JP3259623B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシレスモータ
に関するもので、特にステータコイルの巻線方向及び配
置（国際特許分類Ｈ０２Ｋ２９／００）に特徴を有する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスモータにおいて小型・高出力
とするためには、出力トルクを入力電流で割って求めら
れる値、つまりモータ定数Ｋｔを大きくする必要があ
る。従来、Ｋｔを大きくする方法として種々のものが知
られており、コイルの巻線数を増加する方法、ステータ
巻線の数を増加する方法、ロータを形成する永久磁石を
磁気特性の高い材料にする等がある。

【０００３】しかし、３相ブラシレスモータにおいてス
テータ巻線の数Ｃは相数の３倍であり、かつ、条件式
Ｃ＝（３ｎ／４）Ｐを満足する必要がある。ただし、Ｐ
はマグネットの極数であり、ｎは正の整数である。従来
のステータスロットを有する３相ブラシレスモータとし
て、マグネットの極数を１２、ステータ巻線を施したス
ロット数を９としたものを図３に示す。この従来例で
は、ステータスロットの１番目、４番目、７番目（以
下、単に＃１、＃４、＃７と記す）にある巻線をＵ相と
し、＃３、＃６、＃９にある巻線をＶ相、＃２、＃５、
＃８にある巻線をＷ相とすることで、３相ブラシレスモ
ータに必要である電気角が１２０°ずつずれた誘起電圧
波形を得ている。

【０００４】モータ定数Ｋｔを大きくするため、スロッ
ト数を増やしてステータ巻線の数を増加する方法が取ら
れる。前述の条件式からマグネットの極数１２に対し
て、巻線を施したスロット数を９（条件式にてｎ＝１の
場合）から１８（条件式にてｎ＝２の場合）とした場合
の３相ブラシレスモータの断面図を図４に示す。スロッ
ト数９の場合と同様に、＃１、＃４、＃７、＃１０、＃
１３、＃１６にある巻線をＵ相、＃３、＃６、＃９、＃
１２、＃１５、＃１８にある巻線をＶ相、さらには＃
２、＃５、＃８、＃１１、＃１４、＃１７にある巻線を
Ｗ相として利用している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この従来の３相ブラシ
レスモータにおいては、モータのサイズにもよるが、各
スロットに対して巻線を施すスペースが小さくなり、モ
ータ定数Ｋｔが効果的に大きくならないという問題点が
発生した。すなわち、各スロットの巻線の巻数を多くす
ると、巻線のコイルのＬ値が大きくなり、ステータコア
で磁気飽和が発生し、モータサイズが大きくなる（厚く
なる）といった問題がある。

【０００６】なお、マグネットの極数を増やすことで、
モータ定数Ｋｔを大きくしようとすると、例えば磁極数
Ｐ＝１６とすると前述の関係式より巻線の数Ｃ＝１２と
なり、Ｃ＝９（Ｐ＝１２）に対し、巻線の数が増え、モ
ータ定数Ｋｔの向上が期待出来る。しかし、マグネット
の極数が増えることは、それぞれの磁極の円周方向の距
離が短くなることから、モータサイズによっては、磁束
が小さくなり、効果的にモータ定数Ｋｔが大きくなら
ず、さらに発生する誘起電圧波形が歪むといった問題が
生じる場合があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のブラシレスモータは、相数が３、極数が１
２、ステータ巻線の数が１５の場合において、前記ステ
ータ巻線の＃１、＃２、＃３、＃７、＃１２のコイルを
直列接続して、これをＵ相コイル群とし、＃４、＃８、
＃９、＃１３、＃１４のコイルを直列接続して、これを
Ｖ相コイル群とし、＃５、＃６、＃１０、＃１１、＃１
５のコイルを直列接続して、これをＷ相コイル群とする
とともに、前記ステータ巻線の内、＃１、＃３、＃４、
＃５、＃９、＃１０、＃１４、＃１５のコイル巻線方向
と＃２、＃６、＃７、＃８、＃１１、＃１２、＃１３の
コイル巻線方向を逆順とするように構成したものであ
る。これにより、モータサイズを大きくすることなく、
モータ定数Ｋｔを大きくすることが出来る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、多数の磁極数Ｐを有する永久磁石を備えた円盤状ロ
ータと、コイル数が整数Ｎを用いて（３Ｎ／４）Ｐで表
される３相ブラシレスモータにおいて、前記コイルは３
群にグループ化され、かつ、一の群内のコイル巻線は直
列に接続され、それぞれの群間の位相差がほぼ１２０度
となるように、一群内の数個のコイルの巻線方向を逆順
にすることを特徴としたものであり、３相ブラシレスモ
ータにおいて、コイルのグループ化と巻方向によりステ
ータコイル数を増加してモータ定数Ｋｔを大きくするこ
とが出来る。

【０００９】本発明の請求項２に記載されたブラシレス
モータは、１２極数を有する永久磁石を備えた円盤状ロ
ータと、スロット数１５のステータコアを有するステー
タ巻線を備え、前記ステータ巻線は３群にグループ化さ
れ、かつ円周上に１番目から１５番目まで順次等間隔に
配置される３相ブラシレスモータにおいて、前記ステー
タ巻線の１番目、２番目、３番目、７番目、１２番目の
コイルを直列接続して、これをＵ相コイル群とし、４番
目、８番目、９番目、１３番目、１４番目のコイルを直
列接続して、これをＶ相コイル群とし、５番目、６番
目、１０番目、１１番目、１５番目のコイルを直列接続
して、これをＷ相コイル群とするとともに、前記ステー
タ巻線の内、１番目、３番目、４番目、５番目、９番
目、１０番目、１４番目、１５番目のコイル巻線方向と
２番目、６番目、７番目、８番目、１１番目、１２番
目、１３番目のコイル巻線方向を逆順とすることを特徴
としたものであり、モータサイズを大きくすることな
く、モータ定数Ｋｔを大きくすることを可能とするもの
である。

【００１０】次に請求項３に記載されたブラシレスモー
タは、請求項２に記載されたブラシレスモータにおい
て、Ｕ相コイル群内の３番目のコイルを８番目あるいは
１３番目のコイルと巻線方向を含めて交換し、そして、
Ｖ相コイル群内の１番目のコイルを６番目あるいは１１
番目のコイルと巻線方向を含めて交換して、３相のコイ
ル配置を形成することを特徴としており、３群の等価な
コイル配置を示したものでモータサイズを大きくするこ
となく、モータ定数Ｋｔを大きくすることが出来る。

【００１１】以下に、本発明の請求項１および請求項２
および請求項３に記載された発明の実施の形態につい
て、図１および図２を用いて説明する。

【００１２】図１は、相数が３であり、極数が１２であ
るマグネットを有するロータを備え、ステータコアのス
ロット数を１５としたブラシレスモータの断面図を示
す。図１において、１から１５はステータのスロット、
１９はスロットに巻かれた巻線で他のスロット２からス
ロット１５にも巻かれている。２０はマグネットであ
る。

【００１３】このように構成されたブラシレスモータに
おいて、モータ動作を説明する。図２において、ステー
タコイル＃１からステータコイル＃１５は同じ位相を有
する３コイルずつから成る５群（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に分類され、更にそれらを組み
合わせて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３群にグループ化され
る。（ａ）群は＃２、＃７、＃１２からなり、０度の基
準位相とする。（ｂ）群は＃５、＃１０、＃１５からな
り、基準位相に対し７２度の位相差、（ｃ）群は＃３、
＃８、＃１３からなり、基準位相に対し１４４度の位相
差、（ｄ）群は＃１、＃６、＃１１からなり、基準位相
に対し２１６度の位相差、（ｅ）群は＃４、＃９、＃１
４からなり、基準位相に対し２８８度の位相差を有す
る。そしてＵ相は基準位相角０度を有し、ステータコイ
ル＃２、＃７、＃１２、＃３、＃１からなり、かつ、ス
テータコイル＃３、＃１は逆順の巻方向である。Ｖ相は
基準位相角１０８度を有し、ステータコイル＃４、＃
９、＃１４、＃８、＃１３からなり、かつ、ステータコ
イル＃４、＃９、＃１４は逆順の巻方向である。Ｗ相は
基準位相角２５２度を有し、ステータコイル＃５、＃１
０、＃１５、＃６、＃１１からなり、かつ、ステータコ
イル＃５、＃１０、＃１５は逆順の巻方向である。

【００１４】前記５群の各巻線の誘起電圧を図２の
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す。同図
のステータコイル（ａ）群の＃２、＃７、＃１２の巻線
の誘起電圧波形が図２の（ａ）であり、ステータコイル
（ｂ）群の＃５、＃１０、＃１５の巻線の誘起電圧波形
が（ｂ）、ステータコイル（ｃ）群の＃３、＃８、＃１
３の巻線の誘起電圧波形が（ｃ）、ステータコイル
（ｄ）群の＃１、＃６、＃１１の巻線の誘起電圧波形が
（ｄ）、ステータコイル（ｅ）群の＃４、＃９、＃１４
の巻線の誘起電圧波形が（ｅ）であり、（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）間の位相のずれはそれ
ぞれ電気角で７２度となる。

【００１５】ここで、（ａ）群、（ｂ）群、（ｅ）群の
３群の誘起電圧波形を基準に考えると、（ａ）群と
（ｂ）群、（ｂ）群と（ｅ）群、（ｅ）群と（ａ）群の
それぞれの位相差は電気角でそれぞれ７２度、１４４
度、７２度となり、３相モータの成立条件である、３相
間の位相差が１２０度にならない。そこでまず上記の巻
線群（ｂ）群と（ｅ）群の巻線の巻線方向を反対とし、
１８０度位相をずらすことで、各群間の位相差をそれぞ
れ１０８度、１４４度、１０８度とする。すなわち、
（ａ）群をＵ相の基準に、（ｅ）群の逆相をＶ相の基準
に、（ｂ）群の逆相をＷ相の基準にする。これに残され
た（ｃ）、（ｄ）の２群６個の巻線を２個ずつのペアと
し、（ｃ）群の１個のコイルと（ｄ）群の１個のコイル
を逆相にしてＵ相に加える。（ｃ）群の２個のコイルを
Ｖ相に加え、（ｂ）群の２個のコイルをＷ相に加える。
これによって形成された合成波を（ｆ）に示す。それぞ
れの位相差は１２０゜Ｅに近似され、また、誘起電圧は
巻線１個分の４．５６倍となる。

【００１６】なお、スロットを有しないコアレスタイプ
のブラシレスモータにおいて、スロットに相当する位置
にコアレスステータ巻線を、前述の如くに配置して３相
モータを構成することが出来ることは当然である。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、本発明のブラシレスモー
タによれば、モータサイズを大きくしたり、またコギン
グ等のモータ性能に影響することなく、３相モータのモ
ータ定数Ｋｔを大きくすることが出来るブラシレスモー
タを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるブラシレスモータ
の断面図

【図２】同実施例のブラシレスモータの誘起電圧波形図

【図３】従来のブラシレスモータの断面図

【図４】従来のブラシレスモータの断面図

【符号の説明】

１〜１８ スロット １９ 巻線 ２０ マグネット

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １２極数を有する永久磁石を備えた円盤
   状ロータと、スロット数１５のステータコアを有するス
   テータ巻線を備え、前記ステータ巻線は3群にグループ
   化され、かつ円周上に1番目から１５番目まで順次等間
   隔に配置される３相ブラシレスモータにおいて、 前記ステータ巻線の1番目、 2番目、3番目、7番目、１
   ２番目のコイルを直列接続して、これをＵ相コイル群と
   し、4番目、8番目、9番目、１3番目、１４番目のコイル
   を直列接続して、これをＶ相コイル群とし、5番目、6番
   目、１０番目、１１番目、１５番目のコイルを直列接続
   して、これをＷ相コイル群とするとともに、前記ステー
   タ巻線の内、2番目、6番目、7番目、8番目、１１番目、
   １２番目、１３番目のコイル巻線方向を正順とし、1番
   目、3番目、４番目、5番目、9番目、１０番目、１４番
   目、１５番目のコイルの巻線方向を逆順とすることを特
   徴とするブラシレスモータ。
2. 【請求項２】 Ｕ相コイル群内の３番目のコイルを８番
   目あるいは１３番目のコイルと巻線方向を含めて交換
   し、そして、Ｖ相コイル群内の１番目のコイルを６番目
   あるいは１１番目のコイルと巻線方向を含めて交換し
   て、３相のコイル配置を形成することを特徴とする請求
   項１に記載のブラシレスモータ。