WO2018003155A1 - モータ及びモータの製造方法 - Google Patents

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WO2018003155A1
WO2018003155A1 PCT/JP2017/003118 JP2017003118W WO2018003155A1 WO 2018003155 A1 WO2018003155 A1 WO 2018003155A1 JP 2017003118 W JP2017003118 W JP 2017003118W WO 2018003155 A1 WO2018003155 A1 WO 2018003155A1
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coil
salient pole
salient
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poles
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PCT/JP2017/003118
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洋一 長谷部
智之 小平
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東京モートロニクス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a motor and a method for manufacturing the motor.
  • An example of a method for outputting a high torque is a method using a speed reducer.
  • This method is a method in which a reduction gear having a plurality of gears is connected to an output shaft (shaft) of a motor to reduce the rotational speed of the motor and to transmit power with increased torque from the output shaft of the reduction gear.
  • this method requires a separate speed reducer in addition to the motor, and increases the number of parts, making it difficult to reduce the size and weight of the entire power mechanism.
  • problems such as energy loss and noise generation in the speed reducer are newly generated to some extent.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a conventional motor 900.
  • the coil 950 only the coils attached to only the salient poles 940 belonging to the first salient pole group 941G and the fourth salient pole group 944G are shown, and the coils attached to the other salient poles are not shown.
  • the sixth coil group 956G is not marked.
  • a conventional motor 900 has a rotor 920 having permanent magnets 924 in which N-pole and S-pole magnetic poles are alternately arranged along the circumferential direction, and a coil 950 is attached to each of them.
  • the plurality of salient poles 940 are arranged along the circumferential direction, and the tip surface of the salient pole 940 faces the surface on which the magnetic poles of the permanent magnet 924 are arranged.
  • the motor 900 includes a stator 930 formed. In FIG. 12, the stator 930 has 12 salient poles 940.
  • a first salient pole group 941G constituted by two salient poles 940
  • a second salient pole group 942G constituted by two salient poles 940
  • a third salient pole 940 constituted by two salient poles 940.
  • the sixth salient pole group 946G is arranged along the circumferential direction of the stator 930 in this order, and the first salient pole group 941G, the fourth salient pole group 944G, the second salient pole group 942G, and the fifth salient pole.
  • the group 945G, and the third salient pole group 943G and the sixth salient pole group 946G are arranged so as to be positioned at positions shifted from each other by 180 ° in mechanical angle.
  • the two salient poles 940 of the first salient pole group 941G are equipped with the first coil group 951G composed of two coils 950 connected in series, and the two salient poles of the second salient pole group 942G.
  • a second coil group 952G consisting of two coils 950 connected in series is attached to the pole 940, and two connected in series to the two salient poles 940 of the third salient pole group 943G.
  • a third coil group 953G composed of a plurality of coils 950 is mounted, and a fourth coil group 954G composed of two coils 950 connected in series is connected to the two salient poles 940 of the fourth salient pole group 944G.
  • the two salient poles 940 of 946G are connected in series.
  • the sixth coil group 956G consisting of two coils 950 is mounted.
  • the U-phase current is supplied to the first coil group 951G and the fourth coil group 954G
  • the V-phase current is supplied to the second coil group 952G and the fifth coil group 955G
  • the third coil group The W-phase current is supplied to 953G and the sixth coil group 956G.
  • stator (armature) 930 is provided with the salient pole (core) 940, it can be expected to obtain a larger output than the coreless motor (the upper left column on page 2, etc. of Patent Document 1). reference.).
  • the torque by the conventional motor 900 is insufficient, and in recent years, a motor that outputs higher torque is desired.
  • the motor is generally increased in size and weight. That is, (i) If the number of turns of the coil is increased, the height (thickness of the cylinder when the coil is cylindrical) and the thickness of the cylinder of the coil are increased. A large space must be secured as a slot to be accommodated (a groove between adjacent salient poles, also called an iron core groove), which eventually increases the size of the motor.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and while suppressing the size and weight (while realizing small size and light weight), the number of poles is relatively large, and high torque can be output.
  • the object is to provide a motor suitable for direct drive.
  • a motor of the present invention has a rotor having permanent magnets in which N-pole and S-pole magnetic poles are alternately arranged along a circumferential direction, and a plurality of salient poles each having a coil attached thereto. And a stator formed such that the plurality of salient poles are arranged along a circumferential direction, and a tip surface of the salient pole faces a surface on which the magnetic poles of the permanent magnets are arranged.
  • the number of salient poles included in the stator is 6n (n is a natural number of 4 or more), and in the stator, a first salient pole group configured by n first salient poles, a second salient pole group constituted by n second salient poles, a third salient pole group constituted by n third salient poles, and a fourth salient pole group constituted by n fourth salient poles.
  • a fifth salient pole group composed of n fifth salient poles, and n sixth salient poles.
  • the first salient pole is equipped with a first coil group composed of n coils connected in series, and the n second salient poles of the second salient pole group are connected in series.
  • a second coil group consisting of n connected coils is mounted, and the n third salient poles of the third salient pole group consist of n coils connected in series.
  • a third coil group is attached, and the n fourth salient poles of the fourth salient pole group are composed of n coils connected in series.
  • a fourth coil group is mounted, and n fifth salient poles of the fifth salient pole group are mounted with a fifth coil group consisting of n coils connected in series.
  • the n sixth salient poles of the sixth salient pole group are equipped with a sixth coil group consisting of the n coils connected in series, and the first coil group and the fourth coil group.
  • a U-phase current is supplied to the coil group, a V-phase current is supplied to the second coil group and the fifth coil group, and a W-phase current is supplied to the third coil group and the sixth coil group.
  • each of the salient poles is formed into a flat straight shape along the radial direction of the stator.
  • the coil is , Mounted on the salient poles so that the winding directions are opposite to each other between the adjacent salient poles,
  • the coil is passed between the adjacent salient poles on the distal end side or the proximal end side of the salient poles by a jumper that is a part of a winding constituting the coil, and the jumper wires are adjacent slots. It is characterized in that the relationship between the distal end side or the proximal end side is reversed.
  • each salient pole is formed in a flat straight shape along the radial direction of the stator, and each coil is attached to each salient pole.
  • the coil is attached to the salient poles in such a manner that the winding directions are opposite to each other between adjacent salient poles, and (b) the coil is between the adjacent salient poles.
  • the crossover wire that is a part of the winding constituting the wire is passed on the tip side or the base end side of the salient pole, and the crossover wire is located between the adjacent slots on the tip side or the base end side. The relationship is reversed.
  • (C) n coils having the regularity of the above (a) and (b) are connected in series to form an i-th coil group (where i is a natural number from 1 to 6).
  • a coil group related to one phase is mounted in series and connected to n salient poles related to one group.
  • the crossover is passed between adjacent salient poles. For this reason, when using a technique that distributes windings, or winding the windings so that U-phase, V-phase, and W-phase current supply coils are sequentially arranged in the circumferential direction. Unlike the case of using this technique, the motor can be reduced in size. Moreover, since the length of the crossover can be minimized, the total length of the winding is shortened, and the motor can be reduced in weight. In addition, the resistance value of the entire winding when grasped by the total extension can be suppressed, and the energy efficiency of the motor can be improved.
  • a first salient pole group constituted by n first salient poles
  • a second salient pole group constituted by n second salient poles
  • n third salient poles constituted by n fourth salient poles
  • a fifth salient pole group constituted by n fifth salient poles
  • an nth salient pole group constituted by n fourth salient pole groups.
  • a sixth salient pole group composed of six salient poles is arranged in this order along the circumferential direction of the stator.
  • the first salient pole group and the fourth salient pole group, the second salient pole group and the fifth salient pole group, and the third salient pole group and the sixth salient pole group are shifted from each other by 180 ° in mechanical angle. It is arranged so as to be located at a position (so as to be point-symmetric about the rotation axis).
  • Each of these six salient pole groups is provided with a corresponding coil group, U-phase current is supplied to the first coil group and the fourth coil group, and V coil is supplied to the second coil group and the fifth coil group. Phase current is supplied, and W phase current is supplied to the third coil group and the sixth coil group.
  • the salient pole groups that form a pair of the first salient pole group and the fourth salient pole group are disposed at positions shifted from each other by a mechanical angle of 180 °, and correspond to the pair of salient pole groups, respectively.
  • In-phase current is supplied to the coil group.
  • both salient pole groups are excited across the rotating shaft, and the problem is that the rotor is pulled to one side because the salient pole groups are arranged asymmetrically (problem due to biased excitation) ) Can be obtained without causing the motor to rotate smoothly and stably.
  • a motor having a relatively large number of poles while suppressing the size and weight (while realizing small size and light weight). Further, by increasing the number of poles, high torque can be output mainly at the time of start-up and low-speed operation. In this way, as a result, while reducing the size and weight (while realizing small size and light weight), a motor with a relatively large number of poles and capable of outputting high torque and suitable for direct drive is also provided. Can be provided.
  • an interval between adjacent salient poles is in a range of 2.1 to 3.0 times the diameter of the winding.
  • the slot width is equal to the winding diameter such that the spacing between adjacent salient poles is in the range of 2.1 to 3.0 times the winding diameter. Even if it is narrow, a desired motor can be suitably realized.
  • the stator has a diameter ⁇ in a range of 40 mm ⁇ ⁇ 200 mm, and the number of magnetic poles and / or the number of salient poles of the permanent magnet is in a range of 60 to 240. It is preferable to be within.
  • the number of poles so that the diameter ⁇ of the stator is in the range of 40 mm ⁇ ⁇ 200 mm and the number of magnetic poles and / or the number of salient poles of the permanent magnet is in the range of 60 to 240.
  • the stator has a diameter ⁇ in the range of 40 mm ⁇ ⁇ 200 mm, and the number of magnetic poles and / or the number of salient poles of the permanent magnet is 60 to 240.
  • the desired motor can be suitably realized.
  • the number of magnetic poles of the permanent magnet of the rotor is preferably (6n ⁇ 2).
  • the number of salient poles is 6n (where n is a natural number of 4 or more), and the number of magnetic poles of the permanent magnet is (6n ⁇ 2). ) Since the number of salient poles is an even number, smooth and stable rotation can be obtained without causing the “problem caused by biased excitation (see [1] above”). (A) Since the difference between the number of salient poles and the number of magnetic poles of the permanent magnet is 2, which is the smallest even number, the least common multiple of the number of salient poles and the number of magnetic poles of the permanent magnet is increased. And so-called cogging torque pulsation can be suppressed.
  • the number of magnetic poles of the permanent magnet of the rotor is (6n + 2), and each of the first to sixth salient pole groups includes the salient pole group.
  • the n salient poles that belong to each other are arranged while maintaining a mechanical angle of 360 ° / (6n + 1).
  • a salient pole that is located, and a B salient pole that is located at the end of the other salient pole group among the n salient poles belonging to another salient pole group adjacent to the salient pole group and is adjacent to the A salient pole. are preferably arranged while maintaining a pitch of ⁇ 360 ° / (6n + 1) ⁇ + 360 ° / (6n + 1) / 6 as a mechanical angle.
  • the least common multiple of the “number of pseudo salient poles” and the number of magnetic poles of the permanent magnet can be further increased, and pulsation of cogging torque can be further suppressed.
  • the pair of salient pole groups (and their Salient poles belonging to the salient pole group.) are not arranged at positions that are exactly offset from each other by a mechanical angle of 180 °. Therefore, in this case, more or less a “problem caused by biased excitation” remains.
  • the motor of the present invention is preferably used for direct drive.
  • a motor for direct drive is expected to be able to output a high torque during start-up and low-speed operation, and to obtain a smooth and stable rotation.
  • the motor of the present invention (a) the number of poles is relatively large, (b) the salient pole groups excited in the same phase are arranged in pairs at positions where the mechanical angle is shifted by 180 °, (c )
  • the number of magnetic poles and the number of salient poles possessed by the permanent magnet of the rotor have a predetermined relationship (the arrangement pitch of the permanent magnets and the arrangement pitch of the salient poles have a predetermined relationship).
  • High torque can be output even during start-up and low-speed operation, and smooth and stable rotation can be obtained by suppressing vibration and pulsation of cogging torque. Therefore, according to the invention described in [6], a motor suitable for direct drive can be provided.
  • an axis parallel to the longitudinal direction of the rod-shaped coil manufacturing jig is defined as an x-axis, and x
  • x When the axis perpendicular to the axis is defined as the y-axis and the axes perpendicular to the x-axis and the y-axis are defined as the z-axis, when the yz plane is viewed in plan along the x-axis,
  • a j-th coil forming step (j is any natural number from 1 to n ⁇ 2), in which the winding is wound m times so as to go around in the first rotation direction.
  • a j-th crossover forming step for forming a j-th crossover which is a portion passing between the j-th coil and the (j + 1) -th coil, by turning the winding halfway in the first rotation direction; Wind the winding m times around the jig in the first rotation direction to form the (j + 1) th coil.
  • I-th coil group shaping which has at least a j-th crossover bending step of bending a part and shapes a plurality of coils as a part or all of an i-th coil group (i is a natural number from 1 to 6).
  • Each of the coils belonging to the i-th coil group characterized in that it comprises a a coil fitting step of fitting each for the corresponding i-th salient poles of the i-th stator teeth in the stator.
  • a plurality of coils belonging to the i-th coil group are collectively formed in series so as to be wound around a coil manufacturing jig, and the i-th coil group
  • the coil is shaped into a state where it can be easily fitted into the salient pole, and then in the coil fitting process, the shaped series of coils are fitted together to attach the coil to the salient pole.
  • the coil is not directly attached to the salient pole while pushing the winding into the bottom of the slot, and it is easily and efficiently suitable for mass production even when the slot is narrow. In this way, the coil can be mounted on the salient pole.
  • the j-th coil formed by winding the winding m times with respect to the coil manufacturing jig, the j-th crossover wire formed so that the winding is half-turned The formation of the (j + 1) th coil in which the winding is wound m times, and the formation of the (j + 1) jumper wire in which the winding is turned halfway without changing the winding direction in the middle Since it carries out so that it may wind in the 1st rotation direction of the same direction, a coil
  • the coil manufacturing jig includes a fitting portion disposed inside a coil to be formed, and the fitting portion is viewed in plan view along the x-axis. Then, in the winding winding step, the dimension in the longitudinal direction of the fitting portion is a first dimension, and in the j-th coil separation step in the i-th coil group shaping step, the dimension of the fitting portion is It is preferable to change the second dimension smaller than the first dimension to separate the j-th coil from the fitting portion.
  • the fitting portion is changed to a second dimension smaller than the first dimension maintained in the winding winding step to increase the width.
  • a gap can be created between the inside of the coil and the outside of the fitting portion. Therefore, the coil can be easily separated, and the j-th coil separation step can be carried out in a form suitable for mass production more efficiently without breaking the shape of the coil during coil separation. it can.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a dimensional relationship among salient poles 40, slots SL, and windings 58 in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram shown for explaining a connection relationship for driving the motor 10 according to the first embodiment. It is a figure shown in order to demonstrate a mode that the motor 10 which concerns on Embodiment 1 is driven. 3 is a flowchart for explaining a method for manufacturing the motor 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a change in dimension of the fitting portion 510 in the method for manufacturing the motor 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the arrangement relationship between salient poles 40 and permanent magnets 24 of the motor 10 according to the first embodiment. It is a figure shown in order to demonstrate arrangement
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate the conventional motor 900.
  • FIGS. 1 to 4 are views for explaining the motor 10 according to Embodiment 1.
  • FIG. 1A is a perspective view of the motor 10 in an exploded state.
  • FIG. 1B and FIG. 1C are perspective views in a state where the rotor 20 and the stator 30 are combined.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA when the motor 10 is cut along a plane indicated by AA in FIG.
  • FIG. 3A is a diagram showing the arrangement of the salient poles 40 when the motor 10 is viewed in plan along the rotation axis RA. A part of the permanent magnet 24 is also shown.
  • FIG. 3B is a diagram showing the first salient pole group 41G, the first coil group 51G, and the permanent magnet 24 in plan view of the motor 10 along the rotation axis RA.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a dimensional relationship among the salient poles 40, the slots SL, and the windings 58 in the first embodiment. 4A is an enlarged view of FIG. 3B, and FIG. 3B is a perspective view of only the salient pole 40 taken out and viewed from the outer circumference of the motor 10.
  • the motor 10 includes a rotor 20 having a permanent magnet 24 and a plurality of salient poles 40 each having a coil 50 attached thereto. And a stator 30 formed such that the poles 40 are arranged along the circumferential direction, and the tip surface of the salient poles 40 faces the surface on which the magnetic poles of the permanent magnets 24 are arranged.
  • the permanent magnet 24 is configured by alternately arranging N-pole and S-pole magnetic poles at substantially equal pitches along the circumferential direction in which the motor 10 rotates (see FIG. 3), and is disposed on the inner circumferential surface of the rotor body 22. (See FIG. 1 (a) and FIG. 2).
  • the salient pole 40 is a part around which the coil 50 is wound, and is also a part called an iron core or a core.
  • the salient pole 40 is connected to the stator base 32.
  • the tip surface of the salient pole 40 and the permanent magnet 24 face each other with an air gap AG therebetween (see FIG. 2).
  • a bearing 26 is disposed around the rotation axis RA of the rotor body 22, and the bearing 26 is in contact with the stator 30. From the motor 10, a power lead 60 for supplying current to the coil 50 and a signal lead 70 for transmitting signals such as a Hall element (not shown) are drawn out (see FIGS. 1 and 2).
  • Salient pole group The total number of salient poles 40 of the stator 30 is 6n (n is a natural number of 4 or more).
  • n is a natural number of 4 or more.
  • These salient poles 40 are virtually divided into six salient pole groups. That is, as shown in FIG. 3A, in the stator 30, the first salient pole group 41 ⁇ / b> G constituted by n first salient poles 41 and the second second salient pole 42 constituted by n second salient poles 42.
  • a fifth salient pole group 45G constituted by 45 and a sixth salient pole group 46G constituted by n sixth salient poles 46 are arranged in this order along the circumferential direction of the stator 30. Yes.
  • the first salient pole group 41G to the sixth salient pole group 46G are defined in the CW direction (clockwise direction) toward the paper surface.
  • the first salient pole group 41G and the fourth salient pole group 44G, the second salient pole group 42G and the fifth salient pole group 45G, and the third salient pole group 43G and the sixth salient pole group 46G are respectively mechanical They are disposed so as to be positioned at positions that are 180 degrees apart from each other (so that they are point-symmetric about the rotation axis RA).
  • the n first salient poles 41 of the first salient pole group 41G have a first coil group 51G composed of n coils connected in series. It is installed. That is, when the windings are distributed and the coils are mounted, or when the coils to which the U-phase, V-phase, and W-phase currents are supplied are wound next to each other in turn, the coils are mounted. In contrast, n coils are connected in series (so-called series / cascade) to form one coil group. Similarly to the first coil group 51G, the second coil group 52G to the sixth coil group 56G are connected to the n second salient poles 42 of the second salient pole group 42G from n coils connected in series.
  • the second coil group 52G is mounted, and the n third salient poles 43 of the third salient pole group 43G are mounted with the third coil group 53G consisting of n coils connected in series.
  • a fourth coil group 54G composed of n coils connected in series is attached to the n fourth salient poles 44 of the fourth salient pole group 44G, and n of the fifth salient pole group 45G.
  • Each of the fifth salient poles 45 is provided with a fifth coil group 55G composed of n coils connected in series, and the n sixth salient poles 46 of the sixth salient pole group 46G include A sixth coil group 56G composed of n coils connected in series is mounted ⁇ not shown in FIG. 3 (b) >>
  • the first coil group 51G and the fourth coil group 54G are supplied with a U-phase current
  • the second coil group 52G and the fifth coil group 55G are supplied with a V-phase current
  • the third coil group 53G and The sixth coil group 56G is supplied with a W-phase current. See the U-phase, V-phase, and W-phase displays in FIG. >> That is, the pair of salient poles is arranged at a position shifted from each other by a mechanical angle of 180 ° and supplied with an in-phase current.
  • the pair of salient pole groups is excited with the rotation axis RA sandwiched at the same timing.
  • the first coil group 51G and the fourth coil group 54G are connected in series
  • the second coil group 52G and the fifth coil group 55G are connected in series
  • the third The coil group 53G and the sixth coil group 56G are connected in series (see FIG. 5).
  • the salient poles 40 to which the coils 50 are mounted (symbols in the salient pole groups within each salient pole group are denoted by reference numerals 41 to 46, the same applies hereinafter). It is formed in a straight straight shape along the direction (see FIGS. 1 to 4).
  • the “straight-type salient pole” has a different shape from the so-called umbrella-shaped salient pole (see FIG. 12) whose tip width is wider than the base end width of the salient pole. Point to salient pole.
  • the straight salient pole 40 has no special concave portion or convex portion and is flat along the radial direction of the stator 30.
  • the salient pole 40 may be formed so as to be in the same plane from the distal end to the proximal end, or the salient pole 40 has a slightly narrower distal end width than the proximal end width so that the side surface of the salient pole 40 is tapered as a whole. You may form as follows. The taper may be formed linearly or may be formed so as to draw a gentle curve. Since the motor 10 according to the first embodiment employs such a salient pole structure, for example, the needle that guides the winding is easily inserted to the back of the slot, or has been wound in advance. The coil is easily fitted into the salient pole.
  • the coil 50 is viewed locally in each salient pole group. These are mounted on the salient poles so that the winding directions are opposite to each other between adjacent salient poles.
  • the winding direction of the coil 51 1 is a CW direction
  • the winding direction of the coil 51 2 has become a CCW direction (counterclockwise direction)
  • the winding direction of the coil 51 3 has a CW direction
  • the winding direction of the coil 51 4 has a CCW direction.
  • the subsequent coils 51 j are also wound in the same rule.
  • N and S poles alternately appear on the tip side of the salient poles attached to the coil (assuming that in FIG. 3B) when current flows from the coil 51 of the first coil group 51G in the direction of the coil 51 11, the tip of the salient pole mounted S pole, the coil 51 2 is the distal end side of the salient pole mounted on the coil 51 1 It appears on the side as the N pole.
  • the coil 50 is one of the windings 58 constituting the coil 50 between adjacent salient poles.
  • a salient pole 40 ⁇ reference numeral 41 in FIG. The same applies hereinafter.
  • >> is passed on the distal end side or the proximal end side, and the connecting wire 59 has a relationship of the distal end side or the proximal end side reversed between adjacent slots SL.
  • connecting wire 59 is passed at the proximal side of the slot SL in the salient poles corresponding to between the coils 51 1 and the coil 51 2, of the corresponding slot SL in salient poles between the coil 51 2 and the coil 51 3 passed in the distal end side, and so passed in the coils 51 3 and the proximal side of the corresponding slot SL in salient poles between the coil 51 4, it is passed alternately to the tip side or base end side.
  • the distal end side of the salient pole 40 refers to the direction (r direction) from the rotation axis RA toward the outside of the circumference around which the motor 10 rotates
  • the proximal end side of the salient pole 40 refers to the rotation of the motor 10.
  • the direction in the direction ( ⁇ r direction) from the outside of the circumference to the rotation axis RA shall be said.
  • the diameter of the stator 30 is ⁇ (see FIG. 2)
  • the diameter ⁇ of the stator 30 is in a range of values larger than 40 mm and smaller than 200 mm, and a permanent magnet.
  • the number of magnetic poles 24 and / or the number of salient poles 40 is in the range of 60 to 240.
  • the interval W1 between the adjacent salient poles 40 is 2.1 times the diameter ⁇ 1 of the winding 58. It is in the range of up to 3.0 times.
  • the salient pole 40 in the first embodiment has a length L1 in a direction perpendicular to the length L2 in the circumferential direction of the motor 10 as viewed in the ⁇ r direction. Yes.
  • the motor 10 according to the first embodiment has 6n salient poles, and the number of magnetic poles of the permanent magnet 24 of the rotor 20 is (6n ⁇ 2). It has become a piece.
  • the motor 10 according to the first embodiment is mainly used for direct drive.
  • FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a connection relationship for driving the motor 10 according to the first embodiment.
  • the salient pole groups excited by a current flowing through the corresponding coil groups were shaded. Further, the shaded shades of the n salient poles and the permanent magnet 24 related to the excited salient pole group were changed according to the polarity (N pole and S pole).
  • any method may be adopted as a method of driving the motor 10.
  • a drive circuit by so-called star connection is configured and operated.
  • the driving method applies a rotating magnetic field to the first salient pole group 41G to the sixth salient pole group 46G.
  • one end of the first coil group 51G and one end of the fourth coil group 54G are connected, and one end of the second coil group 52G and one end of the fifth coil group 55G.
  • one end of the third coil group 53G and one end of the sixth coil group 56G are connected, the other end of the first coil group 51G is connected to the node Nu, and the other end of the second coil group 52G is a node.
  • the other end of the third coil group 53G is connected to the node Nw
  • the other end of the fourth coil group 54G, the other end of the fifth coil group 55G, and the other end of the sixth coil group 56G are connected to the node Nn. It is connected.
  • Switches S1 and S2, switches S3 and S4, and switches S5 and S6 are connected in series between the high potential side and the low potential side of the power supply E, respectively. Further, the connection nodes of the switches S1 and S2 are connected to the node Nu, the connection nodes of the switches S3 and S4 are connected to the node Nw, and the connection nodes of the switches S5 and S6 are connected to the node Nv.
  • the drive circuit is configured as a circuit in which the first coil group 51G to the sixth coil group 56G are so-called star connection, and the switches Nu to S6 are appropriately turned on / off so that the nodes Nu, Nv, and N
  • a rotating magnetic field is applied as shown in FIG.
  • current is passed through the coil groups corresponding to the U phase and the V phase (first coil group 51G, second coil group 52G, fourth coil group 54G, and fifth coil group 55G).
  • the first salient pole group 41G, the second salient pole group 42G, the fourth salient pole group 44G and the fifth salient pole group 45G are excited ⁇ see FIG. 6 (1).
  • the pair of salient pole groups are excited with the rotation axis RA sandwiched at the same timing (the same applies to the subsequent phases).
  • a current is passed through the coil groups corresponding to the V phase and the W phase (the second coil group 52G, the third coil group 53G, the fifth coil group 55G, and the sixth coil group 56G).
  • the salient pole group 42G, the third salient pole group 43G, the fifth salient pole group 45G, and the sixth salient pole group 46G are excited ⁇ see FIG. 6 (2).
  • the coil group through which current flows is shifted in the CW direction, and the salient pole group to be excited is shifted in the CW direction.
  • the rotating magnetic field is applied to the first salient pole group 41G to the sixth salient pole group 46G so as to return to the first phase again and repeat the same driving. With these drivings, the rotor 20 rotates.
  • Action and Effect of Motor 10 According to Embodiment 1
  • Action and Effect by Increasing the Number of Pole When the number of poles of the motor 10 (the number of magnetic poles and / or the number of salient poles) is set relatively large
  • the angle at which the rotor 20 has to be rotated per excitation switching is smaller than when the number of poles is small.
  • the thickness of the permanent magnet 24 can be reduced on the contrary due to permeance as the arrangement pitch of the magnetic poles becomes narrower.
  • the motor 10 can be reduced in size and weight by thinning the permanent magnet 24.
  • the permanent magnets 24 arranged in the circumferential direction of the rotor 20 as a rotating body are reduced in weight, it is possible to contribute to quick acceleration / deceleration.
  • each salient pole 40 is formed into a flat straight shape along the radial direction (r direction) of the stator 30, and each coil 50 is attached to each salient pole 40.
  • the coil 50 is attached to the salient pole 40 in a state where the winding directions are opposite to each other between adjacent salient poles, and (b) the coil 50 is between the adjacent salient poles.
  • the crossover wire 59 which is a part of the winding 58 constituting the coil is in a state of being passed on the front end side or the base end side of the salient pole 40, and the crossover wire 59 is connected between the adjacent slots SL.
  • the relationship between the distal end side and the proximal end side is reversed.
  • the n coils 50 having the regularity of the above (a) and (b) are connected in series to form the i-th coil group 5iG (where i is a natural number from 1 to 6). .
  • the structure of the salient pole 40 and the coil 50 as described above results in a motor that is relatively small and has a narrow slot width while being able to output high torque as a result of a relatively large number of poles. Can be provided.
  • the n first salient poles 41 of the first salient pole group 41G include n coils 50 connected in series.
  • One coil group 51G is attached, and the coil 50 is connected between the adjacent first salient poles 41 by the connecting wire 59 that is a part of the winding 58 that constitutes the coil 50, or on the distal end side of the first salient pole 41. Passed on the proximal side.
  • a coil group related to one phase is attached to n number of salient poles related to one group so as to be connected in series so that the connecting wire is between adjacent salient poles. Has been passed.
  • the first salient pole group 41G constituted by n first salient poles 41, n
  • a second salient pole group 42G composed of the second salient poles 42, a third salient pole group 43G composed of n third salient poles 43, and a fourth salient pole group composed of n fourth salient poles 44.
  • a salient pole group 44G, a fifth salient pole group 45G constituted by n fifth salient poles 45, and a sixth salient pole group 46G constituted by n sixth salient poles 46 are arranged in this order. 30 are arranged along the circumferential direction.
  • the first salient pole group 41G and the fourth salient pole group 44G, the second salient pole group 42G and the fifth salient pole group 45G, and the third salient pole group 43G and the sixth salient pole group 46G are set to mechanical angles, respectively. Are arranged so as to be positioned 180 ° apart from each other (so as to be point-symmetric about the rotation axis RA). Corresponding coil groups are mounted on these six salient pole groups, and a U-phase current is supplied to the first coil group 51G and the fourth coil group 54G, and the second coil group 52G and the fifth coil are supplied. A V-phase current is supplied to the group 55G, and a W-phase current is supplied to the third coil group 53G and the sixth coil group 56G.
  • the pair of salient pole groups such as the first salient pole group 41G and the fourth salient pole group 44G are disposed at positions shifted from each other by a mechanical angle of 180 °, and correspond to the pair of salient pole groups, respectively. Since in-phase current is supplied to the coil group, both salient pole groups are excited across the rotation axis RA, and the motor rotates smoothly and stably without causing a "problem caused by biased excitation". Can be obtained.
  • a motor having a relatively large number of poles while suppressing size and weight (while realizing small size and light weight). can be obtained. Further, by increasing the number of poles, high torque can be output mainly at the time of start-up and low-speed operation. In this way, as a result, while reducing the size and weight (while realizing small size and light weight), a motor with a relatively large number of poles and capable of outputting high torque and suitable for direct drive is also provided. Can be provided.
  • the first coil group 51G and the fourth coil group 54G are connected in series
  • the second coil group 52G and the fifth coil group 55G are connected in series
  • the three coil group 53G and the sixth coil group 56G are connected in series. If, for example, the first coil group 51G and the fourth coil group 54G are connected in parallel, one end of each coil group will be connected so as to concentrate on the node of the power lead wire, The other ends of the coil groups are connected to different nodes.
  • two coil groups in the above example, the first coil group 51G and the fourth coil group 54G having a point-symmetrical relationship with respect to the rotation angle. Since they are connected in series, there is no concentrated connection to the specific node as described above, and the wiring space is reduced compared to the case where they are connected in parallel, and the size and weight are further reduced.
  • the stator diameter ⁇ is in the range of 40 mm ⁇ ⁇ 200 mm, and the number of magnetic poles and / or the number of salient poles of the permanent magnet is in the range of 60 to 240. This is difficult to achieve with a motor with a large number of poles.
  • the stator has a diameter ⁇ in the range of 40 mm ⁇ ⁇ 200 mm, and the number of magnetic poles and / or the number of salient poles of the permanent magnet is 60 to 240. Even if the number of poles is within the range, a desired motor can be suitably realized.
  • the slot width is equal to the winding diameter such that the spacing between adjacent salient poles is in the range of 2.1 to 3.0 times the winding diameter. Even if it is narrow, a desired motor can be suitably realized.
  • the windings 58 are not wound so as to overlap but are single wound. Even if the slot SL is extremely narrow, the winding 58 can be accommodated and the coil 50 can be attached to the salient pole 40 relatively easily.
  • the salient pole 40 in the first embodiment is longer in the length L1 in the direction perpendicular to the length L2 in the circumferential direction of the motor 10. ing. For this reason, even when the number of poles is increased and L2 is inevitably reduced, L1 is longer than L2, so that the area of the tip of the salient pole 40 that faces the permanent magnet 24 is correspondingly increased. It can be ensured, and the torque can be increased while the number of poles is large.
  • a motor for direct drive is expected to be able to output high torque during start-up and low-speed operation, and to obtain smooth and stable rotation.
  • the motor 10 according to the first embodiment (a) the number of poles is relatively large, and (b) the salient pole groups excited in the same phase are arranged in pairs at positions where the mechanical angle is shifted by 180 ° from each other. (C) The number of magnetic poles and the number of salient poles of the permanent magnet 24 of the rotor 20 have a predetermined relationship (the arrangement pitch of the permanent magnets 24 and the arrangement pitch of the salient poles 40 have a predetermined relationship).
  • the motor 10 which concerns on Embodiment 1, the motor suitable for direct drive can be provided.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the method for manufacturing the motor 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a view for explaining the method for manufacturing the motor 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a view for explaining the change in the dimension of the fitting portion 510 in the method for manufacturing the motor 10 according to the first embodiment.
  • the motor manufacturing method for manufacturing the motor 10 according to the first embodiment includes a winding winding step S100, an i-th coil group shaping step S200, and a coil fitting step S300, as shown in FIG. Note that i is a natural number from 1 to 6. Below, the manufacturing method of the motor 10 which concerns on Embodiment 1 is demonstrated along each process.
  • the winding winding step S100 includes at least a jth coil forming step S110, a jth crossover forming step S120, a (j + 1) th coil forming step S130, and a (j + 1) crossover forming step S140 in this order ( (See FIG. 7.)
  • j is any natural number from 1 to n-2.
  • the axis parallel to the longitudinal direction of the rod-shaped coil manufacturing jig 500 is defined as the x axis
  • the axis perpendicular to the x axis is defined as the y axis
  • the x axis and the y axis are respectively defined.
  • the coil 58 is turned around the coil manufacturing jig 500 in the first rotational direction WS1.
  • the j-th coil 50 j is formed by winding the winding ⁇ see FIG. >>
  • the winding 58 is turned halfway in the first rotational direction WS1, and the j-th crossing is formed between the j-th coil 50 j and the (j + 1) -th coil 50 j + 1 .
  • a crossover 59j is formed (see FIG. 8A).
  • FIG. 8 (a) the not shown in the first coil 50 1 and the second coil 50 2 "FIG.
  • the i-th coil group shaping step S200 includes at least a j-th coil separation step S210 and a j-th crossover bending step S220 in this order (see FIG. 7).
  • the j-th coil separation step S ⁇ b> 210 the j-th coil 50 j is separated from the coil manufacturing jig 500.
  • the j-th connecting wire bending step S220 at least a part of the j-th connecting wire 59 j is bent so that the inner diameter of the j-th coil 50 j and the inner diameter of the (j + 1) -th coil 50 j + 1 can be seen from the same direction.
  • the coil of nine as an example, at least a portion of each of the first connecting wire 59 1 to eighth connecting wire 59 8 is bent, the first coil 50 1 to 9 coil each of the inner diameter of 50 9 i-th coil group 5iG as seen from the -z direction is shown a state in which the shaping.
  • (1) winding winding step S100, (2) i-th coil group shaping step S200 and (3) coil insertion step S300 are repeatedly performed as many times as necessary, so that 6n coils 50 have 6n pieces. Each is mounted on the salient pole 40.
  • the coil manufacturing jig 500 is comprised from the fitting part 510 which consists of two rod-shaped material in Embodiment 1 (refer FIG. 8), it is not limited to this, The motor 10 of this invention. Any material, material, structure, etc. may be used as long as the manufacturing method can be implemented.
  • FIG. 9 (b) when viewed along the x-axis, a single rectangular or substantially elliptical shape is assumed.
  • the first rotation direction WS1 is the CW direction when viewed along the x-axis in the first embodiment, but is not limited to this in the method for manufacturing the motor 10 of the present invention.
  • the first rotation direction WS1 may be the CCW direction.
  • the winding 58 is wound approximately 0.5 times, but the half-turn range is not limited to 0.5, and this can also be selected as appropriate.
  • the j-th coil separation step S210 in the example of FIG. 8 (c), the first only coil 50 1 is separate from the coil manufacturing jig 500, an example is shown for separating the coil one by one
  • the method for manufacturing the motor 10 of the present invention is not limited to this. For example, it may be separated from the coil manufacturing jig 500 in units of a plurality of coils, or may be separated from the coil manufacturing jig 500 in units of all the coils belonging to the i-th coil group 5iG.
  • the j-th coil separation step S210 and the j-th crossover bending step S220 may be continuously performed for each coil, or the j-th coil separation step S210 and the j-th crossover are collectively performed for a plurality of coils.
  • the line bending step S220 may be performed.
  • winding winding process S100, i-th coil group shaping process S200, and coil insertion process S300 was shown about nine coils, in this invention, it is limited to this. It is not a thing.
  • the number of coils required for the i-th coil group 5iG corresponding to the i-th salient pole group 4iG is n
  • the number is smaller than n (by dividing n)
  • the winding winding step S100, the i-th coil group shaping step S200, and the coil fitting step S300 may be performed on some of the coils necessary for the i-th coil group 5iG corresponding to the group 4iG.
  • the winding winding step S100 and the i-th coil group shaping step S200 for n coils necessary for the i-th coil group 5iG corresponding to the i-th salient pole group 4iG.
  • the winding is performed around the coil manufacturing jig 500 in the winding winding step S100.
  • a plurality of coils belonging to the i coil group 5iG are collectively formed in series and shaped in a state in which the coils can be easily fitted into salient poles in the i th coil group shaping step S200, and then shaped in advance in the coil fitting step S300.
  • a series of coils are fitted together and the coils are attached to the salient poles.
  • the coil can be mounted on the salient pole in a form suitable for mass production.
  • the j-th coil 50 j is formed by winding the winding 58 around the coil manufacturing jig 500 m times, and the winding is half-turned. Forming the j-th connecting wire 59 j , forming the (j + 1) th coil 50 j + 1 with the winding wound m times, and forming the (j + 1) -th connecting wire 59 j + 1 with the winding half-turned.
  • the winding direction is all changed so as to go around the first rotation direction WS1 in the same direction without changing the winding direction. For this reason, winding winding process S100 can be implemented in the form suitable for mass production efficiently.
  • the coil manufacturing jig 500 includes the fitting part 510 disposed inside the coil to be formed.
  • the longitudinal dimension of the mounting unit 510 viewed in plan from the yz plane is defined as the first dimension H1
  • the i th coil In the j-th coil separation step S210 in the group shaping step S200 the fitting portion 510 is so narrowed that the dimension of the fitting portion 510 is changed to a second dimension H2 smaller than the first dimension H1,
  • the j-th coil 50 j is preferably separated from the fitting portion 510 (see FIG.
  • the dimensions corresponding to all the coils belonging to the i-th coil group 5iG are collectively changed from the first dimension H1 to the second dimension H2. May be.
  • the fitting part 510 is smaller than the first dimension H1 maintained in the winding winding step S100.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an arrangement relationship between the salient poles 40 and the permanent magnets 24 of the motor 10 according to the first embodiment in order to compare the motor 10 according to the first embodiment and the motor 10a according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the arrangement of the salient poles 40 of the motor 10a according to the second embodiment. In each figure, the salient pole 40 and the permanent magnet 24 are shown in the center, and the other components are not shown.
  • the motor 10 according to the first embodiment has 6n salient poles (where n is a natural number of 4 or more), and the magnetic poles of the permanent magnet 24 of the rotor 20.
  • the number is (6n ⁇ 2).
  • the n salient poles 40 are respectively disposed while maintaining a mechanical angle of 360 ° / 6n.
  • n 4
  • the number of salient poles is 24, the number of magnetic poles of the permanent magnet is 26, and the arrangement pitch of the salient poles is 15 °.
  • the least common multiple of “the number of pseudo salient poles (equal to 24 salient poles)” and the number of magnetic poles (26) of the permanent magnet is 312.
  • the number of salient poles is 6n
  • the number of magnetic poles of the permanent magnet is (6n ⁇ 2). Since “equal.” ”Is an even number, smooth and stable rotation can be obtained without causing a“ problem caused by biased excitation ”.
  • the motor 10a according to Embodiment 2 basically has the same configuration as that of the motor 10 in Embodiment 1, but the number of salient poles, “number of pseudo salient poles”, and permanent The relationship between the number of magnetic poles of the magnet and the arrangement rules of salient poles are different from those of the motor 10 according to the first embodiment. That is, as shown in FIG. 11, the motor 10a according to the second embodiment has 6n salient poles, and is excited by in-phase currents in each of the first salient pole group 41G to the sixth salient pole group 46G.
  • the n salient poles 40 belonging to the same salient pole group are based on the pitch calculated based on the “number of pseudo salient poles” which is a larger number (i) or a smaller number (ii) than the actual salient pole number 6n. Are arranged while maintaining an equal pitch ⁇ 1.
  • the A salient pole located at the end of the salient pole group and the n salient poles belonging to another salient pole group adjacent to the salient pole group The B salient pole located at the end of the other salient pole group and adjacent to the A salient pole is an increment in the case of a pitch ⁇ 2 ⁇ (i) wider than the pitch calculated based on the “number of pseudo salient poles”. Widened by dividing the pitch of 6 by 6. >>, or in the case of a narrow pitch ⁇ 2 ⁇ (ii), it is narrowed by dividing the reduced pitch by 6. Are arranged while keeping each other.
  • the “number of pseudo salient poles” is preferably larger than the actual number of salient poles 6n.
  • the slot is originally very narrow.
  • the “pseudo salient pole number” is set to a number larger than the actual salient pole number 6n in this way. This is because if the pitch ⁇ 2 between the pole and the B salient pole becomes wider, the difficulty of mounting the coil also decreases.
  • the motor 10a according to the second embodiment has 6n salient poles
  • the permanent magnet 24 of the rotor 20 has (6n + 2) magnetic poles
  • the “number of pseudo salient poles” is (6n + 1), that is, 25.
  • the least common multiple based on the “number of pseudo salient poles (25)” and the number of magnetic poles of the permanent magnet (26) is 650.
  • the salient pole 40 is disposed according to the same rule as described above.
  • the least common multiple of the “number of pseudo salient poles” and the number of magnetic poles of the permanent magnet can be made larger than the least common multiple in the motor 10 according to the first embodiment, and the pulsation of cogging torque can be further suppressed. .
  • the following table compares the motor 10 according to the first embodiment shown in FIG. 10 and the motor 10a according to the second embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 10, FIG. 11 and the above table, even if they are substantially the same size, the motor 10a according to the second embodiment is much larger than the motor 10 according to the first embodiment.
  • the least common multiple can be set, and the pulsation of cogging torque can be further suppressed. Furthermore, by suppressing the pulsation of the cogging torque, not only the vibration can be suppressed but also the energy loss can be suppressed and the torque at the time of starting can be further increased. Further, smoother and more stable rotation can be obtained.
  • the relationship between the number of salient poles, the number of pseudo salient poles and the number of magnetic poles of the permanent magnet which are calculation grounds for determining the arrangement pitch of salient poles, and the arrangement of salient poles. Since it has the same configuration as that of the motor 10 according to the first embodiment except for the rules, it has the corresponding effect as it is among the effects of the motor 10 according to the first embodiment.
  • the motor 10b according to the third embodiment (not shown; hereinafter, illustration of all the configuration requirements of the motor b according to the third embodiment is omitted) is basically the same as that of the motor 10 according to the first embodiment. Although it has a configuration, it is different from the motor 10 according to the first embodiment in the relationship between the number of salient poles and the number of magnetic poles of the permanent magnet. That is, the motor 10b according to the third embodiment has 6n salient poles, and the permanent magnet 24 of the rotor 20 has (6n ⁇ 4) magnetic poles. According to the motor 10b according to the third embodiment, (a) since the number of salient poles is an even number, smooth and stable rotation can be obtained without causing a “problem caused by biased excitation”. (A) The difference between the number of salient poles and the number of magnetic poles of the permanent magnet is 4, and the least common multiple of the number of salient poles and the number of magnetic poles of the permanent magnet can be made relatively large. Can be suppressed.
  • the motor 10b according to the third embodiment has the same configuration as the motor 10 according to the first embodiment except for the relationship between the number of salient poles and the number of magnetic poles of the permanent magnet. Among the effects possessed, the corresponding effect is maintained as it is.
  • a so-called outer rotor type in which the stator 30 is a side closer to the rotation axis RA ( ⁇ r direction side) and the rotor 20 is a side farther from the rotation axis RA (r direction side).
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention may be applied to a so-called inner rotor type motor in which the rotor 20 is on the side close to the rotation axis RA ( ⁇ r direction side) and the stator 30 is on the side far from the rotation axis RA (r direction side).
  • the coils are collectively formed in series in the winding winding step S100, and the coils are easily fitted into the salient poles in the i-th coil group shaping step S200. After shaping, in the coil fitting step S300, a series of previously shaped coils are collectively fitted, and the coil is attached to the salient pole.
  • the present invention is not limited to this.
  • the motor 10 according to the present invention can also be obtained by a method in which the coil 50 is mounted so as to be wound directly around the salient pole 40 while pushing the winding 58 into the bottom of the slot SL.
  • the method for manufacturing the motor 10 according to the first embodiment has been described as the method for manufacturing the motor.
  • the present invention is limited to the motor 10 according to the first embodiment. It is not something.
  • the manufacturing method can be applied to the motor 10a according to the second embodiment, the motor 10b according to the third embodiment, and the motor according to the modification.
  • the first coil group 51G and the fourth coil group 54G are connected in series, and the second coil group 52G and the fifth coil group 55G Are connected in series and the third coil group 53G and the sixth coil group 56G are connected in series.
  • these coil groups may be connected in parallel.
  • the first coil group 51G to the sixth coil group 56G are so-called star-connected circuits, but the circuit is not limited thereto. It is not a thing.
  • a circuit employing another connection method such as delta connection may be used.

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Abstract

永久磁石24を有するロータ20とコイル50が装着された突極40を有するステータ30とを備えたモータ10であって、それぞれn個の突極によって構成される第1突極群から第6突極群までの6つの突極群が円周方向に沿って配設され、同相の電流が供給される突極群が機械角にして180°ずれた位置に位置するように配設され、各突極40はストレート形に形成されており、突極群の突極40に装着されたコイル群はn個のコイル50が直列に連結されたものであり、コイル50は、隣接する突極間で巻回方向が互いに逆になるように突極に装着され、隣接する突極間において渡り線59によって突極40の先端側又は基端側で渡され、且つ、渡り線59は隣接するスロットSL間で先端側又は基端側の関係が逆になっている。小型・軽量を実現しつつ、極数が比較的多く、高トルクを出力することができるモータとなる。

Description

モータ及びモータの製造方法
 本発明は、モータ及びモータの製造方法に関する。
 モータを含む動力機構は、近年、様々な車両、機器等において活用されている。特に、車椅子、電動立ち乗り2輪車《例えば、セグウェイ(R)。》等の電動車両、介護ロボット、釣り向け電動リール等の応用製品に用いられる動力機構に対しては、小型・軽量でありながら、高トルクを出力できることが期待されている。
 高トルクを出力させるための方法として、減速機を用いる方法が一例として挙げられる。この方法は、モータの出力軸(シャフト)に複数の歯車を有する減速機を接続してモータの回転速度を減じ、減速機の出力軸からトルクを高めた動力を伝達させるという方法である。ただ、この方法は、モータ以外に別途、減速機が必要となり、部品点数が増加することから動力機構全体の小型・軽量化を実現しづらい。また、程度の差こそあれ、減速機におけるエネルギー損失、ノイズ発生等の問題も新たに生じる。
 別の方法として、減速機を用いずにモータのみでダイレクトドライブするという方法も挙げられる。この場合、出力することができるトルクは相応に高めておく必要がある。
 比較的高いトルクを出力することができるモータとして、従来より、突極(突状の鉄心又はコア。)を用いたモータが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
 図12は、従来のモータ900を説明するために示す図である。なお、コイル950については、第1突極群941G及び第4突極群944Gに属する突極940についてのみ装着されたコイルのみ図示し、他の突極に装着されたコイルは図示を省略する。また、第2突極群942G、第3突極群943G、第5突極群945G及び第6突極群946G、並びに、第2コイル群952G、第3コイル群953G、第5コイル群955G及び第6コイル群956Gについては符合を付さない。
 従来のモータ900は、図12に示すような、円周方向に沿ってN極及びS極の磁極が交互に配列された永久磁石924を有するロータ920と、それぞれに対してコイル950が装着された複数の突極940を有し、複数の突極940が円周方向に沿って配列され、且つ、突極940の先端面が、永久磁石924の磁極が配列された面に対向するように形成されたステータ930と、を備えたモータ900である。
 図12において、ステータ930が有する突極940の数は12個である。
 ステータ930において、2個の突極940によって構成される第1突極群941G、2個の突極940によって構成される第2突極群942G、2個の突極940によって構成される第3突極群943G、2個の突極940によって構成される第4突極群944G、2個の突極940によって構成される第5突極群945G、及び、2個の突極940によって構成される第6突極群946Gが、この順番でステータ930の円周方向に沿って配設され、第1突極群941G及び第4突極群944G、第2突極群942G及び第5突極群945G、並びに、第3突極群943G及び第6突極群946Gは、それぞれにおいて機械角にして互いに180°ずれた位置に位置するように配設されている。
 第1突極群941Gの2個の突極940には、直列に連結された2個のコイル950からなる第1コイル群951Gが装着されており、第2突極群942Gの2個の突極940には、直列に連結された2個のコイル950からなる第2コイル群952Gが装着されており、第3突極群943Gの2個の突極940には、直列に連結された2個のコイル950からなる第3コイル群953Gが装着されており、第4突極群944Gの2個の突極940には、直列に連結された2個のコイル950からなる第4コイル群954Gが装着されており、第5突極群945Gの2個の突極940には、直列に連結された2個のコイル950からなる第5コイル群955Gが装着されており、第6突極群946Gの2個の突極940には、直列に連結された2個のコイル950からなる第6コイル群956Gが装着されている。
 そして、第1コイル群951G及び第4コイル群954GにはU相の電流が供給され、第2コイル群952G及び第5コイル群955GにはV相の電流が供給され、並びに、第3コイル群953G及び第6コイル群956GにはW相の電流が供給される。
 従来のモータ900によれば、ステータ(電機子)930に突極(コア)940を備えているため、コアレスモータに比べ大きな出力を得ることが期待できる(特許文献1の第2頁左上欄等参照。)。
特開昭62-110468号公報
 ただし、応用製品に依っては、従来のモータ900によるトルクでは不十分であり、近年では、更に高いトルクを出力するモータが望まれている。
 しかしながら、更に高トルクを出力しようとすると、一般的にはモータが大型化し重量も増してしまう。
 すなわち、(i)コイルの巻き数を多くしようとすると、コイルの筒の高さ(コイルが円筒状であるとしたときの筒の高さ)や厚みが大きくなり、これに対応してコイルを収めるスロット(隣り合う突極同士の間の溝。鉄心溝とも呼ばれる。)としても大きなスペースを確保せざるを得ず、結局モータが大型化してしまう。また、(ii)コイルに流す電流を大きくしようとすると、巻線も径の太いものを用いることとなり、コイルの大型化、ひいてはモータの大型化・重量化に繋がってしまう。
 一方で、(iii)高トルクを得るため、永久磁石の磁極数及び突極の数(以下、これらをまとめて「極数」というときがある。)を増やすというアプローチもある。ただ、当該モータを応用する製品が、車椅子、電動立ち乗り2輪車、介護ロボット等といった製品である場合には、当該モータの直径は、ある程度の寸法以内に抑える必要がある。直径をある程度抑制して所定の直径としつつも、極数を増やそうとすると、必然的にスロットの幅を狭くせざるを得ない。そうすると、例えば巻線をガイドするニードルをスロットの奥に差し入れづらくなり、これに伴い巻線をスロットに収めづらくなる。その結果、突極へのコイル装着が極めて困難となる。
 加えて、巻線をいわゆる分布巻する技術を用いる場合や、それぞれU相、V相及びW相の電流が供給されるコイルを円周方向に順番に隣り合うようにして配置するような技術を用いる場合においては、仮に極数が増えると、当該スロットから別のスロットに渡る渡り線の総延長も全体として長大化し、モータの大型化・重量化に拍車がかかる。
 いずれにせよ、従来のモータにおいて極数を増やすことにより高トルク化を目指すならば、結局、モータは大型化・重量化してしまう。
 こうした事情から、直径がある程度の寸法以内であり(然程大きくない)、且つ、極数が比較的多く、且つ、高トルクを出力することができるモータは、これまで実用化されるまでに至っていない。
 そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、サイズ及び重量を抑えつつも(小型・軽量を実現しつつ)、極数が比較的多く、高トルクを出力することができ、ダイレクトドライブにも適したモータを提供することを目的とする。
[1]本発明のモータは、円周方向に沿ってN極及びS極の磁極が交互に配列された永久磁石を有するロータと、それぞれに対してコイルが装着された複数の突極を有し、前記複数の突極が円周方向に沿って配列され、且つ、前記突極の先端面が前記永久磁石の磁極が配列された面に対向するように形成されたステータと、を備えたモータであって、前記ステータが有する前記突極の数は6n個(nは4以上の自然数。)であり、前記ステータにおいて、n個の第1突極によって構成される第1突極群、n個の第2突極によって構成される第2突極群、n個の第3突極によって構成される第3突極群、n個の第4突極によって構成される第4突極群、n個の第5突極によって構成される第5突極群、及び、n個の第6突極によって構成される第6突極群が、この順番で前記ステータの円周方向に沿って配設され、前記第1突極群及び前記第4突極群、前記第2突極群及び前記第5突極群、並びに、前記第3突極群及び前記第6突極群は、それぞれにおいて機械角にして互いに180°ずれた位置に位置するように配設されており、前記第1突極群のn個の前記第1突極には、直列に連結されたn個の前記コイルからなる第1コイル群が装着されており、前記第2突極群のn個の前記第2突極には、直列に連結されたn個の前記コイルからなる第2コイル群が装着されており、前記第3突極群のn個の前記第3突極には、直列に連結されたn個の前記コイルからなる第3コイル群が装着されており、前記第4突極群のn個の前記第4突極には、直列に連結されたn個の前記コイルからなる第4コイル群が装着されており、前記第5突極群のn個の前記第5突極には、直列に連結されたn個の前記コイルからなる第5コイル群が装着されており、前記第6突極群のn個の前記第6突極には、直列に連結されたn個の前記コイルからなる第6コイル群が装着されており、前記第1コイル群及び前記第4コイル群にはU相の電流が供給され、前記第2コイル群及び前記第5コイル群にはV相の電流が供給され、並びに、前記第3コイル群及び前記第6コイル群にはW相の電流が供給され、各前記突極は、前記ステータの半径方向に沿って平坦なストレート形に形成されており、前記第1突極群~前記第6突極群のそれぞれにおいて、前記コイルは、隣接する前記突極間で巻回方向が互いに逆になるように前記突極に対して装着され、前記コイルは、隣接する前記突極間において当該コイルを構成する巻線の一部である渡り線によって前記突極の先端側又は基端側で渡され、且つ、前記渡り線は、隣接するスロット間で前記先端側又は前記基端側の関係が逆になっていることを特徴とする。
 本発明のモータにおいて、各突極はステータの半径方向に沿って平坦なストレート形に形成されており、これらの各突極に各コイルが装着されている。一方、(a)コイルは、隣接する突極間で巻回方向が互いに逆になるような状態で突極に対して装着され、さらに、(b)コイルは、隣接する突極間において当該コイルを構成する巻線の一部である渡り線によって突極の先端側又は基端側で渡された状態となっており、且つ、渡り線は、隣接するスロット間で先端側又は基端側の関係が逆になっている。そして、(c)上記(a)及び(b)の規則性を有するn個のコイルが直列に連結され第iコイル群を構成している(ただし、iは1から6までの自然数。)。
 このような突極及びコイルの構造とすることで、極数が比較的多く高トルクを出力可能でありながら、比較的小型でスロットの幅が狭いモータを実現し提供することができる(詳細は後述する。)。
 本発明のモータにおいて、1つの相に係るコイル群が、1つの群に係るn個の突極に対し、連続するようにして直列に連結されて装着されている。また、渡り線が隣接する突極間で渡されている。このため、巻線を分布巻する技術を用いる場合やU相、V相及びW相の電流が供給されるコイルを円周方向に順番に隣り合うようにして配置するように巻線を巻回する技術を用いる場合とは異なり、モータの小型化を図ることができる。また、渡り線の長さを最小限にできるので、巻線の総延長も短くなり、モータの軽量化を図ることができる。加えて、総延長で把握したときの巻線全体の抵抗値を抑えることができ、モータのエネルギー効率向上を図ることができる。
 さらに、本発明のモータにおいては、n個の第1突極によって構成される第1突極群、n個の第2突極によって構成される第2突極群、n個の第3突極によって構成される第3突極群、n個の第4突極によって構成される第4突極群、n個の第5突極によって構成される第5突極群、及び、n個の第6突極によって構成される第6突極群が、この順番でステータの円周方向に沿って配設されている。第1突極群及び第4突極群、第2突極群及び第5突極群、並びに、第3突極群及び第6突極群は、それぞれにおいて機械角にして互いに180°ずれた位置(回転軸を中心として点対称となるように)に位置するように配設されている。これらの6個の突極群にはそれぞれ対応したコイル群が装着されており、第1コイル群及び第4コイル群にU相の電流が供給され、第2コイル群及び第5コイル群にV相の電流が供給され、並びに、第3コイル群及び第6コイル群にW相の電流が供給されるように構成されている。
 このように、例えば、第1突極群及び第4突極群の対となる突極群同士が互いに機械角180°ずれた位置に配設されて、これら対の突極群にそれぞれ対応したコイル群に同相の電流が供給される。このため、回転軸を挟んで両突極群が励磁されることとなり、突極群が非対称に配設されたが故に励磁の偏りを生じロータが片方に引っ張られるという問題(偏った励磁による問題)を惹き起こすことなく、円滑且つ安定した回転をするモータを得ることができる。
 以上のように、本発明によれば、サイズ及び重量を抑えつつも(小型・軽量を実現しつつ)、極数が比較的多いモータを得ることができる。また、極数を増やすことにより起動時及び低速運転時を中心に高トルクを出力することができる。このようにして、結果的に、サイズ及び重量を抑えつつも(小型・軽量を実現しつつ)、極数が比較的多く、高トルクを出力することができ、ダイレクトドライブにも適したモータを提供することができる。
[2]本発明のモータにおいては、隣接する前記突極間の間隔が、前記巻線の直径の2.1倍~3.0倍の範囲内にあることが好ましい。
 隣接する突極間の間隔が巻線の直径の2.1倍~3.0倍の範囲内にあるような、スロットの幅が狭いモータにあっては、[背景技術]及び[発明が解決しようとする課題]の段落でも述べたように、従来、これを実現することが困難であった。
 前記[2]記載のモータによれば、隣接する突極間の間隔が巻線の直径の2.1倍~3.0倍の範囲内にあるような、スロットの幅が巻線の直径に対して狭い場合であっても、好適に所望のモータを実現することができる。
[3]本発明のモータにおいては、前記ステータの直径Φが40mm<Φ<200mmの範囲内にあり、且つ、前記永久磁石が有する磁極数及び/又は前記突極の数が60~240の範囲内にあることが好ましい。
 ステータの直径Φが40mm<Φ<200mmの範囲内にありながらも、且つ、前記永久磁石が有する磁極数及び/又は前記突極の数が60~240の範囲内にあるような、いわば極数が多いモータにあっては、[背景技術]及び[発明が解決しようとする課題]の段落でも述べたように、従来、これを実現することが困難であった。
 前記[3]記載のモータによれば、ステータの直径Φが40mm<Φ<200mmの範囲内にありながらも、且つ、前記永久磁石が有する磁極数及び/又は前記突極の数が60~240の範囲内にあるような、いわば極数が多い場合であっても、好適に所望のモータを実現することができる。
[4]本発明のモータにおいては、前記ロータの前記永久磁石が有する磁極数は(6n±2)個であることが好ましい。
 前記[4]記載のモータによれば、突極数が6n個であり(ただし、nは4以上の自然数。)、永久磁石が有する磁極数が(6n±2)個であるため、(ア)突極数が偶数であることから「偏った励磁による問題(上記[1]参照。)」を惹き起こすことなく、円滑且つ安定した回転を得ることができる。また、(イ)突極数と永久磁石が有する磁極数との差が、偶数のうち最小である2、となっていることから、突極数及び永久磁石が有する磁極数の最小公倍数を大きくすることができ、いわゆるコギングトルクの脈動を抑制することができる。
[5]本発明のモータにおいては、前記ロータの前記永久磁石が有する磁極数は(6n+2)個であり、前記第1突極群~前記第6突極群のそれぞれにおいて、当該突極群に属するn個の突極は、機械角にして360°/(6n+1)のピッチを保ちながら配設されており、当該突極群に属する前記n個の突極のうち当該突極群の端に位置するA突極と、当該突極群に隣接する別の突極群に属するn個の突極のうち前記別の突極群の端に位置し前記A突極に隣接するB突極とは、機械角にして{360°/(6n+1)}+360°/(6n+1)/6のピッチを互いに保ちながら配設されていることが好ましい。
 このように、(ウ)永久磁石が有する磁極数を6n+2としたうえで、同一突極群に属する突極同士を機械角にして360°/(6n+1)のピッチを保ちながら配設すると、同一突極群内を局所的に見ると、1周360°当たりに有する突極数を疑似的に換算すると(6n+1)個(以下、突極の配設ピッチを定めるための算定根拠となる「疑似突極数」という。)となるため、「疑似突極数」及び永久磁石が有する磁極数の差が最小の1となる。このため、「疑似突極数」及び永久磁石が有する磁極数の最小公倍数を更に大きくすることができ、コギングトルクの脈動を更に抑制することができる。
 ここで、もし全周360°について(6n+1)分割をし、それらの分割位置に6n個の突極を配置した場合、奇数で分割したがために、対となる突極群同士(ひいてはそれらの突極群に属する突極。)は互いに丁度機械角180°ずれた位置には配設されない。したがって、この場合には多かれ少なかれ「偏った励磁による問題」が残ってしまう。
 そこで、前記[5]記載のモータにおいては、(エ)当該突極群に属するn個の突極のうち当該突極群の端に位置するA突極と、当該突極群に隣接する別の突極群に属するn個の突極のうち別の突極群の端に位置しA突極に隣接するB突極とは、機械角にして{360°/(6n+1)}+360°/(6n+1)/6のピッチを互いに保ちながら配設している。このように構成することにより、突極1個分の空ピッチを解消しつつも、対となる突極群同士(ひいてはそれらの突極群に属する突極。)が互いに丁度機械角180°ずれた位置に配設することができ、「偏った励磁による問題」を抑えこんだ、円滑且つ安定した回転をするモータを得ることができる。
[6]本発明のモータはダイレクトドライブに用いられるものであることが好ましい。
 ダイレクトドライブ用のモータは、起動時及び低速運転時に、高トルクを出力することができ、円滑且つ安定した回転が得られることが期待されている。
 本発明のモータは、(a)極数が比較的多い、(b)同相で励磁される突極群同士が互いに機械角180°ずれた位置に対となって配設されている、(c)ロータの永久磁石が有する磁極数と突極数とが所定の関係を有している(永久磁石の配置ピッチと突極の配置ピッチとが所定の関係を有している)等の理由から、起動時や低速運転時にも、高トルクを出力することができ、また、振動やコギングトルクの脈動が抑制されて円滑且つ安定した回転を得ることができる。このため、前記[6]に記載の発明によれば、ダイレクトドライブの用に適したモータを提供することができる。
[7]本発明の、上記[1]~[6]いずれか記載のモータを製造するモータの製造方法は、棒状のコイル製作治具の長手方向に平行な軸をx軸と定義し、x軸に垂直な軸をy軸と定義し、x軸及びy軸にそれぞれ垂直な軸をz軸と定義したとき、x軸に沿ってyz平面を平面視したときに、前記コイル製作治具に対し、第1回転方向に周るようにして、前記巻線をm回巻回して第jコイルを形成する第jコイル形成ステップ(jは1からn-2までの何れかの自然数。)、前記巻線を第1回転方向に半回するようにして、第jコイルと第(j+1)コイルとの間を渡す部分となる第j渡り線を形成する第j渡り線形成ステップ、前記コイル製作治具に対し、第1回転方向に周るようにして、前記巻線をm回巻回して第(j+1)コイルを形成する第(j+1)コイル形成ステップ、及び、前記巻線を第1回転方向に半回するようにして、第(j+1)コイルと第(j+2)コイルとの間を渡す部分となる第(j+1)渡り線を形成する第(j+1)渡り線形成ステップを有し、直列に連結された複数個コイルを形成するように前記コイル製作治具に対し前記巻線を巻回する巻線巻回工程と、少なくとも前記第jコイルを前記コイル製作治具から分離する第jコイル分離ステップ、及び、第jコイルの内径及び第(j+1)コイルの内径が同一方向から見えるように前記第j渡り線の少なくとも一部を折り曲げる第j渡り線折曲ステップを少なくとも有し、複数個からなるコイルを第iコイル群(iは1から6までの自然数。)の一部又は全部として整形する第iコイル群整形工程と、前記第iコイル群に属するそれぞれのコイルを、前記ステータにおける前記第i突極群のうち対応する第i突極に対しそれぞれ嵌め込むコイル嵌込工程と、を含むことを特徴とする。
 本発明のモータの製造方法によれば、巻線巻回工程において、コイル製作治具に巻きつけるようにして第iコイル群に属する複数のコイルを一括的に一連に形成し、第iコイル群整形工程において、コイルを突極に嵌め込み易い状態に整形したうえで、コイル嵌込工程において、整形した一連のコイルを一括的に嵌め込んでコイルを突極に装着する。このため、巻線をスロットの底に押し込みながら直接突極に巻回するようにしてコイルを装着することもなく、スロットの幅が狭い場合であっても、容易に効率的に量産に適した形で、コイルを突極に装着することができる。
 また、本発明のモータの製造方法によれば、コイル製作治具に対して巻線をm回巻回した第jコイルの形成、巻線を半回するようにした第j渡り線の形成、巻線をm回巻回した第(j+1)コイルの形成、及び、巻線を半回するようにした第(j+1)渡り線の形成を、巻回方向を途中で変更することなく、総て同一方向の第1回転方向に周るようにして行うので、効率的に量産に適した形で巻線巻回工程を実施することができる。
[8]本発明のモータの製造方法において、前記コイル製作治具は、形成されるコイルの内側に配置される嵌装部を含み、前記嵌装部をx軸に沿ってyz平面を平面視したとき、前記巻線巻回工程においては前記嵌装部の長手方向の寸法を第1寸法とし、前記第iコイル群整形工程における第jコイル分離ステップにおいては、前記嵌装部の寸法を前記第1寸法よりも小さい第2寸法に変更して、前記第jコイルを前記嵌装部から分離することが好ましい。
 前記[8]に記載のモータの製造方法によれば、第jコイル分離ステップにおいて、嵌装部を、巻線巻回工程で維持した第1寸法よりも小さい第2寸法に変更して幅を狭くすることにより、コイルの内側と嵌装部の外側との間に間隙をつくることができる。このため、コイルの分離を容易に行うことができ、コイル分離の際にコイルの形状を崩すこともなく、且つ、一層効率的に量産に適した形態で第jコイル分離ステップを実施することができる。
実施形態1に係るモータ10を説明するために示す斜視図である。 実施形態1に係るモータ10を説明するために示す断面図である。 実施形態1に係るモータ10を説明するために要部を示す図である。 実施形態1における突極40、スロットSL及び巻線58の寸法関係を説明するために示す図である。 実施形態1に係るモータ10を駆動するための結線関係を説明するために示す回路図である。 実施形態1に係るモータ10が駆動されている様子を説明するために示す図である。 実施形態1に係るモータ10の製造方法を説明するために示すフローチャートである。 実施形態1に係るモータ10の製造方法を説明するために示す図である。 実施形態1に係るモータ10の製造方法における嵌装部510の寸法の変更を説明するために示す図である。 実施形態1に係るモータ10の突極40及び永久磁石24の配置関係を説明するために示す図である。 実施形態2に係るモータ10aの突極40の配置を説明するために示す図である。 従来のモータ900を説明するために示す図である。
 以下、本発明のモータ及びモータの製造方法を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、図面における各図は模式図であり、各構成要素のサイズ、各構成要素間のサイズ比率などは必ずしも実際のものを厳密に反映したものではない。
[実施形態1]
1.実施形態1に係るモータ10の基本構造
 図1~図4は、実施形態1に係るモータ10を説明するために示す図である。図1(a)は、モータ10を分解した状態の斜視図である。図1(b)及び図1(c)は、ロータ20とステータ30とを組み合わせた状態の斜視図である。図2は、図1(c)においてモータ10をA-Aで示した平面で切断したときのA-A断面図である。図3(a)は、モータ10を回転軸RAに沿って平面視して突極40の配置を示した図である。併せて永久磁石24の一部も示した。なお、第1突極群41G~第6突極群46Gの境界を便宜上一点鎖線で示した。図3(b)は、モータ10を回転軸RAに沿って平面視して第1突極群41G、第1コイル群51G及び永久磁石24を示した図である。図4は、実施形態1における突極40、スロットSL及び巻線58の寸法関係を説明するために示す図である。図4(a)は図3(b)を拡大した図であり、図3(b)は、突極40のみを取り出してモータ10の円周の外側から視た斜視図である。なお、例えば第1突極41、渡り線59、スロットSL等のように各部位に共通した符号を用いている部位に関しては、一部の部位について符号を付し、他の部位において符号を省略することがある(以下、同様。)。
 実施形態1に係るモータ10は、図1及び図2に示すように、永久磁石24を有するロータ20と、それぞれに対してコイル50が装着された複数の突極40を有し、複数の突極40が円周方向に沿って配列され、且つ、突極40の先端面が永久磁石24の磁極が配列された面に対向するように形成されたステータ30と、を備える。
 永久磁石24は、モータ10が回転する円周方向に沿ってN極及びS極の磁極が交互に概略等ピッチに配列されて成り(図3参照。)、ロータ本体22の内周面に配置されている(図1(a)及び図2参照。)。
 突極40は、コイル50が巻回される部位であって、別に鉄心又はコアとも呼ばれる部位である。突極40は、ステータ基体32に連結される。突極40の先端面と永久磁石24とは、エアギャップAGの間隔をおいて対向している(図2参照。)。
 ロータ本体22の回転軸RAの周辺にはベアリング26が配設され、ベアリング26はステータ30と接触している。モータ10からは、コイル50に電流を供給する電力リード線60、ホール素子(図示しない。)等の信号を伝達させる信号リード線70が引き出されている(図1及び図2参照。)。
2.実施形態1に係るモータ10の詳細な構造
(1)突極群
 ステータ30が有する突極40の数は、全体で6n個(nは4以上の自然数。)である。例えば、図3に示すステータ30はn=11であり全体で66個の突極40を有している。
 これらの突極40は仮想的に6個の突極群に分けられる。すなわち、図3(a)に示すように、ステータ30においては、n個の第1突極41によって構成される第1突極群41G、n個の第2突極42によって構成される第2突極群42G、n個の第3突極43によって構成される第3突極群43G、n個の第4突極44によって構成される第4突極群44G、n個の第5突極45によって構成される第5突極群45G、及び、n個の第6突極46によって構成される第6突極群46Gが、この順番でステータ30の円周方向に沿って配設されている。なお、図3(a)では、紙面に向かってCW方向(時計回りの方向)に第1突極群41G~第6突極群46Gと定義した。そして、第1突極群41G及び第4突極群44G、第2突極群42G及び第5突極群45G、並びに、第3突極群43G及び第6突極群46Gは、それぞれにおいて機械角にして互いに180°ずれた位置(回転軸RAを中心として点対称となるように)に位置するように配設されている。
(2)コイル群
 図3(b)に示すように、第1突極群41Gのn個の第1突極41には、直列に連結されたn個のコイルからなる第1コイル群51Gが装着されている。すなわち、巻線を分布巻させてコイルを装着させる場合やU相、V相及びW相の電流が供給されるコイルを順番に隣り合うようにして巻線を巻回してコイルを装着させる場合とは異なり、直列(いわばシリーズ状/カスケード状)にn個のコイルが連なって一のコイル群を形成している。
 第2コイル群52G~第6コイル群56Gも上記第1コイル群51Gと同様に、第2突極群42Gのn個の第2突極42には、直列に連結されたn個のコイルからなる第2コイル群52Gが装着されており、第3突極群43Gのn個の第3突極43には、直列に連結されたn個のコイルからなる第3コイル群53Gが装着されており、第4突極群44Gのn個の第4突極44には、直列に連結されたn個のコイルからなる第4コイル群54Gが装着されており、第5突極群45Gのn個の第5突極45には、直列に連結されたn個のコイルからなる第5コイル群55Gが装着されており、第6突極群46Gのn個の第6突極46には、直列に連結されたn個のコイルからなる第6コイル群56Gが装着されている《図3(b)では図示しない。》。
 第1コイル群51G及び第4コイル群54GにはU相の電流が供給され、第2コイル群52G及び第5コイル群55GにはV相の電流が供給され、並びに、第3コイル群53G及び第6コイル群56GにはW相の電流が供給される《図3(a)のU相、V相及びW相の表示を参照。》。すなわち、対となる突極群は、互いに機械角180°ずれた位置に配設されて同相の電流が供給される。対となる両突極群は、同じタイミングで回転軸RAを挟んで励磁されることとなる。
 また、実施形態1に係るモータ10においては、第1コイル群51Gと第4コイル群54Gとが直列に接続され、第2コイル群52Gと第5コイル群55Gとが直列に接続され、第3コイル群53Gと第6コイル群56Gとが直列に接続されている(図5参照。)。
(3)突極の形状
 このコイル50が装着される突極40(各突極群内における突極では、符合は41~46として付されている。以下、同様。)は、ステータ30の半径方向に沿って平坦なストレート形に形成されている(図1~図4参照。)。
 ここで「ストレート形の突極」とは、突極の基端の幅よりも先端の幅の方が広くなっているいわば傘形の突極(図12参照。)とは形を異にした突極を指すものとする。ストレート形の突極40は、特別な凹部や凸部を有さずステータ30の半径方向に沿って平坦となっていることが好ましい。突極40の先端から基端まで同一平面となるように形成してもよいし、突極40の先端の幅を基端の幅より若干狭くし突極40の側面が全体としてテーパー状になるように形成してもよい。テーパーは、直線的に形成してもよいし緩やかなカーブを描くようにして形成してもよい。
 実施形態1に係るモータ10は、このような突極構造を採用しているので、例えば、巻線をガイドするニードルがスロットの奥まで挿入し易くなっており、又は、予め巻回しておいたコイルが突極に嵌め込み易くなっている。
(4)コイルの装着構造
 図3(b)に示すように、第1突極群41G~第6突極群46Gのそれぞれにおいて、コイル50は、各突極群内を局所的にみたときに、隣接する突極間で巻回方向が互いに逆になるように突極に対して装着されている。
 例えば、モータ10が回転する円周の外側から回転軸RAの方向(-r方向)に視たときに、コイル51の巻回方向はCW方向となっており、コイル51の巻回方向はCCW方向(反時計回りの方向)となっており、コイル51の巻回方向はCW方向となっており、コイル51の巻回方向はCCW方向となっている。以降のコイル51も同様の規則による巻回方向となっている。
 こうすることで、コイル群において同相の電流が流れたときに、当該コイルに装着された突極の先端側にはN極及びS極の磁極が交互に現れる(仮に、図3(b)において第1コイル群51Gのコイル51からコイル5111の方向に電流が流れたとき、コイル51に装着された突極の先端側にはS極、コイル51に装着された突極の先端側にはN極というように現れる。)。
 また、図3(b)に示すように、第1突極群41G~第6突極群46Gのそれぞれにおいて、コイル50は、隣接する突極間において当該コイル50を構成する巻線58の一部である渡り線59によって突極40《図3(b)では符号41が付されている。以下、同様。》の先端側又は基端側で渡され、且つ、渡り線59は、隣接するスロットSL間で先端側又は基端側の関係が逆になっている。
 例えば、渡り線59は、コイル51及びコイル51の間に対応するスロットSLでは突極の基端側で渡され、コイル51及びコイル51の間に対応するスロットSLでは突極の先端側で渡され、コイル51及びコイル51の間に対応するスロットSLでは突極の基端側で渡されるというように、交互に先端側又は基端側で渡されている。
 ここで突極40の先端側とは、回転軸RAからモータ10が回転する円周の外側に向かう方向(r方向)の側をいい、突極40の基端側とは、モータ10が回転する円周の外側から回転軸RAに向かう方向(-r方向)の側をいうものとする。
(5)寸法等   
 実施形態1に係るモータ10は、ステータ30の直径をΦとしたときに(図2参照。)、ステータ30の直径Φは40mmより大きく200mmよりも小さい値の範囲内にあり、且つ、永久磁石24が有する磁極数及び/又は突極40の数は60~240の範囲内にある。 
 また、図4(a)及び図4(b)に示すように、実施形態1に係るモータ10において、隣接する突極40の間の間隔W1は、巻線58の直径φ1の2.1倍~3.0倍の範囲内にある。
 また、実施形態1における突極40は、-r方向に沿って視たときに、モータ10の円周方向における長さL2よりも、これと垂直な方向の長さL1の方が長くなっている。
(6)突極数及び永久磁石が有する磁極数の関係
 実施形態1に係るモータ10は、突極数が6n個であるところ、ロータ20の永久磁石24が有する磁極数は(6n±2)個となっている。
(7)モータ10の応用先について 
 実施形態1に係るモータ10は、主にダイレクトドライブに用いられる。
3.実施形態1に係るモータ10の駆動
 図5は、実施形態1に係るモータ10を駆動するための結線関係を説明するために示す回路図である。図6は、実施形態1に係るモータ10が駆動されている様子を説明するために示す図である(n=11と設定されている。)。第1突極群41G~第6突極群46Gにおいて、対応するコイル群に電流が流されて励磁された突極群については、網掛けを施した。また、励磁された突極群に係るn個の突極及び永久磁石24には、極性(N極及びS極)に応じて網掛けの濃淡を変えた。
 モータ10を駆動する方法は如何なる方法を採用してもよいが、例えば実施形態1においては、図5及び図6に示すように、いわゆるスター結線による駆動回路として構成し、これを動作させることにより第1突極群41G~第6突極群46Gに対して回転磁界を加える駆動方法とする。
 実施形態1における駆動回路は、図5に示すように、第1コイル群51Gの一端と第4コイル群54Gの一端とが接続され、第2コイル群52Gの一端と第5コイル群55Gの一端とが接続され、第3コイル群53Gの一端と第6コイル群56Gの一端とが接続され、第1コイル群51Gの他端がノードNuに接続され、第2コイル群52Gの他端がノードNvに接続され、第3コイル群53Gの他端がノードNwに接続され、第4コイル群54Gの他端、第5コイル群55Gの他端及び第6コイル群56Gの他端がノードNnに接続されている。電源Eの高電位側と低電位側との間には、スイッチS1及びS2、スイッチS3及びS4、並びにスイッチS5及びS6が、それぞれ直列に接続されている。さらに、スイッチS1及びS2の接続ノードはノードNuに、スイッチS3及びS4の接続ノードはノードNwに、並びにスイッチS5及びS6の接続ノードはノードNvにそれぞれ接続されている。
 このように、第1コイル群51G~第6コイル群56Gをいわゆるスター結線した回路として駆動回路を構成したうえで、スイッチS1~S6を適宜オン/オフ制御することによって、ノードNu、ノードNv及びノードNwの3つのノードの中から選択された2つのノード間で電流を流すことによって、図6に示すように、回転磁界を加える。
 具体的には、第1フェーズではU相及びV相に対応したコイル群(第1コイル群51G、第2コイル群52G、第4コイル群54G及び第5コイル群55G)に電流を流し、第1突極群41G、第2突極群42G、第4突極群44G及び第5突極群45Gを励磁する《図6(1)参照。》。同一フェーズにおいては、対となる両突極群が、同じタイミングで回転軸RAを挟んで励磁されることとなる(以降のフェーズも同様。)。
 次に、第2フェーズでは、V相及びW相に対応したコイル群(第2コイル群52G、第3コイル群53G、第5コイル群55G及び第6コイル群56G)に電流を流し、第2突極群42G、第3突極群43G、第5突極群45G及び第6突極群46Gが励磁する《図6(2)参照。》。
 第3フェーズ以降も同様に、フェーズが変わる毎に電流を流すコイル群をCW方向にシフトさせて、励磁する突極群をCW方向にシフトさせる。第6フェーズまでの駆動を終えると、再び第1フェーズに戻って同様の駆動を繰り返すようにして第1突極群41G~第6突極群46Gに回転磁界を加える。これらの駆動に伴い、ロータ20が回転する。
4.実施形態1に係るモータ10の作用・効果
(1)極数を増やすことによる作用・効果
 モータ10の極数(永久磁石の磁極数及び/又は突極の数。)を比較的多く設定した場合、1回の励磁スイッチング(上記した、モータ10の駆動方法でいうとフェーズの切り替わり。)当たりにロータ20を回転させなければならない角度は、極数が少ない場合よりも、小さな角度となる。その結果、例えば車両におけるローギアの如く起動時のトルクを高めることができる。
 加えて、極数を多く設定した場合、磁極の配置ピッチが狭くなるにつれてパーミアンスの関係上、永久磁石24の厚さを逆に薄くすることができる。このように、永久磁石24を薄化することによりモータ10の小型・軽量化を図ることができる。加えて、回転体たるロータ20の円周方向に配された永久磁石24が軽量化されるため、迅速な加減速に資することができる。
(2)極数を増やすことと小型・軽量化との両立
 しかしながら、極数を増やし高トルク化を図ることは、一般的にはモータの大型化・重量化に繋がることは、上記で述べた。
 そこで、実施形態1に係るモータ10において、各突極40をステータ30の半径方向(r方向)に沿って平坦なストレート形に形成し、これらの各突極40に各コイル50を装着する。一方、(a)コイル50は、隣接する突極間で巻回方向が互いに逆になるような状態で突極40に対して装着し、さらに、(b)コイル50は、隣接する突極間において当該コイルを構成する巻線58の一部である渡り線59によって突極40の先端側又は基端側で渡された状態となるようにし、且つ、渡り線59は、隣接するスロットSL間で先端側又は基端側の関係が逆になるようにする。そして、(c)上記(a)及び(b)の規則性を有するn個のコイル50を直列に連結して第iコイル群5iGを構成する(ただし、iは1から6までの自然数。)。
 このような突極40及びコイル50の構造とすることで、極数が比較的多くした結果、高トルクを出力することが可能でありながら、比較的小型でスロットの幅が狭いモータを実現し提供することができる。
(3)巻線58の短縮
 実施形態1に係るモータ10において、例えば、第1突極群41Gのn個の第1突極41には、直列に連結されたn個のコイル50からなる第1コイル群51Gが装着されており、コイル50は、隣接する第1突極41間において当該コイル50を構成する巻線58の一部である渡り線59によって第1突極41の先端側又は基端側で渡されている。つまり、1つの相に係るコイル群が、1つの群に係るn個の突極に対し、連続するようにして直列に連結されて装着されており、また、渡り線が隣接する突極間で渡されている。
 このため、巻線を分布巻する場合や、U相、V相及びW相の電流が供給されるコイルを円周方向に順番に隣り合うようにして配置するように巻線を巻回する場合とは異なり、巻線を這わすためのスペースを別途設ける必要もなく、モータの小型化を図ることができる。また、渡り線の長さを最小限にできるので巻線の総延長も短くなり、モータの軽量化を図ることができる。加えて、巻線を総延長したときの抵抗値を抑えることができ、モータのエネルギー効率向上を図ることができる。
(4)回転軸RAを中心とした点対称の関係を持たせた励磁
 実施形態1に係るモータ10においては、n個の第1突極41によって構成される第1突極群41G、n個の第2突極42によって構成される第2突極群42G、n個の第3突極43によって構成される第3突極群43G、n個の第4突極44によって構成される第4突極群44G、n個の第5突極45によって構成される第5突極群45G、及び、n個の第6突極46によって構成される第6突極群46Gが、この順番でステータ30の円周方向に沿って配設されている。第1突極群41G及び第4突極群44G、第2突極群42G及び第5突極群45G、並びに、第3突極群43G及び第6突極群46Gは、それぞれにおいて機械角にして互いに180°ずれた位置(回転軸RAを中心として点対称となるように)に位置するように配設されている。これらの6個の突極群にはそれぞれ対応したコイル群が装着されており、第1コイル群51G及び第4コイル群54GにU相の電流が供給され、第2コイル群52G及び第5コイル群55GにV相の電流が供給され、並びに、第3コイル群53G及び第6コイル群56GにW相の電流が供給されるように構成されている。
 このように、第1突極群41G及び第4突極群44Gといった対となる突極群同士が互いに機械角180°ずれた位置に配設されて、これら対の突極群にそれぞれ対応したコイル群に同相の電流が供給されるため、回転軸RAを挟んで両突極群が励磁されることとなり、「偏った励磁による問題」を惹き起こすことなく、円滑且つ安定した回転をするモータを得ることができる。
 上記(1)~(4)からも理解できるように、実施形態1に係るモータ10によれば、サイズ及び重量を抑えつつも(小型・軽量を実現しつつ)、極数が比較的多いモータを得ることができる。また、極数を増やすことにより起動時及び低速運転時を中心に高トルクを出力することができる。このようにして、結果的に、サイズ及び重量を抑えつつも(小型・軽量を実現しつつ)、極数が比較的多く、高トルクを出力することができ、ダイレクトドライブにも適したモータを提供することができる。
(5)実施形態1に係るモータ10においては、第1コイル群51Gと第4コイル群54Gとが直列に接続され、第2コイル群52Gと第5コイル群55Gとが直列に接続され、第3コイル群53Gと第6コイル群56Gとが直列に接続されている。
 もし、例えば、第1コイル群51G及び第4コイル群54Gが並列接続されている場合、それぞれのコイル群の一端はそれぞれ動力リード線のノードに集中するように接続されることとなり、また、それぞれのコイル群の他端はそれぞれ別のノードに接続されることとなる。
 一方、実施形態1に係るモータ10によれば、回転角を中心とした点対称の関係にある2つのコイル群(上記例でいえば、第1コイル群51Gと第4コイル群54G。)が直列接続されていることから、上記のような特定ノードへの集中的な接続は無くなり、並列接続されている場合に比べて配線スペースが省かれ、一層小型・軽量となる。
(6)従来、ステータの直径Φが40mm<Φ<200mmの範囲内にありながらも、且つ、前記永久磁石が有する磁極数及び/又は前記突極の数が60~240の範囲内にあるような極数が多い仕様のモータにあっては、これを実現することが困難であった。
 実施形態1に係るモータ10によれば、ステータの直径Φが40mm<Φ<200mmの範囲内にありながらも、且つ、前記永久磁石が有する磁極数及び/又は前記突極の数が60~240の範囲内にあるような極数が多い場合であっても、好適に所望のモータを実現することができる。
(7)従来、隣接する突極間の間隔が巻線の直径の2.1倍~3.0倍の範囲内にあるような、スロットの幅が狭いモータにあっては、これを実現することが困難であった。
 実施形態1に係るモータ10によれば、隣接する突極間の間隔が巻線の直径の2.1倍~3.0倍の範囲内にあるような、スロットの幅が巻線の直径に対して狭い場合であっても、好適に所望のモータを実現することができる。
 なお、実施形態1では、スロットSLにおいて、巻線58を重ねるように巻回するのではなく、一重巻としている。一重巻とすることで極めて狭いスロットSLであっても、比較的容易に巻線58を収容しコイル50を突極40に装着することができる。
(8)実施形態1における突極40は、-r方向に沿って視たときに、モータ10の円周方向における長さL2よりも、これと垂直な方向の長さL1の方が長くなっている。このため、極数が多くなり必然的にL2が小さくなった場合であっても、L1がL2よりも長いため、突極40の先端であって永久磁石24と対向する部分の面積を相応に確保することができ、極数が多いながらも高トルク化を図ることができる。 
(9)実施形態1に係るモータ10によれば、突極数が6n個であり、永久磁石が有する磁極数が(6n±2)個であるため、(ア)突極数が偶数であることから「偏った励磁による問題」を惹き起こすことなく、円滑且つ安定した回転を得ることができる。また、(イ)突極数と永久磁石が有する磁極数との差が、偶数のうち最小である2となっていることから、突極数及び永久磁石が有する磁極数の最小公倍数を大きくすることができ、いわゆるコギングトルクの脈動を抑制することができる。コギングトルクの脈動を抑制することにより振動を抑えるだけでなく、エネルギー損失を抑え、起動時のトルクを高めることができる。また、円滑且つ安定した回転を得ることができる。
(10)ダイレクトドライブ用のモータは、起動時及び低速運転時に、高トルクを出力することができ、円滑且つ安定した回転が得られることが期待されている。
 実施形態1に係るモータ10によれば、(a)極数が比較的多い、(b)同相で励磁される突極群同士が互いに機械角180°ずれた位置に対となって配設されている、(c)ロータ20の永久磁石24が有する磁極数と突極数とが所定の関係を有している(永久磁石24の配置ピッチと突極40の配置ピッチとが所定の関係を有している)等の理由から、起動時や低速運転時にも、高トルクを出力することができ、また、振動やコギングトルクの脈動が抑制されて円滑且つ安定した回転を得ることができる。このため、実施形態1に係るモータ10によれば、ダイレクトドライブの用に適したモータを提供することができる。
5.実施形態1に係るモータ10の製造方法
 次に、実施形態1に係るモータ10の製造方法について説明する。
 図7は、実施形態1に係るモータ10の製造方法を説明するために示すフローチャートである。図8は、実施形態1に係るモータ10の製造方法を説明するために示す図である。図9は、実施形態1に係るモータ10の製造方法における嵌装部510の寸法の変更を説明するために示す図である。
 実施形態1に係るモータ10を製造するモータの製造方法は、図7に示すように、巻線巻回工程S100、第iコイル群整形工程S200、及び、コイル嵌込工程S300を含む。なお、iは1から6までの自然数とする。
 以下に、実施形態1に係るモータ10の製造方法を各工程に沿って説明する。
(1)巻線巻回工程S100
 巻線巻回工程S100は、少なくとも第jコイル形成ステップS110、第j渡り線形成ステップS120、及び、第(j+1)コイル形成ステップS130、第(j+1)渡り線形成ステップS140をこの順番で有する(図7参照。)。なお、jは1からn-2までの何れかの自然数とする。
 第jコイル形成ステップS110においては、棒状のコイル製作治具500の長手方向に平行な軸をx軸と定義し、x軸に垂直な軸をy軸と定義し、x軸及びy軸にそれぞれ垂直な軸をz軸と定義したとき、x軸に沿ってyz平面を平面視したときに、コイル製作治具500に対し、第1回転方向WS1に周るようにして、巻線58をm回巻回して第jコイル50を形成する《図8(a)参照。》。
 第j渡り線形成ステップS120においては、巻線58を第1回転方向WS1に半回するようにして、第jコイル50と第(j+1)コイル50j+1との間を渡す部分となる第j渡り線59を形成する《図8(a)参照。》。なお、図8(a)においては、第1コイル50と第2コイル50《図8(a)においては図示しない。》との間を渡す部分となる第1渡り線59を形成する様子を図示している。
 第(j+1)コイル形成ステップS130においては、コイル製作治具500に対し、第1回転方向WSに周るようにして、巻線58をm回巻回して第(j+1)コイル50j+1を形成する《図8(b)参照。》。
 第(j+1)渡り線形成ステップS140においては、巻線58を第1回転方向WS1に半回するようにして、第(j+1)コイル50j+1と第(j+2)コイル50j+2との間を渡す部分となる第(j+1)渡り線59j+1を形成する《図8(b)参照。》。
 以上の巻線巻回工程S100を実施することにより、直列に連結された複数個コイルを形成するようにコイル製作治具500に対し巻線58を巻回することができる《図8(b)参照。》。
(2)第iコイル群整形工程S200
 第iコイル群整形工程S200は、少なくとも第jコイル分離ステップS210及び第j渡り線折曲ステップS220をこの順番で有する(図7参照。)。
 第jコイル分離ステップS210においては、第jコイル50をコイル製作治具500から分離する。
 第j渡り線折曲ステップS220においては、第jコイル50の内径及び第(j+1)コイル50j+1の内径が同一方向から見えるように第j渡り線59の少なくとも一部を折り曲げる。図8(c)においては、第1コイル50をコイル製作治具500から分離しつつ、第1コイル50の内径が同一方向(-z方向)から見えるように第1渡り線59の少なくとも第1コイル50の側を折り曲げた様子を図示している。
 このように、少なくとも第jコイル分離ステップS210及び第j渡り線折曲ステップS220を実施することにより、複数個からなるコイルを第iコイル群5iGの一部又は全部として整形することができる《図8(d)参照。》。なお、図8(d)においては、一例として9個からなるコイルについて、第1渡り線59~第8渡り線59それぞれの少なくとも一部が折り曲げられ、第1コイル50~第9コイル50のそれぞれの内径が-z方向から見えるように第iコイル群5iGが整形されている様子を図示している。
(3)コイル嵌込工程S300
 コイル嵌込工程S300においては、第iコイル群5iGに属するそれぞれのコイル50を、ステータ30における第i突極群4iGのうち対応する第i突極4iに対しそれぞれ嵌め込む《図8(e)及び図8(f)参照。なお、図において第iコイル群5iGに属するコイルは一部のみ図示し、他のコイルは図示を省略している。》。
 以上、(1)巻線巻回工程S100、(2)第iコイル群整形工程S200及び(3)コイル嵌込工程S300を必要分、繰り返し実施することにより、6n個のコイル50が6n個の突極40にそれぞれ装着される。
 なお、コイル製作治具500は、実施形態1において棒状の2個体の材料からなる嵌装部510から構成するが(図8参照。)、これに限定されるものではなく、本発明のモータ10の製造方法を実施できるのであれば如何なる材質、材料、構造等であってもよい。例えば、また、図9(b)に示す変形例においては、x軸に沿って視たときに1個体の矩形又は略楕円形状とする。
 また、第1回転方向WS1は、実施形態1においてx軸に沿って視たときのCW方向としているが、本発明のモータ10の製造方法においてはこれに限定されるものではない。第1回転方向WS1をCCW方向としてもよい。
 また、実施形態1の巻線巻回工程S100において、1コイル当たりの巻回回数mは、図8ではm=4として図示し説明しているが、本発明のモータ10の製造方法においてはこれに限定されるものではない。例えば、0.5刻みでm=3.5として巻回することもできるし、m=4.5として巻回することもできる。更にまた別の刻みでmの値を設定して巻回することもでき、このようにmの値は、各種寸法、要求されるトルク特性、要求される仕様等に応じて適宜選択することができる。また、実施形態1の巻線巻回工程S100において、巻線58を半回するようにして第j渡り線59を形成する。図8では巻線58を凡そ0.5回巻くようにしているが、半回の範囲は0.5回に限定されるものではなく、これも適宜選択することができる。
 また、第jコイル分離ステップS210は、図8(c)の例では、第1コイル50のみをコイル製作治具500から分離しており、コイルを1個ずつ分離する例を示しているが、本発明のモータ10の製造方法においてはこれに限定されるものではない。例えば、複数個のコイルの単位でコイル製作治具500から分離してもよいし、当該第iコイル群5iGに属するコイル総ての単位でコイル製作治具500から分離してもよい。
 さらに、個々のコイルについて第jコイル分離ステップS210及び第j渡り線折曲ステップS220を都度連続して実施しても良いし、複数のコイルについて一括的に第jコイル分離ステップS210及び第j渡り線折曲ステップS220を実施しても良い。
 また、図8では、9個のコイルについて、巻線巻回工程S100、第iコイル群整形工程S200及びコイル嵌込工程S300を実施する例を示したが、本発明においてはこれに限定されるものではない。例えば、第i突極群4iGに対応した第iコイル群5iGに必要なコイルの個数をn個としたときに、n個よりも小さい数として(n個を分割して)、第i突極群4iGに対応した第iコイル群5iGに必要なコイルの一部について、巻線巻回工程S100、第iコイル群整形工程S200及びコイル嵌込工程S300を実施してもよい。例えば、n=20のとき、10個ずつ2回に分けて、これらの工程を実施するものとしてもよい。
 また、第i突極群4iGに対応した第iコイル群5iGに必要なn個のコイルについて、巻線巻回工程S100及び第iコイル群整形工程S200を実施することが好ましい。例えば、n=20のとき、20個のコイルについて一括的にこれらの工程を実施するのが好ましい。こうすることで、第i突極群4iGに対応した第iコイル群5iGに必要なコイルについて、分割してコイルを製作したうえで後の工程で分割したコイルを継ぐといった作業をせずとも、一括的に当該群に必要なコイルを製作することができるため、コイルを継ぐことによる抵抗値の増加を防ぎ、工程も削減することができる。
6.実施形態1に係るモータ10の製造方法の作用・効果
(1)実施形態1に係るモータ10の製造方法によれば、巻線巻回工程S100でコイル製作治具500に巻きつけるようにして第iコイル群5iGに属する複数のコイルを一括的に一連に形成し、第iコイル群整形工程S200でコイルを突極に嵌め込み易い状態に整形したうえで、コイル嵌込工程S300で、予め整形した一連のコイルを一括的に嵌め込みコイルを突極に装着する。これにより、従来のように巻線をスロットの底に押し込みながら直接突極に巻回するようにしてコイルを装着することもなく、スロットの幅が狭い場合であっても、容易に効率的に量産に適した形で、コイルを突極に装着することができる。
(2)実施形態1に係るモータ10の製造方法によれば、コイル製作治具500に対して巻線58をm回巻回した第jコイル50の形成、巻線を半回するようにした第j渡り線59の形成、巻線をm回巻回した第(j+1)コイル50j+1の形成、及び、巻線を半回するようにした第(j+1)渡り線59j+1の形成を、巻回方向を途中で変更することなく、総て同一方向の第1回転方向WS1に周るようにして行う。このため、効率的に量産に適した形で巻線巻回工程S100を実施することができる。
(3)嵌装部510の寸法変更
 上記した実施形態1に記載のモータ10の製造方法において、コイル製作治具500は、形成されるコイルの内側に配置される嵌装部510を含み、嵌装部510をx軸に沿ってyz平面を平面視したとき、巻線巻回工程S100においては嵌装部510のyz平面を平面視した長手方向の寸法を第1寸法H1とし、第iコイル群整形工程S200における第jコイル分離ステップS210においては、嵌装部510をいわば窄めるようにして、嵌装部510の寸法を第1寸法H1よりも小さい第2寸法H2に変更して、第jコイル50を嵌装部510から分離することが好ましい(図9参照。)。
 例えば、図9(a)及び図9(b)に示すように、第iコイル群5iGに属する全てのコイルに対応する部位について一括的に、寸法を第1寸法H1から第2寸法H2に変更してもよい。
 このように嵌装部510の寸法変更を伴うモータの製造方法によれば、第jコイル分離ステップS210において、嵌装部510を、巻線巻回工程S100で維持した第1寸法H1よりも小さい第2寸法H2に変更して幅を狭くすることにより、コイルの内側と嵌装部510の外側との間に間隙をつくることができる。このため、コイルの分離を容易に行うことができ、コイル分離の際にコイルの形状を崩すこともなく、且つ、一層効率的に量産に適した形態で第jコイル分離ステップS210を実施することができる。
[実施形態2]
 以下、実施形態2に係るモータ10aについて、図10及び図11を用いて説明する。
 図10は、実施形態1に係るモータ10と実施形態2に係るモータ10aを比較するために、実施形態1に係るモータ10の突極40及び永久磁石24の配置関係を示す図である。図11は、実施形態2に係るモータ10aの突極40の配置を示す図である。いずれの図も、突極40及び永久磁石24を中心に示し、他の構成要素は図示を省略している。
1.実施形態1に係るモータ10の突極40及び永久磁石24の配置(比較用)
 まず、上記した実施形態1に係るモータ10は、図10に示すように、突極数が6n個(ただし、nは4以上の自然数。)であるところ、ロータ20の永久磁石24が有する磁極数は(6n±2)個となっている。また、n個の突極40は、機械角にして360°/6nのピッチを互いに保ちながらそれぞれ配設されている。
 なお、実施形態1に係るモータ10においては、「疑似突極数」=突極数=6n個となっている。
 また、参考までに図10では、n=4として図示されており、突極数は24個、永久磁石が有する磁極数は26個、突極40の配置ピッチは15°となっている。「疑似突極数(突極数24個と等しい。)」及び永久磁石が有する磁極数(26個)の最小公倍数は312である。
 実施形態1に係るモータ10によれば、突極数が6n個であり、永久磁石が有する磁極数が(6n±2)個であるため、(ア)「疑似突極数(突極数と等しい。)」が偶数であることから「偏った励磁による問題」を惹き起こすことなく、円滑且つ安定した回転を得ることができる。また、(イ)「疑似突極数(突極数と等しい。)」と永久磁石が有する磁極数との差が、偶数のうち最小である2、となっていることから、「疑似突極数(突極数と等しい。)」及び永久磁石が有する磁極数の最小公倍数を大きくすることができ、いわゆるコギングトルクの脈動を抑制することができる。
2.実施形態2に係るモータ10aの構成
 一方、実施形態2に係るモータ10aは、基本的には実施形態1にモータ10と同様の構成を有するが、突極数、「疑似突極数」及び永久磁石が有する磁極数の関係、並びに、突極の配設規則において、実施形態1に係るモータ10とは異なる。
 すなわち、実施形態2に係るモータ10aは、図11に示すように、突極数が6n個であり、第1突極群41G~第6突極群46Gのそれぞれにおいて、同相の電流によって励磁される同一突極群に属するn個の突極40は、実際の突極数6nよりも多い数(i)又は少ない数(ii)である「疑似突極数」に基づいて算出したピッチに基づいて等ピッチθ1を保ちながら配設されている。そして、当該突極群に属するn個の突極のうち当該突極群の端に位置するA突極と、当該突極群に隣接する別の突極群に属するn個の突極のうち前記別の突極群の端に位置し前記A突極に隣接するB突極とは、「疑似突極数」に基づいて算出したピッチよりも広いピッチθ2《(i)の場合は増加分のピッチを6で除した分だけ広く。》、又は、狭いピッチθ2《(ii)の場合は減少分のピッチを6で除した分だけ狭く。》を互いに保ちながら配設されている。 
 ここで、「疑似突極数」は、実際の突極数6nよりも多い数であるほうが好ましい。所定サイズの直径を有するモータに比較的多い突極を設ける場合には、元々極めて狭いスロットとなるため、このように「疑似突極数」を実際の突極数6nよりも多い数としてA突極及びB突極の間のピッチθ2が広くなる方向となれば、コイル装着の難易度も下がるからである。
 さらには、実施形態2に係るモータ10aは、図11に示すように、突極数が6n個であり、ロータ20の永久磁石24が有する磁極数は(6n+2)個であり、第1突極群41G~第6突極群46Gのそれぞれにおいて、当該突極群に属するn個の突極40は、機械角にしてθ1=360°/(6n+1)のピッチを保ちながら配設されており、当該突極群に属するn個の突極のうち当該突極群の端に位置するA突極と、当該突極群に隣接する別の突極群に属するn個の突極のうち前記別の突極群の端に位置し前記A突極に隣接するB突極とは、機械角にしてθ2={360°/(6n+1)}+360°/(6n+1)/6のピッチを互いに保ちながら配設されていることが好ましい。
 以下、一例として図11を用いて具体的に説明を続ける。
 図11に示す実施形態2に係るモータ10aは、n=4であり、突極数は24個、永久磁石が有する磁極数は26個となる。そして、例えば第1突極群41Gの内に配設された突極40を局所的に見ると、「疑似突極数」は(6n+1)個すなわち25個となる。このとき、第1突極群41Gの内の突極40の配設ピッチはθ1=360°/(6n+1)すなわち14.4°となる。当該第1突極群41Gに属する4個の突極のうち当該第1突極群41Gの端に位置するA突極と、当該第1突極群41Gに隣接する別の突極群(第2突極群42G)に属する4個の突極のうち第2突極群42Gの端に位置しA突極に隣接するB突極とは、θ2={360°/(6n+1)}+360°/(6n+1)/6すなわち16.8°のピッチを互いに保ちながら配設されることとなる。
 なお、「疑似突極数(25)」及び永久磁石が有する磁極数(26)による最小公倍数は650である。
 第2突極群42G~第6突極群46Gのそれぞれにおいても、上記と同様の規則によって、突極40が配設される。
3.実施形態2に係るモータ10aの作用・効果
(1)上記したように実施形態2に係るモータ10aにおいては、(ウ)永久磁石が有する磁極数を6n+2としたうえで、同一突極群に属する突極同士を機械角にして360°/(6n+1)のピッチを保ちながら配設しているので、同一突極群内を局所的に見ると「疑似突極数」は(6n+1)個となり、「疑似突極数」及び永久磁石が有する磁極数の差が最小の1となる。このため、「疑似突極数」及び永久磁石が有する磁極数の最小公倍数を、実施形態1に係るモータ10における最小公倍数より更に大きくすることができ、コギングトルクの脈動を更に抑制することができる。
 例えば、図10に示す実施形態1に係るモータ10と、図11に示す実施形態2に係るモータ10aとを例に、次の表にて比較する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
 図10、図11、及び上記表に示すように、仮に実質的に同じのサイズであったとしても、実施形態2に係るモータ10aにおいては、実施形態1に係るモータ10においてより、はるかに大きな最小公倍数とすることができ、コギングトルクの脈動を更に抑制することができる。さらに、コギングトルクの脈動を抑制することにより振動を抑えるだけでなく、エネルギー損失を抑え、起動時のトルクを更に高めることができる。また、更に円滑且つ安定した回転を得ることができる。
(2)実施形態2に係るモータ10aにおいては、(エ)当該突極群に属するn個の突極のうち当該突極群の端に位置するA突極と、当該突極群に隣接する別の突極群に属するn個の突極のうち別の突極群の端に位置しA突極に隣接するB突極とは、機械角にして{360°/(6n+1)}+360°/(6n+1)/6のピッチを互いに保ちながら配設している。このように構成することにより、突極1個分の空ピッチを解消しつつも、対となる突極群同士(ひいてはそれらの突極群に属する突極。)が互いに丁度機械角180°ずれた位置に配設することができ、「偏った励磁による問題」を抑えこんだ、円滑且つ安定した回転をするモータを得ることができる。
 ちなみに、もし360°全周について(6n+1)分割をし、それらの分割位置に6n個の突極を配設した場合、実際には突極が配置されない分割スペースが1突極分空いてしまう。また、奇数で分割したがために、対となる突極群同士(ひいてはそれらの突極群に属する突極。)は互いに丁度機械角180°ずれた位置には配設されない。したがって、この場合には多かれ少なかれ「偏った励磁による問題」が残ってしまう。
 なお、実施形態2に係るモータ10aは、突極数、突極の配設ピッチを定めるための算定根拠となる疑似突極数及び永久磁石が有する磁極数の関係、並びに、突極の配設規則以外の点においては実施形態1に係るモータ10と同様の構成を有するため、実施形態1に係るモータ10が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。
[実施形態3]
 以下、実施形態3に係るモータ10bについて説明する。
 実施形態3に係るモータ10b(図示しない。以下、実施形態3に係るモータbの構成要件については総て図示を省略している。)は、基本的には実施形態1にモータ10と同様の構成を有するが、突極数及び永久磁石が有する磁極数の関係において、実施形態1に係るモータ10とは異なる。すなわち、実施形態3に係るモータ10bは、突極数が6n個であり、ロータ20の永久磁石24が有する磁極数は(6n±4)個として構成されている。
 実施形態3に係るモータ10bによれば、(ア)突極数が偶数であることから「偏った励磁による問題」を惹き起こすことなく、円滑且つ安定した回転を得ることができる。また、(イ)突極数と永久磁石が有する磁極数との差が4であり、突極数及び永久磁石が有する磁極数の最小公倍数を比較的大きくすることができ、いわゆるコギングトルクの脈動を抑制することができる。
 なお、実施形態3に係るモータ10bは、突極数及び永久磁石が有する磁極数の関係以外の点においては実施形態1に係るモータ10と同様の構成を有するため、実施形態1に係るモータ10が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。
 以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
(1)上記実施形態において記載した構成要素の数、材質、形状、位置、大きさなどは例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。
(2)各実施形態においては、ステータ30を回転軸RAに近い側(-r方向の側)とし、ロータ20を回転軸RAに遠い側(r方向の側)とするいわゆるアウター・ロータ型のモータを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ロータ20を回転軸RAに近い側(-r方向の側)とし、ステータ30を回転軸RAに遠い側(r方向の側)とするいわゆるインナー・ロータ型のモータに適用してもよい。
(3)実施形態1に係るモータ10の製造方法においては、巻線巻回工程S100でコイルを一括的に一連に形成し、第iコイル群整形工程S200でコイルを突極に嵌め込み易い状態に整形したうえで、コイル嵌込工程S300で、予め整形した一連のコイルを一括的に嵌め込みコイルを突極に装着する方法としたが、これに限定されるものではない。例えば、巻線58をスロットSLの底に押し込みながら直接突極40に巻回するようにしてコイル50を装着する方法によっても本発明に係るモータ10を得ることができる。
(4)上記までの[発明を実施するための形態]においてモータの製造方法として、実施形態1に係るモータ10の製造方法を説明したが、本発明は実施形態1に係るモータ10に限定されるものではない。他に実施形態2に係るモータ10a、実施形態3に係るモータ10b及び変形例に係るモータに対しても当該製造方法を適用することができる。
(5)各実施形態によって得られるモータは、ダイレクトドライブに用いられるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば減速機を介在させるなどしてダイレクトドライブを行わないモータとして用いてもよい。
(6)実施形態1に係るモータ10においては、図5に示すように、第1コイル群51Gと第4コイル群54Gとが直列に接続され、第2コイル群52Gと第5コイル群55Gとが直列に接続され、第3コイル群53Gと第6コイル群56Gとが直列に接続された構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、これらのコイル群がそれぞれ並列に接続された構成としてもよい。
 また、実施形態1に係るモータ10を駆動する回路として、図5に示すように、第1コイル群51G~第6コイル群56Gをいわゆるスター結線した構成の回路としたが、これに限定されるものではない。例えばデルタ結線等他の結線方式を採用した回路としてもよい。
10,10a,10b,900…モータ、20,920…ロータ、22…ロータ本体、24,924…永久磁石、26…ベアリング、30,930…ステータ、32…ステータ基体、40,940…突極、41…第1突極、41G,941G…第1突極群、
42…第2突極、42G,942G…第2突極群、43…第3突極、43G,943G…第3突極群、44…第4突極、44G,944G…第4突極群、45…第5突極、45G,945G…第5突極群、46…第6突極、46G,946G…第6突極群、50,511,512,513,514,950…コイル、51G,951G…第1コイル群、52G,952G…第2コイル群、53G,953G…第3コイル群、54G,954G…第4コイル群、55G,955G…第5コイル群、56G,956G…第6コイル群、58…巻線、59…渡り線、59j…第j渡り線、60…電力リード線、70…信号リード線、500…コイル製作治具、510…嵌装部、AG…エアギャップ、E…電源、Nn,Nu,Nv,Nw…ノード、RA…回転軸、S1,S2,S3,S4,S5,S6…スイッチ、SL…スロット、WS1…第1回転方向

Claims (8)

  1.  円周方向に沿ってN極及びS極の磁極が交互に配列された永久磁石を有するロータと、それぞれに対してコイルが装着された複数の突極を有し、前記複数の突極が円周方向に沿って配列され、且つ、前記突極の先端面が前記永久磁石の磁極が配列された面に対向するように形成されたステータと、を備えたモータであって、
     前記ステータが有する前記突極の数は6n個(nは4以上の自然数。)であり、
     前記ステータにおいて、n個の第1突極によって構成される第1突極群、n個の第2突極によって構成される第2突極群、n個の第3突極によって構成される第3突極群、n個の第4突極によって構成される第4突極群、n個の第5突極によって構成される第5突極群、及び、n個の第6突極によって構成される第6突極群が、この順番で前記ステータの円周方向に沿って配設され、前記第1突極群及び前記第4突極群、前記第2突極群及び前記第5突極群、並びに、前記第3突極群及び前記第6突極群は、それぞれにおいて機械角にして互いに180°ずれた位置に位置するように配設されており、
     前記第1突極群のn個の前記第1突極には、直列に連結されたn個の前記コイルからなる第1コイル群が装着されており、前記第2突極群のn個の前記第2突極には、直列に連結されたn個の前記コイルからなる第2コイル群が装着されており、前記第3突極群のn個の前記第3突極には、直列に連結されたn個の前記コイルからなる第3コイル群が装着されており、前記第4突極群のn個の前記第4突極には、直列に連結されたn個の前記コイルからなる第4コイル群が装着されており、前記第5突極群のn個の前記第5突極には、直列に連結されたn個の前記コイルからなる第5コイル群が装着されており、前記第6突極群のn個の前記第6突極には、直列に連結されたn個の前記コイルからなる第6コイル群が装着されており、
     前記第1コイル群及び前記第4コイル群にはU相の電流が供給され、前記第2コイル群及び前記第5コイル群にはV相の電流が供給され、並びに、前記第3コイル群及び前記第6コイル群にはW相の電流が供給され、
     各前記突極は、前記ステータの半径方向に沿って平坦なストレート形に形成されており、
     前記第1突極群~前記第6突極群のそれぞれにおいて、
     前記コイルは、隣接する前記突極間で巻回方向が互いに逆になるように前記突極に対して装着され、
     前記コイルは、隣接する前記突極間において当該コイルを構成する巻線の一部である渡り線によって前記突極の先端側又は基端側で渡され、且つ、前記渡り線は、隣接するスロット間で前記先端側又は前記基端側の関係が逆になっていることを特徴とするモータ。
  2.  請求項1に記載のモータにおいて、
     隣接する前記突極間の間隔が、前記巻線の直径の2.1倍~3.0倍の範囲内にあることを特徴とするモータ。
  3.  請求項1又は2に記載のモータにおいて、
     前記ステータの直径Φが40mm<Φ<200mmの範囲内にあり、且つ、前記永久磁石が有する磁極数及び/又は前記突極の数が60~240の範囲内にあることを特徴するモータ。
  4.  請求項1~3のいずれかに記載のモータにおいて、
     前記ロータの前記永久磁石が有する磁極数は(6n±2)個であることを特徴とするモータ。
  5.  請求項1~3のいずれかに記載のモータにおいて、
     前記ロータの前記永久磁石が有する磁極数は(6n+2)個であり、
     前記第1突極群~前記第6突極群のそれぞれにおいて、
     当該突極群に属するn個の突極は、機械角にして360°/(6n+1)のピッチを保ちながら配設されており、
     当該突極群に属する前記n個の突極のうち当該突極群の端に位置するA突極と、当該突極群に隣接する別の突極群に属するn個の突極のうち前記別の突極群の端に位置し前記A突極に隣接するB突極とは、機械角にして{360°/(6n+1)}+360°/(6n+1)/6のピッチを互いに保ちながら配設されていることを特徴とするモータ。
  6.  前記モータはダイレクトドライブに用いられるものであることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載のモータ。
  7.  請求項1~6のいずれかに記載のモータを製造するモータの製造方法であって、
     棒状のコイル製作治具の長手方向に平行な軸をx軸と定義し、x軸に垂直な軸をy軸と定義し、x軸及びy軸にそれぞれ垂直な軸をz軸と定義したとき、
     x軸に沿ってyz平面を平面視したときに、前記コイル製作治具に対し、第1回転方向に周るようにして、前記巻線をm回巻回して第jコイルを形成する第jコイル形成ステップ(jは1からn-2までの何れかの自然数。)、前記巻線を第1回転方向に半回するようにして、第jコイルと第(j+1)コイルとの間を渡す部分となる第j渡り線を形成する第j渡り線形成ステップ、前記コイル製作治具に対し、第1回転方向に周るようにして、前記巻線をm回巻回して第(j+1)コイルを形成する第(j+1)コイル形成ステップ、及び、前記巻線を第1回転方向に半回するようにして、第(j+1)コイルと第(j+2)コイルとの間を渡す部分となる第(j+1)渡り線を形成する第(j+1)渡り線形成ステップを有し、直列に連結された複数個コイルを形成するように前記コイル製作治具に対し前記巻線を巻回する巻線巻回工程と、
     少なくとも前記第jコイルを前記コイル製作治具から分離する第jコイル分離ステップ、及び、第jコイルの内径及び第(j+1)コイルの内径が同一方向から見えるように前記第j渡り線の少なくとも一部を折り曲げる第j渡り線折曲ステップを少なくとも有し、複数個からなるコイルを第iコイル群(iは1から6までの自然数。)の一部又は全部として整形する第iコイル群整形工程と、
     前記第iコイル群に属するそれぞれのコイルを、前記ステータにおける前記第i突極群のうち対応する第i突極に対しそれぞれ嵌め込むコイル嵌込工程と、
     を含むことを特徴とするモータの製造方法。
  8.  請求項7に記載のモータの製造方法において、
     前記コイル製作治具は、形成されるコイルの内側に配置される嵌装部を含み、
     前記嵌装部をx軸に沿ってyz平面を平面視したとき、前記巻線巻回工程においては前記嵌装部の長手方向の寸法を第1寸法とし、
     前記第iコイル群整形工程における第jコイル分離ステップにおいては、前記嵌装部の寸法を前記第1寸法よりも小さい第2寸法に変更して、前記第jコイルを前記嵌装部から分離することを特徴とするモータの製造方法。
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