JP2011166861A - 単相交流２極同期モータ - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向に小型化を図り、部品点数が少なく組立性のよい単相交流２極同期モータを提供する。
【解決手段】ステータコア１１は、モータ軸５を囲んでモータケース１内に配置され、永久磁石１０と対向する第１磁極コア１２と第２の磁極コア１３とを互いに連結する連結コア１２ｂ，１３ｂに、ボビン１４の巻芯部１４ａを挿通してコイル１５が各々組み付けられている。
【選択図】図６

Description

本発明は、単相交流２極同期モータに関する。

単相交流２極同期モータは、交流電源より供給される交流電流を、整流ブリッジ回路を経て全波整流をかけてＤＣブラシレスモータとして起動運転される。ロータの回転数が電源周波数に対して同期回転数付近に到達すると運転切換えスイッチを切換えて交流電源による同期運転に移行するようになっている。

単相交流２極同期モータにおいて、ステータコアはモータ軸の両側に分割可能に設けられている。ステータコアを形成する各磁極片は、ボビンの巻心部の軸孔を挿通して組み付けられ、挿入部どうしが突き当てて形成される隙間をモータ軸が通過するように組み付けられている（特許文献１；図１３参照）。

再表２００５／０１８０７１号公報；図１３

しかしながら、上述したモータ構造においては、ステータコアの長手方向に分割されたボビンにコイルが各々巻き付けられているため、コイルの巻心方向の長さが短くなるため、必要なモータトルクを得るためにはモータ軸の軸方向に大型化しやすいという課題がある。

また、コイルに接続するモータ駆動回路の配線を分割された結線基板により行なっており配線長は短くできるが、結線基板を２枚用いるため部品点数が多いうえに、ボビンの巻心部の長さが十分確保できずコイルの巻径が拡大し更にはモータ軸の軸方向へ大型化に拍車をかけることになる。

本発明の目的は、上述した課題を解決し、軸方向に小型化を図り、部品点数が少なく組立性のよい単相交流２極同期モータを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は次の構成を備えたことを特徴とする。
即ち、モータケース内にモータ軸を中心に回転可能に支持されたロータヨークに２極に着磁された円筒状の永久磁石が組み付けられたロータと、前記モータケースに前記モータ軸が回転可能に軸支され、該モータ軸の周囲にステータコアにボビンを介してコイルが巻き回されたステータとを備えた単相交流２極同期モータであって、前記ステータコアは、前記モータ軸を囲んで前記モータケース内に配置され、前記永久磁石と対向する第１磁極コアと第２の磁極コアとを互いに連結する連結コアに、前記ボビンの巻芯部を挿通してコイルが各々組み付けられていることを特徴とする。

また、前記第１磁極コアと第２磁極コアは互いに連結コアと軸方向に凹凸嵌合させてリング状に一体に組み付けられていることを特徴とする。

また、前記第１磁極コアと第２磁極コアは、同一形状のコアどうしを対向させてリング状に組み付けられていることを特徴とする。

また、連結コアに嵌め込まれるボビンは、同一形状のものが軸方向に直交する中心線に対して線対称となるように組み付けられていることを特徴とする。

また、前記ステータコアは、モータ軸が貫通する貫通孔が設けられた結線基板上に磁電変換素子と共に基板実装されて組み付けられていることを特徴とする。

本発明に係る単相交流２極同期モータを用いると、ステータコアは、モータ軸を囲んでモータケース内に配置され、永久磁石と対向する磁束作用面が各々形成された第１磁極コアと第２の磁極コアとを互いに連結する連結コアに、ボビンの巻芯部を挿通してコイルが各々組み付けられているので、巻線の巻径が拡大することはなく、軸方向に小型化しても必要なトルクが得られる。また、ボビン単体でコイルを巻くことができるので、組立作業性がよい。

第１磁極コアと第２磁極コアは互いに連結コアを軸方向に凹凸嵌合させてリング状に一体に組み付けられているので、組立性が良くしかもリング形状を維持したまま組み付けることができる。また、第１磁極コアと第２磁極コアは、同一形状のコアどうしを対向させてリング状に組み付けられていると、部品の管理がし易く組み付け作業もし易くなる。

ステータコアは、モータ軸が貫通する貫通孔が設けられた結線基板上に磁電変換素子と共に基板実装されて組み付けられていると、モータコイルのボビンに対する巻き方向を一定に形成しても、結線基板の配線パターンによりコイルの巻き始めと巻き終わりを直列に接続してコイルの巻心方向の長さが十分確保できるので、巻径が大きくならずに軸方向に小型化することができる。

交流２極同期モータの軸方向断面図である。 ステータコア及びコイルを巻き付けたボビンの分解斜視図である。 ステータコアにボビンを組み付けたステータ構造体の斜視図である。 一対のステータ構造体の組み付け前の分解斜視図である。 一対のステータ構造体の組み付け後の斜視図である。 ステータコアをモータ基板に実装した状態の斜視図である。 交流２極同期モータの分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態の一例について添付図面を参照して詳細に説明する。
先ず、一例として図１にモータ出力が概ね１０Ｗ以下のアウターロータ型の単相交流２極同期モータの実施形態を示す。

モータケース１は、第１ケース２及び第２ケース３が一体に組み付けられて形成されている。このモータケース１に、ロータ４がモータ軸５を回転可能に軸支されて組み付けられている。ロータ４の構造について説明すると、モータ軸５はステータ６に囲まれて設けられ、カップ状に形成されたロータヨーク７の中心部に軸方向に延設された嵌合部７ａにて一体に組み付けられている。ロータヨーク７の内周壁に設けられた段付部７ｂにＮ極及びＳ極にほぼ１８０°で着磁されたリンク状の永久磁石１０が保持されている。

嵌合部７ａは第１ケース２に設けられた軸受保持部２ａに保持されたベアリング８に、モータ軸５の端部は第２ケース３の軸受保持部３ａに保持されてベアリング９に回転可能に支持されている。モータ軸５は、第１ケース２側がモータケース１外へ突設されているが、第２ケース３側へ突設されていても良いし、両側へ突設されていても良い。

次にステータ６の構成について説明する。ステータコア１１は、モータ軸５を囲んでモータケース１内に配置されている。ステータコア１１は磁束作用面１２ａが形成された第１磁極コア１２と磁束作用面１３ａが形成された第２磁極コア１３とが、第１連結コア１２ｂと第２連結コア１３ｂを介してリング状に連結されている（図５参照）。第１磁極コア１２と第２磁極コア１３は電磁鋼板（例えばケイ素鋼板など）が積層された積層コアが用いられる。図６に示すように、磁束作用面１２ａ，１３ａは永久磁石１０と対向配置され、コイルへの通電により形成される磁気回路の磁気抵抗が不均一となるようにエアギャップの配置が回転半径方向の対称軸に対して非対称となるように形成されている。第１連結コア１２ｂと第２連結コア１３ｂには、ボビン１４が巻芯部１４ａに形成された貫通孔１４ｂを挿通されて各々組み付けられている。巻芯部１４ａにはコイル１５が各々巻き付けられている。

また、図４において、第１磁極コア１２には連結凹部１２ｃがコア積層方向に形成されており、第１連結コア１２ｂの先端部には幅広の連結凸部１２ｄが形成されている。同様に、第２磁極コア１３には連結凹部１３ｃがコア積層方向に形成されており、第２連結コア１３ｂの先端部には幅広の連結凸部１３ｄが形成されている。第１磁極コア１２と第２磁極コア１３は、第１連結コア１２ｂの連結凸部１２ｄを第２磁極コア１３の連結凹部１３ｃに、第２連結コア１３ｂの連結凸部１３ｄを第１磁極コア１２の連結凹部１２ｃに軸方向（コア積層方向）に凹凸嵌合させてモータ軸５（図１参照）を囲んでリング状に一体に組み付けられる。また、第１磁極コア１２と第２磁極コア１３には、第２ケース３に組み付けるためのボルト孔１２ｅ，１３ｅが各々２箇所に設けられている。第１磁極コア１２と第２磁極コア１３は、同一形状のコアどうしを対向させてリング状に組み付けられている。

また、第１連結コア１２ｂ及び第２連結コア１３ｂに各々嵌め込まれるボビン１４は、同一形状のものが用いられ、図５に示すように軸方向と直交する中心線Ｍに対して線対称となるように組み付けられている。

また、図６において、ステータコア１１は、モータ軸５が貫通する貫通孔１６ａが設けられた結線基板１６上にホールＩＣ（磁電変換素子）１７と共に基板実装されて組み付けられている。結線基板１６には、２つのボビン１４に巻き付けられたコイル１５どうしを直列に結線する配線パターンが形成されている。
結線基板１６には、コイル１５へ給電するコイル配線１８ａ，１８ｂとホールＩＣ１７に接続するセンサ配線１９ａ，１９ｂ，１９ｃが接続されている。
ステータコア１１は、４本のボルト２０を第１磁極コア１２と第２磁極コア１３に設けられたボルト孔１２ｅ，１３ｅを貫通し、結線基板１６に設けられたボルト孔１６ｂを貫通して第２ケース３に４箇所に設けられるねじ孔付のボス２１（図７参照）にねじ嵌合して組み付けられる。

上述した単相交流２極同期モータの駆動回路は、公知の駆動回路で単相交流２極同期モータをＤＣブラシレスモータとして起動運転させる。ロータの回転数が同期回転数近傍の所定回転数に到達するとモータ電流の通電範囲を抑制しながら起動運転する。中間タップにより分割されたＡコイル及びＢコイルのうち、たとえばＡコイルのみに通電して比較的大電流を流して起動運転し、整流電流のうち正側若しくは負側に相当する通電範囲をチョッパ制御により規制することで、電流波形を正側若しくは負側のいずれか一方側に収斂させる。そして、ロータ磁極の回転位相と交流電源電圧波形の位相差が電気角で所定角度以内に到達したときに、運転切換えスイッチを切り換えてコイル１５による同期運転に移行するようになっている。

単相交流２極同期モータの組立構成の一例について図７を参照して説明する。
先ず、ステータコア１１をリング状に組み付ける。ボビン１４にはコイル１５が予め巻き付けられているものとする。図２及び図３に示すように、第１磁極コア１２の第１連結コア１２ｂをボビン１４の貫通孔１４ｂに貫通させ、同様に第２磁極コア１３の第２連結コア１３ｂをボビン１４の貫通孔１４ｂに貫通させて組み付ける。次に図４に示すように、第１連結凸部１２ｃと第２連結凹部１３ｄ、第２連結凸部１３ｃと第１連結凹部１２ｄを積層方向に嵌め合わせて、図５のようにステータコア１１をボビン１４が組み付けられた状態でリング状に組み立ておく。

次に、図７において、第２ケース３の軸受保持部３ａにベアリング９を嵌め込んで保持し、底面に４箇所に設けられたねじ孔３ｂにねじ孔付のボス２１を各々嵌め込む。そして、結線基板１６とステータ１１をボルト孔１６ｂとボルト孔１２ｅ，１３ｅとを位置合わせして重ね合わせ、ボルト孔２ｅ，１３ｅよりボルト２０を嵌め込んでボス２１とねじ嵌合することでステータ６を第２ケース３に固定する。

また、第１ケース２の軸受保持部２ａにベアリング８を嵌め込んで保持し、ロータヨーク７の内壁面に永久磁石１０を接着等により組み付ける。また、ロータヨーク７を嵌合部７ａにモータ軸５に嵌め込んで一体に組み付ける。そして、モータ軸５をステータコア１１に囲まれた空間部に挿入するように配置して、第１ケース２のベアリング８及び第２ケース３のベアリング９に嵌め込む。このとき、第２ケース３の四隅に設けられた起立壁３ｃが第１ケース２のケース凹部２ｂに重なり合うように組み付け、更に第１ケース２をかしめることで一体に組み付けられる。結線基板１６に接続する配線用コネクタ２２は、第１ケース２の切欠き部２ｃより外部に取り出される。また、起立壁３ｃの先端部には取付面に対してビス止めするためのねじ孔３ｄが穿孔されている。

これにより図１に示すように、ロータ４及びステータ６がモータケース１内に収納され、モータ軸５が第１ケース２の外部に延設された状態で組み付けられる。

上述したように、ステータコア１１は、モータ軸５を囲んでモータケース１内に配置され、永久磁石１０と対向する第１磁極コア１２と第２の磁極コア１３とを互いに連結する第１，第２連結コア１２ｂ，１３ｂに、ボビン１４の巻芯部１４ａを挿通してコイル１５が各々組み付けられているので、コイル１５の巻径が拡大することはなく、軸方向に小型化しても必要なトルクが得られる。また、ボビン１４単体でコイル１５を巻くことができるので、組立作業性がよい。

第１磁極コア１２と第２磁極コア１３は互いに第１，第２連結コア１２ｂ，１３ｂを軸方向に凹凸嵌合させてリング状に一体に組み付けられているので、組立性が良くしかもリング状を維持したまま組み付けることができる。また、第１磁極コア１２と第２磁極コア１３は、同一形状のものがリング状に組み付けられていると、部品の管理がし易く組み付け作業もし易くなる。

ステータコア１１は、モータ軸５が貫通する貫通孔１６ａが設けられた結線基板１６上にホールＩＣ１７と共に基板実装されて組み付けられていると、モータコイル１５のボビン１４に対する巻き方向を一定に形成しても、結線基板１６の配線パターンによりコイルの巻き始めと巻き終わりを直列に接続してコイル１５の巻心方向の長さが十分確保できるので、巻径が大きくならずに軸方向に小型化することができる。

１ モータケース
２ 第１ケース
２ａ，３ａ 軸受保持部
２ｂ ケース凹部
２ｃ 切欠き部
３ 第２ケース
３ｂ，３ｄ ねじ孔
３ｃ 起立壁
４ ロータ
５ モータ軸
６ ステータ
７ ロータヨーク
７ａ 嵌合部
７ｂ 段付部
８，９ ベアリング
１０ 永久磁石
１１ ステータコア
１２ 第１磁極コア
１２ａ，１３ａ 磁束作用面
１２ｂ 第１連結コア
１２ｃ，１３ｃ 連結凹部
１２ｄ，１３ｄ 連結凸部
１２ｅ，１３ｅ，１６ｂ ボルト孔
１３ 第２磁極コア
１３ｂ 第２連結コア
１４ ボビン
１４ａ 巻芯部
１４ｂ 貫通孔
１５ コイル
１６ 結線基板
１６ａ 貫通孔
１７ ホールＩＣ
１８ａ，１８ｂ コイル配線
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ センサ配線
２０ ボルト
２１ ボス
２２ 配線用コネクタ

Claims (4)

1. モータケース内にモータ軸を中心に回転可能に支持されたロータヨークに２極に着磁された円筒状の永久磁石が組み付けられたロータと、前記モータケースに前記モータ軸が回転可能に軸支され、該モータ軸の周囲にステータコアにボビンを介してコイルが巻き回されたステータとを備えた交流２極同期モータであって、
   前記ステータコアは、前記モータ軸を囲んで前記モータケース内に配置され、前記永久磁石と対向する磁束作用面が各々形成された第１磁極コアと第２の磁極コアとを互いに連結する連結コアに、前記ボビンの巻芯部を挿通して各々組み付けられていることを特徴とする交流２極同期モータ。
2. 前記第１磁極コアと第２磁極コアは軸方向に凹凸嵌合させてリング状に一体に組み付けられている請求項１記載の交流２極同期モータ。
3. 前記第１磁極コアと第２磁極コアは、同一形状のコアどうしを対向させてリング状に組み付けられている請求項１または２記載の交流２極同期モータ。
4. 前記連結コアに嵌め込まれるボビンは、同一形状のものが軸方向に直交する中心線に対して線対称となるように組み付けられている請求項１乃至３のいずれか１項記載の交流２極同期モータ。

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