JP2011176982A - スロットレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 固定子製造工程が簡単にできるというインシュレータ方式の利点を活かしつつ、コイルスパンを１より大きくできないという問題点を解決したインシュレータ構造を有するスロットレスモータを提供する。
【解決手段】 円筒状の固定子コアと、前記固定子コアの内周側に装着された複数のコイルとを備えた固定子と、外周面に複数の永久磁石を備え、かつ前記固定子の軸線上に、空隙を介して対向するように配置された回転子とを有するスロットレスモータにおいて、前記固定子１は、内周側に開口部２６を有するスロット２４と外周側に開口部２５を有するスロット２４が円周方向に交互に配置された円筒リング状のインシュレータ２と、前記インシュレータ２の前記外周側開口部２５を通り一つのスロット２４を挟むように、外側から巻かれた外側コイル３ａ〜３ｃと、前記内周側開口部２６を通り一つのスロット２４を挟むように、内側から巻かれた内側コイル４ａ〜４ｃを有し、各相巻線は前記外側コイル３ａ〜３ｃと内側コイル４ａ〜４ｃを同数ずつ有することにある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インシュレータ構造を有するスロットレスモータに関する。

スロットレスモータの固定子構造として、樹脂等の絶縁物からなる円筒状インシュレータを使用したものや、巻線したコイルをモールド材により固定したものなどが知られている。

特許文献１には円筒状に形成された内周ヨーク部と該内周ヨーク部から外方へ放射状に突出する複数のティース部を有するインシュレータおよび展開方式のインシュレータが開示されており、特許文献２には間仕切り構造インシュレータおよび個別部屋構造インシュレータが開示されている。これらインシュレータに装着されるコイルは、特許文献１の図１、図５および特許文献２の図５（ｂ）に示されているように装着されている。すなわち、特許文献１ではインシュレータの各ティース部に各コイルが巻線装着されており（特許文献１の図１、図５参照）、特許文献２ではインシュレータの間仕切り空間に巻線された各コイルが挿入装着されている（特許文献２の図５（ｂ）参照）。

これらの場合、ひとつのコイルは周方向に隣接するコイル導体で構成されており、コイルスパン（巻線ピッチ）は最小の１となっている。
図６は特許文献１の方式を採用した場合の、１相分のコイル配置を示した図であり、インシュレータ１００のスロット１０１にコイル１０２ａを配置したもので、この場合のコイルスパンは前述のように最小の１となっている。

特開２００７−３３６７５１号公報 特開２００９−４４８２５号公報 特開２００１−３３３５５５号公報

そのため、特許文献１または２の技術では、回転子の極数によっては巻線係数が小さくなりアンペアターンが有効に利用できないという問題や、誘起電圧定数が小さくなるため、無負荷回転速度が高速になりやすく、所定の無負荷回転速度にするためには巻線の線径を細くして巻数を多くせざるを得ず、その結果巻線抵抗が高くなり、最大出力が低下するという問題があった。
そこで、コイルスパンを１より大きくしたい場合には、たとえば特許文献３にあるように、予め巻線したコイルを所定の位置関係に配置した状態で、モールド材で固定する方式等が採用されていた。

しかしこの場合には、固定子製造工程にモールド工程を含むため、時間を要し作業性が悪いという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、固定子製造工程が簡単にできるというインシュレータ方式の利点を活かしつつ、コイルスパンを１より大きくすることができるスロットレスモータを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、円筒状の固定子コアと、前記固定子コアの内周側に装着された複数のコイルとを備えた固定子と、外周面に複数の永久磁石を備え、かつ前記固定子の軸線上に、空隙を介して対向するように配置された回転子とを有するスロットレスモータにおいて、前記固定子は、内周側に開口部を有するスロットと外周側に開口部を有するスロットが円周方向に交互に配置された円筒リング状のインシュレータと、前記インシュレータの前記外周側開口部を通り一つのスロットを挟むように、外側から巻かれた外側コイルと、前記内周側開口部を通り一つのスロットを挟むように、内側から巻かれた内側コイルを有し、各相巻線は前記外側コイルと内側コイルを同数ずつ有することにある。
また、本発明は、前記固定子コアは径方向に分割されており、少なくとも前記外側コイルをインシュレータに巻回してから、前記固定子コアを前記インシュレータに装着したことにある。
さらに、本発明は、前記固定子コアは磁性薄帯よりなり、少なくとも前記外側コイルをインシュレータに巻回してから、前記固定子コアを前記インシュレータに巻装したことにある。

本発明によれば、固定子製造工程が簡単にできるというインシュレータ方式の利点を活かしつつ、コイルスパンを１より大きくできないという問題点を解決することができる。

本発明によるスロットレスモータの実施の形態を示し、（ａ）は固定子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図１のインシュレータを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図１の実施の形態のコイルスパンを説明する概念図である。 本発明によるスロットレスモータの第２の実施の形態を示し、（ａ）は固定子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 図４のインシュレータを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。 従来方式のコイルスパンを説明する概念図である。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、第１の実施の形態による固定子１を示したもので、固定子１は、円筒リング状のインシュレータ２に外側コイル３ａないし３ｃおよび内側コイル４ａないし４ｃの合計６個のコイルが図示のように巻線装着され、その外側に固定子コア５が取付けられている。そして、外側コイル３ａと内側コイル４ａで第１の相巻線、外側コイル３ｂと内側コイル４ｂで第２の相巻線、外側コイル３ｃと内側コイル４ｃで第３の相巻線を形成しており、全体で３相巻線を形成している。固定子１の軸線上には、固定子１と間隙をおいて絶縁された回転子６が設けられ、この回転子６には、所定数の永久磁石が固定されている。固定子コア５は半径方向に２分割に構成されている。

図２（ａ）、（ｂ）は、前記インシュレータ２を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。インシュレータ２は、軸方向中間位置で上下に分割された、上下一対のインシュレータ構成部材２Ａ，２Ｂを連結して形成されている。なお、インシュレータ２は、最初から一体物として成形しても良い。
前記インシュレータ２は、円筒体の軸方向にスリットを円周方向に一定間隔で所定数（図示例では３箇所）形成した円弧状の内周壁２０と、この内周壁２０と円周方向に６０度づつずらせて形成し、図示しないモータケースとの絶縁を保ち、両側開口端から軸方向に一定長さで、かつ円周方向に一定間隔で内周壁２０と対応する所定数（図示例では３箇所）形成した円弧状の外周壁２１と、外周壁２１の内側端部から中心方向に向けて一定幅延出され、固定子コア５の端面５ａとの絶縁を保つ底面２２と、これら底面２２の内周面から中心方向に向けて延出され前記内周壁２０を支持するとともに、円周方向に等分割に配置されて前記コイルの位置を規制するティース部２３を備えている。前記内周壁２０と外周壁２１の間には、前記ティース部２３により分割された６個のスロット２４を有しており、該スロット２４には、外周壁２１に形成された外周側開口部２５と内周壁２０に形成された内周側開口部２６が交互に配置されている。また各スロット２４の外周側には固定子コア内周面との絶縁を保つ筒状の外周壁２７が設けられており、この外周壁２７は、底面２２の内径側内周面から軸方向内側に向けて延出されている。前記外周壁２７の一部分は、開口端側に向けて軸方向に延出されて、外側コイル案内壁２８が形成され、この外側コイル案内壁２８は、内周側開口部２６を挟んで配置された内周壁２０相互間を跨るようにして前記ティース部２３相互間に設けられている。

前記外側コイル３ａないし３ｃは、図１（ａ）に示すように、前記インシュレータ２の外周側開口部２５を通して、スロット外周側に外側コイル案内壁２８が設けられたスロット２４ａを挟んで巻線されている。前記内側コイル４ａないし４ｃは、前記インシュレータ２の内周側開口部２６を通して、前記外周側開口部２５が設けられたスロット２４ｂを挟んで巻線されている。

図３は前記６個のコイルを形成する１２個のコイル導体３０ないし４１と、前記第１の相巻線を形成する外側コイル３ａと内側コイル４ａとの関係を示した図である。前記コイル導体は１２等分に配置されており、この図からコイルスパンは３であることがわかる。

そこで、コイル導体数Ｎ＝１２、コイルスパンＳ＝１およびＳ＝３、回転子の極数をＰとした場合の巻線係数を、Ｋｗ＝ｓｉｎ｛Ｐ×（Ｓ／Ｎ）×（π／２）｝より計算してみると表１のようになる。
比較するために記載したコイルスパンＳ＝１は、前述した特許文献３に記載されていた、予め巻線したコイルを所定の位置関係に配置した状態でモールド材によって固定する従来の方式で（図６参照）、前述のように作業性が悪いという問題点があった。

これから、コイル導体数Ｎ＝１２で回転子の極数が２極、４極の場合には、コイルスパンS=１は、巻線係数が０．５以下と小さくなるため適さず、図３のコイルスパンS=３が適していることがわかる。
本実施の形態では、固定子１は、例えば以下のような工程で製造できるので、モールド工程やコイル巻線・成形工程などを必要とせず簡単に行うことができる。

（１）軸方向上下に２分割されたインシュレータを、内径基準で保持する治具と外周基準で保持する治具を使用して、図２のように組合わせ、外側コイル３ａないし３ｃを外側から直に巻線する。前記２種類の治具には、外側コイルを前記外周壁２１と前記外側コイル案内壁２８および底面２２で形成される溝部に誘導する傾斜部がそれぞれ設けられている。
（２）半径方向に２分割された固定子コアを外周側から嵌め合わせる。このとき、固定子コア５は磁性薄帯を巻き付けて構成してもよい。
また、この工程は（３）の後でもかまわない。
（３）前記内径ガイド治具および外周保持治具をはずし、内側コイル４ａないし４ｃを内側から直に巻線する。
（４）リング状のプリント基板等を使用してコイルを結線する。

図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態で、固定子１´を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。そして図５（ａ）、（ｂ）は第２の実施の形態のインシュレータ２´を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ-Ｄ線断面図である。図１、図２と同一部分には同一符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
この実施の形態では、固定子コア５は半径方向に２分割する必要はなく、円筒リング状のものが使用されている。

この場合、外周壁２７の軸方向の延長線上に外周壁２１ａを設け、固定子コア５を係止するストッパとして、突起部２９を外周壁２７と外周壁２１ａの境界部分の外周面に、円周方向に一定間隔で６箇所設けている。こうして、インシュレータ２´に設けられた突起部２９により、固定子コア５の軸方向位置が規制される。

なお、実施の形態１ではｎ＝３、６コイル−６スロット−３相の例を示したが、実施の形態２は、ｎ＝６、１２コイル−１２スロット−３相の例である。
前記外側コイル３ａないし３ｃは、図４（ａ）に示すように、各一対ずつ互いに１８０度ずらせて対称位置に配置されている。前記内側コイル４ａないし４ｃは、図４（ａ）に示すように、各一対ずつ互いに１８０度ずらせて対称位置に配置され、かつ前記外側コイル３ａないし３ｃとは、それぞれ３０度ずつ位置をずらせて、配置されている。前記外側コイル３ａないし３ｃは、インシュレータ２´の外周壁２１ａに、円周方向に一定間隔で形成された外周側開口部２５´から挿入されてそれぞれ一対のティース部２３相互間に巻線されて、対応するスロット２４内に設けられている。
前記内側コイル４ａないし４ｃは、インシュレータ２´の内周壁２０に形成された内周側開口部２６´から挿入されてそれぞれ一対のティース部２３相互間に巻線されて、対応するスロット２４内に設けられている。

上記第２の実施の形態では、インシュレータ２´を用いることにより容易にコイルスパンを１より大きくすることができる。

１，１´ 固定子
２，２´ インシュレータ
２Ａ インシュレータ上部部材
２Ｂ インシュレータ下部部材
３ａ，３ｂ，３ｃ 外側コイル
４ａ，４ｂ，４ｃ 内側コイル
５ 固定子コア
６ 回転子
２０ 内周壁
２１，２１ａ 外周壁
２２ 底面
２３ ティース部
２４ スロット
２５，２５´ 外周側開口部
２６，２６´ 内周側開口部
２７ 外周壁
２８ 外側コイル案内壁
２９ 突起部
３０〜４１ コイル導体

Claims (3)

1. 円筒状の固定子コアと、前記固定子コアの内周側に装着された複数のコイルとを備えた固定子と、外周面に複数の永久磁石を備え、かつ前記固定子の軸線上に、空隙を介して対向するように配置された回転子とを有するスロットレスモータにおいて、
   前記固定子１は、内周側に開口部を有するスロットと外周側に開口部を有するスロットが円周方向に交互に配置された円筒リング状のインシュレータと、前記インシュレータの前記外周側開口部を通り一つのスロットを挟むように、外側から巻かれた外側コイルと、前記内周側開口部を通り一つのスロットを挟むように、内側から巻かれた内側コイルを有し、各相巻線は前記外側コイルと内側コイルを同数ずつ有するスロットレスモータ。
2. 前記固定子コアは径方向に分割されており、少なくとも前記外側コイルをインシュレータに巻回してから、前記固定子コアを前記インシュレータに装着したことを特徴とする請求項１に記載のスロットレスモータ。
3. 前記固定子コアは磁性薄帯よりなり、少なくとも前記外側コイルをインシュレータに巻回してから、前記固定子コアを前記インシュレータに巻装したことを特徴とする請求項１記載のスロットレスモータ。

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