えることができるブラシレスモータのステータを提供する。
【解決手段】各相コイル群２０〜２２は、同一のティース４１に同相のコイルが２個設けられ、径方向内側から順にＵ相コイル群２０のＵ相コイル２０ａ、Ｖ相コイル群２１のＶ相コイル２１ａ、Ｗ相コイル群２２のＷ相コイル２２ａ、Ｗ相コイル群２２のＷ相コイル２２ｂ、Ｖ相コイル群２１のＶ相コイル２１ｂ、Ｕ相コイル群のＵ相コイル２０ｂとなるように巻回されてなる組み合わせが１個設けられて構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、同一のティースに２個以上のコイルが巻装されてなるブラシレスモータのステータ及びブラシレスモータに関するものである。

従来、ブラシレスモータのステータでは、複数のティースに跨るように巻回されてなる３相のコイル群が設けられ、各コイル群に３相の励磁電流が供給されるようになっている（例えば特許文献１参照）。

このようなブラシレスモータのステータでは、同一の複数のティースに跨って同相コイルが複数配置されている。このように同一の複数のティースに跨る態様で同相コイルを配置することで、複数のティースに跨るコイル数が１個の場合と比較して占積率を向上させることができるようになっている。

特開平１１−３５６０２４号公報

ところで、上記のようなブラシレスモータにおいて、例えば同一の複数のティースに跨るコイル数を２個（２周巻）とした場合、例えば径方向内側から順に第１Ｕ相→第１Ｖ相→第１Ｗ相→第２Ｕ相→第２Ｖ相→第２Ｗ相コイルとなるように巻回する。このため、径方向外側のコイルほど必然的に使用する導線の長さが長くなる。つまり、Ｕ相コイルよりもＷ相コイルで使用する導線の長さが長くなる。このように、各相のコイルの抵抗値やインダクタンス値が異なるため、各相のコイルに流れる電流に差が生じ、この結果トルク変動（トルクリップル）が発生する。これにより振動やそれに伴う騒音の発生する可能性があり、この改善が望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、各相コイルの特性のばらつきを抑えて振動の発生を抑えることができるブラシレスモータのステータ及びブラシレスモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、径方向に沿って放射状に延びるティースを複数備え、同一のティースに並列接続にてＮ個（但しＮは２以上の整数）のコイルが巻装されて構成される第１〜第３相コイル群のそれぞれに３相の励磁電流が供給されてなるブラシレスモータのステータであって、前記各相コイル群は、各相コイル群の導線長さの差が最小の組み合わせとなるように巻回されて構成されたことをその要旨とする。

この発明では、各相コイル群は、各相コイル群の導線長さの差が最小の組み合わせとなるように巻回されて構成される。このような構成とすることで各相コイル群間における導線長さの差を抑えて各相コイル群の特性（抵抗値やインダクタンス値）の差を抑えることができる。これにより、各相コイル群のコイルに流れる電流の差を抑えることができるため、モータに生じるトルク変動を抑えて振動やそれに伴う騒音の発生を抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブラシレスモータのステータであって、前記各相コイル群は、同一のティースに同相の前記コイルが２×ｎ個（但しｎは正の整数）設けられるとともに、径方向内側から順に第１相コイル群の第１コイル、第２相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第２コイル、第２相コイル群の第２コイル、第１相コイル群の第２コイルとなるように巻回されてなる組み合わせがｎ個設けられて構成されたことをその要旨とする。

この発明では、各相コイル群は、同一のティースに同相の前記コイルが２×ｎ個（但しｎは正の整数）設けられ、径方向内側から順に第１相コイル群の第１コイル、第２相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第２コイル、第２相コイル群の第２コイル、第１相コイル群の第２コイルとなるように巻回されてなる組み合わせがｎ個設けられて構成される。このような構成とすることで、各コイル群において使用する導線の長さ差を最小とすることが可能となり、各相コイル群の特性（抵抗値やインダクタンス値）の差を抑えることができ、各相コイル群のコイルに流れる電流の差を抑えることができる。このため、モータに生じるトルク変動を抑えて振動やそれに伴う騒音の発生を抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のブラシレスモータのステータであって、前記各相コイル群は、同一のティースに同相の前記コイルが３×ｍ個（但しｍは正の整数）設けられるとともに、径方向内側から順に第１相コイル群の第１コイル、第２相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第１コイル、第２相コイル群の第２コイル、第３相コイル群の第２コイル、第１相コイル群の第２コイル、第３相コイル群の第３コイル、第１相コイル群の第３コイル、第２相コイル群の第３コイルとなるように巻回されてなる組み合わせ、若しくは径方向内側から順に第１相コイル群の第１コイル、第２相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第３コイル、第１相コイル群の第３コイル、第２相コイル群の第３コイル、第２相コイル群の第２コイル、第３相コイル群の第２コイル、第１相コイル群の第２コイルとなるように巻回されてなる組み合わせがｍ個設けられて構成されたことをその要旨とする。

この発明では、各相コイル群は、同一のティースに同相の前記コイルが３×ｍ個（但しｍは正の整数）設けられ、径方向内側から順に第１相コイル群の第１コイル、第２相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第１コイル、第２相コイル群の第２コイル、第３相コイル群の第２コイル、第１相コイル群の第２コイル、第３相コイル群の第３コイル、第１相コイル群の第３コイル、第２相コイル群の第３コイルとなるように巻回されてなる組み合わせ、若しくは径方向内側から順に第１相コイル群の第１コイル、第２相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第３コイル、第１相コイル群の第３コイル、第２相コイル群の第３コイル、第２相コイル群の第２コイル、第３相コイル群の第２コイル、第１相コイル群の第２コイルとなるように巻回されてなる組み合わせがｍ個設けられて構成される。このように、同一のティースに３×ｍ個のコイルを設ける構成においても各コイル群において使用する導線の長さの差を最小とすることが可能となり、各相コイル群の特性（抵抗値やインダクタンス値）の差を抑えることができ、各相コイル群のコイルに流れる電流の差を抑えることができる。このため、モータに生じるトルク変動を抑えて振動やそれに伴う騒音の発生を抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のブラシレスモータのステータにおいて、前記ティースは径方向外側に延びてアウタロータタイプのブラシレスモータに用いられることをその要旨とする。

この発明では、ティースは径方向外側に延びてアウタロータタイプのブラシレスモータに用いられる。つまり、ステータの径方向外側にロータが設けられる所謂アウタロータ型のブラシレスモータのステータであるため、径方向外側ほどティース間の空隙が広がる構成である。このため、インナロータ型のブラシレスモータと比較して各ティースにコイルを巻装する際の容易性を向上させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のステータを用いて構成されたことをその要旨とする。
この発明により、請求項１〜４のいずれか一項に記載の効果と同様の効果を奏するブラシレスモータを提供することができる。

従って、上記記載の発明によれば、各相コイルの特性のばらつきを抑えて振動の発生を抑えることができるブラシレスモータのステータ及びブラシレスモータを提供することができる。

本実施形態におけるブラシレスモータの軸方向断面図である。ステータの概略径方向断面図である。コイル群の電気的構成を説明するための結線図である。（ａ）は本実施形態の各相コイル群の巻線抵抗のグラフであり、（ｂ）は従来の各相コイル群の巻線抵抗のグラフである。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、ブラシレスモータの断面を示す。ブラシレスモータ１０はモータホルダ１１を備えている。モータホルダ１１の中央部には有底状の円筒部１２が形成されている。

円筒部１２の内部には、ステータ１３が収容されている。ステータ１３は、センターピース１４と、コア１５と、このコア１５に導線１６が巻装されて構成されるＵ相，Ｖ相，Ｗ相コイル群２０〜２２（図２参照）とを備えている。

センターピース１４は、熱伝導率に優れた金属からなり、円筒部２３とこの円筒部２３の下端から径方向に沿って延設された延設部２４とから構成されている。センターピース１４は、延設部２４が円筒部２３の底部にゴムクッション２５を介してねじ２６で固定されることにより、モータホルダ１１に対して固定されている。また、円筒部２３内の上下両側には、上側軸受２７ａ及び下側軸受２７ｂが固定されている。勿論、前記センターピース１４は樹脂で構成することもできる。

ステータ１３のセンターピース１４には、ロータ３０が回転可能に支持されている。ロータ３０は、釣鐘状のヨーク３１と、このヨーク３１の内周面に固着されステータ１３と径方向に対向配置されるマグネット３２と、前記ヨーク３１の中心部に圧入される回転軸３３とから構成されている。ヨーク３１は、その下部が円筒部１２内に収容されている。

マグネット３２は、円筒状をなし、例えばＮ極とＳ極とが周方向において交互に着磁され、複数（例えば６個）の界磁極を有している。
回転軸３３は、上側軸受２７ａ及び下側軸受２７ｂを介して前記センターピース１４の中心部に回転可能に支持されている。そして、回転軸３３の上端部にファン３４が一体回転可能に固定されている。

図２に示すように、ステータ１３のコア１５は、円筒部４０と、この円筒部４０の外周面から径方向外側に向かって放射状に延びる複数（本実施形態では１８個）のティース４１とから構成されている。このコア１５は、円筒部４０がセンターピース１４の円筒部２３の外周面に固定されることにより、センターピース１４に対して固定されている（図１参照）。そして、コア１５は、センターピース１４に固定された状態では、マグネット３２の内側に配置され、ティース４１の先端面がマグネット３２と径方向に対向している。

ティース４１には、合成樹脂製のインシュレータ４２を介して第１相コイル群としてのＵ相コイル群２０、第２相コイル群としてのＶ相コイル群２１、第３相コイル群としてのＷ相コイル群２２が設けられている。

図２及び図３に示すように、Ｕ相コイル群２０は、複数（本実施形態では３個）のティース４１に跨って巻回されるＵ相コイル２０ａ，２０ｂが同一のティース４１に２個並列接続される態様に配置されて構成されている。

一方、Ｖ相コイル群２１は、前記Ｕ相コイル群２０同様に複数（本実施形態では３個）のティース４１に跨って巻回されるＶ相コイル２１ａ，２１ｂが同一のティース４１に２個並列接続される態様に配置されて構成されている。

また、Ｗ相コイル群２２は、前記Ｕ相コイル群２０同様に複数（本実施形態では３個）のティース４１に跨って巻回されるＷ相コイル２２ａ，２２ｂが同一のティース４１に２個並列接続される態様に配置されて構成されている。

また、各相コイル２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは、図３に示すように所謂Δ結線により接続されるとともに、径方向内側からＵ相コイル２０ａ→Ｖ相コイル２１ａ→Ｗ相コイル２２ａ→Ｗ相コイル２２ｂ→Ｖ相コイル２１ｂ→Ｕ相コイル２０ｂとなるように巻回されている。なお、各相コイル２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは、周方向においてそれぞれ６個ずつ設けられるとともに、他相コイルと少なくともティース４１の２個分だけ重なるように構成されている。

モータホルダ１１の下面には、制御回路基板５０が固定されるとともに、この制御回路基板５０にはステータ１３に回転磁界を発生させるための励磁回路が備えられている。この励磁回路は、多数の回路素子５１が実装されている。尚、前記モータホルダ１１には制御回路基板５０を覆う下部ケース５２が取着されている。

回転軸３３の下端部には、円盤状のセンサマグネット５４が回転軸３３と一体回転可能に嵌着されている。また、制御回路基板５０上において、センサマグネット５４と軸方向対向する位置に、ホール素子５５が配設されている。そして、センサマグネット５４の磁束をホール素子５５で検出することによりロータ３０の回転角度が検出される。そして、その検出信号に基づいて前記励磁回路で３相の励磁電流が制御されて各相コイル群２０〜２２の各相コイル２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂが適宜励磁されてロータ３０が回転されるようになっている。

上記のように構成されたブラシレスモータ１０では、径方向内側から順にＵ相コイル２０ａ→Ｖ相コイル２１ａ→Ｗ相コイル２２ａ→Ｗ相コイル２２ｂ→Ｖ相コイル２１ｂ→Ｕ相コイル２０ｂとなるように巻回される。このような構成とすることで、図４（ａ）（ｂ）に示すように各相コイル群２０〜２２の特性である抵抗値の差を従来のブラシレスモータ（図４（ｂ））より小さくすることが可能となっている。これにより各相コイル群２０〜２２間における供給される電流差を抑えてトルク変動の発生を抑制させることができるようになっている。このように、トルク変動を抑えることでブラシレスモータ１０で発生し得る振動の発生を低減させることができるとともに、これに伴って騒音の発生も抑えることができるようになっている。

次に、本実施の形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）各相コイル群２０〜２２は、同一のティース４１に同相のコイルが２個設けられる。各相コイル群２０〜２２は、径方向内側から順にＵ相コイル群２０のＵ相コイル２０ａ、Ｖ相コイル群２１のＶ相コイル２１ａ、Ｗ相コイル群２２のＷ相コイル２２ａ、Ｗ相コイル群２２のＷ相コイル２２ｂ、Ｖ相コイル群２１のＶ相コイル２１ｂ、Ｕ相コイル群のＵ相コイル２０ｂとなるように巻回されてなる組み合わせが１個設けられて構成される。このような構成とすることで、各相コイル群２０〜２２において使用する導線の長さ差を最小とすることが可能となる。これにより、各相コイル群２０〜２２の特性（抵抗値やインダクタンス値）の差を抑えることができるとともに、各相コイル群２０〜２２のコイル２０ａ〜２２ｂに流れる電流の差を抑えることができる。このため、モータ１０に生じるトルク変動を抑えて振動やそれに伴う騒音の発生を抑えることができる。

（２）ティース４１は径方向外側に延びてアウタロータタイプのブラシレスモータ１０に用いられる。つまり、ステータ１３の径方向外側にロータ３０が設けられる所謂アウタロータ型のブラシレスモータ１０のステータ１３であるため、径方向外側ほどティース４１間の空隙が広がる構成である。このため、インナロータ型のブラシレスモータと比較して各ティース４１にコイルを巻装する際の容易性を向上させることができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のような構成に変更してもよい。
・上記実施形態では、同一のティース４１に跨る同相のコイルの数を２個、つまり２周巻の構成のステータ１３を採用したが、これに限らない。例えば、同一のティース４１に跨って巻回される同相のコイルの数を２×ｎ（但しｎは２以上の正の整数）として、上記実施形態のように径方向内側から順にＵ相コイル２０ａ→Ｖ相コイル２１ａ→Ｗ相コイル２２ａ→Ｗ相コイル２２ｂ→Ｖ相コイル２１ｂ→Ｕ相コイル２０ｂとなるような組み合わせをｎ個設ける構成を採用してもよい。

また、コイルを３周巻の構成のステータ１３を採用してもよい。３周巻の構成のステータの一例としては、径方向内側から順にＵ相コイル群の第１Ｕ相コイル→Ｖ相コイル群の第１Ｖ相コイル→Ｗ相コイル群の第１Ｗ相コイル→Ｖ相コイル群の第２Ｖ相コイル→Ｗ相コイル群の第２Ｗ相コイル→Ｕ相コイル群の第２Ｕ相コイル→Ｗ相コイル群の第３Ｗ相コイル→Ｕ相コイル群の第３Ｕ相コイル→Ｗ相コイル群の３Ｖ相コイルとなるように巻回する構成が考えられる。また、径方向内側から順にＵ相コイル群の第１Ｕ相コイル→Ｖ相コイル群の第１Ｖ相コイル→Ｗ相コイル群の第１Ｗ相コイル→Ｗ相コイル群の第３Ｗ相コイル→Ｕ相コイル群の第３Ｕ相コイル→Ｗ相コイル群の３Ｖ相コイル→Ｖ相コイル群の第２Ｖ相コイル→Ｗ相コイル群の第２Ｗ相コイル→Ｕ相コイル群の第２Ｕ相コイルとなるように巻回する構成が考えられる。これらのような構成とすることで、３周巻のステータであっても各相コイルでなる各相コイル群同士の抵抗値を略均一化することが可能となり、これに伴って各相コイル群のコイルに流れる電流差を抑えることができる。このため、モータに生じるトルク変動を抑えて振動やそれに伴う騒音の発生を抑えることができる。尚、例えば、同一のティース４１に跨って巻回される同相のコイルの数を３×ｍ（但しｍは２以上の正の整数）として、上記構成のように径方向内側から順にＵ相コイル群の第１Ｕ相コイル→Ｖ相コイル群の第１Ｖ相コイル→Ｗ相コイル群の第１Ｗ相コイル→Ｖ相コイル群の第２Ｖ相コイル→Ｗ相コイル群の第２Ｗ相コイル→Ｕ相コイル群の第２Ｕ相コイル→Ｗ相コイル群の第３Ｗ相コイル→Ｕ相コイル群の第３Ｕ相コイル→Ｗ相コイル群の３Ｖ相コイルとなるような組み合わせをｎ個設ける構成を採用してもよい。同様に、径方向内側から順にＵ相コイル群の第１Ｕ相コイル→Ｖ相コイル群の第１Ｖ相コイル→Ｗ相コイル群の第１Ｗ相コイル→Ｗ相コイル群の第３Ｗ相コイル→Ｕ相コイル群の第３Ｕ相コイル→Ｗ相コイル群の３Ｖ相コイル→Ｖ相コイル群の第２Ｖ相コイル→Ｗ相コイル群の第２Ｗ相コイル→Ｕ相コイル群の第２Ｕ相コイルとなるように巻回する構成が考えられる。

・上記実施形態では、各相コイル２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂが３個のティース４１に跨って巻回される構成としたが、これに限らない。例えば２個のティース４１に跨って巻回される構成や４個以上のティース４１に跨って巻回される構成を採用してもよい。

・上記実施形態及び上記構成では、Ｕ相コイル群を第１相コイル群、Ｖ相コイル群を第２相コイル群、Ｗ相コイル群を第３相コイル群としたが、これに限らない。
・上記実施形態では、アウタロータタイプのブラシレスモータに本発明を適用したが、これに限らず、インナロータタイプのブラシレスモータやそのステータに本発明を適用してもよい。

１０…ブラシレスモータ、１３…ステータ、１６…導線、２０…Ｕ相コイル群（第１相コイル群）、２０ａ，２０ｂ…Ｕ相コイル、２１…Ｖ相コイル群（第２相コイル群）、２１ａ，２１ｂ…Ｖ相コイル、２２…Ｗ相コイル群（第３相コイル群）、２２ａ，２２ｂ…Ｗ相コイル、３０…ロータ、４１…ティース。

Claims

径方向に沿って放射状に延びるティースを複数備え、同一のティースに並列接続にてＮ個（但しＮは２以上の整数）のコイルが巻装されて構成される第１〜第３相コイル群のそれぞれに３相の励磁電流が供給されてなるブラシレスモータのステータであって、
前記各相コイル群は、各相コイル群の導線長さの差が最小の組み合わせとなるように巻回されて構成されたことを特徴とするブラシレスモータのステータ。
請求項１に記載のブラシレスモータのステータであって、
前記各相コイル群は、同一のティースに同相の前記コイルが２×ｎ個（但しｎは正の整数）設けられるとともに、径方向内側から順に第１相コイル群の第１コイル、第２相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第２コイル、第２相コイル群の第２コイル、第１相コイル群の第２コイルとなるように巻回されてなる組み合わせがｎ個設けられて構成されたことを特徴とするブラシレスモータのステータ。
請求項１に記載のブラシレスモータのステータであって、
前記各相コイル群は、同一のティースに同相の前記コイルが３×ｍ個（但しｍは正の整数）設けられるとともに、径方向内側から順に第１相コイル群の第１コイル、第２相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第１コイル、第２相コイル群の第２コイル、第３相コイル群の第２コイル、第１相コイル群の第２コイル、第３相コイル群の第３コイル、第１相コイル群の第３コイル、第２相コイル群の第３コイルとなるように巻回されてなる組み合わせ、若しくは径方向内側から順に第１相コイル群の第１コイル、第２相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第１コイル、第３相コイル群の第３コイル、第１相コイル群の第３コイル、第２相コイル群の第３コイル、第２相コイル群の第２コイル、第３相コイル群の第２コイル、第１相コイル群の第２コイルとなるように巻回されてなる組み合わせがｍ個設けられて構成されたことを特徴とするブラシレスモータのステータ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のブラシレスモータのステータにおいて、
前記ティースは径方向外側に延びてアウタロータタイプのブラシレスモータに用いられることを特徴とするブラシレスモータのステータ。
請求項１〜４のいずれか一項に記載のステータを用いて構成されたことを特徴とするブラシレスモータ。