KR20060064637A

KR20060064637A - 동기 모터

Info

Publication number: KR20060064637A
Application number: KR1020067003223A
Authority: KR
Inventors: 후미토 코마츠
Original assignee: 후미토 코마츠
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2006-06-13
Also published as: TW200509503A; JPWO2005018071A1; WO2005018071A1; GB2421360A; GB0604679D0; GB2421360B; CN1836358A; US20060238059A1

Abstract

고정자 코어에 보빈을 사이에 두고 권회되는 코일 권선의 점적률을 향상시킨 동기 모터를 제공한다. 고정자 코어(26)는 코일 권선(28)이 권회된 보빈(29)의 축심 방향 양측에 분할 가능하게 조립되어 있다.

동기 모터

Description

동기 모터{SYNCHRONOUS MOTOR}

본 발명은 동기 모터에 관한 것이다.

근래, 예를 들면 OA 기기에는, 냉각용의 DC 또는 AC 팬 모터가 장비되어 있고, 특히 고회전수를 필요로 하는 기기에는 2극 또는 4극의 AC 팬 모터가 알맞게 이용된다.

이 AC 팬 모터의 구성에 관해 설명하면, 코일 권선에 접속하는 정류 회로에 다이오드, 브러시, 정류자를 구비하고, 교류 전원으로 공급된 교류 전류를 정류하면서 회전자(rotor)를 가세하도록 회전시켜서 직류 모터로서 기동 운전하고, 회전자의 회전을 동기 회전 부근까지 상승시키고, 그 시점에서 정류자를 기계적으로 정류 회로로부터 분리하여 교류 전원에 의한 동기 운전으로 전환하는 동기 모터가 있다(특허 문헌 1, 특허 문헌 2 참조).

특허 문헌 1 : 특개평9-84316호 공보

특허 문헌 2 : 특허평9-135559호 공보

또한, 운전 회로 제어부(마이크로컴퓨터 등)에 의한 통전 제어에 의해, 기동 운전 회로의 A코일 및 B코일에 흐르는 정류 전류의 전류 방향을 교대로 전환하여 기동 운전하고, 또는 기동 운전 회로의 코일 권선에 교대로 흐르는 정류 전류가 반 전하는 범위 내에서 스위칭 제어하여 비반전측에 대해 반전측의 입력을 억제하여 기동 운전하고, 광센서에 의해 검출된 회전자의 회전수가 동기 회전수 부근에 도달한 때에, 운전 전환 스위치를 동기 운전 회로로 전환하여 동기 운전으로 이행하도록 제어하는 동기 모터가 제안되어 있다(특허 문헌 3 및 특허 문헌 4 참조). 이들의 동기 모터에 있어서, 고정자 코어(stator core)(적층 코어)의 홈부에는 절연 수지제의 보빈이 감입(嵌入)되어 있고, 해당 보빈에는 코일 권선으로서의 코일 권선이 권회(卷回)되어 있다. 이 코일 권선은, 자동기 등을 이용하여 모터의 회전 방향에 맞추어서 소정의 감는 방향으로 소정의 권수(卷數)로 보빈에 감겨 있다.

특허 문헌 3 : 특개 2000-125580호 공보

특허 문헌 4 : 특개 2000-166287호 공보

상술한 동기 모터에 있어서, 소형의 고정자 코어에 보빈을 장착하고, 해당 보빈에 코일 권선(卷線)을 권회(卷回)하는 일련의 작업을 자동화하기가 어려워서, 모터의 조립 공수가 많고 생산성이 낮다는 과제가 있다.

또한, 코일 권선을 보빈에 권회하는 경우, 보빈의 휨이나 외형 왜곡 등에 의해 코일 권선을 정렬하여 감는 것이 곤란하였다. 이로 인해 코일 권선의 점적률(占積率)이 저하되어 모터의 효율을 올리는 것이 어려워진다.

또한, 회전자의 기동 회전 방향을 안정시키기 위해 고정자 코어에 둘레 방향으로 보조 코어를 마련하려고 하면, 보빈의 장착 공간이 감소하여 코일 권선을 권회하는 공간부가 감소한다.

또한, 회전자에 둘러싸인 협소한 공간 내에서 코일을 외부로 연결하는 배선(외결선)을 마련할 필요가 있고, 코일 외결선을 회전자에 간섭하는 일 없이 배선하는 것이 어렵다.

본 발명의 제 1의 목적은, 고정자 코어에 보빈을 사이에 두고 권회되는 코일 권선의 점적률을 향상시킴과 함께 모터의 조립 공정을 간략화하여 양산성 향상을 도모하는 것, 제 2의 목적은, 회전자의 기동 회전 방향을 안정시키는 것, 제 3의 목적은 코일 외결선의 배선 길이를 단축하여 한정된 공간을 유효하게 이용하는 동기 모터를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다음의 구성을 갖는다.

제 1의 구성은, 하우징 내에 출력축을 중심으로 회전 가능하게 축지(軸支)된 회전자와, 해당 회전자에 둘러싸인 공간부에 배치되는 고정자를 구비한 동기 모터에 있어서, 고정자 코어는, 코일 권선이 권회되는 보빈의 축심 방향 양측에 분할 가능하게 조립되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정자 코어의 회전자에 대향하는 자극(磁極) 작용면부(作用面部)는, 고정자 코어의 길이 방향의 중심선에 대해 자기적(磁氣的)으로 비대칭이 되도록 해당 중심선의 양측에서 형상이 다르게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보빈에는 미리 코일 치구에 코일 형상으로 감겨진 코일 권선이 홈부에 감입(嵌入)되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보빈은 통형상의 권심부(卷心部)를 둘러싸는 기립벽(起立壁)이 가교부를 통하여 일체로 형성된 단면 ㄷ자형상의 홈부에, 미리 코일 형상으로 권회된 코일 권선이 감입되고, 분할된 고정자 코어가 상기 권심부에 축심 방향 양측으로부터 삽입되고, 선단부가 맞닿아져서 감입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 권심부는 기립벽보다 외방으로 돌출하여 형성되어 있고, 상기 권심부에 코일 권선끼리의 단자 사이 접속을 행하는 배선 패턴이 형성된 결선 기판이 양측을 절연 필름으로 피복하여 감입되고, 고정자 코어와 기립벽과의 사이에서 끼여지지되어 조립되는 것을 특징으로 한다.

제 2의 구성은, 하우징 내에 출력축을 중심으로 회전 가능하게 축지된 회전자와, 해당 회전자에 둘러싸인 공간부에 배치되는 고정자를 구비한 동기 모터에 있어서, 고정자 코어는, 코일 권선이 권회되는 보빈의 축심 방향 양측에 보빈과 함께 분할 가능하게 조립되고, 각 보빈의 대향면에 코일 권선끼리를 결선하는 결선 기판이 배설되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정자 코어의 회전자에 대향하는 자극 작용면부는, 고정자 코어의 길이 방향의 중심선에 대해 자기적으로 비대칭이 되도록 해당 중심선의 양측에서 형상이 다르게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 보빈에는 미리 코일 치구에 코일 형상으로 감겨진 코일 권선이 홈부에 각각 감입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 각 보빈의 축심을 통하여 양측으로부터 조립된 고정자 코어끼리를 연결하여 고정하는 연결 플레이트가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 회전자 마그넷의 고정자 자극에 대향하는 내주면이 정현파(正弦波) 형태로 착자(着磁)되어 있고, 자극 검출면은 사다리꼴파(trapezoidally) 형태로 착자되어 있는 것을 특징으로 한다.

제 1의 구성의 동기 모터를 이용하면, 고정자 코어는, 모터 코일이 권회된 보빈의 축심 방향 양측에 분할 가능하게 조립되어 있기 때문에, 회전자에 둘러싸인 한정된 공간 내에서 보빈을 분할하지 않고 고정자 코어에 장착할 수 있다. 따라서, 코일 권선을 권회하는데 충분한 공간을 확보할 수 있다.

또한, 회전자에 대향하는 고정자 코어의 자극 작용면은, 고정자 코어의 길이 방향의 중심선에 대해 자기적으로 비대칭이 되도록 해당 중심선의 양측에서 형상이 다르게 되어 있기 때문에, 회전자의 기동 회전 방향을 안정화할 수 있다.

또한, 미리 코일 치구에 코일 형상으로 감겨진 코일 권선이 홈부에 감입되기 때문에, 보빈의 휨 등의 변형에 영향을 받지 않고 정렬하여 감겨진 코일 권선을 형성할 수 있다. 따라서, 코일 권선의 점적률을 향상시키고, 모터의 출력 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 보빈은 통형상의 권심부를 둘러싸는 기립벽이 가교부를 통하여 일체로 형성된 단면 ㄷ자형상의 홈부에, 미리 코일 형상으로 권회된 코일 권선이 감입되기 때문에, 모터의 조립 공정을 간략화할 수 있고, 모터의 조립 자동화를 도모함에 의해 생산성을 향상시킬 수 있다.

나아가서는, 코일 권선끼리의 단자 사이 접속을 행하는 배선 패턴이 형성된 결선 기판이 보빈의 권심부에 감입되어 있기 때문에, 하우징 내의 열려진 공간을 이용하여 결선 기판에 의해 배선 접속을 행할 수가 있어서, 코일 외결선의 배선 길이를 단축하여 회전자와의 간섭을 막을 수 있다.

또한, 제 2의 구성의 동기 모터를 이용하면, 고정자 코어는, 코일 권선이 권회되는 보빈의 축심 방향 양측에 보빈과 함께 분할 가능하게 조립되기 때문에, 출력축이 고정자 코어를 관통하여 일단측 및 양단측의 어느 쪽으로도 구동 전달할 수 있기 때문에, 편리성이 높다. 또한, 각 보빈의 대향면에 코일 권선끼리를 결선하는 결선 기판을 배설함으로써, 코일 외결선의 배선 길이를 더욱 단축할 수 있고, 모터의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 분할된 각 보빈은 미리 코일 형상으로 권회된 코일 권선이 홈부에 각각 감입된 채로 결선 기판과 고정자 코어와 함께 조립되고, 좌우에서 부품 형상을 공통화한 부품을 사용하기 때문에 생산성이 좋고, 모터의 조립 공정을 간략화할 수 있고, 모터의 조립 자동화를 도모함에 의해 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1A는 제 1의 구성에 관한 2극 동기 모터의 고정자 코어의 길이 방향 단면 설명도, 및 도 1B는 상부 하우징 내부에서 본 단면도.

도 2A는 2극 동기 모터를 결선 기판측에서 본 단면 설명도, 도 2B는 상시도(上視圖), 도 2C는 결선 기판의 설명도, 및 도 2D는 고정자 프레임과 하부 하우징과의 조립 상태를 도시한 부분 단면도.

도 3A는 결선 기판의 사시도, 3B는 절연 필름의 사시도.

도 4는 보빈 및 코일 권선의 사시도.

도 5는 고정자 코어의 사시도.

도 6A는 배선 접속부, 도 6B는 센서 기판, 도 6C는 고정자 프레임 및 하부 하우징의 사시도.

도 7은 고정자 프레임을 하부 하우징에 조립한 상태를 도시한 상시도.

도 8은 보빈에 고정자 코어를 조립한 상태의 사시도.

도 9는 고정자를 고정자 프레임에 조립한 상태의 사시도.

도 10은 제 1의 구성에 관한 2극 동기 모터의 분해 사시도.

도 11은 상부 하우징과 하부 하우징과의 조립 구조를 도시한 분해 사시도.

도 12는 2극 동기 모터의 운전 회로의 설명도.

도 13A는 제 2의 구성에 관한 2극 동기 모터의 고정자 코어의 길이 방향 단면 설명도, 도 13B는 내부도(internal view), 도 13C는 하부 하우징의 상시도, 도 13D는 결선 기판의 설명도, 및 도 13E는 센서 기판의 하부 하우징에의 조립 상태를 도시한 부분 단면도.

도 14A는 2극 동기 모터의 고정자 코어의 짧은변 방향 단면 설명도, 및 도 14B는 아래쪽에서 본 도면.

도 15는 영구 자석의 착자 파형을 도시한 그래프도.

도 16A 내지 도 16C는, 하부 하우징에 조립된 고정자 및 센서 기판의 분해 사시도.

도 17은 상부 하우징과 하부 하우징과의 조립 구조를 도시한 분해 사시도.

도 18은 제 2의 구성에 관한 2극 동기 모터의 분해 사시도.

이하, 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설 명한다.

이하에서는, 외부 회전자형(outer rotor-type)의 동기 모터의 한 예로서, 2극 동기 모터에 관해 설명한다. 우선, 도 1 내지 도 9를 참조하여 제 1의 구성에 관한 2극 동기 모터의 전체 구성에 관해 설명한다.

도 1A에서, 회전자(로터)(1) 및 고정자(스테이터)(2)는 상부 하우징(3) 및 하부 하우징(4)이 상하로 겹쳐지고, 고정 나사(49)에 의해 나사 고정되어 형성되는 하우징(6) 내에 수용되어 있다. 상부 하우징(3)에는 출력축(7)이 감입되어 있다. 출력축(7)은, 상부 하우징(3)에 감입된 상부 베어링(8)에 의해 보스부(9)가 회전 가능하게 축지되어 있다.

회전자(1)에는, 회전자 베어링 부재(10)가 일체로 감입되고, 해당 회전자 베어링 부재(10)가 하부 하우징(4)에 감입된 하부 베어링(11)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 상부 베어링(8) 및 하부 베어링(11)으로서는, 고정자 코일에 형성되는 자계의 혼란을 고려하여, 비자성의 재료, 예를 들면 스테인리스나 알루미늄 합금 등이 알맞게 이용된다. 또한, 상부 베어링(8)의 축방향 상단과 상부 하우징(3)과의 사이에는 예압 스프링(preloaded spring; Z12)(도 2B 참조)이 배치되어 있어서, 상부 베어링(8)을 축방향 하측을 향하여 가세하여 회전자(1)의 들떠오름을 억제하고 있다.

회전자(1)의 구성에 관해 설명한다. 도 1A 및 도 2A에서, 보스부(9)는 회전자 케이스(13)에 코킹되어 있고, 회전자 케이스(13)는 보스부(9)를 사이에 두고 출력축(7)에 일체적으로 연계(連繫)하여 있다. 회전자 케이스(13)는 하단측이 개방된 컵형상으로 형성되어 있고, 내주면에는 원통형상의 영구 자석(14)이 고착되어 있다. 영구 자석(14)은 둘레 방향으로 약 18O도씩 N·S 교대로 2극으로 착자되어 있다. 이 영구 자석(14)으로서는, 예를 들면, 페라이트, 고무 마그넷, 플라스틱 마그넷, 사마륨-코발트, 희토류의 마그넷, 네오디뮴-철-보론 등을 원재료로 하여 염가로 제조할 수 있다. 회전자(1)는 통전에 의해 고정자(2)측에 형성되는 자극과의 반발에 의해 출력축(7)을 중심으로 기동 회전하게 되어 있다.

도 1A 및 도 2A에서, 회전자 케이스(13)에 둘러싸인 공간부에는 고정자(2)가 마련되어 있다. 하부 하우징(4)에는 고정자 프레임(16)이 고정 나사(46)에 의해 일체로 지지되어 있다(도 2D 참조). 도 2A에서, 고정자 프레임(16)에는, 회전자(1)의 회전수나 자극 위치를 검출하는 홀 소자(18)를 구비한 센서 기판(19)이 고정 나사(43)에 의해 고정되어 있다. 홀 소자(18)는 회전자(1)의 회전수 및 자극 위치를 검출하고, 회전수에 응한 펄스를 발생시키고, 자극 위치에 응하여 후술하는 운전 회로 제어부(마이크로컴퓨터 등)에 의해 소정의 타이밍에서 기동 운전 회로의 스위칭 제어가 행하여진다. 또한, 홀 소자(18)에 대신하여 광투과형 또는 반사형의 광센서, 자기 저항 소자, 코일 등을 이용한 자기 센서, 고주파 유도에 의한 방법, 커패시턴스 변화에 의한 방법 등 다양한 센서가 이용 가능하다.

고정자(2)의 구성에 관해 설명한다. 도 6A 내지 도 6C에서, 고정자 프레임(16) 및 하부 하우징(4)의 중심부에는, 외부 접속선을 하우징(6) 밖으로 인출하는 배선 인출부(21)가 감입된다. 이 배선 인출부(21)는, 고정자 프레임(16) 및 하부 하우징(4)의 중심부의 고정자 고정부(45)에 연통하고 마련된 갑입구멍(22)에 감입 된다. 배선 인출부(21)는, 플랜지 형상으로 돌출하여 나온 계지부(21a)가 고정자 프레임(16)의 바닥부에 형성된 오목부(16a)에 감입되어 계지하고, 프레임 외측으로 빠짐 방지되어 있다. 배선 인출부(21)에는, 고정자 코일에 접속하는 배선을 인출하는 배선 인출구멍(관통구멍)(23) 및 회전자(1)의 회전 위치를 검출하는 센서 기판(19)에 접속하는 배선을 인출하는 센서 배선 인출구멍(관통구멍)(24)이 각각 마련되어 있다. 배선 인출구멍(23) 및 센서 배선 인출구멍(24)으로부터 인출된 각 배선은 후술하는 기동 운전 회로나 동기 운전 회로를 제어하는 운전 회로 제어부에 전기적으로 접속된다.

도 6B에서, 고정자 프레임(16)에는, 고정자 장착부(25)가 마련되어 있고, 해당 고정자 장착부(25)에 고정자 코어(26)가 장착된다. 도 1A에서, 고정자 코어(26)는, 고정 볼트(27)에 의해 고정자 장착부(25)에 고정된다. 고정자 코어(26)는 2슬롯을 갖는 적층 코어가 이용되고, 예를 들면 규소 강판으로 이루어지는 적층 코어가 알맞게 이용된다. 도 1B에서, 고정자 코어(26)는, 코일 권선(28)이 권회된 보빈(29)의 축심 방향 양측에 분할 가능하게 조립되어 있다.

도 5에서, 고정자 코어(26)의 영구 자석(14)에 대향하는 자극 작용면(26a, 26b)은, 고정자 코어(26)의 길이 방향의 중심선(M)에 대해 자기적으로 비대칭이 되도록 해당 중심선(M)의 양측에서 형상이 다르다. 이로써, 기동시에 코일 권선(28)에의 통전에 의해 자극 코어(30a, 30b)에 발생하는 자극과 회전자 자극(영구 자석(14)의 자극)과의 반발 및 흡인에 의해 회전자(1)의 기동 회전 방향이 안정된다. 이와 같이, 자극 코어(30a, 30b)의 둘레 방향 양측에 돌설(突設)된 자속 작용면부 (26a, 26b)가, 고정자 코어(26)의 길이 방향의 중심선(M)에 대해 자기적으로 비대칭이 되도록 해당 중심선(M)의 양측에서 형상이 다르게 되어 있기 때문에, 기동시에 있어서의 회전 사점(死點)을 해소할 수 있고, 회전자(1)가 일정 방향(본 실시예에서는 도 1B의 시계 회전 방향)으로 회전하여, 기동 회전 방향을 안정화할 수 있다.

도 5에서, 고정자 코어(26)는, 자극편(磁極片)(30a)과 자극편(30b)으로 분할 가능하게 구성되어 있다. 자극편(30a, 30b)의 형상은 임의이지만, 제조 용이성을 고려하면 회전자(1)의 회전 중심에 대해 서로 점대칭이 되는 형상으로 하는 것이 바람직하다. 자극편(30a)과 자극편(30b)은, 보빈(29)의 축심 방향 양측으로부터 삽입되는 삽입부(31a, 31b)의 측면에 형성된 테이퍼부(31c, 31d)끼리를 활주접촉시켜서 보빈(29)의 축구멍에 양측으로부터 삽입되어 선단부가 서로 맞닿아져서 감입된다. 자극 작용면부(26a, 26b)의 일부에 오목부(32)가 각각 마련되고, 회전자측 영구 자석(14)의 자극부와의 사이에 보다 확대된 갭(공극부)이 형성된다. 오목부(32)는, 회전자(1)의 회전 중심에 대해 점대칭이 되는 위치(180도 회전한 위치)에 형성되어 있다. 이 오목부(32)에 의해, 자속(磁束) 작용면부(26a, 26b)로부터 작용하는 자속의 밸런스가 중심선(M)에 대해 좌우에서 무너져서 한쪽으로 치우치고, 즉 자기 저항이 적은(공극부가 작은) 시계 회전 방향측의 자속 작용면부(26a, 26b)로 자속이 치우쳐서 작용하게 되어 있다. 또한, 자극편(30a, 30b)의 보빈(29)에 맞닿는 당접면부(當接面部)(33a, 33b)에는, 오목부(34)가 2개소에 각각 형성되어 있다. 당접면부(33a, 33b)에 형성된 오목부(34)도, 회전자(1)의 회전 중심에 대해 점대칭이 되는 위치(180도 회전한 위치)에 형성된다. 이 오목부(34)는, 후술하는 결선 기판(37)에의 외부 접속선의 통로 및 온도 퓨즈(39)가 조립되는 공간부로서 이용된다(도 1A 참조). 자극편(30a, 30b)에는 관통구멍(30c, 30d)이 각각 천공되어 있고 고정 볼트(27)가 관통하여 고정된다. 고정 볼트(27)의 선단은, 도 6 및 도 7에 도시한 고정자 장착부(25)에 형성된 나사구멍(25a)에 나사결합하여 고정된다.

도 4에서, 보빈(29)은 통형상의 권심부(35)를 둘러싸는 기립벽(29a)이 가교부(29b)를 통하여 일체로 형성된 단면 ㄷ자형상의 홈부(41)에, 미리 코일 형상으로 권회된 코일 권선(28)이 감입된다. 보빈(29)은 코일 권선(28)과 고정자 코어를 절연하는 절연 수지재로 형성되어 있고, 권심부(35)에는 고정자 코어(26)가 축심 방향 양측으로부터 장착된다. 자극편(30a, 30b)이 권심부(35)의 양측으로부터 테이퍼부(31c, 31d)끼리를 활주접촉시켜서 삽입되고, 선단부가 맞닿아질 때까지 감입된다(도 1B 참조). 이 보빈(29)의 권심부(35)에는, 예를 들면 A코일 및 B코일이 직렬로 권회된 코일 권선(28)이 감입된다. 도 4에서, 28a가 감기 시단(始端), 28b가 중간 탭, 28c가 감기 종단(終端)이다. 코일 권선(28)은, 미리 도시하지 않은, 코일 치구에 자동기에 의해 코일 형상으로 감겨져서 형성되어 있다. 이 코일 권선(28)이 보빈(29)의 권심부(35)의 주위에 형성된 홈부(41)에 각각 감입되어 있다. 코일 권선으로서는 예를 들면 자기(自己) 융착선(마그넷 와이어)이 알맞게 이용된다. 자기 융착선은, 미리 코일 치구에 코일 형상으로 권회된 상태로 가열함에 의해 융착하여 코일 형상으로 형성되던지 또는 자기 융착선에 알코올을 칠하면서 코일 형상으로 권회하여 융착제가 용출(溶出)함에 의해 코일 형상으로 형성된다. 이와 같이 하여 형성된 코일 권선(28)이 보빈(29)의 권심부(35)에 감입되고, 홈부(41)에 수용되어 접착 고정된다.

미리 코일 형상으로 감겨진 코일 권선(28)이 권심부(35)의 주위에 형성된 홈부(41)에 감입되어 있기 때문에, 보빈(29)의 휨 등의 변형에 영향을 받지 않는 코일 권선(28)을 형성할 수 있다. 따라서, 코일 권선의 정렬 감기를 용이하게 실현할 수 있기 때문에 점적률이 향상하고, 모터의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 4에서, 보빈(29)의 권심부(35)는 기립벽(29a)보다 외방으로 돌출하여 형성되어 있다. 권심부(35)에는 코일 권선(28)을 덮고서, 코일 권선(28)끼리의 단자 사이 접속을 행하는 배선 패턴이 형성된 결선 기판(37)이 양측을 절연 필름(36, 38)으로 피복하여 감입된다. 도 3에서, 감입구멍(37a)이 형성된 결선 기판(37)의 양측이 감입구멍(36a)이 형성된 절연 필름(36) 및 감입구멍(38a)이 형성된 절연 필름(38)으로 피복되어 권심부(35)에 감입된다. 이들은, 예를 들면 자극편(30a)이 보빈(29)의 권심부(35)에 감입됨에 의해, 고정자 코어(26)와 기립벽(29a)과의 사이에서 끼여지지되어 조립된다(도 1B 참조). 또한, 결선 기판(37)에는, 코일 권선(28)이 감기 시단(28a)에 온도 퓨즈(39)를 통하여 접속하는 외부 접속선(40a), 중간 탭(28b)에 접속하는 외부 접속선(40b), 감기 종단(28c)에 접속하는 외부 접속선(40c)이 각각 접속되어 있다.(도 2C 참조).

도 8에서, 외부 접속선(40a, 40b, 40c)은, 자극편(30a)의 당접면부(33a)에 마련된 오목부(34)를 통과하여 하우징(6) 내를 축방향으로 배선된다. 그리고, 고정자 프레임(16)에 감입된 배선 접속부(21)의 배선 인출구멍(23)을 통과하여 하부 하 우징(4)의 외부로 인출된다(도 1A 참조). 또한, 도 9에서, 홀 소자(18)가 탑재된 센서 기판(19)은, 고정자 프레임(16)의 기판 고정부(42)에 고정 나사(43)에 의해 고정된다. 센서 기판(19)에 접속하는 센서 인출선(44a, 44b, 44c)은, 배선 접속부(21)의 센서 배선 인출구멍(24)를 통과하여 하부 하우징(4)의 외부로 인출된다(도 2A, 도 7 참조). 또한, 고정자 코어(26)의 일부에 형성된 오목부(34)를 이용하여 외부 접속선(40a, 40b, 40c)을 축방향으로 배선할 수 있기 때문에 배선 길이를 단축할 수 있고, 회전자(1)와 간섭할 우려도 없어진다.

2극 동기 모터의 조립 공정의 한 예에 관해 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다.

도 10에서, 우선 회전자(1)의 조립 공정의 한 예에 관해 설명한다. 회전자 케이스(13)의 중심부에는 보스부(9)가 감입되고, 내벽면에는 원통형상의 영구 자석(14)이 감입되어 접착된다. 또한, 보스부(9)에는 출력축(7)이 일체로 감입된다. 상부 하우징(3)의 중심부에는, 예압 스프링(12)을 사이에 두고 상부 베어링(8)이 감입되어 있다, 회전자 케이스(13)는, 보스부(9)가 상부 베어링(8)에 회전 가능하게 축지된다. 또한, 회전자 케이스(13)의 하단측 개구부에는 후술하는 회전자 베어링 부재(10)가 일체로 감입된다. 회전자 베어링 부재(10)는, 하부 하우징(4)에 감입된 하부 베어링(11)에 회전 가능하게 축지된다.

다음에 도 10에서, 고정자(2)의 조립 공정의 한 예에 관해 설명한다. 하부 하우징(4)에는 하부 베어링(11)이 감입되고, 하부 베어링(11)에는 회전자 베어링 부재(10)가 축지된다. 이 상태에서, 고정자 프레임(16)을 하부 하우징(4)의 중심부 에 마련된 고정자 고정부(45)에 겹치고, 관통구멍(4b)에 고정 나사(46)를 감입하여 나사구멍(16b)에 4개소에서 나사 고정된다(도 6B 참조). 고정자 프레임(16) 및 고정자 고정부(45)에 마련된 감입구멍(22)에는, 배선 접속부(21)가 감입되고, 기판 고정부(42)에는, 홀 소자(18)를 탑재한 센서 기판(19)이 고정 나사(43)에 나사 고정된다.

보빈(29)의 홈부(41)에는, 자기 융착선을 이용하여 코일 형상으로 권회된 코일 권선(28)이 권심부(35)의 주위에 감입되어 접착되고, 코일(28)을 덮도록 절연 필름(36), 결선 기판(37), 절연 필름(38)이 권심부(35)를 삽통시켜서 겹쳐진다. 그리고, 보빈(29)의 양측으로부터 고정자 코어(26)를 구성하는 자극편(30a, 30b)이 권심부(35)의 양측으로부터 축심 방향으로 선단부끼리가 맞닿아질 때까지 삽입되고, 절연 필름(36, 38) 사이에 적층된 결선 기판(37)이 보빈(29)에 조립된다. 고정자 코어(26)는, 고정자 프레임(16)의 고정자 장착부(25)에 장착되고, 자극편(30a, 30b)의 관통구멍(30c, 30d)에 고정 볼트(27)를 각각 삽입하여 나사구멍(25a)에 나사 고정하여 고정된다.

최후로, 도 11에서, 회전자 케이스(13)를 수용한 상부 하우징(3)을 하부 하우징(4)에 감입하여 고정자(2)를 하우징(6) 내에 수용한 후, 상부 하우징(3)의 하단측 주면부(周面部)에 마련된 슬릿 구멍(47)으로 나사 구멍(48a)이 천공된 삽입편(48)을 삽입하고, 하부 하우징(4)측의 관통구멍(4a)으로부터 고정 나사(49)를 감입하여 삽입편(48)의 나사 구멍(48a)에 나사결합시킴에 의해, 삽입편(48)을 통하여 상부 하우징(3)과 하부 하우징(4)이 끌어당겨져서 일체화된다.

다음에, 도 12에서 2극 동기 모터의 운전 회로의 한 예에 관해 설명한다. 기동 운전 회로(50)는, 단상 교류 전원(51)의 교류 전류를 정류 브리지 회로(52)에 의해 전파 정류하고, 회전자(1)의 회전 각도에 응하여 운전 회로 제어부(마이크로컴퓨터 등)(53)로부터의 출력(OUT2, 3)에 의해 스위칭 수단(트랜지스터(Tr1 내지 Tr4))을 전환하여 A코일을 흐르는 정류 전류 방향(도 12의 화살표(PQ) 참조)을 바꾸도록 통전하여 회전자(1)를 직류 브러시리스 모터로서 기동 운전한다. 또는 도시하지 않지만 A코일 및 B코일에 교대로 흐르는 정류 전류가 반전하는 범위 내에서 스위칭 제어하여 비반전측에 대해 반전측의 입력을 억제하여 기동 운전하여도 좋다. 또한, 기동 운전에서는, 운전 전환 스위치(SW1, SW2)는 OFF로 되어 있다.

이와 같이 운전 회로 제어부(53)에 의한 통전 제어에 의해, 기동 운전 회로(50)의 A코일에만 흐르는 정류 전류의 전류 방향을 교대로 전환하여 운전이 행하여진다. 그리고, 운전 회로 제어부(53)는 홀 소자(18)로부터의 검출 신호의 입력(IN2)에 의해, 회전자(1)의 회전수가 전원 주파수 검출부(54)로부터 입력되는 전원 주파수(IN1)와 동기하는 회전수 부근에 도달한 때에, 운전 회로 제어부(53)로부터의 출력(OUT1)에 의해 운전 전환 스위치(SW1, SW2)를 ON으로 하여 동기 운전 회로(55)로 전환하여 A코일 및 B코일에 의한 동기 운전으로 이행하도록 제어한다(도 12의 화살표(R) 참조).

또한, 동기 모터가 부하의 변동 등에 의해 탈조(脫調)한 경우에는, 운전 회로 제어부(53)는 일단 회전자(1)의 회전수가 동기 회전 이행시보다 소정치까지 떨어진 후 기동 운전으로 이행하고, 재차 동기 운전으로 이행하도록 반복 제어를 행 하도록 되어 있다.

또한, 본 실시예에 나타낸 2극 동기 모터는, 기동 운전으로부터 동기 운전으로의 이행 동작을 운전 회로 제어부(53)에 제어되어 행하여지기 때문에, 전원 주파수가 50Hz, 60Hz, 100Hz 등으로 변화하여도 미세한 기계 설계를 변경하는 일 없이 동일한 2극 동기 모터를 이용할 수 있기 때문에, 극히 범용성이 높은 동기 모터를 제공할 수 있다.

다음에, 제 2의 구성에 관한 2극 동기 모터에 관해 도 13 내지 도 18을 참조하여 설명한다. 제 1의 구성에 관한 2극 동기 모터와 동일 부재에는 동일 번호를 붙여서 설명을 원용하는 것으로 하고, 이하에서는, 제 1의 구성과 다른 점을 중심으로 설명한다.

도 13A에서, 회전자(1)는, 상부 하우징(3) 및 하부 하우징(4)에 출력축(7)이 회전 가능하게 축지되어 있다. 본 실시예에서는, 출력축(7)은 고정자(2)를 관통하여 마련되고, 출력축(7)의 일단에 감입된 보스부(9)가 상부 베어링(8)에, 타단이 하부 베어링(11)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 출력축(7)은, 상부 하우징(3)측이 하우징 밖에 돌설되어 있지만, 하부 하우징(4)측으로 돌설되어 있어도 좋고, 양측으로 돌설되어 있어도 좋다.

고정자(2)의 구성에 관해 설명한다. 도 13B에서, 고정자 코어(26)는, 코일 권선(28)이 권회되는 보빈(29)의 축심 방향 양측에 해당 보빈(29)과 함께 분할 가능하게 조립된다. 또한, 각 보빈(29)의 대향면에는 코일 권선(29)끼리를 결선하는 결선 기판(37)이 각각 마련된다. 고정자 코어(26)는, 하부 하우징(4)에 형성된 고 정자 장착부에 고정 볼트(27)에 의해 나사 고정 고정된다.

도 13B에서, 고정자 코어(26)는, 자극편(30a)과 자극편(30b)으로 분할 가능하게 구성되어 있다. 자극편(30a, 30b)의 형상은 임의이지만, 만들기 쉬움을 고려하면 회전자(1)의 회전 중심에 대해 서로 점대칭이 되는 형상으로 한 것이 바람직하다. 자극편(30a)과 자극편(30b)은, 각각 보빈(29)의 권심부(35)에 축구멍에 삽입부(31a, 31b)가 양측으로부터 삽입된다. 이 삽입부(31a, 31b)의 선단측에는, 맞닿음 볼록부(abutting convex portion; 31c, 31d) 및 맞닿음 오목부(31e, 31f)가 각각 형성되어 있다. 이 삽입부(31a)의 맞닿음 볼록부(31c)를 삽입부(31b)의 맞닿음 오목부(31f)에 맞대고, 삽입부(31b)의 맞닿음 볼록부(31d)를 삽입부(31a)의 맞닿음 오목부(31e)에 맞대어, 고정자 코어(26) 및 보빈(29)이 일체로 조립된다. 고정자 코어(26)의 윗면에는, 연결 플레이트(56)가 적층되고, 고정 볼트(27)에 의해 하부 하우징(4)에 고정된다.

또한, 출력축(7)은, 자극편(30a, 30b)의 서로 맞닿아지는 삽입부(31a, 31b)의 선단면에 형성되는 간극을 삽통하여 마련된다. 고정자 코어(26)는, 그 길이 방향의 중심선(M)에 대해 자기적으로 비대칭이 되도록 해당 중심선의 양측에서 형상이 다르다. 즉, 도 13B에서, 자극편(30a, 30b)의 자극 작용면부(26a, 26b)의 일부에는 오목부(32)가 각각 마련되고, 회전자측 영구 자석(14)의 자극부와의 사이에 의해 확대된 갭(공극부)이 형성된다. 오목부(32)는, 회전자(1)의 회전 중심에 대해 점대칭이 되는 위치(180도 회전한 위치)에 형성되어 있다. 이 오목부(32)에 의해, 자속 작용면부(26a, 26b)로부터 작용하는 자속의 밸런스가 중심선(M)에 대해 좌우 에서 무너져서 한쪽으로 치우치고, 즉 자기 저항이 적은(공극부가 작다) 시계 회전 방향측의 자속 작용면부(26a, 26b)로 자속이 치우쳐서 작용하게 되어 있다.

또한, 자극편(30a, 30b)과 함께 각각 조립되는 보빈(29)은, 도 4와 마찬가지의 것이라도 좋지만, 본 실시예에서는, 권심부(35)의 대향하는 단면(端面)에 오목부(35a) 및 볼록부(35b)가 각각 형성되어 있고, 자극편(30a, 30b)과 함께 조립되면 대향하는 오목부(35a)와 볼록부(35b)가 요철 감합하여 위치 결정되도록 되어 있다(도 18 참조). 보빈(29)은, 통형상의 권심부(35)를 둘러싸는 기립벽(29a)이 가교부(29b)를 통하여 일체로 형성된 단면 ㄷ자형상의 홈부(41)에, 미리 코일 형상으로 권회된 코일 권선(28)이 감입된다. 미리 코일 형상으로 감겨진 코일 권선(28)이 권심부(35)의 주위에 형성된 홈부(41)에 감입되어 있기 때문에, 보빈(29)의 휨 등의 변형에 영향을 받지 않는 코일 권선(28)을 형성할 수 있다.

각 보빈(29)의 홈부(41)를 구성하는 기립벽(29a)의 단면(보빈(29)끼리의 대향면)에 4개소 마련된 돌기(29c)(도 18 참조)에, 도 13D, 13E에 도시한 결선 기판(37)의 감합구멍(37b)을 위치를 맞추어 감입하고 열용착에 의해 일체로 부착되어 있다. 이 결선 기판(37) 사이에 형성된 공간부에, 외부 접속선(40a, 40b, 40c), 도 13D의 기판 배선의 일부에 마련된 온도 퓨즈(39), 기판 사이 결선(40d)(도 13B 참조)이 마련된다. 외부 접속선(40a, 40b, 40c)은, 축방향 바로 아래에 배설되고, 하부 하우징(4)에 마련되는 배선 인출구멍(23)(도 14A 참조)을 통하여 하우징 밖으로 인출된다.

또한, 도 13C에서, 하부 하우징(4)의 고정자 코어(26)의 장착 부분에는, 고 정자 코어(26)를 관통하여 감입되는 고정 볼트(27)를 나사 감합하는 나사구멍(4c)이 마련되어 있다. 또한, 하부 하우징(4)에는, 센서 기판(19)이 고정 나사(43)로 고정된다. 도 13F, 도 14A에서, 센서 기판(19)에는 홀 소자(18)가 탑재되어 있고, 센서 기판(19)에 접속하는 센서 인출선(44a, 44b, 44c)이 기판 바로 아래에 마련되는 센서 배선 인출구멍(24)을 통하여 하우징 밖으로 인출된다.

또한, 회전자(1)의 영구 자석(14)의 고정자 자극에 대향하는 내주면측은, 도 15의 실선으로 도시한 정현파 형태로 착자가 되어 있다. 또한, 자극 검출면이 되는 축방향 단면(端面)은, 도 15의 파선으로 도시한 사다리꼴파 형태로 착자가 되어 있다. 이것은, 영구 자석(14)으로부터의 누설 자속을 홀 소자(18)로 골라서 자극 위치를 검출하는 경우, 센서의 감도에도 따라 정현파 형태로 착자되어 있으면 자극 전환 위치(제로 크로스 점)를 판별하기 어렵지만, 사다리꼴파 형태로 착자(또는 의사 정현파 착자)되어 있으면, 자극 전환 위치를 정밀도 좋게 검출하여 통전 방향의 전환이 행하여지기 때문에, 회전자(1)의 기동 동작이 안정된다.

다음에, 제 2의 구성에 관한 2극 동기 모터의 조립 공정의 한 예에 관해 도 16 내지 도 18을 참조하여 설명한다.

도 18에서, 우선 회전자(1)의 조립 공정의 한 예에 관해 설명한다. 회전자 케이스(13)의 중심부에는 보스부(9)가 감입되고, 코킹 고정에 의해 일체화되어 있고, 내벽면에는 원통형상의 영구 자석(14)이 감입되어 접착된다. 또한, 보스부(9)에는 출력축(7)이 일체로 감입된다. 상부 하우징(3)의 중심부에는, 예압 스프링(12)을 사이에 두고 상부 베어링(8)이 감입되어, 회전자(1)의 축방향으로 들떠오름 을 억제한다. 회전자(1)는, 보스부(9)가 상부 베어링(8)에 회전 가능하게 축지되고, 하부 하우징(4)에 마련된 하부 베어링(11)에 의해 출력축(7)이 회전 가능하게 축지된다.

다음에 도 16 내지 도 18에서, 고정자(2)의 조립 공정의 한 예에 관해 설명한다. 도 18에서, 각 보빈(29)의 홈부(41)에는, 자기 융착선을 이용하여 코일 형상으로 권회된 코일 권선(28)이 권심부(35)의 외주에 감입되어 홈부(41) 내에서 접착된다. 뒤이어, 코일 권선(28)을 덮도록 결선 기판(37)이 기립벽(29a)의 단면에 겹쳐져서 각각 용착된다. 그리고, 좌우의 보빈(29)중 한쪽(도 18에서는 우측)으로부터 다른쪽측의 권심부(35)의 축구멍으로 연결 플레이트(56)를 기립한 상태에서 삽입하여 코어 적층 방향으로 방향을 바꾸어, 권심부(35)의 양측으로부터 삽입되는 자극편(30a, 30b)에 겹치게 하여 고정자 코어(26)가 조립된다(도 16A 참조). 이 고정자 코어(26)는, 하부 하우징(4)의 고정자 장착부에 장착되고, 자극편(30a, 30b)의 관통구멍(30c, 30d)에 고정 볼트(27)를 각각 삽입하여 나사구멍(4c)에 나사 고정하여 일체로 고정된다(도 16A, 도 16C 참조). 또한, 하부 하우징(4)에는, 홀 소자(18)를 탑재한 센서 기판(19)(도 16B 참조)이 고정 나사(43)로 나사 고정된다(도 16B, 도 16C 참조). 또한, 하부 하우징(4)에는, 외부 접속선(40a, 40b, 40c)이나 센서 인출선(44a, 44b, 44c)을 인출할 때의 인출구멍(23, 24)(도 17 참조)에 감합하는 절연 부품(수지재, 그라밋 등)(57, 58)이 감입된다.

최후로, 도 18에서, 회전자 케이스(13)를 수용하는 상부 하우징(3)을 하부 하우징(4)에 감입하여 고정자(2)를 하우징(6) 내에 수용한 후, 상부 하우징(3)의 하단측 주면부에 마련된 슬릿 구멍(47)으로 나사 구멍(48a)이 천공된 삽입편(48)을 삽입하고, 하부 하우징(4)측의 관통구멍(4a)으로부터 고정 나사(49)를 감입하여 삽입편(48)의 나사 구멍(48a)에 나사결합시킴에 의해, 삽입편(48)을 통하여 상부 하우징(3)과 하부 하우징(4)이 끌어당겨져서 일체화된다. 또한, 상부 하우징(3)에는, 모터 부착용 나사 구멍(3a)가 3개소에 형성되어 있다(도 14B, 도 17 참조).

본 실시예의 2극 동기 모터의 운전 회로는 도 12와 같은 회로가 이용된다.

본 실시예의 2극 동기 모터는, 제 1의 구성의 보빈(29)에 비하여 코일 권선(28)의 점적률은 저하되지만, 모터의 회전 주파수에 의해 토크에 걸맞은 코일의 권수가 거의 정해지기 때문에, 코일 지름을 선택함으로써 출력 효율을 떨어뜨리지 않고 성능이 좋은 동기 모터를 제공할 수 있다.

또한, 출력축(7)은 일단측뿐만 아니라 양단측으로 돌설하여 구동 전달할 수 있고, 게다가 부품 형상을 좌우에서 공통화하여 사용하기 때문에 생산성이 좋고, 코일 외결선의 배선 길이를 단축할 수 있기 때문에, 소형이며 고성능의 모터를 염가로 제공할 수 있다.

본 발명에 관한 동기 모터는, 상술한 형태로 한정되는 것이 아니고, 자기적으로 비대칭이 되도록 형성되는 자극편(30a, 30b)의 형상이나 자속 작용면부(26a, 26b)에 형성되는 오목부(32)의 형상, 위치, 크기, 범위 등은 가능한 범위에서 변경 가능하다. 또한, 모터를 구동 제어하는 운전 회로 제어부(53)를 해당 모터와 일체로 장비하고 있는 경우라도, 또는 모터가 이용되는 전기기계 기기의 장치 본체에 내장한 제어 회로의 일부(교류 전원, 기동 운전 회로, 동기 운전 회로 등을 포함한 다)를 이용하여 모터를 구동 제어하는 타입의 어느 쪽이라도 좋다.

또한, 결선 기판(37)을 포함하는 제어 회로에는, 과부하시의 안전을 보증하기 위해, 온도 퓨즈(39) 외에, 운전 동작중에 항상 통전하는 회로 부분에 바이메탈식의 고온 검출 스위치를 조립하는 것도 가능하다. 또한 동기 모터는 2극으로 한하지 않고 4극, 6극, 8극 등의 외부 회전자형 모터에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

Claims

하우징 내에 출력축을 중심으로 회전 가능하게 축지된 회전자와, 해당 회전자에 둘러싸인 공간부에 배치되는 고정자를 구비한 동기 모터에 있어서,

고정자 코어는, 코일 권선이 권회되는 보빈의 축심 방향 양측에 분할 가능하게 조립되어 있는 것을 특징으로 하는 동기 모터.
제 1항에 있어서,

상기 고정자 코어의 회전자에 대향하는 자극 작용면부는, 고정자 코어의 길이 방향의 중심선에 대해 자기적으로 비대칭이 되도록 해당 중심선의 양측에서 형상이 다르게 되어 있는 것을 특징으로 하는 동기 모터.
제 1항에 있어서,

상기 보빈에는 미리 코일 치구에 코일 형상으로 감겨진 코일 권선이 홈부에 감입되는 것을 특징으로 하는 동기 모터.
제 1항에 있어서,

상기 보빈은 통형상의 권심부를 둘러싸는 기립벽이 가교부를 통하여 일체로 형성된 단면 ㄷ자형상의 홈부에, 미리 코일 형상으로 권회된 코일 권선이 감입되고, 분할된 고정자 코어가 상기 권심부에 축심 방향 양측으로부터 삽입되고, 선단 부가 맞닿아져서 감입되는 것을 특징으로 하는 동기 모터.
제 4항에 있어서,

상기 권심부는 기립벽보다 외방으로 돌출하여 형성되어 있고, 상기 권심부에 코일 권선끼리의 단자 사이 접속을 행하는 배선 패턴이 형성된 결선 기판이 양측을 절연 필름으로 피복하여 감입되고, 고정자 코어와 기립벽과의 사이에서 끼여지지되어 조립되는 것을 특징으로 하는 동기 모터.
하우징 내에 출력축을 중심으로 회전 가능하게 축지된 회전자와, 해당 회전자에 둘러싸인 공간부에 배치되는 고정자를 구비한 동기 모터에 있어서,

고정자 코어는, 코일 권선이 권회되는 보빈의 축심 방향 양측에 보빈과 함께 분할 가능하게 조립되고, 각 보빈의 대향면에 코일 권선끼리를 결선하는 결선 기판이 배설되는 것을 특징으로 하는 동기 모터.
제 6항에 있어서,

상기 고정자 코어의 회전자에 대향하는 자극 작용면부는, 고정자 코어의 길이 방향의 중심선에 대해 자기적으로 비대칭이 되도록 해당 중심선의 양측에서 형상이 다르게 되어 있는 것을 특징으로 하는 동기 모터.
제 6항에 있어서,

상기 각 보빈에는 미리 코일 치구에 코일 형상으로 감겨진 코일 권선이 홈부에 각각 감입되는 것을 특징으로 하는 동기 모터.
제 6항에 있어서,

각 보빈의 축심을 통하여 양측으로부터 조립된 고정자 코어끼리를 연결하여 고정하는 연결 플레이트가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 동기 모터.
제 6항에 있어서,

회전자 마그넷의 고정자 자극에 대향하는 내주면이 정현파 형태로 착자되어 있고, 자극 검출면은 사다리꼴파 형태로 착자되어 있는 것을 특징으로 하는 동기 모터.