JP2002010550A - ３相ブラシレスｄｃモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周方向に並ぶ多数のステータコイルをスター
結線した３相ブラシレスＤＣモータにおいて、ステータ
コイルをスター結線した場合に、各コイルの中性点を接
続するための大電流基板を不用としてモータの小型化を
可能にする。 【解決手段】 隣接する３つのステータコイルで１組の
コイル組を形成し、それぞれのコイル組を形成するステ
ータコイルの一端を互いに接続して中性点とする一方他
端をそれぞれ異なる相電極に接続し、各コイル組の中性
点を互いに分離した。各コイル組の３つのステータコイ
ルは、これらの中性点側の端末を集合させて結束し、隣
接するステータコイルの間に押し込んでおけばよい。ス
テータの軸方向の一側にはステータコイルに沿って環状
の配線基板を取付けておき、各コイルの反中性点側の端
末をこの配線基板に接続することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スター結線した
３相ステータコイルを有する３相ブラシレスＤＣモータ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】３相ブラシレスＤＣモータにおいては、
ステータコアの磁極に巻付けるステータコイルをスター
結線（星形結線）とした場合とデルタ結線（環状結線）
とした場合がある。スター結線は隣接する３つのステー
タコイルの一端を互いに接続してここを中性点とし、各
コイルの他端を異なる相の電極に接続するものである。
またデルタ結線は中性点を持たず異なる相間にステータ
コイルを接続するものである。

【０００３】図８はスター結線とした従来のステータの
構造を示す側断面図、図９はステータコイルの配線図で
ある。図８において符号１はモータケース、２はこのモ
ータケース１に固定されたステータである。このステー
タ２は環状のステータコア３に形成した磁極に、ステー
タコイル４を巻付けたボビン５を装着したものである。
６はロータであり、その外周面には周方向に極性が変化
する永久磁石が固着されている。すなわちこのモータは
インナーロータ型永久磁石式ブラシレスＤＣモータであ
る。

【０００４】ステータコイル４は１８個あって、これら
は例えば図９の（Ａ）のように結線される。すなわち隣
接するコイル４が異なる相になるようにして同相の６個
のコイル４の一端を中性点Ｎに接続し、他端をそれぞれ
異なる相電極Ｕ，Ｖ，Ｗに接続したものである。図９の
（Ａ）は同相のコイル４を並列接続したものであるが、
各相のコイルを図９の（Ｂ）に示すように直列接続する
ものも従来よりある。さらに図９（Ａ）において、同相
の複数の各コイル４を直列接続した複数のコイルで構成
したものもある（直並列複合接続）。

【０００５】通常十分に高い電源電圧を用いることがで
きる用途には図９の（Ｂ）に示す直列接続が用いられ
る。例えば家電製品などでは商用電源が使用できるので
この図９（Ｂ）の直列接続とすることが多い。これに対
して電源電圧が低い場合には図９の（Ａ）のような並列
接続を採用する。例えば電動車両などで電池を電源とす
るものでは電源電圧を高くするのが困難であるため、こ
の並列接続を用いる。

【０００６】このように同相のコイルを並列接続した場
合には、並列接続した全てのコイルの電流が中性点Ｎに
流れることになる。このため中性点Ｎの配線を太径にす
る必要が生じる。そこでステータ２の軸方向の一側に環
状の大電流基板７を固定し、全てのコイル４の一端（中
性点Ｎ側）をこの大電流基板７に接続している。ここに
大電流基板７は絶縁樹脂基板の両面に数１００μｍの厚
さの銅箔を張付けたものである。

【０００７】なおステータ２の他側には環状の他の配線
基板８が固定され、この配線基板８に設けた各相の電極
に各コイル４の他端を接続する。すなわちＵ，Ｖ，Ｗ相
の各コイル４が対応する電極（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に接続され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記のように電源電圧
が低くコイルに大電流を流す場合には、図９（Ａ）のよ
うに中性点Ｎ側を環状の大電流基板７で接続すると、並
列接続により分流していた電流が再び中性点Ｎに集中す
ることになり、この基板７を大電流に対応するものにし
なければならない。このため表裏に張付ける銅箔を厚く
する必要が生じる。

【０００９】このように銅箔を厚くすると銅箔の熱容量
が大きくなり、コイル４の端末をはんだ付けする際に熱
が銅箔に逃げてはんだ付け性が悪くなる。またこの大電
流基板７はモータケース１の内面に接近することにな
り、両者の間隙Ｇ（図８）が小さくなる。特にコイル端
末は通常大電流基板７の厚さ方向に突出することになる
から、このコイルの端末とモータケース内面との間隙は
一層小さくなる。この間隙Ｇすなわち沿面距離が小さく
なると、基板７とモータケース１との間に火花放電が発
生し易くなるから、モータケース内面を大電流基板７や
コイル端末から十分に離さなければならない。このため
モータケースの寸法が大きくなり、モータの小型化の障
害になる。

【００１０】この発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、ステータコイルをスター結線した場合に、
各コイルの中性点を接続するための大電流基板を不用と
してモータの小型化を可能にする３相ブラシレスＤＣモ
ータを提供することを目的とする。

【００１１】

【発明の構成】この発明によればこの目的は、周方向に
並ぶ多数のステータコイルをスター結線した３相ブラシ
レスＤＣモータにおいて、隣接する３つのステータコイ
ルで１組のコイル組を形成し、それぞれのコイル組を形
成するステータコイルの一端を互いに接続して中性点と
する一方他端をそれぞれ異なる相電極に接続し、各コイ
ル組の中性点を互いに分離したことを特徴とする３相ブ
ラシレスＤＣモータにより達成される。

【００１２】各コイル組の３つのステータコイルは、こ
れらの中性点側の端末を集合させて結束し、隣接するス
テータコイルの間に押し込んでおけばよい。このように
すれば、中性点の接続部分を極めて小さくまとめてステ
ータからの突出量を小さくできる。またコイル端末の配
線処理が容易である。

【００１３】ステータの軸方向の一側にはステータコイ
ルに沿って環状の配線基板を取付けておき、各コイルの
反中性点側の端末をこの配線基板に接続することができ
る。この場合はコイルの配線処理を容易にすることがで
き、この配線処理部分を小さくまとめることができる。

【００１４】

【実施態様】図１は本発明の一実施態様であるホイール
インモータの縦断面図、図２はモータ単体のステータの
正面図、図３は同じく背面図、図４は図２におけるIV−
IV線断面図、図５ステータの組立手順を説明するための
分解斜視図、図６はボビンとストッパの構造を示す分解
斜視図、図７はステータコイルの結線図である。この実
施態様のホイールインモータは、車両のホイールに組込
んだものである。

【００１５】図１において、符号１０は３相永久磁石式
ブラシレスＤＣモータであり、左右割りのモータケース
１２の中に収容されている。このモータケース１２の中
には特殊なオイルが入れられ、モータ１０はこのオイル
に浸漬されて作動する。モータケース１２は車体（図示
せず）側に固定される右ケース半体１２ａと、この右ケ
ース半体１２ａに液密に固定される左ケース半体１２ｂ
とを持つ。

【００１６】この左ケース半体１２ｂには車軸１４が軸
受１６，１８によって回転自在に保持される。この車軸
１４の左端は左ケース半体１２ｂから突出し、ここにホ
イール２０が取付けられる。ホイール２０は、ディスク
２０ａとリム２０ｂとで形成される。車軸１４にはハブ
２２がスプライン結合され、このハブ２２にはホイール
２０のディスク２０ａがボルト結合される。リム２０ｂ
にはタイヤ（図示せず）が装着される。

【００１７】左ケース半体１２ｂとハブ２２のボス部と
の間には、オイルシール２４が装着され、モータケース
１２内のオイルが漏れ出るのを防いでいる。またハブ２
２にはブレーキドラム部２６が一体に形成され、左ケー
ス半体１２ｂに植設されたピン２８にはブレーキシュー
３０が保持されている。この結果ブレーキシュー３０を
ドラム部２６に内側から押圧して制動力を発生する公知
の内拡式のドラムブレーキが形成される。

【００１８】モータ１０はインナーロータ型であり、右
ケース半体１２ａに固定されたステータ３２と、このス
テータ３２の内側で回転するロータ３４とを有する。ロ
ータ３４はドラム状であってその内側には遊星歯車式の
減速機３６が収容されている。ロータ３４と一体の軸
（ロータ軸）３８の両端は、右ケース半体１２ａの内面
と車軸１４とにそれぞれ軸受４０，４２によって軸支さ
れる。

【００１９】減速機３６は、左ケース半体１２ｂの内面
に固定されたリングギヤ３６ａと、ロータ軸３８に形成
されたサンギヤ３６ｂと、これらのリングギヤ３６ａお
よびサンギヤ３６ｂに噛合する複数の遊星ギヤ３６ｃと
を持つ。遊星ギヤ３６ｃを保持する遊星ギヤ軸３６ｄは
車軸１４に一体形成したディスク１４ａに固定されてい
る。この結果ロータ３４の回転はサンギヤ３６ｂから遊
星ギヤ３６ｃに伝えられ、この遊星ギヤ３６ｃはリング
ギヤ３６ａの内側でサンギヤ３６ｂの回りに回転する。
このためロータ３４の回転は減速されて車軸１４に伝え
られる。

【００２０】ロータ３４は、アルミ製のドラム３４ａの
外周に、電磁鋼坂の薄板を積層した環状のマグネットブ
ッシュ３４ｂを圧入固定し、このマグネットブッシュ３
６ｂに板状の永久磁石３６ｃを所定の間隔ごとに複数枚
（例えば１２枚）固定したものである。これらの永久磁
石３６ｃは周方向に交互に極性が変化するように着磁さ
れている。永久磁石３６ｃは磁束密度が大きい磁石、例
えばネオジム・鉄・ホウ素磁石が好適である。

【００２１】次にステータ３２を説明する。ステータ３
２のステータコア４４は分割式であり、環状のステータ
インナ４６と環状のステータアウタ４８とを嵌合したも
のである。ここにステータインナ４６およびステータア
ウタ４８は電磁鋼板の薄板を積層したものである。ステ
ータインナ４６は図５に示すように放射状に外側へ突出
する多数（例えば１８個）の磁極５０を内径側で環状に
連結した構造を持つ。ステータアウタ４８は図５に示す
ように環状であり、ステータインナ４６の磁極５０の外
周端に嵌合可能である。

【００２２】なおステータアウタ４８をステータインナ
４６に嵌合する前に、図５にで示すように、ボビン５
２を各磁極５０に装着する。このようにボビン５２を装
着した後で図５にで示すようにステータアウタ４８を
焼ばめ圧入し嵌合するものである。ここでボビン５２を
説明する。

【００２３】ボビン５２は絶縁性樹脂で図６に示すよう
に角形の糸巻き状に作られている。すなわち磁極５０に
嵌合する角筒部５４の両端にフランジ５６，５８を形成
したものである。一方のフランジ５８、すなわち磁極５
０の外周端側に配置されるフランジ５８には、ステータ
コア４６の上面または下面に沿って磁極５０より外径方
向に突出する係止爪６０が一体に形成されている。

【００２４】ボビン５２には、係止爪６０に対向する角
筒部５６の内側に沿ってガイド溝６２（図６）が形成さ
れている。このガイド溝６２には金属製のストッパ６４
が挿入可能である。ストッパ６４は図６に示すようにＬ
字状に折曲された金属板で作られ、その先端側６４ａが
ガイド溝６２に挿入可能である。なおこの先端側６４ａ
の左右両縁には、爪状の突起６４ｂが形成されている。
これらの突起６４ｂは、先端側６４ａをガイド溝６２に
挿入した時にガイド溝６２の内側に喰い込んで、ストッ
パ６４が抜けて脱落するのを防止する。

【００２５】またボビン５２の角筒部５４内面には、適
宜数の凸部６６（図６）が形成されている。これらの凸
部６６は、ボビン５２を磁極５０に装着した時に磁極５
０に当接し、ボビン５２を磁極５０にしっかりと固定す
る機能を持つ。

【００２６】ステータ３２は次のように組立てられる。
まずボビン５２にステータコイル６８を巻き付けてお
く。このステータコイル６８はコイル６８自身が発生す
る熱で融着する性質（自己融着性）を有するエナメル線
を巻いたものである。ステータコイル６８を巻いたボビ
ン５２を、係止爪６０がステータインナ４６の一方の面
（図５で下面）側に位置するように位置合せして磁極５
０に装着する。この時係止爪６０は磁極５０の外周端よ
りも外周側へ突出している（図５の工程）。

【００２７】次にステータアウタ４８を取付ける。すな
わち磁極５０に装着したボビン５２の係止爪６０が位置
するステータインナ４６の平面と反対側の平面（図５で
上面）側から、ステータアウタ４８を軸方向に（下方
へ）移動させ、ステータアウタ４８の内周面を各磁極５
０の外周端に圧入し嵌合させる（図５の工程）。この
時焼ばめとしてもよい。ステータアウタ４８をステータ
インナ４６に正しく嵌合すれば、両者の嵌合部７０（図
４参照）はボビン５２の係止爪６０に当接して位置決め
される。

【００２８】次にストッパ６４が装着される（図５の工
程）。ストッパ６４はその先端側６４をステータアウ
タ４８の係止爪６０と反対側の面（図５で上面）に沿わ
せてボビン５２のガイド溝６２に嵌入させる。ストッパ
６４の突起６４ｂはガイド溝６２の内面に噛み込んで、
ストッパ６４の脱着を防止する。この時ストッパ６４は
ステータインナ４６とステータアウタ４８の嵌合部７０
の上を横断する位置で固定される。この結果嵌合部７０
は係止爪６０とストッパ６４とで挟持され、ステータア
ウタ４８がステータインナ４６から軸方向に抜け落ちる
のが防止される。

【００２９】このように組立てられたステータ３２に
は、さらに配線基板７２が組付けられる（図５の工程
）。この配線基板７２は図２，５に示すように環状で
あり、その外周寄りには周方向に幅が広い７つの係止孔
７４が形成されている（図２）。前記ストッパ６４は、
これらの係止孔７４に対応する位置のボビン５２に装着
され、他の１１個のボビン５２にはストッパ６４は装着
されていない。

【００３０】配線基板７２は係止孔７４にストッパ６４
の起立部６４ｃ（図６参照）を進入させるようにしてス
トッパ６４に装着される。そしてストッパ６４の起立部
６４ｃは配線基板７２の係止孔７４を貫通して突出し、
この突出端にはんだを盛り付けることにより、配線基板
７２をストッパ６４に固定することができる。

【００３１】ステータコイル６８は３相交流により励磁
され、周方向に隣接する３つのステータコイル６８に
は、互いに電気角で１２０°の位相差を持つＵ，Ｖ，Ｗ
相の電流が順に供給される。ステータコイル６８は図７
に示すようにスター結線される。すなわち隣接する３つ
のステータコイル６８は１つのコイル組を形成し、それ
ぞれのコイル組を形成するコイル６８は、一端が互いに
結合されて中性点Ｎとなる。ここに異なるコイル組の中
性点は互いに分離している。

【００３２】各コイル組を形成するコイル６８の他端は
それぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の相電極Ｕ，Ｖ，Ｗに接続されて
いる。配線基板７２には図２に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗ
相に対応する環状のバスバー７６（７６Ｕ，７６Ｖ，７
６Ｗ）が半田付およびリベット止めされ、これらのバス
バー７６は、配線基板７２の内層回路を介して配線基板
７２の外周に設けた切欠き溝７８（７８Ｕ，７８Ｖ，７
８Ｗ）に臨む配線パッドに接続されている。図２ではバ
スバー７６と切欠き溝７８とを接続する内層回路を単純
化して破線で示した。

【００３３】前記ステータコイル６８は隣接する３つが
１組とされ、これら３つのコイル６８の一端はそれぞれ
のコイル６８に近い切欠き溝７８（７８Ｕ，７８Ｖ，７
８Ｗ）に係止され、はんだ付けされる。またこれら１組
の３つのコイル６８の他端は、図３に示すように集合さ
れて、互いにはんだ付け結合される。このはんだ付け部
は絶縁材８０で被覆して、隣接する２つのコイル６８の
間に押し込んでおく（図３）。

【００３４】なおこの集合され絶縁材８０で被覆される
コイル６８の端末は、図３ではボビン５２から直接集合
部（絶縁材８０の内部）に導入されている。この場合に
は、コイル６８の端末がボビン５２からほどけてコイル
６８巻が緩み易いという問題がある。

【００３５】この問題を解決するためには、図６に示す
ようにフランジ５８に一対の切欠き８２，８４と、両切
欠き８２，８４の間に位置するひさし部８６とを設ける
のがよい。この場合には、コイル６８の端末を一方の切
欠き８２からひさし部８６の下を通して他の切欠き８４
に導く。このようにすればひさし部８６と切欠き８２，
８４によってコイル６８の端末が確実に保持される。こ
の結果激しい振動が加わってもコイル６８が緩むことが
ない。

【００３６】配線基板７２にはまた温度センサ（図示せ
ず）の配線用ターミナル８８，９０が一体に形成されて
いる。この実施態様ではステータ３２の温度を検出する
サーミスタなどの温度センサが取付けられ、この温度セ
ンサのリード線がこれらのターミナル８８，９０に接続
される。

【００３７】このように組立てられたステータ３２は、
図１に示すようにモータケース１２の右ケース半体１２
ａの内側に固定される。すなわちステータアウタ４８に
設けた３つのボルト孔４８ａ（図２，３，５）にボルト
９２を通し、このボルト９２を右ケース半体１２ａに螺
入することによってステータ３２は固定される。図１に
おいて９４は右ケース半体１２ａに液密に装着される配
線プラグである。この配線プラグ９４を通る配線は、前
記配線基板７２のバスバー７６（７６Ｕ，７６Ｖ，７６
Ｗ）のターミナルと、温度センサのターミナル８８，９
０に接続される。

【００３８】９６は右ケース半体１２ａに取付けた角度
センサである。ロータ３４のドラム３４ａの背面（減速
機３６と反対の面）には、永久磁石３４ｃの１つおきの
角度位置に対応して凸部９８が突設され、前記角度セン
サ９６はこの凸部９８を検出することによってロータ３
４の回転角度および回転方向を判定する。

【００３９】この３相ブラシレスＤＣモータ１０によれ
ば、コントローラ（図示せず）は角度センサ９６の出力
に基づいてロータ３４の回転角度を判定し、この回転角
度に対応してＵ，Ｖ，Ｗ相の電流を変化させる。この結
果ロータ３４は回転する。またＵ，Ｖ，Ｗ相の電流を例
えば移相制御することにより駆動トルクを変化させる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、隣接す
る３つのステータコイルで１組のコイル組を形成し、そ
れぞれのコイル組のステータコイルの一端を互いに接続
して中性点とし、他端をそれぞれ異なる相電極に接続す
ることにより、各コイル組の中性点を互いに分離したも
のであるから、異なるコイル組の中性点間を接続するた
めの大電流基板が不必要となる。このためモータケース
の内面をステータコイルに接近させて、モータケースの
小型化が可能になる。従ってモータの外形寸法を小さく
することができる。

【００４１】この場合に各コイル組を形成するコイルの
中性点側の端末を集合して、この集合部を隣接するステ
ータコイルの間の間隙に押し込んでおけば作業が簡単で
あり、この集合部分のステータからの突出量を小さくし
てモータを一層小型化することができる（請求項２）。
またステータの一側に環状の配線基板を取付け、各コイ
ルの反中性点側端末をこの配線基板に接続することによ
り各相電流を各コイルに流すようにすれば、コイルの配
線処理が容易であり、この配線処理部分を小さくまとめ
ることができ、モータの小型化に適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様の縦断面図

【図２】モータ単体のステータの正面図

【図３】同じく背面図

【図４】図２におけるIV−IV線断面図

【図５】ステータの組立て手順を示す分解斜視図

【図６】ボビンとストッパを示す斜視図

【図７】ステータコイルの結線図

【図８】従来のステータの構造を示す側断面図

【図９】ステータコイルの配線図

【符号の説明】

１０ ３相ブラシレスＤＣモータ １２ モータケース ３２ ステータ ３４ ロータ ５０ 磁極 ５２ ボビン ６８ ステータコイル ７２ 配線基板 Ｎ 中性点 Ｕ、Ｖ、Ｗ 相電極

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H019 AA08 AA09 BB01 BB04 BB12 BB17 CC03 DD01 DD10 EE09 EE10 EE14 5H603 AA03 AA09 BB01 BB07 BB09 BB10 BB12 CA01 CA05 CB04 CB13 CB18 CB19 CC11 CC17 CC18 CD01 CE01 5H604 AA08 BB01 BB14 BB17 CC01 CC05 CC16 QB04 QB14 5H621 BB10 GA01 GA04 GB10 GB14

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周方向に並ぶ多数のステータコイルをス
   ター結線した３相ブラシレスＤＣモータにおいて、 隣接する３つのステータコイルで１組のコイル組を形成
   し、それぞれのコイル組を形成するステータコイルの一
   端を互いに接続して中性点とする一方他端をそれぞれ異
   なる相電極に接続し、各コイル組の中性点を互いに分離
   したことを特徴とする３相ブラシレスＤＣモータ。
2. 【請求項２】 各コイル組を形成する３つのステータコ
   イルの中性点側の一端は集合され隣接するステータコイ
   ルの間隙に収納される請求項１の３相ブラシレスＤＣモ
   ータ。
3. 【請求項３】 ステータの軸方向の一側にはステータコ
   イルに沿って環状の配線基板が取付けられ、各コイルの
   反中性点側の端末は前記配線基板に接続されている請求
   項１または２の３相ブラシレスＤＣモータ。