JP2017208904A

JP2017208904A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2017208904A
Application number: JP2016098711A
Authority: JP
Inventors: 安信高橋; Yasunobu Takahashi; 英邦吉川; Hidekuni Yoshikawa; 高敏兼村; Takatoshi Kanemura
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2017-11-24

Abstract

【課題】スロットレス又はコアレスのブラシレスモータの利点を生かしながら、トルク発生効率を高める。【解決手段】ブラシレスモータ１は、回転軸周りに複数極を配置したロータマグネット３と、回転軸に沿った一対の直線部を有する複数のコイルをシート状に並べてロータマグネットの周囲に円筒状に成形したステータコイル部４とを備え、ステータコイル部４は、Ｕ,Ｖ，Ｗ３相の第１コイル（Ｕ−１，Ｖ−１，Ｗ−１）の一方の直線部４Ｂと、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相の第１コイルに近接配置された第２コイル（Ｕ−２，Ｖ−２，Ｗ−２）の他方の直線部４Ａとが、ロータマグネット３の一つの極に対向可能なブロックを形成し、ブロック内の３相のうちの２相のコイルに一致したトルク発生方向の電流が通電される。【選択図】図２

Description

本発明は、ブラシレスモータに関するものである。

ブラシレスモータは、多相（２相，３相など）のステータコイルと多極（２極，４極，６極，８極など）のロータマグネットとを備え、ロータの回転角に応じてステータコイルへの通電方向を切り替える駆動回路を備えており、整流子とブラシを排除することで、低ノイズ、高寿命を実現している。また、ブラシレスモータにおける低ノイズ、高寿命の利点を生かしながら、トルクリップルやコギングトルクによるトルク変動の発生を抑えたものとして、スロットレス又はコアレスのブラシレスモータが知られている（下記特許文献１参照）。従来のスロットレス又はコアレスのブラシレスモータにおけるステータコイルは、線材を同一平面内で巻いたものを円筒状に成形して空芯コイルにしている。

特開平６−１３３５２０号公報

前述したように、スロットレス又はコアレスのブラシレスモータは、低ノイズ、高寿命の利点を生かしながら、トルク変動の発生を抑えることが可能になる。しかしながら、鉄心有り・スロット有りの同径・同磁力のブラシレスモータと比較すると、トルクが小さくなる問題がある。

本発明は、このような問題を解決するために提案されたものであり、スロットレス又はコアレスのブラシレスモータの利点を生かしながら、トルク発生効率を高めることを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明によるブラシレスモータは、以下の構成を具備するものである。

回転軸周りに複数極を配置したロータマグネットと、前記回転軸に沿った一対の直線部を有する複数のコイルを前記ロータマグネットの周囲に円筒状に成形したステータコイル部とを備え、前記ステータコイル部は、Ｕ,Ｖ，Ｗ３相の第１コイルの一方の直線部と、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相の前記第１コイルに近接配置された第２コイルの他方の直線部とが、前記ロータマグネットの一つの極に対向可能なブロックを形成し、前記ブロック内の３相のうちの２相のコイルに一致したトルク発生方向の電流が通電されることを特徴とするブラシレスモータ。

本発明の実施形態に係るブラシレスモータの構成例を示した部分断面図である。本発明の実施形態に係るブラシレスモータのロータマグネットとステータコイル部の配置構成を示した説明図である。本発明の実施形態に係るブラシレスモータのステータコイル部における結線（スター結線）を示した説明図である。本発明の実施形態に係るブラシレスモータのステータコイル部における各相の巻線及び結線状態を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１において、ブラシレスモータ１は、スロットレスまたはコアレスのモータであり、回転軸２と、ロータマグネット３と、ステータコイル部４とを備えている。より具体的には、回転軸２は、枠体５の上壁に設けた軸受２Ａと、底蓋６に設けた軸受２Ｂによって回転自在に軸支されている。回転軸２には、ブッシュ７を介してロータマグネット３が取り付けられている。ロータマグネット３は、回転軸２周りに複数極が配置されている。ステータコイル部４は、回転軸２に沿った一対の直線部を有するコイルをシート状に並べてロータマグネット３の周囲に円筒状に成形したものである。ステータコイル部４と枠体５の間にはバックヨーク８が配置されている。

このようなブラシレスモータ１は、ステータを構成する枠体５内に円筒状に成形したステータコイル部４を配置していることで、コアや磁極歯（スロット）が無い構造になっている。これによって、回転駆動時にコギングトルクが発生せず、駆動音を抑えたトルク変動の少ない回転が可能になる。また、ロータマグネット３として樹脂成型したものを採用することで、イナーシャが小さく、高い応答性、追従性が得られるモータを得ることができる。

このようなブラシレスモータ１は、回転軸２の回転角度を、図示省略した回転角検出センサ（例えば、ホール素子）で検出するか、或いは、回転軸２と共に回転するロータマグネット３によりステータコイル部４に生じる誘導起電力を検出して、回転軸２の回転角度に応じて、３相のステータコイル部４の通電を制御する。

図２は、ロータマグネット３とステータコイル部４の配置構成例を示している。ステータコイル部４は、図３に示すように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相がスター結線されている。図示の例では、各相のコイルは第１コイル（Ｕ−１，Ｖ−１，Ｗ−１）、第２コイル（Ｕ−２，Ｖ−２，Ｗ−２）、第３コイル（Ｕ−３，Ｖ−３，Ｗ−３）、第４コイル（Ｕ−４，Ｖ−４，Ｗ−４）を備えている。また、図２に示す例では、ロータマグネット３は、回転軸周りに４極の磁極を備えている。

ここで、ステータコイル部４は、Ｕ相の第１コイルＵ−１に隣接して、Ｖ相の第１コイルＶ−１が配置され、Ｖ相の第１コイルＶ−１に隣接して、Ｗ相の第１コイルＷ−１が配置されている。また同様に、第２コイルＵ−２，Ｖ−２，Ｗ−２が隣接配され、第３コイルＵ−３，Ｖ−３，Ｗ−３が隣接配され、第４コイルＵ−４，Ｖ−４，Ｗ−４が隣接配されている。また、各コイルは、回転軸２に沿った一対の直線部４Ａ，４Ｂを備えている。

そして、各相の第１コイルＵ−１，Ｖ−１，Ｗ−１における一方の直線部４Ｂと、各相の第２コイルＵ−２，Ｖ−２，Ｗ−２の他方の直線部４Ａが重ねて配置され、一つのブロックを形成している。また、各相の第２コイルＵ−２，Ｖ−２，Ｗ−２における一方の直線部４Ｂと、各相の第３コイルＵ−３，Ｖ−３，Ｗ−３の他方の直線部４Ａが重ねて配置され、一つのブロックを形成している。各相の第３コイルＵ−３，Ｖ−３，Ｗ−３における一方の直線部４Ｂと、各相の第４コイルＵ−４，Ｖ−４，Ｗ−４の他方の直線部４Ａが重ねて配置され、一つのブロックを形成している。各相の第４コイルＵ−４，Ｖ−４，Ｗ−４における一方の直線部４Ｂと、各相の第１コイルＵ−１，Ｖ−１，Ｗ−１の他方の直線部４Ａが重ねて配置され、一つのブロックを形成している。ここでの各ブロックは、ロータマグネット３の一つの極に対向可能な塊となって配置されている。

ここで、図３に示したスター結線の各相における複数のコイルは、図４に示すように、第１コイル（Ｕ−１，Ｖ−１，Ｗ−１）と第２コイル（Ｕ−２，Ｖ−２，Ｗ−２）、第２コイル（Ｕ−２，Ｖ−２，Ｗ−２）と第３コイル（Ｕ−３，Ｖ−３，Ｗ−３）、第３コイル（Ｕ−３，Ｖ−３，Ｗ−３）と第４コイル（Ｕ−４，Ｖ−４，Ｗ−４）、第４コイル（Ｕ−４，Ｖ−４，Ｗ−４）と第１コイル（Ｕ−１，Ｖ−１，Ｗ−１）の巻方向が、互いに逆向きになるように巻かれている。これによって、一つのブロック内における同相のコイルは、直線部を流れる電流の向きが同じ方向に向くようになっている。

ブラシレスモータ１において、前述したロータマグネット３とステータコイル部４の配置を行い、常に３相のうち２相のコイルに通電することで、図２に示すように、ブロック内の３相のコイルのうち、２相のコイルに一致したトルク発生方向の電流を通電させることができる。

図２においては、回転角０°から６０°の間の通電状態を示しており、検出される回転角によって、３０°毎に通電を切り替えている。これによると、４つの磁極のそれぞれに対向して配置される直線部４Ａ，４Ｂは、回転角が０°から６０°の何れにおいても、３相のコイルのうちの２相のコイルに同方向の電流が流れており、全ての磁極において、同方向にトルクが発生するように、電流方向の設定がなされている。この際、一つのコイルにおける直線部４Ａ，４Ｂの幅Ｔ（図４参照）は、電気角で１８０°に設定されている。このような設定によると、通電により発生する相殺磁束を削減して、高い効率でのトルク発生を実現することができる。

このようなブラシレスモータ１のステータコイル部４は、図４に示すように、コイルの線材を六角巻（亀甲巻）にして、これをシート状に配置し、その後円筒状に成形する。この際、六角巻の途中で、第１コイル（Ｕ−１，Ｖ−１，Ｗ−１）を形成した後、巻方向を逆巻にして、第２コイル（Ｕ−２，Ｖ−２，Ｗ−２）を形成する。これを繰り返すことで、隣接するコイルが互いに逆向きに巻かれたステータコイル部４を形成することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：ブラシレスモータ，２：回転軸，２Ａ，２Ｂ：軸受，３：ロータマグネット，４：ステータコイル部，４Ａ，４Ｂ：直線部，
５：枠体，６：底蓋，７：ブッシュ，８：バックヨーク

Claims

回転軸周りに複数極を配置したロータマグネットと、
前記回転軸に沿った一対の直線部を有する複数のコイルを前記ロータマグネットの周囲に円筒状に成形したステータコイル部とを備え、
前記ステータコイル部は、
Ｕ,Ｖ，Ｗ３相の第１コイルの一方の直線部と、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相の前記第１コイルに近接配置された第２コイルの他方の直線部とが、前記ロータマグネットの一つの極に対向可能なブロックを形成し、前記ブロック内の３相のうちの２相のコイルに一致したトルク発生方向の電流が通電されることを特徴とするブラシレスモータ。
前記ステータコイル部は、複数のコイルがスター結線されており、各相において互いに結線されるコイルは、巻方向が互いに逆向きに巻かれていることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
前記ステータコイル部における一つのコイルの前記直線部間の幅は、電気角で１８０°になるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のブラシレスモータ。