JP2010045931A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】コアユニット間の隙間による磁気効率の低下を抑制すること。
【解決手段】ステータ３が、円環状のコアバック９ａ，９ｂと周方向に間隔をあけて配置された複数のティース１１ａ，１１ｂとを備えるコアユニット５Ａ，５Ｂをティース１１ａ，１１ｂがそれぞれ異なる位相位置に配置されるように板厚方向に積層してなるステータコア７と、ティース１１ｂに巻かれたコイル１３とを備え、ロータ２３が磁極を周方向に交互に配列してなるマグネット２７を有し、各コアユニット５Ａ，５Ｂにおけるティース１１ａ，１１ｂは、ステータ３に対してロータ２３が１回転させられる間に、同一コアユニット５Ａ，５Ｂ内の周方向に隣接する全ての３つのティース１１ａ，１１ｂのうちいずれか１つのティース１１ａ，１１ｂと他の２つのティース１１ａ，１１ｂとがマグネット２７の異磁極に同時に対向させられる状態が多くなるように配列されているモータ１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータに関するものである。

従来、ステータコアのティースにコイルを巻き付けた複数のステータユニットを板厚方向に重ね合わせて構成されたステータ構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。各ステータユニットのティースは他のステータユニットのティースとは異なる位相位置に配置されているので、各ステータコアのティースにコイルを巻き付ける際のティース間隔を広く確保して巻き付け作業を容易にすることができる。

このような従来のモータは、コイルへの通電によって、該コイルが巻き付けられているティースが励磁され、ティースの先端に対向するロータ磁石との間の磁気吸引力および磁気反発力によってロータが回転させられる。そして、通電するコイルを高速で切り替えることで、ステータに対してロータが連続的に回転させられるようになっている。

特開２００２−３６９４２１号公報

しかしながら、通常、ステータコアに珪素鋼板を用いた場合には、珪素鋼板とコイルとがショートしないように珪素鋼板に絶縁塗装が施され、積層されたステータユニットの珪素鋼板の表面どうしの間に膜厚分の隙間が生じる。このため、一のティースを励磁することで発生した磁束が、他のコアユニットのティースに向かう磁気回路を形成した際の磁気抵抗が増加するため、ステータ全体の磁気効率が低下するという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、コアユニット間に隙間が形成されてもステータ全体の磁気効率の低下を抑制することができるモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、ステータと、該ステータに対して回転可能に支持されたロータとを備え、前記ステータが、円環状のコアバックと、該コアバックから半径方向に延び、周方向に間隔をあけて配置された複数のティースとを備える磁性鋼板からなる複数のコアユニットを、異なるコアユニットの前記ティースがそれぞれ異なる位相位置に配置されるように板厚方向に積層してなるステータコアと、前記コアユニットの少なくとも一部の前記ティースに巻かれたコイルとを備え、前記ロータが、前記ティースの先端に対向させる磁極を周方向に交互に配列してなるマグネットを有し、各前記コアユニットにおける前記ティースは、前記ステータに対して前記ロータが１回転させられる間に、同一コアユニット内の周方向に隣接する全ての３つの前記ティースが、前記マグネットの同磁極に同時に対向させられる状態よりも、いずれか１つの前記ティースと他の２つの前記ティースとが前記マグネットの異磁極に同時に対向させられる状態の方が多くなるように配列されているモータを提供する。

本発明によれば、ティースに巻かれたコイルに通電することによりそのティースが励磁され、ティースの先端に対向するマグネットとの間に働く磁気吸引力および磁気反発力によってロータが回転させられる。ティースの励磁により発生した磁束は、コアバックを通る磁気回路を形成する。
ティースおよびコアバックにコイルとの接触による電気的なショートを防ぐために施される絶縁塗装の塗膜等により、重ね合わされたコアユニット間に隙間が生じて磁気回路上の磁気抵抗が増大し、コアユニット間の磁気効率が低下する。

本発明によれば、同一コアユニット内において隣接するいずれかのティースが異磁極に対向する状態が多くなるように各ティースを配置することで、コアユニットごとに隣接するティースとコアバックとの間で効率的に磁気回路を形成させることができる。したがって、各コアユニットの隣接する３つのティースが同時に同磁極に対向することによって隣接するティース以外のティースへ向かう磁束が発生するのを抑制し、磁束が流れるコアバックが共有されてしまうことによる磁気飽和を防ぐことができる。これにより、コアユニット間に隙間が生じた場合においても、ステータの磁気効率が低下するのを抑制することができる。

上記発明においては、同一コアユニット内の周方向に隣接する全ての３つの前記ティースのうちいずれか１つの前記ティースと他の２つの前記ティースとが常に異磁極に対向していることとしてもよい。
また、上記発明においては、同一コアユニット内の周方向に隣接する全ての３つの前記ティースが同磁極に同時に対向している状態の割合が１回転の内の約１４％であることとしてもよい。

このように構成することで、同一コアユニット内において、隣接するティースとこれらティースを連結するコアバックの一部との間で効率的な磁気回路を形成させることができる。

また、上記発明においては、前記マグネットが１６極の磁極を有し、前記ステータコアの前記ティースが周方向に１８箇所に配置され、前記コイルが周方向に６箇所の前記ティースに設けられていることとしてもよい。

このように構成することで、マグネットの異なる磁極に各ティースの先端がほぼ交互に配置される。この場合に、コイルを巻かれたティースの両隣にコイルを巻かれていないティースがそれぞれ配置されるので、これら３つのティースの組ごとに効率的に磁気回路を形成させることができる。

また、上記発明においては、前記マグネットが１６極の磁極を有し、前記ステータコアのティースが周方向に１８箇所に配置され、前記コイルが周方向に１２箇所の前記ティースに設けられていることとしてもよい。

このように構成することで、コイルを巻かれた２つのティースがコイルを巻かれていないティースを介在して周方向に交互に配置されるので、これらコイルが巻かれた２つのティースの組ごとに効率的に磁気回路を形成させることができる。

また、上記発明においては、前記ティースが前記コアバックから半径方向内方に延び、
前記ロータの前記マグネットが、各前記ティースの半径方向内方に隙間をあけて配置されていることとしてもよい。

本発明によれば、コアユニット間に隙間が生じた場合においても磁気効率の低下を抑制したステータを構成することができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係るモータ１について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るモータ１は、例えば、磁気ディスクなどを駆動するためのモータである。このモータ１は、図１および図２に示すように、円環状のステータ３と、ステータ３の半径方向内方に配置され、ステータ３に対して回転可能に支持されたロータ２３とを備えている。

ステータ３は、図３に示すように、磁性鋼板からなる２つのコアユニット５Ａ，５Ｂを板厚方向に積層してなるステータコア７と、コアユニット５Ｂに設けられたコイル１３とによって構成されている。以下、ステータコア７の積層方向の上方から順に上部コアユニット５Ａ、下部コアユニット５Ｂという。

上部コアユニット５Ａは、円環状の上部コアバック９ａと、上部コアバック９ａから半径方向内方に延び、周方向に２本ごとに間隔を大きくあけて配列された１２本の上部ティース１１ａとを備えている。下部コアユニット５Ｂは、円環状の下部コアバック９ｂと、下部コアバック９ｂから半径方向内方に延び、周方向に等間隔で配列された６本の下部ティース１１ｂと、下部ティース１１ｂにそれぞれ巻かれたコイル１３とを備えている。
以下、上部コアバック９ａと下部コアバック９ｂを合わせてコアバック９ａ，９ｂといい、上部ティース１１ａと下部ティース１１ｂを合わせてティース１１ａ，１１ｂという。

これら上部コアユニット５Ａと下部コアユニット５Ｂは、それぞれ上部ティース１１ａと下部ティース１１ｂがそれぞれ異なる位相位置となるように重ね合わせられている。すなわち、ステータ３は、積層方向から見た場合に２本の上部ティース１１ａと１本の下部ティース１１ｂとが周方向に交互に配置され、これら１８本のティース１１ａ，１１ｂが周方向にほぼ等間隔で配列されている。

なお、少なくとも下部コアユニット５Ｂの下部コアバック９ｂおよび下部ティース１１ｂには、それぞれコイル１３との接触による電気的なショートを防ぐために絶縁塗装が施されている。

ロータ２３は、ステータ３の中心位置に配置され、その中心軸線回りにステータ３に対して回転可能に支持された円柱状部材２５の外周部に、半径方向外方に向かう１６極の磁極を周方向に交互に異ならせて円環状に配列されたマグネット２７を備えている。マグネット２７の外周面とステータ３のティース１１ａ，１１ｂの先端面との間には、それぞれ微小空隙が形成されている。

このロータ２３に対して、図４および図５に示すように、下部コアユニット５Ｂのいずれかの下部ティース１１ｂの先端がマグネット２７のＮ極（Ｓ極）に対向している場合には、同一の下部コアユニット５Ｂ内において両隣の下部ティース１１ｂまたは隣接するいずれかの下部ティース１１ｂの先端がマグネット２７のＳ極（Ｎ極）に対向させられる。上部コアユニット５Ａについても同様である。

すなわち、ステータ３に対してロータ２３が１回転させられる間に、同一のコアユニット５Ａ，５Ｂ内において、周方向に隣接する全ての３つのティース１１ａ，１１ｂのうちのいずれか１つのティース１１ａ，１１ｂと他の２つのティース１１ａ，１１ｂとが常に異磁極に同時に対向させられるようになっている。

図６に示されるように、ロータ２３が１回転する間に同一のコアユニット５Ａ，５Ｂ内で隣接する３つのティース１１ａ，１１ｂが同磁極に対向することはない。同図において、縦軸は３つのティースのうちのいずれか１つのティースでも異磁極に対向する場合（Ａ）または３つのティースが同磁極に対向する場合（Ｂ）を示し、横軸はロータ２３の回転角度を示している。図１６および図２３も同様である。

なお、周方向に隣接する各ティース１１ａ，１１ｂの先端とマグネット２７の異なる磁極とが必ずしも正対する必要はなく、全体として周方向に隣接する各ティース１１ａ，１１ｂ間でそれぞれマグネット２７の異なる磁極に対向する割合が多くなるような位相位置とすればよい。

このように構成された本実施形態に係るモータ１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るモータ１において、ステータ３に対してロータ２３を回転させる場合、下部コアユニット５Ｂのコイル１３に通電することにより、このコイル１３が巻かれている下部ティース１１ｂを励磁する。そして、通電するコイル１３を周方向に順に切り替えていく。

そうすると、図７および図８に示すように、下部ティース１１ｂから半径方向内方に微小空隙を空けて対向しているマグネット２７へ向かう磁束が発生し、マグネット２７から、隣接する上部ティース１１ａおよびコアバック９ａ，９ｂを介した磁気回路が形成される。そして、通電するコイル１３を順に切り替えることにより、各ティース１１ａ，１１ｂとマグネット２７の磁気吸引力および磁気反発力によってロータ２３に回転力が発生する。

ここで、下部コアユニット５Ｂの下部コアバック９ｂおよび下部ティース１１ｂにコイル１３との接触による電気的なショートを防ぐために施された絶縁塗装の塗膜等により、重ね合わされたコアユニット５Ａ，５Ｂ間に微小に隙間が生じている。

本実施形態に係るモータ１では、同一のコアユニット５Ａ，５Ｂ内において隣接するいずれかのティース１１ａ，１１ｂが常に異磁極に対向するので、図９および図１０に示すように、万が一隙間が増加しても下部コアユニット５Ｂ内において、隣接する下部ティース１１ｂとこれら下部ティース１１ｂを連結するコアバック９ｂの一部との間で効率的に磁気回路を形成させることができる。

したがって、下部コアユニット５Ｂ内において、隣接する下部ティース１１ｂ以外の下部ティース１１ｂへ向かう磁束が発生することがなく、磁気経路上のコアバック９ｂの一部が共有されてしまうことによる磁気飽和を防ぐことができる。これにより、コアユニット５Ａ，５Ｂ間に隙間が生じた場合においても、ステータ３の磁気効率が低下するのを抑制することができる。

このモータ１によれば、図１１に符合Ａで表されるように、コアバック９ａ，９ｂ間の隙間が０〜約３０μｍの間では、磁束の比率が低下するのを抑えてほぼ一定に保つことができる。同図において、縦軸は隙間がない場合を基にした、ある一つのティース断面を貫く磁束の比率を示し、横軸はコアバック間の隙間（μｍ）を示している。

また、下部ティース１１ｂのみにコイル１３を施すため、上部ティース１１ａおよび下部ティース１１ｂの両方にコイル１３を施す場合に比べて、ステータ３の厚さを薄くすることができる。また、下部コアバック９ｂおよび下部ティース１１ｂの全体を１度で塗装し、生産効率および防錆効果の向上を図るとともに、塗膜のばらつきを抑えて膜厚管理を容易にすることができる。
なお、磁気飽和が起こるのを防ぐために、ステータ３の外径寸法を変えずにコアバック９ａ，９ｂの幅を大きくすると、コイル１３を巻くスペースが小さくなり巻線数が減少する。従って出力トルクが低下する。

ここで、本実施形態に係るモータ１の比較例として、９本の下部ティース３１１ｂにコイル３１３が巻かれたステータ３０３を備えるモータ３０１について説明する。

例えば、図１９および図２０に示すように、上部コアバック３０９ａの周方向に等間隔で配列された９本の上部ティース３１１ａを備える上部コアユニット３０５Ａと、下部コアバック３０９ｂの周方向に等間隔で配列された９本の下部ティース３１１ｂにそれぞれコイル１３が巻かれた下部コアユニット３０５Ｂとを重ね合わせ、上部ティース３１１ａと下部ティース３１１ｂとを周方向に交互に配置したステータ３０３を備えるモータ３０１では、図１１に符号Ｚで表されるように、コアバック３０９ａ，３０９ｂ間の隙間が大きくなるにつれて磁束の比率が低下する。

比較例としてのモータ３０１では、図２１および図２２に示すように、下部コアユニット３０５Ｂのいずれかの下部ティース３１１ｂの先端がマグネット２７のＮ極（Ｓ極）に対向している場合に、この下部ティース３１１ｂの両隣の下部ティース３１１ｂの先端がマグネット２７のＮ極（Ｓ極）に対向する傾向がある。

すなわち、ステータ３０３に対してロータ２３が１回転させられる間に、同一のコアユニット３０５Ａ，３０５Ｂ内において周方向に隣接する全ての３つのティース３１１ａ，３１１ｂが、マグネット２７の同磁極に同時に対向させられる状態の方が、いずれか１つのティース３１１ａ，３１１ｂと他の２つのティース３１１ａ，３１１ｂとがマグネット２７の異磁極に同時に対向させられる状態よりも多くなっている。

図２３に示されるように、ロータ２３が１回転する間に同一のコアユニット３０５Ａ，３０５Ｂ内で隣接する３つのティース３１１ａ，３１１ｂが同磁極に対向させられている状態の割合は、１回転の内の約６９．４％である。

そのため、図２４および図２５に示すように、下部コアユニット３０５Ｂ内においては、隣接する下部ティース３１１ｂ以外の下部ティース３１１ｂへ向かう磁束が形成され、隣接する下部ティース３１１ｂどうしで、磁束が流れるコアバック３０９ｂを共有する磁気回路が形成される。その結果、コアバック３０９ｂの磁束が重なり合う部分で磁化が飽和して磁気効率が低下する。

なお、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、６本の下部ティース１１ｂにコイル１３を巻いたステータ３を例示して説明したが、これに代えて、図１２および図１３に示すように、１２本の下部ティース１１１ｂにコイル１３を巻いたステータ１０３を採用することとしてもよい。

具体的には、上部コアバック１０９ａの周方向に等間隔で配列された６本の上部ティース１１１ａを備える上部コアユニット１０５Ａと、下部コアバック１０９ｂの周方向に２本ごとに所定の間隔をあけて配列された１２本の下部ティース１１１ｂにそれぞれコイル１３が巻かれた下部コアユニット１０５Ｂとを組み合わせ、１本の上部ティース１１１ａと２本の下部ティース１１１ｂとを周方向に交互に配置することとしてもよい。

本変形例に係るモータ１０１では、図１４および図１５に示すように、下部コアユニット１０５Ｂのいずれかの下部ティース１１１ｂの先端がマグネット２７のＮ極（Ｓ極）に対向している場合に、この下部ティース１１１ｂの両隣の下部ティース１１１ｂまたは隣接するいずれか１つの下部ティース１１１ｂの先端がマグネット２７のＮ極（Ｓ極）に対向する傾向がある。

すなわち、ステータ１０３に対してロータ２３が１回転させられる間に、同一のコアユニット１０５Ａ，１０５Ｂ内において周方向に隣接する全ての３つのティース１１１ａ，１１１ｂが、マグネット２７の同磁極に同時に対向させられる状態より、いずれか１つのティース１１１ａ，１１１ｂと他の２つのティース１１１ａ，１１１ｂとがマグネット２７の異磁極に同時に対向させられる状態の方が多くなっている。図１６に示されるように、ロータ２３が１回転する間に同一のコアユニット１０５Ａ，１０５Ｂ内で隣接する３つのティース１１１ａ，１１１ｂが同磁極に対向させられている状態の割合は、１回転の内の約１４．０％である。

本変形例に係るモータ１０１によれば、図１７および図１８に示すように、下部コアユニット１０５Ｂ内においては、隣接する下部ティース１１１ｂとこれら下部ティース１１１ｂを連結するコアバック１０９ｂの一部との間で効率的に磁気回路を形成させることができ、隣接する下部ティース１１１ｂ以外の下部ティース１１１ｂへ向かう磁束が発生するのを抑制することができる。したがって、図１１に符号Ｂで表されるように、上記モータ１と同様に、コアバック１０９ａ，１０９ｂ間の隙間が０〜約３０μｍでは、磁束の比率が低下するのを抑えてほぼ一定に保つことができる。

また、上記実施形態においては、周方向に間隔をあけて１８本のティース１１ａ，１１ｂ，１１１ａ，１１１ｂを配置したステータ３，１０３や１６極の磁極を備えるマグネット２７を例示したが、これに限定されるものでもない。また、コイル１３を６箇所に配置したステータ３や１２箇所に配置したステータ１０３を例示したが、コイルの数や配置はこれに限定されるものではない。また、上部コアユニット５Ａ，１０５Ａと下部コアユニット５Ｂ，１０５Ｂの２つのコアユニットを重ね合わせることとしたが、例えば、３つ以上のコアユニットを重ね合わせることとしてもよい。

また、全ての下部ティース１１ｂ、１１１ｂにコイル１３を巻き付けることとしたが、例えば、下部ティース１１ｂ、１１１ｂの中で、コイル１３を巻き付けるものと巻き付けないものとを混在させることとしてもよい。また、下部ティース１１ｂ、１１１ｂに代えて、上部ティース１１ａ、１１１ａにコイル１３を巻きつけることとしてもよいし、上部ティース１１ａ，１１１ａと下部ティース１１ｂ，１１１ｂの両方にコイル１３を巻き付けたものを重ね合わせることとしてもよい。

また、各ティース１１ａ，１１ｂ，１１１ａ，１１１ｂが各コアバック９ａ，９ｂ，１０９ａ，１０９ｂの半径方向内方に延びるコアユニット５Ａ，５Ｂ，１０５Ａ，１０５Ｂを例示したが、これに代えて、例えば、各コアバック９ａ，９ｂ，１０９ａ，１０９ｂの半径方向外方に向かってティース１１ａ，１１ｂ，１１１ａ，１１１ｂが放射状に延びるコアユニットを採用することとしてもよい。
また、ロータ２３にマグネット２７を設けることとしたが、これに代えて、電磁石を採用してもよい。

本発明の一実施形態に係るモータのステータおよびマグネットを示す斜視図である。 図１のモータの縦断面図である。 図１のステータを上部コアユニットと下部コアユニットに分けた様子を示す斜視図である。 図１のステータおよびマグネットを積層方向から見た平面図である。 図１の下部コアユニットおよびマグネットを積層方向から見た平面図である。 図１のモータのティースが対向する磁極とロータの回転角度の関係を示した図である。 図１のステータに形成される磁束の流れを示した図である。 図７のステータの磁束の向きを示した図である。 図１の下部コアユニットに形成される磁気回路を示した図である。 図９の下部コアユニットの磁束の向きを示した図である。 隙間がない場合を基にした、ある一つのティース断面を貫く磁束の比率とコアユニット間の隙間との関係を示した図である。 本発明の一実施形態の変形例に係る１２本の下部ティースにコイルを巻いたステータとマグネットを示す斜視図である。 図１２のステータを上部コアユニットと下部コアユニットに分けた様子を示す斜視図である。 図１２のステータとマグネットを積層方向から見た平面図である。 図１２の下部コアユニットおよびマグネットを積層方向から見た平面図である。 図１２のモータのティースが対向する磁極とロータの回転角度の関係を示した図である。 図１２の下部コアユニットに形成される磁束の流れを示した図である。 図１７の下部コアユニットの磁束の向きを示した図である。 本実施形態に係るモータの比較例としてモータの９本の下部ティースにコイルを巻いたステータとマグネットを示す斜視図である。 図１９のステータを上部コアユニットと下部コアユニットに分けた様子を示す斜視図である。 図１９のステータおよびマグネットを積層方向から見た平面図である。 図１９の下部コアユニットおよびマグネットを積層方向から見た平面図である。 図１９のモータのティースが対向する磁極とロータの回転角度の関係を示した図である。 図１９の下部コアユニットに形成される磁束の流れを示す図である。 図２４の下部コアユニットの磁束の向きを示した図である。

符号の説明

１ モータ
３ ステータ
５Ａ，５Ｂ，１０５Ａ，１０５Ｂ コアユニット
５Ａ，１０５Ａ 上部コアユニット
５Ｂ，１０５Ｂ 下部コアユニット
７ ステータコア
９ａ，９ｂ，１０９ａ，１０９ｂ コアバック
９ａ，１０９ａ 上部コアバック
９ｂ，１０９ｂ 下部コアバック
１１ａ，１１ｂ，１１１ａ，１１１ｂ ティース
１１ａ，１１１ａ 上部ティース
１１ｂ，１１１ｂ 下部ティース
１３ コイル
２３ ロータ
２７ マグネット

Claims (6)

1. ステータと、該ステータに対して回転可能に支持されたロータとを備え、
   前記ステータが、円環状のコアバックと、該コアバックから半径方向に延び、周方向に間隔をあけて配置された複数のティースとを備える磁性鋼板からなる複数のコアユニットを、異なるコアユニットの前記ティースがそれぞれ異なる位相位置に配置されるように板厚方向に積層してなるステータコアと、前記コアユニットの少なくとも一部の前記ティースに巻かれたコイルとを備え、
   前記ロータが、前記ティースの先端に対向させる磁極を周方向に交互に配列してなるマグネットを有し、
   各前記コアユニットにおける前記ティースは、前記ステータに対して前記ロータが１回転させられる間に、同一コアユニット内の周方向に隣接する全ての３つの前記ティースが、前記マグネットの同磁極に同時に対向させられる状態よりも、いずれか１つの前記ティースと他の２つの前記ティースとが前記マグネットの異磁極に同時に対向させられる状態の方が多くなるように配列されているモータ。
2. 同一コアユニット内の周方向に隣接する全ての３つの前記ティースのうちいずれか１つの前記ティースと他の２つの前記ティースとが常に異磁極に対向している請求項１に記載のモータ。
3. 同一コアユニット内の周方向に隣接する全ての３つの前記ティースが同磁極に同時に対向している状態の割合が１回転の内の約１４％である請求項１に記載のモータ。
4. 前記マグネットが１６極の磁極を有し、
   前記ステータコアの前記ティースが、周方向に１８箇所に配置され、
   前記コイルが、周方向に６箇所の前記ティースに設けられている請求項１に記載のモータ。
5. 前記マグネットが１６極の磁極を有し、
   前記ステータコアの前記ティースが、周方向に１８箇所に配置され、
   前記コイルが、周方向に１２箇所の前記ティースに設けられている請求項１に記載のモータ。
6. 前記ティースが前記コアバックから半径方向内方に延び、
   前記ロータの前記マグネットが、各前記ティースの半径方向内方に隙間をあけて配置されている請求項１から請求項５のいずれかに記載のモータ。

Images