JP4833275B2 - スロットレスモーター - Google Patents

Description

本発明はスロットレスモーター（ｓｌｏｔｌｅｓｓ ｍｏｔｏｒ）に関する。

一般に、モーターは固定子と回転子とを含んでなる。固定子は、コアの内側に複数のスロットを備えており、その複数のスロットに絶縁導線が巻かれた固定子コイルを備える。そして、回転子は回転軸に永久磁石が設けられている。また、回転子は、固定子の内側に回転可能に設けられる。このような構成を有するモーターは、固定子コイルに電流が印加される場合、固定子コイルで磁気場が形成され、固定子コイルから形成された磁気場と回転子の永久磁石が発生する磁気場との相互作用により回転子が回転する。

ここで、固定子は、上述したように、コアの内側に一定の間隔でスロットを備え、そのスロットに絶縁導線を巻いた固定子コイルを備えている。しかしながら、コアの内部にスロットが備えられる場合、高コストをもたらし、スロットに絶縁導線を巻くことも容易でないのみならず、スロットによりモーターの効率も低下する。

したがって、コアの内側にスロットを形成することなく、絶縁導線を巻いて複数の単位コイル体を構成し、その複数の単位コイル体からなる固定子コイルをコアの内側に備えるスロットレスモーター（ｓｌｏｔｌｅｓｓ ｍｏｔｏｒ）が開発されている。このようなスロットレスモーターは、その構造が簡単で、コアの内側にスロットを備えなくてコストを低減することができる。また、スロットレスモーターは、複数の単位コイル体が高密度で均等に配列されるため、脈動現象による振動及びノイズが少なく、効率は高いという利点がある。

かかるスロットレスモーターの固定子コイルの製造において、従来では、絶縁導線を四角形または菱形などのような所定の形状に巻いて単位コイル体を形成し、複数の単位コイル体を円周方向に交互に配置して一つの単位コイル体の辺が前後に位置づけるようにした。また、複数の単位コイル体の各々にオフセットを設定して単位コイル体の両側の辺が上下に位置づけるようにした。

しかしながら、上述した従来の技術によれば、複数の単位コイル体の正確な配置のために、オフセットの精密設計および製作過程が要求され、複数の単位コイル体を連続的に重ねるように配置する過程において複数の単位コイル体間の相対的な距離誤差が発生してモーターの出力特性を低下させる。

特開平５−１１５１４１号公報

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は複数の単位コイル体を簡単かつ正確に結合することのできるスロットレスモーターを提供することである。

本発明が解決しようとする技術的課題は、上述した課題に限定されず、述べないまた他の技術的課題は、以下の記載から本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者により明らかに理解されるだろう。

本発明のスロットレスモーターによれば、固定子と回転子とを含み、固定子はコアと該コアの内側に設けられる固定子コイルとを備えてなる。ここで、固定子コイルは、複数の単位コイル体からなり、互いに対向して配置される二つの単位コイル体を結合して円形コイル体を形成する。この際、複数の単位コイル体の水平幅を調節して円形コイル体の内径が異なるようにし、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の単位コイル体の水平幅を合わせた全体の水平幅が同一になるようにする。

したがって、本発明のスロットレスモーターは、コアの内側に固定子コイルが備えられている固定子と、回転軸に永久磁石が備えられて固定子の内側に回転可能に設けられる回転子とを含み、当該固定子コイルは、互いに対向して配置される二つの単位コイル体の両側の端部を結合して内径の異なる複数の円形コイル体を構成し、この複数の円形コイル体のうち、内径の大きい円形コイル体の内側に順次に内径の小さい円形コイル体を挿入して構成することを特徴とする。

ここで、複数の円形コイル体の各々は、単位コイル体の水平幅を異なるように形成して内径が異なることを特徴とする。

また、円形コイル体は、互いに対向して配置される二つの単位コイル体のうち、水平幅の小さい単位コイル体の両側端部の外側に水平幅の大きい単位コイル体の両側端部の内側を重ねて形成することを特徴とする。

ここで、単位コイル体は複数個が結合してＵ相、Ｖ相及びＷ相を形成し、そのＵ相、Ｖ相及びＷ相の複数の単位コイル体の水平幅を合わせた全体の幅が同一になることを特徴とする。

ここで、複数の円形コイル体は所定の角度で挿入し配置することを特徴とする。

本発明に係るスロットレスモーターは、単位コイル体を予め円形コイル体として構成して結合させることにより、単位コイル体を正確な位置に配置させて固定子コイルを構成することができる。したがって、単位コイル体に動作電源を供給して磁気場を発生させる場合に単位コイル体で発生する磁気場の強度が平衡をなすようにすることができる。

以下、添付図面を参照して本発明を限定しない実施の形態を通して本発明をより詳しく説明し、一部の図面において同じ要素に対しては同じ参照符号を使用する。
以下の詳細な説明は、本発明の例示的な実施の形態を示している。また、本発明の原理と概念は、最も有用かつ容易に説明するために提供される。したがって、本発明の基本的な理解のための必要以上の詳細な構造を提供せず、通常の知識を持つ者が本発明で具体的に実施できる各種形態を図面に例示する。

図１は、本発明のスロットレスモーターの構成を分解して示した斜視図である。図１に示したように、固定子１１０は内部が中空の円筒状のコア１１２と、コア１１２の内側に設けられる固定子コイル１１４とを含む。そして、回転子１２０は、回転軸１２２を備え、回転軸１２２の外側には永久磁石１２４が固定される。上述した構成を有するスロットレスモーターにおいては、固定子１１０の内側に回転子１２０が設けられる。また、固定子コイル１１４に所定の動作電圧が供給される場合、固定子コイル１１４が磁気場を発生し、固定子コイル１１４が発生する磁気場と、回転子１２０の永久磁石１２４が発生する磁気場との相互作用により回転子１２０が回転する。このようなスロットレスモーターにおいて、固定子コイル１１４は、複数の単位コイル体により構成される。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明で使用される単位コイル体の構成を例示した図である。本発明においては、絶縁導線を巻いて複数の単位コイル体２００を形成する。その複数の単位コイル体２００の各々は、例えば、図２Ａに示したように、絶縁導線を菱形状に巻いて構成できる。また、複数の単位コイル体２００は、図２Ｂに示したように、絶縁導線を六角形に巻いて形成することもできる。さらに、単位コイル体２００は菱形状及び六角形状のみならず、円形及び四角形など、各種の形状に巻線して構成できる。

また、単位コイル体２００は、図２Ｃに示したように、絶縁導線を２層または３層に巻いた所定の厚さｔを有する。

本発明では、上述した複数の単位コイル体２００の構成において、厚さｔ及び高さは同一であり、水平幅は互いに異なるように絶縁導線を巻く。例えば、本発明の固定子コイル１１４は、図３に示したように、Ｕ相の電圧が供給される二つの単位コイル体２００ａ，２００ｂと、Ｖ相の電圧が供給される二つの単位コイル体２００ｃ，２００ｄと、Ｗ相の電圧が供給される二つの単位コイル体２００ｅ，２００ｆとから構成される。そして、複数の単位コイル体２００ａ，２００ｂ、２００ｃ，２００ｄ、２００ｅ，２００ｆの厚さｔと高さは同一になるが、水平幅は異なるように構成される。例えば、Ｕ相の単位コイル体２００ａ，２００ｂの水平幅はそれぞれＬ＋ａ及びＬ＋２ａとして巻線し、Ｖ相の単位コイル体２００ｃ，２００ｄの水平幅はＬ＋３ａ及びＬとして巻線し、Ｗ相の単位コイル体２００ｅ，２００ｆの水平幅はＬ＋ａ及びＬ＋２ａとして巻線する。

Ｕ相の単位コイル体２００ａ，２００ｂ、Ｖ相の単位コイル体２００ｃ，２００及びＷ相の単位コイル体２００ｅ，２００ｆの各々の水平幅を合わせた全体幅は２Ｌ＋３ａとなる。また、互いに対向する単位コイル体、すなわち、互いに１８０°の角度で配置される単位コイル体２００ａ，２００ｄ、２００ｂ，２００ｅ、２００ｃ，２００ｆの各々は互いに水平幅の差がａである。

ここで、単位コイル体２００の水平幅において、Ｌは製造しようとするコア１１２のサイズに応じて予め設定される値であり、ａは後述するように二つの単位コイル体２００の両側の端部を互いに重ねて円形コイル体を形成する場合、その円形コイル体の内径が２tだけ大きくなる値である。

互いに対向して配置されるＵ相の第１の単位コイル体２００ａとＶ相の第２の単位コイル体２００ｄとは、図４Ａに示したように、円形に結合して円形コイル体を構成する。すなわち、水平幅がＬであるＶ相の第２の単位コイル体２００ｄの両側端部の外側に、水平幅がＬ＋ａであるＵ相の第１の単位コイル体２００ａの両側端部が重なるように結合して円形コイル体を構成する。

また、互いに対向して配置されるＵ相の第２の単位コイル体２００ｂとＷ相の第１の単位コイル体２００ｅとは、図４Ｂに示したように、円形に結合して円形コイル体を構成する。すなわち、水平幅がＬ＋ａであるＷ相の第１の単位コイル体２００ｅの両側端部の外側に水平幅がＬ＋２ａであるＷ相の第１の単位コイル体２００ｂの両側端部が重なるように結合して円形のコイル体を構成する。

さらに、互いに対向して配置されるＶ相の第１の単位コイル体２００ｃとＷ相の第２の単位コイル体２００ｆとは、図４Ｃに示したように、円形に結合して円形コイル体を形成する。すなわち、水平幅がＬ＋２ａであるＷ相の第２の単位コイル体２００ｆの両側端部の外側に水平幅がＬ＋３ａであるＶ相の第１の単位コイル体２００ｃの両側の端部が重なるように結合して円形のコイル体を形成する。

このように、Ｕ相の第１の単位コイル体２００ａ及びＶ相の第２の単位コイル体２００ｄからなる円形のコイル体と、Ｕ相の第２の単位コイル体２００ｂ及びＷ相の第１の単位コイル体２００ｅからなる円形のコイル体と、Ｖ相の第１の単位コイル体２００ｃ及びＷ相の第２の単位コイル体２００ｆからなる円形のコイル体とを互いに結合して固定子コイル１１４を構成する。

すなわち、図５に示したように、Ｖ相の第１の単位コイル体２００ｃ及びＷ相の第２の単位コイル体２００ｆからなり、内径の最も大きい円形コイル体の内側に、Ｕ相の第２の単位コイル体２００ｂ及びＷ相の第１の単位コイル体２００ｅからなり、内径のサイズが中間である円形のコイル体を挿入し、またＵ相の第２の単位コイル体２００ｂ及びＷ相の第１の単位コイル体２００ｅからなる円形のコイル体の内側に、Ｕ相の第１の単位コイル体２００ａ及びＶ相の第２の単位コイル体２００ｄからなり内径の最も小さい円形のコイル体を挿入して固定子コイル１１４を構成する。

この際、Ｕ相の第１の単位コイル体２００ａ及びＶ相の第２の単位コイル体２００ｄからなる円形のコイル体を基準とすると、Ｕ相の第２の単位コイル体２００ｂ及びＷ相の第１の単位コイル体２００ｅからなる円形のコイル体を６０°の角度で位置させ、Ｖ相の第１の単位コイル体２００ｃ及びＷ相の第２の単位コイル体２００ｆからなる円形のコイル体を−６０°の角度で位置させた後、その円形コイル体を互いに結合させる。

また、図５に示したように結合した複数の円形コイル体、すなわち、固定子コイル１１４は回転子１２０との空隙に鑑みて予め製造した円筒形のジグ（図示せず）を挿入し、外側から固定子コイル１１４を圧着して一定の厚さで整列させる。

本発明はＵ相の単位コイル体２００ａ，２００ｂ、Ｖ相の単位コイル体２００ｃ，２００ｄ及びＷ相の単位コイル体２００ｅ，２００ｆの水平幅を合わせた全体の幅が同一であり、かつ、予め円形コイル体として構成して結合させることにより、単位コイル体２００ａ，２００ｂ、２００ｃ，２００ｄ、２００ｅ，２００ｆを正確な位置に配置させて固定子コイル１１４を構成することができる。

したがって、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の単位コイル体２００ａ，２００ｂ、２００ｃ，２００ｄ、２００ｅ，２００ｆに動作電源を供給して磁気場を発生させる場合、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の単位コイル体２００ａ，２００ｂ、２００ｃ，２００ｄ、２００ｅ，２００ｆで発生する磁気場の強度が平衡をなす。

すなわち、本発明によれば、Ｕ相の単位コイル体２００ａ，２００ｂの水平幅Ｌ＋ａ及びＬ＋２ａを合わせた全体水平幅が２Ｌ＋３ａであり、Ｖ相の単位コイル体２００ｃ，２００ｄの水平幅Ｌ＋３ａ及びＬを合わせた全体水平幅が２Ｌ＋３ａであり、Ｗ相の単位コイル体２００ｅ，２００ｆの水平幅Ｌ＋ａ及びＬ＋２ａを合わせた全体水平幅が２Ｌ＋３ａで、すべて同一である。

したがって、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の単位コイル体２００，２０２、２０４，２０６、２０８，２１０に電流を供給して磁気場を発生させる場合、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の単位コイル体２００，２０２、２０４，２０６、２０８，２１０で発生する磁気場の強度が平衡をなし、これにより、スロットレスモーターの回転力が均一に発生する。

一方、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各々が二つの単位コイル体を備えて六つの単位コイル体で固定子コイルを構成することを例示して説明した。本発明においては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各々が四つまたは六つの単位コイル体などのように偶数個のコイルで構成される場合にも簡単に適用できる。

以上では、代表的な実施の形態を用いて本発明について詳しく説明したが、本発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者なら、この実施の形態に対して本発明の範囲を逸脱しない限り、様々な変形が可能なのを理解するだろう。したがって、本発明の権利範囲は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲のみならず、この特許請求の範囲と均等なものにより定められるべきである。

本発明は、複数の単位コイル体の正確な配置が容易であり、発生する磁気場の強度が平衡をなし、モーターの出力特性が安定したスロットレスモーターを提供するものであり、種々の分野で使用可能なスロットレスモーターである。

本発明のスロットレスモーターの好ましい実施形態の構成を示した分解斜視図である。 本発明のスロットレスモーターで固定子コイルを構成する単位コイル体の各種の形状を説明するための図である。 本発明のスロットレスモーターで固定子コイルを構成する単位コイル体の各種の形状を説明するための図である。 本発明のスロットレスモーターで固定子コイルを構成する単位コイル体の形状及び厚さを説明するための図である。 本発明で使用される固定子コイルの展開図である。 本発明のスロットレスモーターで互いに対向して位置する二つの単位コイル体を結合して円形コイル体を形成する構成を説明するための図である。 本発明のスロットレスモーターで互いに対向して位置する二つの単位コイル体を結合して円形コイル体を形成する構成を説明するための図である。 本発明のスロットレスモーターで互いに対向して位置する二つの単位コイル体を結合して円形コイル体を形成する構成を説明するための図である。 本発明のスロットレスモーターで複数の円形コイル体を結合した状態を示した図である。

符号の説明

１１０ 固定子
１１２ コア
１１４ 固定子コイル
１２０ 回転子
１２２ 回転軸
１２４ 永久磁石
２００ 単位コイル体
２００ａ Ｕ相の第１の単位コイル体
２００ｂ Ｕ相の第２の単位コイル体
２００ｃ Ｖ相の第１の単位コイル体
２００ｄ Ｖ相の第２の単位コイル体
２００ｅ Ｗ相の第１の単位コイル体
２００ｆ Ｗ相の第２の単位コイル体

Claims (5)

1. コアの内側に固定子コイルが備えられている固定子と、
   回転軸に永久磁石が備えられて前記固定子の内側に回転可能に設けられる回転子とを含み、
   前記固定子コイルは、互いに対向して配置される二つの単位コイル体の両側端部を結合して内径の異なる複数の円形コイル体を構成し、前記複数の円形コイル体のうち、内径の大きい円形コイル体の内側に順次に内径の小さい円形コイル体を挿入して構成したことを特徴とするスロットレスモーター。
2. 前記複数の円形コイル体の各々は、前記単位コイル体の水平幅を異なるように形成して内径が異なる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ー。
3. 前記円形コイル体は、互いに対向して配置される二つの単位コイル体のうち、水平幅の小さい単位コイル体の両側端部の外側に水平幅の大きい単位コイル体の両側端部の内側を重ねて形成することを特徴とする請求項２に記載のスロットレスモーター。
4. 前記単位コイル体は、複数個が結合してＵ相、Ｖ相及びＷ相を形成し、そのＵ相、Ｖ相及びＷ相の複数の単位コイル体の水平幅を合わせた全体の幅が同一になるようにすることを特徴とする請求項２に記載のスロットレスモーター。
5. 前記複数の円形コイル体は、所定の角度で挿入配置する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ー。

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