JP4676919B2 - クローポール型ブラシレスモータのステータ及びクローポール型ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、クローポール型ブラシレスモータのステータ及びクローポール型ブラシレスモータに関する。

クローポール型ブラシレスモータは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相等の各相毎に対応したステータ（Ｕ相ステータ、Ｖ相ステータ、Ｗ相ステータ）を備え、その各ステータは、その環状の基部から径方向内向きに延出するティース部を周方向に複数配置形成し、そのティース部内端を軸線方向に屈曲形成してポールを形成している。そして、各相ステータのポールが交互に配置されるように、Ｕ相ステータ、Ｖ相ステータ及びＷ相ステータを軸線方向に重ね合わせとともに、各相ステータ間に、それぞれ各相ステータに対応する環状のコイルを配設し、そのコイルを通電制御する。これによって、各相ステータの各ポールに回転磁界を発生させ、この回転磁界によってロータを回転駆動する（例えば、特許文献１及び特許文献２）。そして、これらクローポール型ブラシレスモータは、ステータの厚みを薄くでき、モータ全体として軸線方向に薄型化が図れて狭い空間でも容易に設置できる点で優れている。
特開２００５−２０９８１号公報 特開２００５−１６０２８５号公報

ところで、上記したクローポール型ブラシレスモータにおいて、ステータを薄くすることによって薄型化が図れるが、ステータを薄くすればするほど磁路が狭くなり、磁気飽和し易くなる。その結果、トルクが低下するため、薄型化には限界があった。

本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、薄型を確保しつつ、トルク低下を改善することのできるクローポール型ブラシレスモータのステータ及びクローポール型ブラシレスモータを提供することにある。

請求項１の発明は、周方向に巻回され軸方向に配置された巻線と、前記巻線の軸端面に基部が配置され前記基部から径方向へ延出するティース部を周方向に配置した鉄心とを備えたクローポール型ブラシレスモータのステータであって、前記鉄心は、前記ティース部及び前記基部であって前記ティース部が延出する部分を、その他の部分よりも肉厚にする突出部を設けた。

請求項２の発明は、周方向に巻回され軸方向に配置された第１巻線及び第２巻線と、前記第１巻線の軸端面に基部が配置され前記基部から径方向へ延出する第１ティース部を周方向に複数配置形成した第１鉄心と、前記第２巻線の軸端面に基部が配置され前記基部から径方向へ延出する第２ティース部を周方向に複数配置形成した第２鉄心とを備えたクローポール型ブラシレスモータであって、前記第１鉄心及び第２鉄心は、それぞれの各ティース部及びそれぞれの前記基部であって前記ティース部が延出する部分を、その他の部分よりも肉厚にする突出部を設けた。

請求項３の発明は、周方向に巻回され軸方向に配置された第１巻線及び第２巻線と、前記第１巻線の軸端面に基部が配置され前記基部から径方向へ延出する第１ティース部を周
方向に複数配置形成した第１鉄心と、前記第２巻線の軸端面に基部が配置され前記基部から径方向へ延出する第２ティース部を周方向に複数配置形成した第２鉄心と、前記第１巻線と前記第２巻線の間に基部が配置され前記基部から径方向へ延出する第３ティース部を周方向に複数配置形成した第３鉄心とを備えたクローポール型ブラシレスモータであって、前記第１鉄心及び第２鉄心は、それぞれに各ティース部及びそれぞれの前記基部であって前記ティース部が延出する部分を、その他の部分よりも肉厚にする突出部を設けた。

請求項４の発明は、請求項３に記載のクローポール型ブラシレスモータであって、前記第３鉄心の基部の軸方向厚さは、前記第１鉄心及び第２鉄心の突出部の軸方向厚さと一致させた。

請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか１に記載のクローポール型ブラシレスモータであって、前記第１鉄心及び第２鉄心の外側面には、前記第１鉄心と前記第２鉄心を収容保持するケースが設けられ、前記ケースには、前記突出部を収納する収納部が設けられている。

請求項６の発明は、請求項５に記載のクローポール型ブラシレスモータであって、前記突出部の先端面は、前記ケースの外表面と一致させた。

請求項１〜３の発明によれば、ティース部及び基部であってティース部が延出する部分を厚くしたので、磁路を確保できる。クローポール型モータのステータの鉄心において、そのティース部及び基部であってティース部が延出する部分は磁束発生部分として活用しないので、その他の部分を薄くすることで、クローポール型ブラシレスモータのステータを薄く小型化できる。

請求項４の発明によれば、駆動に必要とする３つの鉄心の磁気抵抗を同一にすることができるので、無駄な鉄心を有することなく、鉄心の厚さを薄くできる。
請求項５の発明によれば、鉄心を収納保持するケースを用いたとき、突出部がケースから突出することがないので、軸方向に小型化できる。

請求項６の発明によれば、ケースの厚さを最も薄くできるので、最適なモータ全体の薄型化が可能である。

以下、本発明のクローポール型ブラシレスモータを具体化した一実施形態を、図１及び図２に従って説明する。図１はクローポール型ブラシレスモータの概略構成を示す縦断面図、図２はステータの要部斜視図を示す。

図１において、クローポール型ブラシレスモータ１は、ケースとしてのハウジング２と、前記ハウジング２内に配置固定されたステータ３、ステータ３の内側に配置され前記ハウジング２に対して回転可能に支持されたロータ４とを備えている。

ハウジング２は、有底筒状のヨーク５と、同ヨーク５の開口部を閉塞するエンドフレーム６とを備えている。ステータ３は、そのヨーク５とエンドフレーム６の間で挟持固定されている。ロータ４は、その回転軸７が、ヨーク５及びエンドフレーム６にそれぞれ設けられた軸受８に回転可能に支持されることで、ステータ３の内側で回転可能に収容されている。ロータ４は、回転軸７にロータコア９を固着し、そのロータコア９の外周には複数（本実施形態では１６個）の永久磁石１０を固着している。ロータコア９の外周に固着した各永久磁石１０は、磁極（Ｎ極とＳ極）が周方向に交互に異なるように配置されている
。

ステータ３は、第１鉄心としてのＵ相ステータ１１と、第３鉄心としてのＶ相ステータ１２と、第２鉄心としてのＷ相ステータ１３を備えているとともに、１個の第１巻線としてのＵ相コイル１４と、２個のＶ相コイル１５ａ，１５ｂと、１個の第２巻線としてのＷ相コイル１６を備えている。Ｕ相ステータ１１、Ｖ相ステータ１２及びＷ相ステータ１３は、回転軸７の軸線Ｃの方向に重ね合わされて、ヨーク５とエンドフレーム６との間で挟持固定されている。詳述すると、Ｕ相ステータ１１がヨーク５側に、Ｗ相ステータ１３がエンドフレーム６側に、Ｖ相ステータ１２がＵ相ステータ１１とＷ相ステータ１３の間に配置されて、それぞれ挟持固定されている。

Ｕ相ステータ１１は、環状に形成された基部２０と、同基部２０の周方向等間隔位置から径方向内向きに複数（本実施では６個）の第１ティース部としてのティース部２１を備えているとともに、各ティース部２１の内端から軸線Ｃの一方向に延びるようにＬ字状に屈曲させて形成したポール２２を備えている。

また、Ｕ相ステータ１１において、各ティース部２１及び環状の基部２０であって各ティース部２１が延出する位置の部分（延出部分）には、前記ヨーク５側の面を突出させて突出部３１が形成されている。各ティース部２１及び基部２０の延出部分は、この突出部３１によって、Ｕ相ステータ１１の他の部分の肉厚（軸Ｃ方向の厚さ）より厚くなる。従って、各ティース部２１及び基部２０の延出部分は、突出部３１が形成された分だけ厚くなり、その厚くなった分、ティース部２１の磁路の断面積を大きくすることができる。その結果、断面積が大きくなった分、磁気飽和がし難くなり、電流に対するトルク低下率の改善を図ることができる。なお、本実施形態では、この突出部３１の厚さＤ１は、ヨーク５の厚さと同じ値にしている。

一方、これに対応してヨーク５には、各突出部３１に対応する位置にそれぞれ収納部としての嵌合穴３２が形成されている。そして、Ｕ相ステータ１１がハウジング２にて固定されるとき、各突出部３１が対応するヨーク５に形成した嵌合穴３２にそれぞれ嵌合し、突出部３１の肉厚分を嵌合穴３２との嵌合で吸収する。この時、突出部３１の厚さＤ１は、ヨーク５の厚さと一致させたので、突出部３１の先端面がヨーク５の外表面と面一となる。

Ｖ相ステータ１２は、環状に形成された基部２３と、同基部２３の周方向等間隔位置から径方向内向きに複数（本実施では６個）の第３ティース部としてのティース部２４を備えているとともに、各ティース部２４の内端から軸線Ｃの両側方向に延びるようにＴ字状に屈曲させて形成したポール２５を備えている。また、Ｖ相ステータ１２は、基部２３及びティース部２４の厚さ（軸線Ｃ方向の厚さ）は、前記突出部３１を形成したティース部２１及び基部２０の延出部分の厚さと一致するように形成されている。

Ｗ相ステータ１３は、環状に形成された基部２６と、同基部２６の周方向等間隔位置から径方向内向きに複数（本実施では６個）の第２ティース部としてのティース部２７を備えているとともに、各ティース部２７の内端から軸線Ｃの他方向に延びるようにＬ字状に屈曲させて形成したポール２８を備えている。

また、Ｗ相ステータ１３において、各ティース部２７及び環状の基部２６であって各ティース部２７が延出する位置の部分（延出部分）には、前記エンドフレーム６側の面を突出させて突出部３３が形成されている。各ティース部２７及び基部２６の延出部分は、この突出部３３によって、Ｗ相ステータ１３の他の部分の肉厚（軸Ｃ方向の厚さ）より厚くなる。従って、各ティース部２７及び基部２６の延出部分は、突出部３３が形成された分
だけ厚くなり、その厚くなった分、ティース部２７及び基部２６の延出部分の磁路の断面積を大きくすることができる。その結果、断面積が大きくなった分、磁気飽和がし難くなり、電流に対するトルク低下率の改善を図ることができる。なお、本実施形態では、この突出部３３の厚さＤ２は、ヨーク５の厚さと同じ値にしている。

一方、これに対応してエンドフレーム６には、各突出部３３に対応する位置にそれぞれ収納部としての嵌合穴３４が形成されている。そして、Ｗ相ステータ１３がハウジング２にて固定されるとき、各突出部３３が対応するエンドフレーム６に形成した嵌合穴３４にそれぞれ嵌合し、突出部３３の肉厚分を嵌合穴３４との嵌合で吸収する。この時、突出部３３の厚さＤ２は、エンドフレーム６の厚さと一致させたので、突出部３３の先端面がエンドフレーム６の外表面と面一となる。

また、Ｗ相ステータ１３は、基部２６の延出部分及びティース部２７の厚さ（軸線Ｃ方向の厚さ）は、Ｕ相ステータ１１のティース部２１及び基部２０の延出部分の厚さと一致するように形成されている。つまり、Ｗ相ステータ１３は、前記Ｕ相ステータ１１と鏡面対称な部材であって、Ｗ相ステータ１３を裏返すことで、Ｕ相ステータ１１として使用できる。

そして、Ｕ相ステータ１１、Ｖ相ステータ１２及びＷ相ステータ１３を軸線Ｃの方向に重ね合わせたとき、Ｕ相ステータ１１の各ポール２２、Ｖ相ステータ１２の各ポール２５、Ｗ相ステータ１３の各ポール２８は、ステータ３の内周面に沿って、順番に配置されるようになっている。

Ｕ相ステータ１１とＶ相ステータ１２との間には、両ステータ１１，１２の基部２０，２３を重ね合わせたときに環状のスロット４１が形成されるようになっていて、その環状のスロット４１にはＵ相コイル１４とＶ相コイル１５ａが軸線Ｃの方向に重ね合わさって配設される。詳述すると、Ｕ相ステータ１１（基部２０）側にＵ相コイル１４の軸端面が、Ｖ相ステータ１２（基部２３）側にＶ相コイル１５ａの軸端面が配設される。

Ｖ相ステータ１２とＷ相ステータ１３との間には、両ステータ１２，１３の基部２３，２６を重ね合わせたときに環状のスロット４２が形成されるようになっていて、その環状のスロット４２にはＶ相コイル１５ｂとＷ相コイル１６が軸線Ｃの方向に重ね合わさって配設される。詳述すると、Ｖ相ステータ１２（基部２３）側にＶ相コイル１５ｂの軸端面が、Ｗ相ステータ１３（基部２６）側にＷ相コイル１６に軸端面が配設される。

各コイル１４，１５ａ，１５ｂ，１６は、本実施形では断面長方形の平角線を導線として径方向に巻回したものをインシュレータで被覆したものである。そして、Ｕ相コイル１４とＶ相コイル１５ａは、その起磁力の方向が逆になるように設定されるとともに、Ｖ相コイル１５ｂとＷ相コイル１６は、その起磁力の方向が逆になるように設定され、しかも、Ｖ相コイル１５ａとＶ相コイル１５ｂは、その起磁力の方向が逆になるように設定されている。つまり、軸線Ｃ方向に配置されたＵ相コイル１４、Ｖ相コイル１５ａ、Ｖ相コイル１５ｂ、Ｗ相コイル１６の起磁力の方向は交互に反転するように設定されている。

そして、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１５ａ，１５ｂ及びＷ相コイル１６をスター結線又はデルタ結線して３相交流電流を流すことで、ステータ３の各ポール２２、２５、２８に回転磁界を発生し、この回転磁界により、ハウジング２に回転可能に支持されたロータ４を回転駆動することができる。

次に、上記のように構成したクローポール型ブラシレスモータ１の
効果を以下に記載する。
（１）本実施形態によれば、Ｕ相ステータ１１及びＷ相ステータ１３の各ティース部２１，２７及び基部２０，２６の延出部分に突出部３１，３３を形成し、その突出部３１，３３分だけ肉厚を大きくした。従って、その厚くなった分、ティース部２１，２７の磁路の断面積を大きくして磁気飽和をし難くし、電流に対するトルク低下率の改善を図ることができる。

（２）本実施形態によれば、Ｕ相ステータ１１の各ティース部２１及び基部２０の延出部分に形成した突出部３１を、ヨーク５に形成した嵌合穴３２に嵌合させた。従って、各ティース部２１の厚さ（突出部３１の肉厚を含む厚さ）を嵌合穴３２との嵌合で吸収することができる。しかも、突出部３１の厚さＤ１をヨーク５の厚さと一致させたので、突出部３１がヨーク５から外に突出することはない。そのため、モータの軸線Ｃ方向のサイズを従来のサイズを保ちつつトルク低下率の改善を図ることができる。

（３）本実施形態によれば、Ｗ相ステータ１３の各ティース部２７及び基部２６の延出部分に形成した突出部３３を、エンドフレーム６に形成した嵌合穴３４に嵌合させた。従って、各ティース部２７の厚さ（突出部３３の肉厚を含む厚さ）を嵌合穴３４との嵌合で吸収することができる。しかも、突出部３３の厚さＤ２をエンドフレーム６の厚さと一致させたので、突出部３３がエンドフレーム６から外に突出することはない。そのため、モータの軸線Ｃ方向のサイズを従来のサイズを保ちつつトルク低下率の改善を図ることができる。

（３）本実施形態によれば、Ｕ相ステータ１１及びＷ相ステータ１３の各ティース部２１，２７及び基部２０，２６の延出部分に厚さを、突出部３１，３３を形成して、Ｖ相ステータ１２は、基部２３及びティース部２４の厚さ（軸線Ｃ方向の厚さ）の厚さと一致するようにした。従って、Ｕ相ステータ１１、Ｖ相ステータ１２及びＷ相ステータ１３の各磁気抵抗を、同じにすることができる。その結果、磁気抵抗を等しくするための無駄なステータを設ける必要がなくなり、ステータの厚さを薄くすることができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、Ｕ相ステータ１１、Ｖ相ステータ１２及びＷ相ステータ１３を備えた３相のクローポール型ブラシレスモータであった、Ｕ相ステータ１１とＷ相ステータ１３に相当する２つのステータからなる２相のクローポール型ブラシレスモータに応用してもよい。

○上記実施形態では、Ｕ相ステータ１１及びＷ相ステータ１３の形成した突出部３１，３３をハウジング２（ヨーク５、エンドフレーム６）の嵌合穴３２，３４に嵌合させたが、さらに、その嵌合部分に防水用のシール材を塗布して実施してもよい。

○上記実施形態では、クローポール型ブラシレスモータ１は各相ステータ１１，１２，１３のポール２２，２５，２８の数をそれぞれ６個、永久磁石１０の数を１６個としたが、これに限定されるものではなくその数を適宜変更して実施してもよい。

○上記実施形態では、Ｕ相ステータ１１及びＷ相ステータ１３の各ティース部２１，２７に形成した突出部３１，３３の厚さＤ１，Ｄ２は、それぞれヨーク５、エンドフレーム６の厚さに一致させた。これを、ヨーク５、エンドフレーム６の厚さより、薄くしたり、逆に厚く実施してもよい。

○上記実施形態では、Ｕ相ステータ１１及びＷ相ステータ１３の各ティース部２１，２７に形成した突出部３１，３３は、それぞれステータ１１，１３と一体的に形成した。これを、突出部３１，３３をそれぞれ別部材にし、その別部材の突出部３１，３３をステー
タ１１，１３の各ティース部２１，２７にそれぞれ貼り合わせて実施してもよい。

実施形態のクローポール型ブラシレスモータの概略構成を示す縦断面図。 同クローポール型モータのステータを説明するための要部斜視図。

符号の説明

１…クローポール型ブラシレスモータ、２…ハウジング、３…ステータ、４…ロータ、５…ヨーク、６…エンドフレーム、７…回転軸、１０…永久磁石、１１…Ｕ相ステータ、１２…Ｖ相ステータ、１３…Ｗ相ステータ、１４…Ｕ相コイル、１５ａ、１５ｂ…Ｖ相コイル、１６…Ｗ相コイル、２０，２３，２６…基部、２１，２４，２７…ティース部、２２，２５，２８…ポール、３１，３３…突出部、３２，３４…嵌合穴、Ｄ１，Ｄ２…厚さ。

Claims (6)

1. 周方向に巻回され軸方向に配置された巻線と、
   前記巻線の軸端面に基部が配置され前記基部から径方向へ延出するティース部を周方向に配置した鉄心と
   を備えたクローポール型ブラシレスモータのステータであって、
   前記鉄心は、前記ティース部及び前記基部であって前記ティース部が延出する部分を、その他の部分よりも肉厚にする突出部を設けたことを特徴とするクローポール型ブラシレスモータのステータ。
2. 周方向に巻回され軸方向に配置された第１巻線及び第２巻線と、
   前記第１巻線の軸端面に基部が配置され前記基部から径方向へ延出する第１ティース部を周方向に複数配置形成した第１鉄心と、
   前記第２巻線の軸端面に基部が配置され前記基部から径方向へ延出する第２ティース部を周方向に複数配置形成した第２鉄心と、
   を備えたクローポール型ブラシレスモータであって、
   前記第１鉄心及び第２鉄心は、それぞれの各ティース部及びそれぞれの前記基部であって前記ティース部が延出する部分を、その他の部分よりも肉厚にする突出部を設けたことを特徴とするクローポール型ブラシレスモータ。
3. 周方向に巻回され軸方向に配置された第１巻線及び第２巻線と、
   前記第１巻線の軸端面に基部が配置され前記基部から径方向へ延出する第１ティース部を周方向に複数配置形成した第１鉄心と、
   前記第２巻線の軸端面に基部が配置され前記基部から径方向へ延出する第２ティース部を周方向に複数配置形成した第２鉄心と、
   前記第１巻線と前記第２巻線の間に基部が配置され前記基部から径方向へ延出する第３ティース部を周方向に複数配置形成した第３鉄心と、
   を備えたクローポール型ブラシレスモータであって、
   前記第１鉄心及び第２鉄心は、それぞれに各ティース部及びそれぞれの前記基部であって前記ティース部が延出する部分を、その他の部分よりも肉厚にする突出部を設けたことを特徴とするクローポール型ブラシレスモータ。
4. 請求項３に記載のクローポール型ブラシレスモータであって、
   前記第３鉄心の基部の軸方向厚さは、前記第１鉄心及び第２鉄心の突出部の軸方向厚さと一致させたことを特徴とするクローポール型ブラシレスモータ。
5. 請求項２〜４のいずれか１に記載のクローポール型ブラシレスモータであって、
   前記第１鉄心及び第２鉄心の外側面には、前記第１鉄心と前記第２鉄心を収容保持するケースが設けられ、前記ケースには、前記突出部を収納する収納部が設けられていることを特徴とするクローポール型ブラシレスモータ。
6. 請求項５に記載のクローポール型ブラシレスモータであって、
   前記突出部の先端面は、前記ケースの外表面と一致させたことを特徴とするクローポール型ブラシレスモータ。

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