JP4983022B2 - モータ - Google Patents

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    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings

Description

本発明は、高効率を要求されるモータに関する。
従来のモータを図５に示す。
図５は、従来のトロイダル方式のブラシレスモータを表しており、ステータ１０と内側ロータ２０と外側ロータ３０から構成されている。
ステータ１０は、ステータヨーク１４と、ステータヨーク１４に設けられた外側ティース１２と内側ティース１３とからなり、ヨーク１４には３相コイル１５が施されている。通常、コイル１５はスターないしはデルタ結線されている。
内側ロータ２０は、ステータ１０の内側に回転自在に保持され、ロータヨーク２１と永久磁石２２とから成る。また、外側ロータ３０は、ステータ１０の外側に回転自在に保持され、ロータヨーク３１と永久磁石３２から成る。内側ロータ２０および外側ロータ３０は、コイル１５に流れる電流による磁界によって回転する。尚、図５は、ロータコア２１および３１の表面に永久磁石２２および３２をそれぞれ設けた、表面磁石型ロータを示している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３７１３３号公報
前記従来のモータにおいて、トロイダル巻線を行う場合、内側と外側のスロット面積が不均一であったために、内側の占積率と外側の占積率が異なり、効率の低下を招いていた。
上記課題を解決するために本発明は、内側のスロット面積と外側のスロット面積を等しくなるようにステータのティースとヨークを設計することで、占積率を向上させる。
第１の発明によれば、内側のスロット面積と外側のスロット面積を等しくなるようにステータのティースとヨークを設計することで、占積率を向上させることができる。このことから、銅損を従来のモータに対して低減することが可能であり、モータの効率を向上させることができる。さらに、内側のスロット形状と外側のスロット形状を等しくなるようにステータのティースとヨークを設計することで、巻線が整列巻され、占積率を向上させることができる。このことから、銅損を従来のモータに対して低減することが可能であり、モータの効率を向上させることができる。
第２の発明によれば、２分割以上にステータコアを分割することにより、巻線性が向上し、巻線工数が削減できるため巻線コストを低減することが可能である。
第１の発明のモータは、略環状のヨークと、前記ヨークに設けた複数のティースとからなるステータコアにおいて、前記ヨークに、３相スターもしくはデルタ状に結線されトロイダル巻線を施した複数のコイルを有するステータと、前記ステータに対向して回転自在に保持されたロータとからなり、前記ロータは、ステータの内径側に対向する内側ロータと、外径側に対向する外側ロータとで構成され、前記ティースは、前記ヨークから外周方向に突出した外側ティースと、前記外側ティースと同数で前記ヨークから内周方向に突出した内側ティースとからなり、前記外側ティース間および内側ティース間には巻線を挿入するために、それぞれ外側スロットおよび内側スロットを有し、前記外側スロットと前記内側スロットの面積が等しく、さらに外側スロットと内側スロットが、同一形状である構成を具備する。第１の発明によれば、占積率を向上させることができる。このことから、銅損を従来のモータに対して低減することが可能であり、モータの効率を向上させることができる。さらに、巻線が整列巻され、占積率を向上させることができる。このことから、銅損を従来のモータに対して低減することが可能であり、モータの効率を向上させることができる。
第２の発明のモータは、ステータコアがＮ（Ｎ＞２）個のコアピースに分割されていることを特徴とした請求項１あるいは請求項２のいずれかに記載のモータであり、２分割以上にステータコアを分割することにより、巻線性が向上し、巻線工数が削減できるため巻線コストを低減することが可能となる。
図１は、本発明の実施例１を適応した、３相のトロイダル巻状のコイルが施されたブラシレスモータのステータ１０を示している。本発明のモータは、略環状のヨーク１４と、ヨーク１４に設けた複数のティースとからなるステータコア１１において、ヨーク１４に、３相スターもしくはデルタ状に結線されトロイダル巻線を施した複数のコイル１５を有するステータ１０と、ステータ１０に対向して回転自在に保持されたロータとからなり、ロータは、ステータ１０の内径側に対向する内側ロータ２０と、外径側に対向する外側ロータ３０とで構成され、ティースは、ヨーク１４から外周方向に突出した外側ティース１２と、外側ティース１２と同数でヨーク１４から内周方向に突出した内側１３ティースとからなり、外側ティース１２間および内側ティース１３間には巻線を挿入するために、それぞれ外側スロット１６および内側スロット１７を有し、外側スロット１６と内側スロット１７の面積が等しい。
従来の形状では、外側スロット１６と内側スロット１７の面積が異なっており、巻線面積の少ないスロットを基準にして、内外スロット総合の占積率が決定されるため、巻線面積の多いスロットの占積率が低下していた。そこで、図１に示すように、内側ティース１３と外側ティース１２の長さを、内側スロット１７と外側スロット１６の面積が等しくなるように調整する。従来のモータに対して本発明の形状を適応したモータは、内側スロット面積と外側スロット面積の合計は従来のモータと等しいが、占積率のみを向上させることができる。このことから、銅損を従来のモータに対して低減することが可能であり、モータの効率を向上させることができる。
さらに、図２に占積率の違いによるモータ効率の変化を示す。従来のモータの内側スロット１７と外側スロット１６の巻線面積は５：４の比率となっているのに対して、本発明を適応したモータの内側スロット１７と外側スロット１６の巻線面積は１：１の比率となっている。このことからも、従来のモータに比べて、本発明を適応したモータの占積率が向上していることは明らかであり、大幅な銅損の削減によって、モータ効率の向上が可能である。
図３は、本発明の実施例２を適応した、３相のトロイダル巻状のコイル１５が施されたブラシレスモータのステータ１０を示している。図３においては、外側スロット１６と内側スロット１７が等しい形状となっている。
従来のモータでは、外側スロット１６と内側スロット１７の形状が異なっていたため、外側スロット１６の内部に施された巻線配置と内側スロット１７の内部に施された巻線配置が異なるため、整列巻にすることができなかった。しかし、図３に示すように、外側スロット１６と内側スロット１７が等しい形状とすることで、外側スロット１６の内部に施された巻線配置と内側スロット１７の内部に施された巻線配置が等しくなるため、整列巻が容易となり、占積率を向上させることができる。
さらに、整列巻が可能となるため、コイルエンド部を短縮することができ、巻線の抵抗値を大幅に低減することが可能である。以上のことから、銅損を従来のモータに対して低減することが可能であり、モータの効率を向上させることができる。
図４は、本発明の実施例３を適応したステータ１０を２分割にした場合の形状図を示している。図４の形状においては、ステータコア１１を分割することにより、トロイダル巻線を施す際の巻線性が向上し、巻線工数が削減できるため巻線コストを低減することが可能となる。
本発明は、家電製品や電装品など、小型でスペースに制限があり、かつ高出力で高効率が求められるモータに有用である。
本発明の実施例１を示したモータのステータ断面図 占積率の違いによる効率の変化を示すグラフ 本発明の実施例２を示したモータのステータ断面図 本発明の実施例３を示したモータのステータ断面図 従来のモータの断面図
１０ ステータ
１１ ステータコア
１２ 外側ティース
１３ 内側ティース
１４ ヨーク
１５ コイル
１６ 外側スロット
１７ 内側スロット
２０ 内側ロータ
２１ 内側ロータヨーク
２２ 内側永久磁石
３０ 外側ロータ
３１ 外側ロータヨーク
３２ 外側永久磁石

Claims (3)

  1. 略環状のヨークと、前記ヨークに設けた複数のティースとからなるステータコアにおいて、前記ヨークに、３相スターもしくはデルタ状に結線されトロイダル巻線を施した複数のコイルを有するステータと、前記ステータに対向して回転自在に保持されたロータとからなり、前記ロータは、ステータの内径側に対向する内側ロータと、外径側に対向する外側ロータとで構成され、前記ティースは、前記ヨークから外周方向に突出した外側ティースと、前記外側ティースと同数で前記ヨークから内周方向に突出した内側ティースとからなり、前記外側ティース間および内側ティース間には巻線を挿入するために、それぞれ外側スロットおよび内側スロットを有し、前記外側スロットと前記内側スロットの面積が等しく、さらに前記外側スロットと前記内側スロットが、同一形状である構成を具備するモータ。
  2. ステータコアがＮ（Ｎ＞２）個のコアピースに分割されている構成を具備する請求項１記載のモータ。
  3. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載のモータを用いた機器。
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