JP6584331B2 - 単相ブラシレスモータおよび単相ブラシレスモータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、単相ブラシレスモータおよび単相ブラシレスモータの製造方法に関する。

従来の単相ブラシレスモータとして、複数の磁極を備えるロータと、ロータと隙間を隔てて配置され、ロータの複数の磁極と同じ数の突極を有するステータとを備え、突極のそれぞれは、ロータに対向する突極面に円周方向の中央から端の方向に寄った位置に設けられた溝を有する、アウターロータ型の単相ブラシレスモータが提案されている。

特開２０１２−０２９５１５公報

従来の単相ブラシレスモータは以上のように構成され、ロータと対向する突極面に、突極の円周方向の中央から端の方向に寄った位置に溝を設けることにより起動不安定性を招くことなくコギングトルクのピーク値を下げることが可能であるが、コギングトルクがゼロとなる点を突極の中央からずらす作用はほとんどなく、充分な起動トルクを得ることは困難であるという問題点があった。また、突極面の円周方向の中央から端の方向に寄った位置に溝を設けると、溝が設けられた周辺部の磁束が乱れ、また磁束密度が局所的に高くなり、鉄損が増大する。
この発明は、前記のような問題点を解決して、コギングトルクを低減できるとともに充分な起動トルクを得ることができる単相ブラシレスモータを得ることおよび単相ブラシレスモータの製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る単相ブラシレスモータにおいては、
ロータとステータとを有する単相ブラシレスモータであって、
前記ロータは、円筒形状であって永久磁石により形成される複数の磁極を有するものであり、
前記ステータは、ステータコアとコイルとを有し、
前記ステータコアは、ヨークと複数の磁極ティースとを有し、
前記磁極ティースは、一方の端部および他方の端部を有し、前記一方の端部に前記ロータの中心線を中心とする円弧面および前記円弧面と接続部において接続して形成された隣接面を有するものであって、前記隣接面は前記円弧面と前記隣接面との前記接続部における前記円弧面の接平面と同じ位置または前記接平面よりも前記円弧面と同じ曲率で延長された仮想円弧面から遠い位置に位置するようにして形成された平面であり、
前記磁極ティースに前記コイルが巻回され、
前記磁極ティースは、前記円弧面が前記ロータの径方向に一定の間隙を設けて前記ロータと対向されるとともに、前記隣接面と前記ロータとの前記径方向の間隙が前記円弧面から遠ざかるに従って大きくなるようにして前記隣接面が前記ロータと対向配置され、前記他方の端部が前記ヨークに磁気的に結合されたものである。

この発明に係る単相ブラシレスモータの製造方法においては、円筒形の組み立て治具に磁極ティースの円弧面を当接させて前記磁極ティースの位置合わせを行う工程を有するものである。

この発明に係る単相ブラシレスモータの製造方法においては、複数の絶縁部材を有する絶縁部材集合体を製造する工程と、前記絶縁部材に前記磁極ティースを保持させる工程と、円筒形の組み立て治具に前記磁極ティースの前記円弧面を当接させて前記磁極ティースの位置合わせを行う工程を有するものである。

この発明に係る単相ブラシレスモータは、
前記磁極ティースは、一方の端部および他方の端部を有し、前記一方の端部に前記ロータの中心線を中心とする円弧面と前記円弧面と接続して形成された隣接面とを有するものであって、前記隣接面は前記円弧面と前記隣接面との接続部における前記円弧面の接平面と同じ位置または前記接平面よりも前記円弧面と同じ曲率で延長された仮想円弧面から遠い位置に位置するようにして形成された平面であるので、
コギングトルクを低減できるとともに充分な起動トルクを得ることができる単相ブラシレスモータを得ることができる。

この発明に係る単相ブラシレスモータの製造方法は、円筒形の組み立て治具に磁極ティースの円弧面を当接させて前記磁極ティースの位置合わせを行う工程を有するので、
コギングトルクを低減できるとともに充分な起動トルクを得ることができ、かつ組み立て精度を容易に確保できる単相ブラシレスモータの製造方法を提供することができる。

この発明に係る単相ブラシレスモータの製造方法は、複数の絶縁部材を有する絶縁部材集合体を製造する工程と、前記絶縁部材に前記磁極ティースを保持させる工程と、円筒形の組み立て治具に前記磁極ティースの前記円弧面を当接させて前記磁極ティースの位置合わせを行う工程とを有するので、コギングトルクを低減できるとともに充分な起動トルクを得ることができ、かつ組み立て精度を容易に確保できる単相ブラシレスモータの製造方法を提供することができる。

この発明の実施の形態１である単相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。 図１の単相ブラシレスモータの要部を示す要部拡大図である。 角度θαとトルクとの関係を示す説明図である。 図１の単相ブラシレスモータと対比するための従来の単相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。 図１の単相ブラシレスモータの特性を説明するための説明図である。 図５の部分拡大図である。 単相ブラシレスモータの組み立て手順を説明するための説明図である。 実施の形態２である単相ブラシレスモータのステータの構成を示す断面図である。 実施の形態３である単相ブラシレスモータのステータの構成を示す断面図である。

実施の形態１．
図１〜図６は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１は単相ブラシレスモータの構成を示す断面図、図２は単相ブラシレスモータの要部を示す要部拡大図、図３は角度θαとトルクとの関係を示す説明図である。図４は図１の単相ブラシレスモータと対比するための従来の単相ブラシレスモータの構成を示す断面図、図５は単相ブラシレスモータの特性を説明するための説明図、図６は図５の部分拡大図、図７は単相ブラシレスモータの組み立て手順を説明するための説明図である。図１は、単相ブラシレスモータ１００の、ロータ１０の径方向の断面を示したものであるが、単相ブラシレスモータ１００は、ロータ１０とシャフト１８とステータ２０とを有する。なお、図示を省略しているが、ステータ２０の周囲には、ステータ２０保持するフレームやロータ１０を回転自在に支持するブラケットが設けられている。

ロータ１０は、複数の磁極１２が形成された円筒状の永久磁石１１を有する。ロータ１０はシャフト１８に嵌合され、ステータ２０の内周側に間隙を介して対向配置され、図示しないベアリングを介してブラケットに回転自在に支持されている。ロータ１０は、Ｎ極Ｓ極計４極の磁極１２を持ち、それぞれが一体に繋がった中空円筒状の形状を有する。永久磁石１１は軟磁性材料よりも保磁力が高い硬磁性材料であるネオジム焼結磁石（残留磁束密度（Ｂｒ）０．９〜１．４Ｔ）を採用している。永久磁石１１の磁化方向は、全て同じ方向を向いた平行方向、回転中心から放射状に延びるラジアル方向、双曲線状に繋がる方向のいずれでもよく、磁石の製造時または着磁時のいずれかのタイミングで磁化方向が決定され、Ｎ極Ｓ極が形成される。シャフト１８は、軟磁性材料、非磁性材料のいずれでもよいが、この実施の形態では軟磁性材料例えば日本工業規格に規定された機械構造用炭素鋼Ｓ１０Ｃを調質して用いている。また、図示していないが、ロータ１０の外周部には、飛散防止用の円筒部材が設けられている。円筒部材の一例として、厚さ０．２ｍｍ前後のＳＵＳ（ステンレス）製の薄板を円筒状にして周方向の端部を溶接などで固着してロータ１０の外周に被せる、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）をロータ１０の外周に巻き付け円筒部材を形成する、などの製造方法がある。円筒部材は、必須のものではない。なお、ロータ１０は、時計方向である矢印Ｒの方向に回転する。

次にステータ２０の構成を説明する。ステータ２０は、複数のステータ片２１とこれらを磁気的に連結するヨーク結合片２８とを有する。ステータ片２１は、コア片２２、インシュレータ２６、コイル２７を有する。コア片２２は、ヨーク片２３と、ヨーク片２３の中央部から一方に向かって突設された磁極ティース２４とを有する。コア片２２は、Ｔ形に打ち抜かれた厚さ０．２〜１．２ｍｍ程度の電磁鋼板を所定枚数積層して形成されたものであり、ヨーク片２３と磁極ティース２４とは一体に形成されている。磁極ティース２４は、一方の端部２４１と、反対側に他方の端部２４８（仮想線で示す）を有する。一方の端部２４１は、周方向両側にシュー２４２、２４３を有する。詳細は後述するが、一方の端部２４１に円弧面２４４および隣接面としての平面２４５が形成されている。なお、図２に示す仮想円弧面ＶＣは、仮想の円弧面である。なお、ヨーク片２３と磁極ティース２４とを有するコア片２２およびヨーク結合片２８がこの実施の形態におけるステータコアである。

ここで、円弧面２４４、平面２４５、仮想円弧面ＶＣについて図２により詳細に説明する。図２において、円弧面２４４はロータ１０のシャフト中心線Ｅを中心とする半径ｒ１の円弧面である。平面２４５は、接続部Ｌにおいて円弧面２４４と隣接する平面である。仮想円弧面ＶＣは、円弧面２４４と平面２４５との接続部Ｌから図２における反時計方向に延長された、ロータ１０のシャフト中心線Ｅを中心とする半径ｒ１の円弧面である。ここに、接続部Ｌは磁極ティース２４の長さ方向の中心面Ｆａよりも反時計方向に一定の角度θＡ（反時計方向を正（プラス）とする）回転した平面Ｆｂ上にある。平面２４５は、直交平面Ｆｃと接平面Ｆｄとの間に位置しており、直交平面Ｆｃとなす角度がθα（後述）に設定されている。なお、直交平面Ｆｃは接続部Ｌを通り磁極ティース２４の中心面Ｆａと直交する平面である。接平面Ｆｄは、円弧面２４４と平面２４５との接続部Ｌにおける円弧面２４４の接平面である。接平面Ｆｄと直交平面Ｆｃとのなす角度を角度θＢとすると、角度θα＜角度θＢ、角度θＢ＝角度θＡの関係にある。一方の端部２４１は、仮想円弧面ＶＣが平面２４５により直線的に切り欠かれた形状を有している。平面２４５は、仮想円弧面ＶＣよりも他方の端部２４８に近い位置に位置している。かつ、平面２４５は、接平面Ｆｄよりも仮想円弧面ＶＣに遠い位置に位置している。さらに、平面２４５は、直交平面Ｆｃよりも仮想円弧面ＶＣに近い位置に位置している。

積層された電磁鋼板の固着は、例えば各電磁鋼板に加締め部（図示せず）を設けて相互に加締めて固着したり、積層した後に周方向のいずれかの位置で積層方向に溶接するか、各電磁鋼板の間に接着材を介在させて加熱固着するか、などの方法で行うことができる。磁極ティース２４を周回してインシュレータ２６が設けられ、その外周部にコイル２７が巻回されている。４個のステータ片２１が正方形の４辺に配置され、計４個のヨーク結合片２８にて各ヨーク片２３を磁気的に連結して環状のヨークを有する４極のステータ２０が形成されている。なお、磁極ティース２４間にスロット２９が形成され、スロット２９にコイル２７が収容された形になっている。

なお、インシュレータ２６は、コア片２２とコイル２７とを電気的に絶縁を行う部材であり、樹脂などの絶縁材料が使用される。薄膜のフィルム状であれば、コイル２７を配設するスペースを広くすることができるため、コイル２７の断面積を大きくして電気抵抗を下げることができ、モータの効率が良くなる。また、インシュレータ２６を射出成形や圧縮成形によって形成すれば、インシュレータ２６がコイル２７をインシュレータ２６を介して磁極ティース２４に巻くときの巻枠や、コイル２７の端末を固定支持する役割も果たすことができる。コイル２７は、表面に数〜数十μｍの絶縁被膜を持ち、断面が丸または角状の銅線やアルミ線などが使用される。コイル２７に電流を供給することによりステータ２０から電機子磁束を発生させるが、巻数が多いほど、またコイル２７に流れる電流が大きいほど、ステータ２０からの発生磁束は大きくなる。ゆえに、できるだけ抵抗を低くするか巻数を多くすることが好ましく、スロット２９内に配設されるコイル２７の断面積は大きければ大きいほどモータの性能が向上する。

前記のようなステータ２０の内周部（内部）に、シャフト１８に嵌合されたロータ１０が磁極ティース２４との間に間隙を設けて配置されている。円弧面２４４とロータ１０とのロータ１０の径方向（以下、単に径方向という）の間隙Ｇはあらかじめ決められた値であり、平面２４５とロータ１０との径方向の間隙は接続部Ｌから反時計方向に遠ざかるに従って大きくなっている。

次に、角度θＡ，角度θＢ，角度θαについて、説明する。なお、角度θＡは、接続部Ｌとシャフト中心線Ｅと結ぶ平面Ｆｂと、磁極ティース２４の中心面Ｆａとのなす角と定義しているが、磁極ティース２４の中心面Ｆａがシャフト中心線Ｅを通ることを前提としている。従って、前述のように角度θＡと角度θＢは等しいことになる。よって、角度θＢは、角度θＡをどのように選ぶかによって一意的に決まる。角度θＡは、シャフト中心線Ｅと同心の円弧面２４４の幅を決めるものであるから、組立時の磁極ティース２４の軸方向の倒れをできるだけ小さくしたい場合は、角度θＡはできるだけ大きい方がよく、逆に、倒れをある程度許容する場合は小さくするが、実用的な観点からは角度θＡ＞＝０、すなわち円弧面２４４の反時計方向の端線である接続部Ｌは少なくとも中心面Ｆａよりも反時計側にあるように設定する。

次に、平面２４５と直交平面Ｆｃとがなす角度θαの決め方について述べる。図３は、角度θＡを所定の値に設定したときにおける、角度θαの大きさと、単相ブラシレスモータの特性として必要な３種類のトルクとの関係を示した図である。図３は、定常トルクτｎ、定常トルクτｎのトルクリップルτｒ、起動トルクτｓを示すが、定常トルクτｎ、トルクリップルτｒは角度θαが大きくなるに従い増加し、起動トルクτｓは角度θαが大きくなるに従い減少する。なお、トルクリップルτｒは、トルクリップルτｒ＝（定常トルクτｎの最大値−定常トルクτｎの最小値）／２として定義される。定常トルクτｎ、トルクリップルτｒ、起動トルクτｓはそれぞれ単相ブラシレスモータを搭載する製品の要求仕様によって異なるので，それぞれの要求仕様に応じて角度θαの値を選ぶ。例えば，単相ブラシレスモータに取り付けられる負荷（例えば、ファンの羽根など）の慣性モーメントが大きい場合には、起動トルクτｓが大きくなるように角度θαの値を小さくする。逆に，取り付けられる負荷の慣性モーメントは小さいが，運転中の負荷トルクが大きい場合には、定常トルクτｎが大きくなるように角度θαの値を大きくする。また，トルクリップルτｒは振動や騒音に繋がるので，低振動や低騒音を求められる場合には，トルクリップルτｒが小さくなるように角度θαを小さい値に選ぶ。いずれにおいても、角度θＡや角度θαは求められる仕様に応じて適宜選んでよい。

しかし、角度θαが角度θＢよりも大きく平面２４５が角度θＢの範囲内に収まらない場合、すなわち平面２４５が接続部Ｌから引いた円弧面２４４の接平面Ｆｄよりも内周側に出ると、平面２４５と芯型（図７の芯型ＣＣ参照）と干渉し、円弧面２４４を芯型ＣＣに当接させて芯出しをすることができず、分割されたステータ片２１を組立てる際に円弧面２４４で形成される内周円の真円度、同軸度などの精度の確保が難しくなる。また、平面２４５が、直交平面Ｆｃよりも他方の端部２４８側に出ると、シュー２４３の径方向の厚みが薄くなり、トルクの低下を招く。角度θＢの範囲内に平面２４５が収まれば（０＝＜θα＜＝θＢ）、組立精度を出しやすく、かつトルクの低下を招くこともない。なお、円弧面２４４の図２における時計方向の端部や平面２４５の反時計方向の端部に面取り加工やアール加工がなされたものであってもよい。

次に、このような構成を有する単相ブラシレスモータの特性を従来のものと対比させて説明する。まず、実施の形態１による単相ブラシレスモータは起動トルクτｓが、従来のものに比して大きいという特色がある。図４は、特許文献特開２０１２−０２９５１５号公報に記載された発明（以下、単に先行技術という）を、本発明の実施の形態１と同等のサイズ、構成の単相ブラシレスモータに適用した場合の単相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。但し、先行技術はアウターロータ型の単相ブラシレスモータである。図４に示すように、単相ブラシレスモータ９００は、ステータ９０を有する。ステータ９０は、インシュレータ２６、コイル２７、磁極ティース９４、環状のヨーク９８、スロット９９を有する。磁極ティース９４は、環状のヨーク９８の内周側から４箇所突設されている。磁極ティース９４は、一方の端部９４１と、反対側に他方の端部９４８（仮想線で示す）を有する。一方の端部９４１は、周方向両側にシュー９４２を有し、円弧面９４４が形成されている。円弧面９４４は、ロータ１０のシャフト中心線Ｅを中心とする半径ｒ１の円弧面である。

また、一方の端部９４１には、円弧面９４４の中心よりも反時計方向に所定角度回転した位置（両側のシューのうち反時計方向側のシュー９４２）に断面矩形の溝を形成する溝部９４５が設けられている。ヨーク９８および磁極ティース９４は、環状部とこの環状部の４箇所から内側へ突出する突出部を有する形に打ち抜かれた厚さ０．２〜１．２ｍｍ程度の電磁鋼板を所定枚数積層して形成されたものであり、ヨーク９８と磁極ティース９４とは一体に形成されている。なお、ＷＪは、コイル２７を磁極ティース９４に巻回するためのノズルであり、コイル２７を磁極ティース９４に巻回するときの状態を図示している。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

このように構成された単相ブラシレスモータは、磁極ティース９４の一方の端部に溝部９４５を設けることにより、コギングトルクのピークを下げることが可能とされている。ところで、単相ブラシレスモータは、三相モータのような、複数の磁極ティースに位相の異なる交流電流を流す場合と異なり、各磁極ティースには同位相の交流電流を流す。また、磁極ティースの数とロータの磁極数は同数であるのが一般的である。このような構成の単相ブラシレスモータにおいては、トルクがゼロとなる点が存在する。また、極数が少ない場合（本実施の形態のように４極の場合など）、一般的には各磁極ティースのシューの間隔は広く開いていることが多く、コギングトルクが比較的大きい。コギングトルクが０になるポイント、すなわち磁極ティースとロータの磁極中心が一致する点では、磁極ティースとロータの永久磁石による磁極が径方向に強く引き合う。この点でロータが静止している場合、起動トルクを得ようとすると起動時に印加する直流電流を複雑に制御しなければならないなどの問題点があり、困難がともなう。

このような特徴を持つ単相ブラシレスモータにおいて、本発明の実施の形態１の単相ブラシレスモータ１００と、従来の単相ブラシレスモータ９００とのトルク特性を比較する。図５は、横軸をロータ１０の回転角ｄｅｇ、縦軸をトルクとしたグラフである。図６は、図５の部分拡大図である。これらの図において、横軸の回転角ｄｅｇが０の位置は、ロータ１０の磁極中心が、ステータ２０（９０）の磁極ティース２４（９４）の中心と重なった位置である。図５（ａ）および図６（ａ）は、従来の単相ブラシレスモータ９００の特性を示すもので、グラフ中の曲線ａ１は交流電流を印加したときの定常トルク、曲線ｂ１はコギングトルク、曲線ｃ１は直流電流を印加したときの起動トルク（起動時には直流を印加する）を示す。曲線ｃ１上のコギングトルクが０となる位置におけるトルクである起動トルクを表す点をｐ１とし、図中で◇型マークで示している。図５（ｂ）および図６（ｂ）は、本実施の形態における単相ブラシレスモータ１００の特性を示すもので、グラフ中の曲線ａ２は交流電流を印加したときの定常トルク、曲線ｂ２はコギングトルク、曲線ｃ２は直流電流を印加したときのトルクである起動トルクを示す。曲線ｃ２上のコギングトルクが０となる位置におけるトルクである起動トルクを表す点をｐ２とし、図中で◇型マークで示している。

両者において、コギングトルクが０となる位置において、どの程度の起動トルクが得られるかを見ると、従来の単相ブラシレスモータ９００はコギングトルクが０となる位置と磁極ティース９４の中心とのずれが小さいため、そのときの直流電流を印加したときのトルクである起動トルクはｐ１と小さい。一方本実施の形態の単相ブラシレスモータ１００はコギングトルクが０となる位置と磁極ティース２４の中心とのずれが大きいため、直流電流を印加したときのトルクである起動トルクはｐ２と大きな起動トルクが得られる。この理由を以下に簡単に述べる。コギングトルクが０となる位置は、磁極ティース２４（９４）と、ロータ１０の磁極１２が最も引きあう位置である。言い換えれば磁性体である磁極ティース２４と磁極１２との距離が最も近づく位置でコギングトルクが０となる。

従来の単相ブラシレスモータでは、溝部９４５の位置で引きあう力は弱まるものの、溝部９４５が設けられたシュー９４２は、溝部９４５の周方向両側におけるシュー９４２とロータ１０との間隙は同じ寸法であり、溝部９４５を挟んで時計方向側及び反時計方向側の双方においてシュー９４２とロータ１０の磁極１２が引きあうため、結果としてコギングトルクが０となる位置は磁極ティース９４の中心から大きくずれることがない。それに対して本実施の形態の単相ブラシレスモータ１００では、磁極ティース２４のロータ１０との対向面である円弧面２４４および平面２４５は、接続部Ｌを境に反時計方向に徐々に間隙が広がっていき、反時計方向側にあるシュー２４３の端部で最も間隙が大きくなる。よって、磁極ティース２４とロータ１０の磁極１２が引き合う力はシュー２４３の図２における反時計回り方向から、時計回り方向に向かって徐々に強まっていき、その位置（つまりコギングトルクが０となる位置）は、磁極ティース２４の中心面Ｆａよりも時計回り方向に大きくずれる。コギングトルクが０となる位置が磁極ティース２４の中心面Ｆａからずれるほど、起動トルクが得やすくなる。

本実施の形態による作用効果をもう一つ述べる。図７は、単相ブラシレスモータ１００の組立途中を示している。前にも述べたように、コア片２２とヨーク結合片２８とは分離できるので、まず磁極ティース２４にコイル２７を巻回してステータ片２１を製造し、次にステータ片２１とヨーク結合片２８とを組み立てるようにすれば、磁極ティース２４にコイル２７を巻回するときに、磁極ティース２４の周囲を広くとることができ、フライヤなどでのコイル２７の巻回が高速に容易にでき、また巻線ノズル（図４の巻線ノズルＷＪを参照）を容易に磁極ティース２４に近づけることができるので、巻線ノズルＷＪを挿入するためのスペースを空けておく必要がなく、コイル２７の断面積（巻数）を大きくすることができる。

一方、図４の従来の単相ブラシレスモータ９００では図４に示すように磁極ティース９４と環状のヨーク９８とが一体となっているため、内周側から巻線ノズルＷＪを挿入してコイル２７を巻回する必要がある。そうすると、巻線ノズルＷＪがスロット９９の奥まで入るスペースを確保しなければならず、結果として、コイルの断面積（巻数）は、図１の単相ブラシレスモータ１００よりも少なくならざるを得ない。すなわち、本実施の形態の単相ブラシレスモータ１００は、コイル２７の断面積が多く、銅損を従来よりも減らすことができる。また、従来のものは、溝部９４５を有するため、溝部９４５の付近のシュー９４３の厚み（ステータ９０の径方向寸法）が小さく、当該部において磁束密度が局所的に高くなり、鉄損が増加する。一方、本実施の形態の単相ブラシレスモータ１００は、平面２４５側のシュー２４３の厚みは徐々に小さくなるため、局所的に磁束密度が高くなることがなく、従来の単相ブラシレスモータと比較して鉄損を低く抑えることができる。以上から、本実施の形態の単相ブラシレスモータ１００は、良好な起動トルクを得ることができるとともに、低銅損、低鉄損となり、高効率なものとすることができる。

このような単相ブラシレスモータ１００は、あらゆる用途に用いることができる。例えば、限られたスペースにモータや駆動回路を配置する必要がある電気掃除機などの小型の家庭用電気製品の駆動源などに好適である。なお、単相駆動形のモータは相数が少ない分、駆動回路の構成も単純かつ小型にすることができ、省スペース化が可能である。

本実施の形態の単相ブラシレスモータは、コア片２２を有するステータ片２１とヨーク結合片２８とを組み合わせてステータ２０を製造する。分割されたステータ片２１は、コイル２７を磁極ティース２４に巻回した後にヨーク片２３をヨーク結合片２８にて磁気的に接続して複数のステータ片２１の円弧面２４４にてロータ１０が収容される円筒部が形成されるように組み立てなければならない。以下、精度のよい組立方法について説明する。まず、磁極ティース２４にコイル２７を巻回し、４個のステータ片２１を用意する。次に、図７に示すように、組み立て治具としての芯型ＣＣを中央に配置する。芯型ＣＣは、ロータ１０の径に間隙分を加えた径で作られた円柱状のものである。次に、各ステータ片２１は、磁極ティース２４の円弧面２４４を利用し、芯型ＣＣに円弧面２４４を当接させ、この状態でヨーク結合片２８を各々のヨーク片２３に当接させて円弧面２４４の芯合わせおよびステータ片２１の周方向の位置合わせを行う。このようにすれば、複数の磁極ティース２４の円弧面２４４の中心線とシャフト中心線Ｅ（図２参照）との位置合わせを精度良く行うことができ、磁極ティース２４の円弧面２４４にて形成される円筒面の真円度を確保することができる。これにより、安定した起動トルクを得ることができるとともに、単相ブラシレスモータが回転したときの振動や騒音を抑えることができる。

また、さらに良好な例として、図２に示す平面Ｆｂと、磁極ティース２４の中心面Ｆａとのなす角度θＡが、プラス（反時計方向がプラス）に設定されているので、円弧面２４４を基準にして各ステータ片２１を組み立てる際に、芯型ＣＣに当接させる円弧面２４４の円弧の長さを大きくでき、ステータ片２１が倒れにくく、高い精度で組み立てることができる。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２である単相ブラシレスモータのステータの構成を示す断面図である。この実施の形態では、ステータ５０は、連結部５５を有する。連結部５５は、ステータ片２１のヨーク片２３とヨーク結合片２８とを塑性変形することにより折り曲げ可能に連結している。すなわち、ヨーク片２３の外周部とヨーク結合片２８とが連結部５５により連結されており、連結部５５が塑性変形することにより折り曲げ可能にされている。この連結部５５を軸に、コア片２２とヨーク結合片２８は閉じたり開いたりすることができる。なお、ヨーク片２３と磁極ティース２４とを有するコア片２２およびヨーク結合片２８がこの実施の形態におけるステータコアである。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

コイル２７を磁極ティース２４に巻回するときは、コア片２２を開いて巻回する。従って、実施の形態１と同様、コイル２７を巻回しやすく、コイル面積を大きくすることができる。組み立てる際は実施の形態１と同様、ステータ片２１の円弧面２４４を順次芯型ＣＣに当接させながら、矢印Ｚの方向に折り曲げて行き、芯型ＣＣを周回する形でステータ片２１を配置する。

これにより、実施の形態１におけるのと同様に複数の磁極ティース２４の円弧面２４４の中心線とシャフト中心線Ｅ（図２参照）との位置合わせを精度良く行うことができ、磁極ティース２４の円弧面２４４にて形成される円筒面の真円度を確保することができる。従って、安定した起動トルクを得ることができるとともに、単相ブラシレスモータが回転したときの振動や騒音を抑えることができる。さらには、コア片２２を連結部５５にて連結した状態で一体に取り扱うことができ、製造ラインにおける搬送や取扱が容易となる。

実施の形態３．
図９は実施の形態３である単相ブラシレスモータのステータの構成を示すものであり、図９（ａ）は磁極ティース６４近傍の断面図、図９（ｂ）はヨークの平面図である。この実施の形態では、ステータ片６１の磁極ティース６４とヨーク６８とが分割して製作されている。磁極ティース６４は、図９（ａ）に示すように露出した他方の端部６４８を有する。また、絶縁部材集合体としてのインシュレータ集合体６７を有し、インシュレータ集合体６７は単相ブラシレスモータ１台分である４個の磁極ティース６４をそれぞれ収容し保持する４個の絶縁部材としてのインシュレータ６６が例えば絶縁樹脂により一体に形成されている。また、インシュレータ６６は、断面矩形の筒状部６６ａを有し、筒状部６６ａにそれぞれ磁極ティース６４が図９（ａ）に示すように収容され、筒状部６６ａの外周部にはコイル２７が巻回されている。従って、磁極ティース６４とインシュレータ６６とが組み合わされた状態では、４個の磁極ティース６４が、一体に形成された４個のインシュレータ６６によって支持されている。なお、磁極ティース６４とヨーク６８とがこの実施の形態におけるステータコアである。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

コイル２７を磁極ティース６４に巻回するのに先立ち、まずインシュレータ集合体６７の内周側から４個のインシュレータ６６に磁極ティース６４を順次挿入する。このとき、磁極ティース６４が全て挿入された状態で磁極ティース６４の円弧面２４４にて形成される円筒面の内径は、芯型ＣＣの径よりも僅かに大きくなるようにされている。そして、磁極ティース６４が全て挿入された状態で芯型ＣＣを挿入し、芯型ＣＣに磁極ティース６４の円弧面２４４を当接させ４個の磁極ティース６４の位置決めをする。次に、磁極ティース６４の側方に巻線機を置き、インシュレータ６６にコイル２７を巻回していく。その後、ヨーク６８を図９（ａ）の紙面に垂直な方向から挿入し、磁極ティース２４と一体に固定する。なお、固定方法は、圧入、やきばめ、接着、溶接等いずれの接合方法であってもよい。また、インシュレータ６６にコイル２７を巻回してからインシュレータ６６に磁極ティース６４を順次挿入して保持させてもよい。

このように分割された磁極ティース６４は、インシュレータ集合体６７によって一体に保持可能であるので、磁極ティース６４がヨーク６８に固定されるまでの間の取り扱いが容易となる。また、コイル２７を４極分巻回する作業やコイル２７を相互に結線する作業が容易になる。なお、一体にされた２個のインシュレータを有するインシュレータ集合体を２個用いることもでき、同様の効果を奏する。

以上のような単相ブラシレスモータは、実施の形態１と同様に、複数の磁極ティース６４の円弧面２４４の中心線とシャフト中心線Ｅとの位置合わせを精度行うことができ、磁極ティース６４の円弧面２４４にて形成される円筒面の真円度を確保することができる。従って、安定した起動トルクを得ることができるとともに、単相ブラシレスモータが回転したときの振動や騒音を抑えることができる。

以上の各実施の形態においては、各磁極が一体に形成された円筒型の永久磁石１１を有するロータ１０を示したが、磁極ごとに分割された複数の永久磁石によって構成されたものであってもよい。また、磁極毎に分割された複数の永久磁石を用いる場合に、永久磁石により形成される磁極同士をつなぐヨーク体を設けていてもよい。

ロータ１０を形成する永久磁石１１は軟磁性材料よりも保磁力が高い硬磁性材料である。永久磁石１１の材料はどんな種類でもよく、例えばフェライト磁粉と樹脂によって構成されるフェライトボンド磁石（残留磁束密度（Ｂｒ）０．２〜０．３Ｔ）、フェライト焼結磁石（Ｂｒ０．３５〜０．４５Ｔ）、ネオジムボンド磁石（Ｂｒ０．５〜０．８Ｔ）、サマ鉄窒素ボンド磁石（Ｂｒ０．５〜０．８Ｔ）、ネオジム焼結磁石（Ｂｒ０．９〜１．４Ｔ）などがあげられる。前記にあげた材料は、磁力、密度、強度などが異なるが、単相ブラシレスモータに求められるトルク、出力、使用環境に応じて適宜選択すればよい。通常は、トルクや出力が大きいほど、残留磁束密度Ｂｒが高い材料を選択する。また、高温下で使われる場合には、高温で減磁しないフェライト磁石や、保磁力が高いネオジム焼結磁石などが望ましい。

シャフト１８は、軟磁性材料、非磁性材料のいずれでもよい。軟磁性材料としては例えば日本工業規格に規定された機械構造用炭素鋼Ｓ１０Ｃ、ＳＳ４００などの鋼材があり、非磁性材料としては例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）などがある。また、強度を大きくするために、これらの材料に焼き入れをしてもよい。

磁極ティースやヨークには、電磁鋼板、ＳＰＣＣなどの厚さ０．２〜１．２ｍｍ程度の薄板の磁性材料を用いることができる。磁性材料は、単相ブラシレスモータに求められるトルク、回転数、出力に応じて適宜選択する。例えば、回転数が高いモータにおいては、保持力が小さく、かつ薄ければ薄いほど、鉄損が低くなり効率が良くなる。

また、以上のように、単相ブラシレスモータを製造するに際し、磁極ティースの円弧面を芯型に当接させて位置決めすることにより、磁極ティースの位置決めを迅速かつ精度良く行うことができ、安定した起動トルクを得ることができるとともに、回転したときの振動や騒音を抑えることができ、かつ組み立て精度を容易に確保できる単相ブラシレスモータの製造方法を提供することができる。

以上の実施の形態においては、隣接面が平面（平面２４５）であるものについて示したが、平面に限られるものではなく、接続部Ｌにて接続するステータの径方向の断面がクロソイド曲線であるクロソイド曲面やインボリュート曲線であるインボリュート曲面等であってもよい。

なお、以上の実施の形態においては、ステータの内側に設けられたロータが回転するインナーロータ型のものについて示したが、内側のステータが固定され外側に配設されたロータが回転するアウターロータ型のものであっても同様の効果を奏する。
また、本発明はその発明の範囲内において、上述した各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることが可能である。

１０ ロータ、１１ 永久磁石、１２ 磁極、２０ ステータ、２１ ステータ片、
２２ コア片、２３ ヨーク片、２４ 磁極ティース、２７ コイル、
２８ ヨーク結合片、５０ ステータ、５５ 連結部、６１ ステータ片、
６４ 磁極ティース、６６ インシュレータ、６７ インシュレータ集合体、
６８ ヨーク、９４ 磁極ティース、１００ 単相ブラシレスモータ、
２００ 単相ブラシレスモータ、２４１ 端部、２４４ 円弧面、２４５ 平面、
２４８，６４８ 端部。

Claims (12)

1. ロータとステータとを有する単相ブラシレスモータであって、
   前記ロータは、円筒形状であって永久磁石により形成される複数の磁極を有するものであり、
   前記ステータは、ステータコアとコイルとを有し、
   前記ステータコアは、ヨークと複数の磁極ティースとを有し、
   前記磁極ティースは、一方の端部および他方の端部を有し、前記一方の端部に前記ロータの中心線を中心とする円弧面および前記円弧面と接続部において接続して形成された隣接面を有するものであって、前記隣接面は前記円弧面と前記隣接面との前記接続部における前記円弧面の接平面と同じ位置または前記接平面よりも前記円弧面と同じ曲率で延長された仮想円弧面から遠い位置に位置するようにして形成された平面であり、
   前記磁極ティースに前記コイルが巻回され、
   前記磁極ティースは、前記円弧面が前記ロータの径方向に一定の間隙を設けて前記ロータと対向されるとともに、前記隣接面と前記ロータとの前記径方向の間隙が前記円弧面から遠ざかるに従って大きくなるようにして前記隣接面が前記ロータと対向配置され、前記他方の端部が前記ヨークに磁気的に結合されたものである
   単相ブラシレスモータ。
2. 前記一方の端部は、第１のシューおよび第２のシューを有し、前記第１のシューに前記円弧面が形成され、かつ前記第２のシューに前記径方向の厚みが前記円弧面から遠ざかるに従って小さくなるようにして前記隣接面が形成されたものである
   請求項１に記載の単相ブラシレスモータ。
3. 前記接続部は、前記磁極ティースの中心面上、または前記中心面よりも前記第２のシュー側に位置するものである
   請求項２に記載の単相ブラシレスモータ。
4. 前記接続部は、前記磁極ティースの中心面上に位置し、
   前記隣接面は、前記接続部における前記円弧面の接平面と同じ位置に位置するものである
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の単相ブラシレスモータ。
5. 前記隣接面は、前記接続部を通過し前記磁極ティースの中心面と直交する直交平面と同じか前記直交平面よりも前記仮想円弧面に近い位置に位置するようにして形成されたものである
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の単相ブラシレスモータ。
6. 前記ステータコアは、前記磁極ティースおよび前記磁極ティースに対応するヨーク片を有する複数のコア片を組み合わせて構成されたものである
   請求項１からは請求項５のいずれか１項に記載の単相ブラシレスモータ。
7. 前記コア片は、前記磁極ティースと前記ヨーク片とが一体に形成されたものである
   請求項６に記載の単相ブラシレスモータ。
8. 前記ステータコアは、前記ヨーク片を磁気的に結合するヨーク結合片を有するものである請求項６または請求項７に記載の単相ブラシレスモータ。
9. 前記ステータコアは、前記複数のコア片が相互に折り曲げ可能に連結されて構成されたものである
   請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の単相ブラシレスモータ。
10. 前記ステータコアは、前記ヨークとは別体に形成された複数の前記磁極ティースと前記ヨークとを組み合わせて構成されたものである
    請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の単相ブラシレスモータ。
11. 請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の単相ブラシレスモータの製造方法であって、円筒形の組み立て治具に前記磁極ティースの前記円弧面を当接させて前記磁極ティースの位置合わせを行う工程を有するものである
    単相ブラシレスモータの製造方法。
12. 請求項１０に記載の単相ブラシレスモータの製造方法であって、複数の絶縁部材を有する絶縁部材集合体を製造する工程と、前記絶縁部材に前記磁極ティースを保持させる工程と、
    円筒形の組み立て治具に前記磁極ティースの前記円弧面を当接させて前記磁極ティースの位置合わせを行う工程とを有するものである
    単相ブラシレスモータの製造方法。

Images