JP4406864B2

JP4406864B2 - 電磁モータ

Info

Publication number: JP4406864B2
Application number: JP2003339006A
Authority: JP
Inventors: 修高橋; 智之水口; 伸一大井
Original assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: JP2005110380A; WO2005034307A1; EP1670120A1; CN100555801C; EP1670120A4; US20070057591A1; CN1860659A

Description

本発明は、電磁力により回転される電磁モータに関し、特にその巻線構造に関するものである。

従来のモータの巻線構造として、Δ結線、Ｙ結線が知られている。Δ結線は、例えば図８（ａ），（ｂ）に示すように、ステータ１００が６つのコイル巻回部１１０Ｕa，１１０Ｕb，１１０Ｖa，１１０Ｖb、１１０Ｗa，１１０Ｗbと３つの給電点（ｕｖ端子，ｖｗ端子，ｗｕ端子）１１５を備え、ｗｕ端子とｕｖ端子との間でコイル巻回部１１０Ｕa及び１１０Ｕbに、ｕｖ端子とｖｗ端子との間でコイル巻回部１１０Ｖa及び１１０Ｖbに、そしてｖｗ端子とｗｕ端子との間でコイル巻回部１１０Ｗa及び１１０Ｗbに、それぞれ直列にコイル１１２が巻回されたものである。

また、Ｙ結線としては、互いに所定の位相差を有するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の励磁電流がそれぞれ供給されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相給電点と、Ｙ結線方式により前記各給電点と中性点との間にそれぞれ並列接続される偶数個のコイルとを備え、前記各コイルは、前記各給電点と前記中性点とを交互に経由して結線されているものがあり、これにより、連続する１本の巻線でＹ結線を構成することができるとされている（特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載のＹ結線は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、ステータ１５０が６つのコイル巻回部１６０Ｕ1，１６０Ｕ2，１６０Ｖ1，１６０Ｖ2、１６０Ｗ1，１６０Ｗ2と、３つの給電点（ｕ端子，ｖ端子，ｗ端子）１１５と、３つの中性点（com1，com2，com3）１６６とを備え、ｕ端子と中性点１６６との間でコイル巻回部１６０Ｕ1及び１６０Ｕ2に、ｖ端子と中性点１６６との間でコイル巻回部１６０Ｖ1及び１６０Ｖ2に、そしてｗ端子と中性点１６６との間でコイル巻回部１６０Ｗ1及び１６０Ｗ2に、それぞれ並列にコイル１６２が巻回されたものである。
特開２００２−１９９６３６号公報（請求項２、従来の技術、段落番号００１５、図２、図５）

上記従来のΔ結線は、Ｙ結線のように中性点を必要としないため、低コストでの作製が可能であるが、コイルの並列巻きを実行しようとする時には、コイルを途中で切断しなければならなかったため、製造工程の複雑化等の問題があった。

また、上記従来のＹ結線は、給電点１１５と中性点１６６とにより、計６本の通電端子が制御基板へ向けて延設されており、特に中性点から延びる端子は、各中性点が同電位となるために制御基板上で互いに結線されていると予想される。このため、製造工程の複雑化、コストアップ、制御基板の設計の制約等の問題があった。

そこで、本発明は、製造工程の複雑化やコストアップを招くことなく、高効率化及び高出力化を図ることを課題する。

上記課題を解決するために、本発明に係る電磁モータは、回転軸に固定されたステータから放射状に延設され互いに位相差を有するｕ相コイル巻回部、ｖ相コイル巻回部、ｗ相コイル巻回部と、各相のコイルに所定の電流を供給する第１の給電端子、第２の給電端子、第３の給電端子を有して構成され、Δ結線方式の結線構造を有する電磁モータであって、
前記ｕ，ｖ，ｗ各相のコイル巻回部は、互いに対角線上に位置する第１及び第２のコイルの巻回部からなり、
前記第１の給電端子→第１のｕ相コイル巻回部→第２のｕ相コイル巻回部→前記第２の給電端子→第１のｖ相コイル巻回部→第２のｖ相コイル巻回部→前記第３の給電端子→第１のｗ相コイル巻回部→第２のｗ相コイル巻回部、からなるコイルの巻回順序が少なくとも２回繰り返されていることにより、前記ｕ，ｖ，ｗ各相のコイル巻回部に、それぞれ少なくとも２層のコイル層が形成されていることを特徴とする電磁モータ（請求項１）。

上記請求項１記載の構成により、コイルを途中で切断させることなく、一回の巻回作業で並列のΔ結線を実現させることができる。この構造によれば、巻回作業を複雑にすることなく、例えば従来１．２ｍｍ径のコイルの直列巻きだったものを、１．０ｍｍ径のコイルの並列巻きにすることができ、これによりコイルの総巻数を増加させ、コイルの総断面積を増加させることができる。これにより、銅損を低減させることができるので、モータの高効率化、高出力化を実現することができる。そして、各コイル巻回部に１層目のコイル層が直接形成され、それぞれ１層目のコイル層の上に、２層目のコイル層が形成されることによって、並列巻きが構成される。

以下、添付した図面を参考にして本発明の実施例を説明する。

図１に示すブラシレスモータ１は、本発明に係る巻線構造が適用可能なものであり、車両用空調装置の送風機の構成要素等として用いられるものである。このブラシレスモータ１の回転軸２上端にはファンが装着される装着部３が形成され、装着部３の下方には傘状のヨーク５が固定され、ヨーク５の円筒状の部分の内周面には、複数のマグネット１１が固定されている。

前記回転軸２は、軸受１４，１５により回転自在に保持され、軸受１４，１５は、ステータ１２の中央を貫通して形成された貫通孔１３に装着される上下の軸受ホルダ１６，１７に固着される。前記回転軸２の下端にはセンサマグネット１８が固定され、該センサマグネット１８はヨーク５と同期して回転する。前記回転軸２等の下部には、制御基板２０が配置され、この制御基盤２０には、ＣＰＵ、コンデンサ、トランジスタ、抵抗等の電子素子により構成される制御回路、ＦＥＴ等により構成されるスイッチ部等が配置されている。また、ケースハウジング４５は、モータホルダ４６と基板カバー４７とを有して構成され、これらの内部に前記制御基板２０等が配置されている。

前記ステータ１２は、鉄心からなるステータコア３０、ステータコア３０の上下から挟持するように装着される絶縁カバー３１，３２、絶縁カバー３１，３２により絶縁されたステータコア３０に巻回された励磁コイル３３を有して構成される。ステータコア３０は、その中央に軸受ホルダ１６，１７が装着される貫通孔１３を有し、この貫通孔１３の周壁から六方に延出するコイル巻回部４０を有し、このコイル巻回部４０の先端には、前記マグネット１１と対面する円弧状の磁極面４１が形成されている。また、励磁コイル３３には、前記制御基板２０まで延出する給電端子５０が接続されており、制御回路の出力に応じて励磁コイル３３の通電状態が変化されるようになされており、これによりステータ１２は、検知されたヨーク５の回転状態に基づいて適切な回転磁界を発生させることができる。

ここで、本実施例に係るステータ１２の特徴を説明するために、図２（ａ）に示すように、前記６つのコイル巻回部４０を、４０Ｕa，４０Ｕb，４０Ｖa，４０Ｖb，４０Ｗa，４０Ｗbと称する。４０Ｕaと４０ＵbとがＵ相、４０Ｖaと４０ＶbとがＶ相、そして４０Ｗaと４０ＷbとがＷ相であり、各相を構成する1対のコイル巻回部は互いに対角線上に位置する。また、前記給電端子５０は、図２（ａ）に示すように、３つ存在し、４０Ｖaと４０Ｕbの間にあるものをｕｖ端子、４０Ｗaと４０Ｖbの間にあるものをｖｗ端子、４０Ｕaと４０Ｗbの間にあるものをｗｕ端子と称する。

そして、本実施例におけるコイルの巻線構造は、図２（ｂ）に示すように、Δ結線であると共に、並列に巻かれたものである。この巻線構造を実現するための実際の巻回順序は、図２（ｃ）及び（ａ）に示すように行われ、コイルを、（１）ｗｕ端子に引掛ける→（２）コイル巻回部４０Ｕaの内側の部分Ｕ1aに巻回する→（３）コイル巻回部４０Ｕbの内側の部分Ｕ1bに巻回する→（４）ｕｖ端子に引掛ける→（５）コイル巻回部４０Ｖaの内側の部分Ｖ1aに巻回する→（６）コイル巻回部４０Ｖbの内側の部分Ｖ1bに巻回する→（７）ｖｗ端子に引掛ける→（８）コイル巻回部４０Ｗaの内側の部分Ｗ1aに巻回する→（９）コイル巻回部４０Ｗbの内側の部分Ｗ1bに巻回する→（10）ｗｕ端子に引掛ける→（11）コイル巻回部４０Ｕaの外側の部分Ｕ2aに巻回する→（12）コイル巻回部４０Ｕbの外側の部分Ｕ2bに巻回する→（13）ｕｖ端子に引掛ける→（14）コイル巻回部４０Ｖaの外側の部分Ｖ2aに巻回する→（15）コイル巻回部４０Ｖbの外側の部分Ｖ2bに巻回する→（16）ｖｗ端子に引掛ける→（17）コイル巻回部４０Ｗaの外側の部分Ｗ2aに巻回する→（18）コイル巻回部４０Ｗbの外側の部分Ｗ2bに巻回する→（19）ｗｕ端子に引掛ける、という手順で行われる。上記（１）〜（９）の工程により１層目のコイル層が形成され、（10）〜（19）の工程により２層目のコイル層が形成される。

上記工程により、コイルを途中で切断させることなく、一回の巻回作業で並列のΔ結線を実現させることができる。この巻回構造によれば、巻回作業を複雑にすることなく、例えば従来１．２ｍｍ径のコイルを直列巻きにしていたものを１．０ｍｍ径のコイルを並列巻きにすることができ、コイルの総巻数を増加させ、コイルの総断面積を増加させることができる。これにより、銅損を低減させることができるので、モータの高効率化、高出力化を実現することができる。

以下、本発明の他の実施例について図面を参考にしながら説明するが、上記実施例１と同一又は同様の箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、本実施例に係るステータ６０は、上記実施例１に係るステータ１２と同様の構造を有する６つのコイル巻回部４０Ｕ1，４０Ｕ2，４０Ｖ1，４０Ｖ2，４０Ｗ1，４０Ｗ2を備えるものであり、図３（ａ）に示すのは、このステータ６０の一方側の面（第１の電気子面）６１であり、図３（ｂ）に示すのは、その反対側の面（第２の電気子面）６２である。前記第１の電気子面６１には、制御基板２０と接続する３つの給電端子（ｕ端子、ｖ端子、ｗ端子）５０が配され、前記第２の電気面６２には、３つの中性点（com1端子、com2端子、com3端子）６５が配されている。

本実施例における結線構造は、図４（ａ）に示すように、Ｙ結線であると共に並列に巻かれたものである。この巻線構造を実現するための実際の巻線順序は、図４（ｂ）に示すように行われ、コイルを、（１）ｕ端子に引掛ける→（２）コイル巻回部４０Ｕ1に巻回する→（３）com1端子に引掛ける→（４）コイル巻回部４０Ｖ1に巻回する→（５）ｖ端子に引掛ける→（６）コイル巻回部４０Ｖ2に巻回する→（７）com2端子に引掛ける→（８）コイル巻回部４０Ｗ1に巻回する→（９）ｗ端子に引掛ける→（10）コイル巻回部４０ｗ2に巻回する→（11）com3端子に引掛ける→（12）コイル巻回部４０Ｕ2に巻回する→（13）ｕ端子に引掛ける、という手順で行われる。

そして、前記第1の電気子面６１に配された３つの給電端子５０は、図５に示すように、前記制御基板２０へと延出され、前記第２の電気子面６２に配された３つの中性点６５は、図３（ｂ）及び図５に示すように、湾曲可能な金属板等からなる導電板６６により互いに接続されている。これにより、各中性点６５は同一の電位となる。

上記工程により、コイルを途中で切断させることなく、一回の巻回作業で並列のＹ結線を実現させることができる。この巻回構造によっても、巻回作業を複雑にすることなく、コイルの総巻数を増加させ、コイルの総断面積を増加させることができるので、銅損を低減させ、モータの高効率化、高出力化を実現することができる。また、前記中性点６５を互いに接続する導電板６６が、前記第２の電気子面６３に配されていることにより、従来のように、複数の中性点を制御基板まで延出しこの制御基板上で結線させることを要しないので、制御基板の制約を軽減させることができる。

図６（ａ）に示す本実施例に係るステータ７０は、上記実施例２に係るステータ６０と同様に、６つのコイル巻回部４０Ｕ1，４０Ｕ2，４０Ｖ1，４０Ｖ2，４０Ｗ1，４０Ｗ2を備え、並列に巻かれたＹ結線の結線構造を有するものである。そして、前記３つの中性点（com1端子、com2端子、com3端子）６６を互いに接続させる導電板７１が、図６（ｂ）に示すように、延出部７２を有し、この延出部７２が制御基板２０の所定回路と接続しているものである。この構造により、１本の端子（前記延出部７２）を延出させるだけで、中性点６６の電位を制御因子として取り込むことができる。

図７（ａ）に示す本実施例に係るステータ８０は、上記実施例１〜３と同様に、６つのコイル巻回部４０Ｕa，４０Ｕb，４０Ｖa，４０Ｖb，４０Ｗa，４０Ｗbを備えると共に、３つの給電端子（ｕ端子、ｖ端子、ｗ端子）５０及び３つの中性点（com1端子、com2端子、com3端子）６５を備えて構成されている。これらの給電端子５０と中性点６５は、上記実施例２のように、互いに反対側の電気子面に形成されていてもよいし、同一の電気面に形成されていてもよい。

本実施例における結線構造は、図７（ｂ）に示すように、Ｙ結線であると共に並列に巻かれたものである。この巻線構造を実現するための実際の巻線順序は、図７（ｃ）に示すように行われ、コイルを、（１）ｕ端子に引掛ける→（２）コイル巻回部４０Ｕaの内側の部分Ｕ1aに巻回する→（３）コイル巻回部４０Ｕbの内側の部分Ｕ1bに巻回する→（４）com1端子に引掛ける→（５）コイル巻回部４０Ｖbの内側の部分Ｖ1bに巻回する→（６）コイル巻回部４０Ｖaの内側の部分Ｖ1aに巻回する→（７）ｖ端子に引掛ける→（８）コイル巻回部４０Ｖaの外側の部分Ｖ2aに巻回する→（９）コイル巻回部４０Ｖbの外側の部分Ｖ2bに巻回する→（10）com2端子に引掛ける→（11）コイル巻回部４０Ｗaの内側の部分Ｗ1aに巻回する→（12）コイル巻回部４０Ｗbの内側の部分Ｗ1bに巻回する→（13）ｗ端子に引掛ける→（14）コイル巻回部４０Ｗbの外側の部分Ｗ2bに巻回する→（15）コイル巻回部４０Ｗaの外側の部分Ｗ2aに巻回する→（16）com3端子に引掛ける→（17）コイル巻回部４０Ｕbの外側の部分Ｕ2bに巻回する→（18）コイル巻回部４０Ｕaの外側の部分Ｕ2aに巻回する→（19）ｕ端子に引掛ける、という手順で行われる。上記（１）〜（９）の工程により１層目のコイル層が形成され、（10）〜（19）の工程により２層目のコイル層が形成される。

上記工程により、コイルを途中で切断させることなく、一回の巻回作業で、並列で且つ各コイル巻回部４０Ｕa，４０Ｕb，４０Ｖa，４０Ｖb，４０Ｗa，４０Ｗbに２層のコイル層が形成されたＹ結線を実現させることができる。この巻回構造によれば、更にコイルの総巻数（断面積）を増加させることができるので、より大幅な高効率化、高出力化を実現することができる。

以上のように、本発明によれば、電磁モータにおいて、製造工程の複雑化やコストアップを招くことなく、高効率化及び高出力化を図ることができる。

図１は、本発明に係る電磁モータの構造例を示す断面図である。図２（ａ）は、実施例１に係るステータの構造を示す図であり、図２（ｂ）は、実施例１における巻線構造を示す図であり、図３（ｃ）は、実施例１における巻線構造の巻回手順を示す図である。図３（ａ）は、実施例２に係るステータの一端側の電気子面を示す図であり、図３（ｂ）は、実施例２に係るステータの他端側の電気子面を示す図である。図４（ａ）は、実施例２における巻線構造を示す図であり、図４（ｂ）は、実施例２における巻線構造の巻回手順を示す図である。図５は、実施例２における給電端子及び中性点の構造を示す図である。図６（ａ）は、実施例３におけるステータの一端側の電気子面を示す図であり、図６（ｂ）は、実施例３における導電板の構造を示す図である。図７（ａ）は、実施例４に係るステータの構造を示す図であり、図７（ｂ）は、実施例４における巻線構造を示す図であり、図７（ｃ）は、実施例４における巻線構造の巻回手順を示す図である。図８（ａ）は、従来のΔ結線における巻線構造を示す図であり、図８（ｂ）は、従来のΔ結線構造におけるステータの構造を示す図である。図９（ａ）は、従来のＹ結線における巻線構造を示す図であり、（ｂ）は、従来のＹ結線構造におけるステータの構造を示す図である。

１電磁モータ
２回転軸
１２，６０，７０，８０ステータ
２０制御基板
３３コイル
４０コイル巻回部
５０給電端子
６１第１の電気子面（ステータの一端面）
６２第２の電気子面（ステータの他端面）
６５中性点
６６，７１導電板（導電性部材）
７２延出部

Claims

回転軸に固定されたステータから放射状に延設され互いに位相差を有するｕ相コイル巻回部、ｖ相コイル巻回部、ｗ相コイル巻回部と、各相のコイルに所定の電流を供給する第１の給電端子、第２の給電端子、第３の給電端子を有して構成され、Δ結線方式の結線構造を有する電磁モータであって、
前記ｕ，ｖ，ｗ各相のコイル巻回部は、互いに対角線上に位置する第１及び第２のコイルの巻回部からなり、
前記第１の給電端子→第１のｕ相コイル巻回部→第２のｕ相コイル巻回部→前記第２の給電端子→第１のｖ相コイル巻回部→第２のｖ相コイル巻回部→前記第３の給電端子→第１のｗ相コイル巻回部→第２のｗ相コイル巻回部、からなるコイルの巻回順序が少なくとも２回繰り返されていることにより、前記ｕ，ｖ，ｗ各相のコイル巻回部に、それぞれ少なくとも２層のコイル層が形成されていることを特徴とする電磁モータ。