JP6040051B2 - ステータ、及びモータ - Google Patents

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Description

本発明は、ステータ、及びモータに関するものである。
モータのステータとしては、第1コアベース部の径方向端部から軸方向に延びる第1爪状磁極を有する第1ステータコア部と、第2コアベース部の径方向端部から軸方向に延びる第2爪状磁極を有する第2ステータコア部と、第1コアベース部と第2コアベース部との軸方向の間に配置されるコイル部とを備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。
このステータは、第1及び第2ステータコア部とコイル部の組が、U相、V相、W相の相毎に設けられ、各コイル部が通電されると第1爪状磁極と第2爪状磁極とが互いに異なる磁極として機能し、径方向に対向するロータが回転駆動される。
特開2007−181303号公報
しかしながら、上記のようなステータでは、コイル部への通電を制御するための駆動回路がステータの外部に必要で、外部に駆動回路の配置スペースが必要になるとともに、コイル部から外部の駆動回路までの配線が必要になってしまうという問題がある。尚、コイル部からステータの外部の駆動回路までの配線は、材料を増加させるとともに、コイル部までの抵抗を増加させる原因となる。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、外部の配置スペースを低減することができるとともに、配線を短くすることができるステータ、及びモータを提供することにある。
上記課題を解決するステータは、軸方向の一方側に設けられる第1コアベース部と該第1コアベース部の径方向端部から軸方向の他方側に延びる周方向に複数の第1爪状磁極とを有する第1ステータコア部と、軸方向の他方側に設けられる第2コアベース部と該第2コアベース部の径方向端部から軸方向の一方側に延びる周方向に複数の第2爪状磁極とを有し、前記第2コアベース部が前記第1コアベース部と対向されつつ前記第2爪状磁極が前記第1爪状磁極と周方向に隣り合って配置される第2ステータコア部と、前記第1コアベース部と前記第2コアベース部との軸方向の間に配置され、通電に基づいて前記第1爪状磁極と前記第2爪状磁極とを互いに異なる磁極として機能させるコイル部とを備え、該第1及び第2ステータコア部とコイル部の組は各組が周方向にずれて配置されたステータであって、前記第1及び第2爪状磁極は、周方向等間隔位置における一部の欠落部を除いて周方向に等間隔に設けられ、前記欠落部の周方向位置は、各組において異なっており、各組で周方向位置の異なる前記欠落部はステータの軸方向において同じ位置となるように設けられており、前記コイル部への通電を制御するための駆動回路は、前記欠落部の位置に設けられている
同構成によれば、第1及び第2爪状磁極は、周方向等間隔位置における一部の欠落部を除いて周方向に等間隔に設けられ、欠落部の周方向位置には、コイル部への通電を制御するための駆動回路が設けられるため、駆動回路が外部に不要となる。よって、外部の配置スペースを低減することができるとともに、コイル部と駆動回路とを接続する配線を短くすることができる。
上記課題を解決するステータは、軸方向の一方側に設けられる第1コアベース部と該第1コアベース部の径方向端部から軸方向の他方側に延びる周方向に複数の第1爪状磁極とを有する第1ステータコア部と、軸方向の他方側に設けられる第2コアベース部と該第2コアベース部の径方向端部から軸方向の一方側に延びる周方向に複数の第2爪状磁極とを有し、前記第2コアベース部が前記第1コアベース部と対向されつつ前記第2爪状磁極が前記第1爪状磁極と周方向に隣り合って配置される第2ステータコア部と、前記第1コアベース部と前記第2コアベース部との軸方向の間に配置され、通電に基づいて前記第1爪状磁極と前記第2爪状磁極とを互いに異なる磁極として機能させるコイル部とを備えたステータであって、前記第1及び第2爪状磁極は、周方向等間隔位置における一部の欠落部を除いて周方向に等間隔に設けられ、前記コイル部への通電を制御するための駆動回路が樹脂部材に埋設された駆動ユニットを有し、該駆動ユニットが前記欠落部の周方向位置に設けられており、前記駆動ユニットの前記樹脂部材には、導体が複数周回巻かれてなる前記コイル部の周方向の一部を通すための孔が形成されている。
同構成によれば、第1及び第2爪状磁極は、周方向等間隔位置における一部の欠落部を除いて周方向に等間隔に設けられ、欠落部の周方向位置には、コイル部への通電を制御するための駆動回路が設けられるため、駆動回路が外部に不要となる。よって、外部の配置スペースを低減することができるとともに、コイル部と駆動回路とを接続する配線を短くすることができる。又、駆動回路が樹脂部材に埋設された駆動ユニットを有し、該駆動ユニットが欠落部の周方向位置に設けられるため、例えば、その取り扱いや組み付けが容易となる。又、前記駆動ユニットの樹脂部材には、導体が複数周回巻かれてなる前記コイル部の周方向の一部を通すための孔が形成されるため、例えば、前記コイル部の周方向の一部を保持させつつ配置することができる。
上記課題を解決するステータは、軸方向の一方側に設けられる第1コアベース部と該第1コアベース部の径方向端部から軸方向の他方側に延びる周方向に複数の第1爪状磁極とを有する第1ステータコア部と、軸方向の他方側に設けられる第2コアベース部と該第2コアベース部の径方向端部から軸方向の一方側に延びる周方向に複数の第2爪状磁極とを有し、前記第2コアベース部が前記第1コアベース部と対向されつつ前記第2爪状磁極が前記第1爪状磁極と周方向に隣り合って配置される第2ステータコア部と、前記第1コアベース部と前記第2コアベース部との軸方向の間に配置され、通電に基づいて前記第1爪状磁極と前記第2爪状磁極とを互いに異なる磁極として機能させるコイル部とを備えたステータであって、前記第1及び第2爪状磁極は、周方向等間隔位置における一部の欠落部を除いて周方向に等間隔に設けられ、前記欠落部の周方向位置には、前記コイル部への通電を制御するための駆動回路が設けられており、前記コイル部は、1周毎にその両端が前記駆動回路と電気的に接続され、前記駆動回路は、前記コイル部の一周毎の通電が制御可能とされている。
同構成によれば、第1及び第2爪状磁極は、周方向等間隔位置における一部の欠落部を除いて周方向に等間隔に設けられ、欠落部の周方向位置には、コイル部への通電を制御するための駆動回路が設けられるため、駆動回路が外部に不要となる。よって、外部の配置スペースを低減することができるとともに、コイル部と駆動回路とを接続する配線を短くすることができる。又、コイル部は、1周毎にその両端が駆動回路と電気的に接続され、駆動回路は、コイル部の一周毎の通電が制御可能とされるため、例えば、必要な出力に応じてコイル部の何本かを通電することができる。
上記ステータにおいて、前記欠落部の周方向位置には、ロータの回転を検出するための回転センサが設けられることが好ましい。
同構成によれば、欠落部の周方向位置には、ロータの回転を検出するための回転センサが設けられるため、外部に回転センサが不要となる。よって、外部の配置スペースをより低減することができるとともに、駆動回路と回転センサとを接続する配線を短くすることができる。
上記ステータにおいて、前記第1及び第2ステータコア部と前記コイル部の組は、相毎に設けられ、相毎に前記駆動回路が設けられることが好ましい。
同構成によれば、第1及び第2ステータコア部とコイル部の組は、相毎に設けられ、相毎に駆動回路が設けられるため、例えば、必要に応じて、相毎に独立した駆動が可能となる。
上記ステータにおいて、前記駆動回路同士は電気的に接続されることが好ましい。
同構成によれば、相毎に設けられる駆動回路同士は電気的に接続されるため、例えば、連係させて相毎のコイル部への通電を制御することができる。
上記課題を解決するモータは、上記ステータを備える。
同構成によれば、モータにおいて、上記した効果を得ることができる。
本発明のステータ、及びモータでは、外部の配置スペースを低減することができるとともに、配線を短くすることができる。
一実施形態におけるブラシレスモータの斜視図。 同形態におけるステータの一部断面斜視図。 同形態における駆動ユニットを説明するための模式側面図。 別例におけるステータの一部断面斜視図。 別例における駆動ユニットを説明するための模式側面図。
以下、モータの一実施形態を図1〜図3に従って説明する。
図1は、本実施形態のブラシレスモータMの全体斜視図を示し、回転軸11に固定されたロータ12の外側にモータハウジング(図示せず)に固着された環状のステータ13が配置されている。ブラシレスモータMは、単一のモータ部を軸方向に3段積層していて、上からU相モータ部Mu、V相モータ部Mv、W相モータ部Mwの順に構成されている。即ち、ブラシレスモータMは、U相のステータ13a、V相のステータ13b、及びW相のステータ13cと、それらに径方向にそれぞれ対向する3つのロータ(図1では、U相のロータ12aのみ図示)とから構成されている。
図2に示すように、ステータ13におけるU相のステータ13aは、第1ステータコア部としての第1ステータコア14と、第2ステータコア部としての第2ステータコア15と、コイル部16とを備える。
詳しくは、第1ステータコア14は、軸方向の一方側(図2中、上側)に設けられ、周方向の一部に切り欠き部17が形成された略円環板状の第1コアベース部18と、第1コアベース部18の径方向外側端部から軸方向の他方側(図2中下側)に延びる略円筒状の円筒壁19とを有する。又、第1ステータコア14は、第1コアベース部18の径方向内側端部の周方向等間隔位置(本実施形態では、30°間隔位置)における前記切り欠き部17と対応した一部の欠落部20を除いて周方向に等間隔(30°間隔)に設けられ、径方向内側に突出されるとともに軸方向に延出形成された第1爪状磁極21を有する。本実施形態では、前記周方向等間隔位置は30°間隔位置であって、欠落部20は、その1つ分であり、第1爪状磁極21は30°間隔で12個形成されたものの1個が取り除かれた構成とされている。言い換えると、本実施形態の第1爪状磁極21は30°間隔で11個形成され、その周回の60°空いた部分(切り欠き部17と対応した部分)が欠落部20とされている。
第2ステータコア15は、第1ステータコア14と略同形状であって、同様に第2コアベース部22と、円筒壁23と、第2爪状磁極24とを有する。
そして、第2ステータコア15は、第2コアベース部22が第1コアベース部18に対して軸方向の他方側(図2中、下側)に設けられて対向し、第2爪状磁極24が軸方向の一方側に延びつつ第1爪状磁極21と周方向に隣り合って配置されるように設けられている。
又、コイル部16は、導体が複数周回巻かれてなるものであって、前記第1コアベース部18と第2コアベース部22との軸方向の間に配置され、通電に基づいて第1爪状磁極21と第2爪状磁極24とを互いに異なる磁極として機能させる。
又、V相のステータ13bは、U相のステータ13aと略同様の構成であって、U相のステータ13aと比べて、第1及び第2爪状磁極21,24に対する前記切り欠き部17及び欠落部20の角度位置が電気角で60°異なるように形成されている。
又、W相のステータ13cは、U相のステータ13aと略同様の構成であって、U相のステータ13aと比べて、第1及び第2爪状磁極21,24に対する前記切り欠き部17及び欠落部20の角度位置が電気角で120°異なるように形成されている。
そして、V相のステータ13bは、U相のステータ13aに対して時計回り方向に電気角で60°位相をずらしてモータハウジング(図示せず)に固定されている。又、W相のステータ13cは、U相のステータ13aに対して時計回り方向に電気角で120°位相をずらしてモータハウジングに固定されている。これにより、ステータ13では、前記各切り欠き部17及び各欠落部20の角度位置が同じとなるように構成されている。
そして、欠落部20及び切り欠き部17の周方向位置には、駆動ユニット31が設けられている。
詳述すると、図3に模式的に示すように、駆動ユニット31は、前記コイル部16への通電を制御するための駆動回路32が樹脂部材33に埋設(本実施形態ではインサート成形)されてなる。尚、本実施形態の駆動回路32は、例えば、駆動ICが実装された基板等からなる。本実施形態の樹脂部材33は、ステータ13と同じ軸方向長さの略直方体に形成され、樹脂部材33の径方向内側端部は、前記第1及び第2爪状磁極21,24の径方向内側端部の円弧面と同じ径方向位置の円弧面とされ、樹脂部材33の径方向外側端部は前記円筒壁19,23の径方向外側端部の円弧面と同じ径方向位置の円弧面とされている。そして、駆動ユニット31(樹脂部材33)は、径方向外側が前記切り欠き部17に嵌って固定されている。
又、本実施形態の樹脂部材33には、前記各コイル部16の周方向の一部を通すための孔34が形成されている。孔34は、U相のステータ13a、V相のステータ13b、及びW相のステータ13cの各コイル部16に対応して軸方向に3つ並んで形成されている。そして、各コイル部16の両端16a,16bは、駆動ユニット31に接続され、前記駆動回路32に電気的に接続されている。
又、本実施形態の樹脂部材33には、ロータ12の回転を検出するための回転センサとしてのホールIC35が埋設(本実施形態ではインサート成形)されている。ホールIC35は、樹脂部材33の径方向内側端部において、U相のステータ13a、V相のステータ13b、及びW相のステータ13cに対応して軸方向に3つ並んで設けられている。そして、各ホールIC35は、前記駆動回路32に電気的に接続されている。
そして、前記駆動回路32は、外部からの指令信号及び給電と、ホールIC35からの検出信号に基づいて、各コイル部16への通電を制御する。
ロータ12におけるU相のロータ12aは、爪状磁極41が形成された一対のロータコア42と、それらロータコア42の軸方向の間に配置され軸方向に磁化されることで爪状磁極41を周方向に交互に異なる磁極として機能させる界磁磁石43とを備えた所謂ランデル型構造のものである。又、図示しないV相のロータ及びW相のロータは、U相のロータ12aと同様の構成であるため、その説明は省略する。そして、V相のロータは、U相のロータ12aに対して電気角で120°位相をずらして固定され、W相のロータは、U相のロータ12aに対して電気角で240°位相をずらして固定されている。
次に、上記のように構成されたブラシレスモータMの作用について説明する。
駆動回路32によってU相、V相及びW相の各コイル部16に3相の駆動電流が供給されると、ステータ13にて回転磁界が発生され、ロータ12が回転駆動される。この際、ホールIC35によって、ロータ12の回転(回転速度と方向)が検出され、その検出信号に基づいて駆動回路32から各コイル部16に最適なタイミングで3相の駆動電流が供給される。これにより、良好に回転磁界が発生され、ロータ12が良好に連続して回転駆動される。
次に、上記実施の形態の特徴的な効果を以下に記載する。
(1)第1及び第2爪状磁極21,24は、周方向等間隔位置における一部の欠落部20を除いて周方向に等間隔に設けられ、欠落部20の周方向位置には、コイル部16への通電を制御するための駆動回路32が設けられるため、駆動回路32がステータ13の外部に不要となる。よって、外部の(駆動回路の)配置スペースを低減することができるとともに、コイル部16と駆動回路32とを接続する配線を短くすることができる。又、例えば、駆動回路がステータの外部に設けられたものに比べて駆動回路32からのノイズが外部に漏れ難くなる。
(2)欠落部20の周方向位置には、ロータ12の回転を検出するためのホールIC35が設けられるため、外部に回転センサ(ホールIC)が不要となる。よって、外部の配置スペースをより低減することができるとともに、駆動回路32とホールIC35とを接続する配線を短くすることができる。
(3)駆動回路32が樹脂部材33に埋設された駆動ユニット31を有し、該駆動ユニット31が欠落部20の周方向位置に設けられるため、例えば、その取り扱いや組み付けが容易となる。
(4)駆動ユニット31の樹脂部材33には、導体が複数周回巻かれてなるコイル部16の周方向の一部を通すための孔34が形成されるため、例えば、コイル部16の周方向の一部を保持させつつ配置することができる。
上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、駆動ユニット31(樹脂部材33)は、U相のステータ13a、V相のステータ13b、及びW相のステータ13cからなるステータ13と同じ軸方向長さの略直方体に形成されるとしたが、これに限定されず、例えば、1つの相のステータと同じ軸方向長さの略直方体に変更してもよい。
例えば、図4に示すように、U相のステータ13a及びW相のステータ13cは、欠落部20が形成されず、第1及び第2爪状磁極21,24が30°間隔で12個形成されたものとし、V相のステータ13bにおける欠落部20の周方向位置に駆動ユニット51を設けてもよい。尚、この駆動ユニット51の樹脂部材52には、図示しない駆動回路が埋設され、ホールIC53が周方向に3つ並んで設けられている。このようにすると、上記実施形態に比べて欠落部20が少ないため、上記実施形態よりもモータ効率を向上させることができる。
・上記実施形態では、駆動ユニット31の樹脂部材33には、導体が複数周回巻かれてなるコイル部16の周方向の一部を通すための孔34が形成され、コイル部16の両端16a,16bが駆動回路32に電気的に接続される構成としたが、これらの構成は変更してもよい。
例えば、図5に示すように、変更してもよい。この例のコイル部61は、1周毎にその両端が、駆動ユニット62に接続されるとともに該駆動ユニット62に埋設された駆動回路63と電気的に接続されている。そして、駆動回路63は、コイル部61の一周毎の通電が制御可能とされている。このようにすると、例えば、必要な出力に応じてコイル部61の何本かを通電することができる。
・上記実施形態では、第1及び第2ステータコア14,15とコイル部16の組が相毎に設けられて、駆動回路32が全ての相(U相、V相及びW相)のコイル部16への通電を制御するものとしたが、これに限定されず、例えば、相毎に駆動回路を設けてもよい。即ち、U相専用の駆動回路とV相専用の駆動回路とW相専用の駆動回路とを設けてもよい。このようにすると、例えば、相毎に独立した駆動が可能となる。
又、この場合、相毎に設けられる駆動回路同士を電気的に接続してもよい。このようにすると、例えば、連係させて相毎のコイル部16への通電を制御することができる。
又、例えば、相毎に駆動回路を設ける場合、各駆動回路を別体の樹脂部材に埋設して相毎の駆動ユニットを設けてもよい。又、この場合、相毎の駆動ユニットは、ステータの周方向に等角度間隔(120°間隔)に設けてもよい。このようにすると、ステータが発生する磁界のバランスが良好となり、駆動時の振動や騒音を低減することができる。
・上記実施形態では、欠落部20の周方向位置には、駆動ユニット31が設けられ、該駆動ユニット31には、ホールIC35が設けられるとしたが、これに限定されず、ロータ12の回転を検出するための回転センサ(ホールIC)は、ステータ13の外部に設けてもよい。
・上記実施形態の駆動ユニット31(樹脂部材33)は、欠落部20の周方向位置に配置可能であれば、他の形状に変更してもよい。例えば、上記実施形態の駆動ユニット31の樹脂部材33には、導体が複数周回巻かれてなるコイル部16の周方向の一部を通すための孔34が形成されるとしたが、これに限定されず、孔34が形成されずにコイル部16を避けるように形成された樹脂部材33に変更してもよい。又、駆動回路32を欠落部の周方向位置に配置できれば、特に樹脂部材33を備えていない構成としてもよい。
・上記実施形態では、ロータ12をステータ13の内周側に配置したインナロータ型のブラシレスモータMに具体化したが、これに限定されず、ロータをステータの外周側に配置したアウタロータ型のモータに具体化してもよい。
12…ロータ、13…ステータ、14…第1ステータコア(第1ステータコア部)、15…第2ステータコア(第2ステータコア部)、16,61…コイル部、18…第1コアベース部、20…欠落部、21…第1爪状磁極、22…第2コアベース部、24…第2爪状磁極、31,51,62…駆動ユニット、32,63…駆動回路、33,52…樹脂部材、34…孔。

Claims (7)

  1. 軸方向の一方側に設けられる第1コアベース部と該第1コアベース部の径方向端部から軸方向の他方側に延びる周方向に複数の第1爪状磁極とを有する第1ステータコア部と、
    軸方向の他方側に設けられる第2コアベース部と該第2コアベース部の径方向端部から軸方向の一方側に延びる周方向に複数の第2爪状磁極とを有し、前記第2コアベース部が前記第1コアベース部と対向されつつ前記第2爪状磁極が前記第1爪状磁極と周方向に隣り合って配置される第2ステータコア部と、
    前記第1コアベース部と前記第2コアベース部との軸方向の間に配置され、通電に基づいて前記第1爪状磁極と前記第2爪状磁極とを互いに異なる磁極として機能させるコイル部と
    を備え、該第1及び第2ステータコア部とコイル部の組は各組が周方向にずれて配置されたステータであって、
    前記第1及び第2爪状磁極は、周方向等間隔位置における一部の欠落部を除いて周方向に等間隔に設けられ、
    前記欠落部の周方向位置は、各組において異なっており、
    各組で周方向位置の異なる前記欠落部はステータの軸方向において同じ位置となるように設けられており、
    前記コイル部への通電を制御するための駆動回路は、前記欠落部の位置に設けられていることを特徴とするステータ。
  2. 軸方向の一方側に設けられる第1コアベース部と該第1コアベース部の径方向端部から軸方向の他方側に延びる周方向に複数の第1爪状磁極とを有する第1ステータコア部と、
    軸方向の他方側に設けられる第2コアベース部と該第2コアベース部の径方向端部から軸方向の一方側に延びる周方向に複数の第2爪状磁極とを有し、前記第2コアベース部が前記第1コアベース部と対向されつつ前記第2爪状磁極が前記第1爪状磁極と周方向に隣り合って配置される第2ステータコア部と、
    前記第1コアベース部と前記第2コアベース部との軸方向の間に配置され、通電に基づいて前記第1爪状磁極と前記第2爪状磁極とを互いに異なる磁極として機能させるコイル部と
    を備えたステータであって、
    前記第1及び第2爪状磁極は、周方向等間隔位置における一部の欠落部を除いて周方向に等間隔に設けられ、
    前記コイル部への通電を制御するための駆動回路が樹脂部材に埋設された駆動ユニットを有し、該駆動ユニットが前記欠落部の周方向位置に設けられており、
    前記駆動ユニットの前記樹脂部材には、導体が複数周回巻かれてなる前記コイル部の周方向の一部を通すための孔が形成されたことを特徴とするステータ。
  3. 軸方向の一方側に設けられる第1コアベース部と該第1コアベース部の径方向端部から軸方向の他方側に延びる周方向に複数の第1爪状磁極とを有する第1ステータコア部と、
    軸方向の他方側に設けられる第2コアベース部と該第2コアベース部の径方向端部から軸方向の一方側に延びる周方向に複数の第2爪状磁極とを有し、前記第2コアベース部が前記第1コアベース部と対向されつつ前記第2爪状磁極が前記第1爪状磁極と周方向に隣り合って配置される第2ステータコア部と、
    前記第1コアベース部と前記第2コアベース部との軸方向の間に配置され、通電に基づいて前記第1爪状磁極と前記第2爪状磁極とを互いに異なる磁極として機能させるコイル部と
    を備えたステータであって、
    前記第1及び第2爪状磁極は、周方向等間隔位置における一部の欠落部を除いて周方向に等間隔に設けられ、
    前記欠落部の周方向位置には、前記コイル部への通電を制御するための駆動回路が設けられており、
    前記コイル部は、1周毎にその両端が前記駆動回路と電気的に接続され、
    前記駆動回路は、前記コイル部の一周毎の通電が制御可能とされたことを特徴とするステータ。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のステータにおいて、
    前記欠落部の周方向位置には、ロータの回転を検出するための回転センサが設けられたことを特徴とするステータ。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載のステータにおいて、
    前記第1及び第2ステータコア部と前記コイル部の組は、相毎に設けられ、
    相毎に前記駆動回路が設けられたことを特徴とするステータ。
  6. 請求項に記載のステータにおいて、
    前記駆動回路同士は電気的に接続されたことを特徴とするステータ。
  7. 請求項1乃至のいずれか1項に記載のステータを備えたことを特徴とするモータ。
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