JP6110261B2 - ステータ及びモータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータ及びモータに関するものである。

従来、回転界磁型モータの一種類であるランデル型（クローポール型）構造のモータのロータ（回転子）では、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ備えた磁極板で永久磁石を挟み、各磁極板の異なる極性に励磁された爪状磁極を周方向に交互に位置させる構成としたものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、ロータの周囲に配設されるステータコイルに交流電流を供給すると、ステータに回転磁界が発生して、ロータが回転駆動される。

また、図７に示すように、回転軸１の軸方向に、それぞれ爪状磁極２ａ，２ｂを備えた３層のロータ部３ｕ，３ｖ，３ｗを積層してロータ４を構成し、その周囲にそれぞれ３層のステータ部５ｕ，５ｖ，５ｗを積層したステータ６を配設した回転界磁型モータも提案されている。

各ロータ部３ｕ，３ｖ，３ｗは、それぞれ爪状磁極２ａ，２ｂを備えたロータコア７ａ，７ｂ間に円環板状の主磁石８を挟んだ構成である。各ステータ部５ｕ，５ｖ，５ｗは、各ロータ部３ｕ，３ｖ，３ｗの爪状磁極２ａ，２ｂに対向する爪状磁極９ａ，９ｂをそれぞれ備えたステータコア１０ａ，１０ｂに巻線１１ｕ，１１ｖ，１１ｗがそれぞれ配設されている。

このように、ロータとステータの両方がランデル型（クローポール型）構造を持つ回転界磁型モータをマルチランデル型構造のモータと称し、巻線１１ｕ，１１ｖ，１１ｗに３相交流電流を供給すると、ステータ６に回転磁界が発生してロータ４が回転駆動される。

実開平５−４３７４９号公報

ところで、上記のステータコアをプレス加工等により製造することが考えられる。しかし、ステータコアの爪状磁極は、周方向に円弧状に湾曲した形状である。このように湾曲した爪状磁極の形成には多くの工程が必要となり、プレス加工により形成するのは難しい。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、容易に形成が可能なステータ及びモータを提供することにある。

上記課題を解決するステータは、軸方向の一方側に設けられる第１コアベースと該第１コアベースの径方向端部から軸方向の他方側に延びる周方向に複数の第１爪状磁極とを有する第１ステータコアと、軸方向の他方側に設けられる第２コアベースと該第２コアベースの径方向端部から軸方向の一方側に延びる周方向に複数の第２爪状磁極とを有し、前記第２コアベースが前記第１コアベースと対向し、前記第２爪状磁極が前記第１爪状磁極と周方向に隣り合う第２ステータコアと、前記第１コアベースと前記第２コアベースとの間に配置され、通電に基づいて前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極とを互いに異なる磁極とするコイルとを備え、前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極は、それぞれ周方向に配列された複数の磁極片により構成され、前記複数の磁極片は、それぞれ軸方向に延び、外側面は平坦面である。

この構成によれば、外側面が平坦面である第１爪状磁極と第２爪状磁極は、例えばプレス加工により折り曲げにて形成することが可能であり、第１ステータコアと第２ステータコアを含むステータが容易に形成される。
また、複数の磁極片は、例えばプレス加工により折り曲げにて形成することが可能であり、容易に形成される。

上記ステータにおいて、前記コイルは、前記第１爪状磁極の外側面と前記第２爪状磁極の外側面に応じた多角形環状に形成されることが好ましい。
この構成によれば、多角形環状のコイルは、第１爪状磁極と第２爪状磁極とにより位置決めされるため、移動が抑制される。

上記ステータにおいて、１つの前記第１爪状磁極または前記第２爪状磁極を構成する前記複数の磁極片の外側面は同一方向に面していることが好ましい。

この構成によれば、ステータコアの内側に配置されるロータの先端との間の間隙が周方向において均一化される。
上記ステータにおいて、１つの前記第１爪状磁極または前記第２爪状磁極を構成する前記複数の磁極片の外側面は径方向に面していることが好ましい。

この構成によれば、ステータコアの内側に配置されるロータの先端との間の間隙が周方向において均一化される。
上記課題を解決するモータは、上記ステータを備える。

この構成によれば、モータに備えられるステータが容易に形成される。

本発明によれば、ステータを容易に形成することができる。

一実施形態のモータの斜視図。 単一ステータの分解斜視図。 ステータコア及びコイルの平面図。 別例のステータコア及びコイルの平面図。 （ａ）は別例のステータコア及びロータコアの平面図、（ｂ）は爪状磁極の拡大図。 別例のステータコアの平面図。 従来例のモータを示す断面図。

以下、一実施形態を説明する。
図１に示すように、ブラシレスモータＭは、回転軸２１に固定されたロータ２２と、ロータ２２の外側に配置されたステータ２３を備えている。回転軸２１は、例えば図示しないモータハウジングに回転可能に支持されている。ステータ２３は、例えば図示しないモータハウジングに固着されている。なお、ステータ２３が図示しないヨークハウジングに収容され、そのヨークハウジングがモータハウジングに固定されていてもよい。

また、このブラシレスモータＭは、３つのモータ部を回転軸２１の軸方向に配列した構造を有している。つまり、ブラシレスモータＭは、Ｕ相モータ部Ｍｕ、Ｖ相モータ部Ｍｖ、Ｗ相モータ部Ｍｗを有している。Ｕ相モータ部Ｍｕは、ロータ２２ｕとステータ２３ｕを含む。同様に、Ｖ相モータ部Ｍｖはロータ（図示略）とステータ２３ｖを含み、Ｗ相モータ部Ｍｗはロータ（図示略）とステータ２３ｗを含む。したがって、ロータ２２は、各モータ部Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗに対応して、Ｕ相のロータ２２ｕと、Ｖ相のロータ（図示略）と、Ｗ相のロータ（図示略）を有している。同様に、ステータ２３は、各モータ部Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗに対応して、Ｕ相のステータ２３ｕと、Ｖ相のステータ２３ｖと、Ｗ相のステータ２３ｗを有している。

図１に示すように、Ｕ相のロータ２２ｕは、爪状磁極３１が形成された一対のロータコア３２と、それらロータコア３２の軸方向の間に配置され軸方向に磁化されることで爪状磁極３１を周方向に交互に異なる磁極として機能させる界磁磁石３３とを備えた所謂ランデル型構造のものである。また、図示しないＶ相のロータ及びＷ相のロータは、Ｕ相のロータ２２と同様の構成であるため、それらの説明を省略する。

各層のロータの配置の概略を説明する。Ｖ相のロータは、Ｕ相のロータ２２ｕに対して反時計回り方向に電気角で６０°位相をずらして積層され、Ｗ相のロータは、Ｖ相のロータに対して反時計回り方向に電気角で６０°位相をずらして（つまり、Ｕ相のロータ２２ｕに対して反時計回り方向に電気角で１２０°位相をずらして）積層されている。つまり、ロータ２２の各相における位相のずれが、ステータ２３の各相における位相のずれ（時計回り方向のずれ）に対して逆方向となるように構成されている。

次に、ステータ２３について説明する。なお、各層のステータ２３ｕ，２３ｖ，２３ｗは互いに同じ構造であるため、Ｕ相のステータ２３ｕについて説明し、Ｖ相のステータ２３ｖ及びＷ相のステータ２３ｗの図面及び説明を省略する。

図２に示すように、ステータ２３ｕは、第１ステータコア４１、第２ステータコア４２、コイル４３を備えている。
第１ステータコア４１は、円環板状の第１コアベース５１を有している。第１コアベース５１の外周端には、円筒状の第１コアバック５２が軸方向において第２ステータコア４２に向って延出形成されている。第１コアベース５１の内周端には、複数（本実施形態では４個）の第１爪状磁極５３が周方向等間隔（９０°間隔）に形成されている。第１爪状磁極５３は、第１コアベース５１の内周端から径方向内側に延びる第１基部５４と、その第１基部５４の内側端部から軸方向に延びる第１磁極部５５とを有している。第１磁極部５５は略台形の板状に形成されている。つまり、第１磁極部５５において、径方向内側の側面（内側面）５５ａと、径方向外側の側面（外側面）５５ｂは、平坦面である。

第２ステータコア４２は、第１ステータコア４１と同様に形成されている。第２ステータコア４２は、円環板状の第２コアベース６１を有している。第２コアベース６１の外周端には、円筒状の第２コアバック６２が軸方向において第１コアベース５１に向って延出形成されている。第２コアベース６１の内周端には、複数（本実施形態では４個）の第２爪状磁極６３が周方向等間隔（９０°間隔）に形成されている。第２爪状磁極６３は、第２コアベース６１の内周端から径方向内側に延びる第２基部６４と、その第２基部６４の内側端部から軸方向に延びる第２磁極部６５とを有している。第２磁極部６５は略台形の板状に形成されている。そして、第２磁極部６５の内側面６５ａと外側面６５ｂは、平坦面である。

第１ステータコア４１と第２ステータコア４２は、軸方向において第１コアベース５１と第２コアベース６１が互いに対向し、周方向において第１爪状磁極５３と第２爪状磁極６３が互いに隣り合うように組み合わされる。そして、第１ステータコア４１の第１コアバック５２と第２ステータコア４２の第２コアバック６２が軸方向に互いに突合わされる。

コイル４３は、軸方向において第１コアベース５１と第２コアベース６１の間に配置される。コイル４３の巻き形状（外形の形状）は、第１爪状磁極５３と第２爪状磁極６３の形状に応じた環状（図では８角形環状）に形成されている。コイル４３は、巻き形状に応じて複数周回巻かれた導体（例えば銅線）を有している。

図３に示すように、ステータ２３ｕにおいて、第１爪状磁極５３と第２爪状磁極６３（破線にて示す）は、周方向に交互に配置される。
径方向において、第１爪状磁極５３の第１磁極部５５の外側面５５ｂは平坦面である。同様に、径方向において、第２爪状磁極６３の第２磁極部６５の外側面６５ｂは平坦面である。コイル４３は、これらの外側面５５ｂ，６５ｂに応じた多角形環状（８角形環状）に形成されている。

次に、上記のブラシレスモータＭにおける作用を説明する。
図３に示すように、コイル４３は、第１ステータコア４１の第１爪状磁極５３と第２ステータコア４２の第２爪状磁極６３に応じて、多角形環状（８角形環状）に形成されている。したがって、コイル４３は、第１爪状磁極５３と第２爪状磁極６３により、第１ステータコア４１と第２ステータコア４２の周方向において位置決めされ、周方向、つまりブラシレスモータＭの回転方向における移動が抑制される。

例えば、円環状に形成されたコイルは、ブラシレスモータＭの回転方向に移動する。コイルが移動すると、コイルに対して駆動電力を供給する配線に対する応力が掛かり、断線等の問題を起こす虞がある。

これに対し、本実施形態のコイル４３は、第１ステータコア４１の周方向において、第１爪状磁極５３と第２爪状磁極６３により位置決めされる。このため、周方向におけるコイル４３の移動が抑制され、コイル４３に給電する配線に掛る応力を低減することができる。また、コイル４３は、第１ステータコア４１の周方向において、複数の箇所にて爪状磁極５３，６３（磁極部５５，６５）に当接する。個々の接触箇所においてコイル４３にかかる応力は、１箇所でコイルを固定した場合と比べ小さくなる。このため、コイル４３における断線等の問題の発生を抑制することができる。

また、本実施形態のコイル４３は、８角形環状に形成されている。したがって、コイル４３は、円環状のコイルと比べ短経路にてループが形成されるため、周回される導体（銅線）の長さが短くなる。このため、コイル４３における抵抗値（巻線抵抗）を低減することができる。例えば、円環状のコイルの直径と等しい対角間距離の８角形環状のコイルの場合、円環状のコイルの抵抗値に対して、８角形環状のコイルの抵抗値は、約３％小さくなる。コイル４３における抵抗値の低減により、コイル４３に流れる電流量が多くなり、その電流量に応じてステータ２３ｕにおいて発生する磁束量が多くなる。このように、ブラシレスモータＭにおける特性の向上を図ることが可能となる。

また、図３に示すように、コイル４３と第１ステータコア４１の第１コアバック５２の間に空間（スペース）５８が形成される。第２ステータコア４２についても同様にスペースが形成される。このスペース５８により、各モータ部Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗのコイル４３に給電する配線を、軸方向に引き出すことが可能となる。

第１ステータコア４１は、例えばプレス加工により鋼板を打ち抜いて形成される。そして、第１爪状磁極５３は、プレス加工により折り曲げて形成される。同様に、第２ステータコア４２は、例えばプレス加工により鋼板を打ち抜いて形成され、第１爪状磁極５３は、プレス加工により折り曲げて形成される。このように、プレス加工によりステータ２３ｕ（第１ステータコア４１及び第２ステータコア４２）を形成することができ、プレス加工により加工にかかる工数が少なくなり、コストの低減を図ることができる。

以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）第１ステータコア４１において、第１爪状磁極５３（磁極部５５）の外側面５５ｂは平坦面である。また、第２ステータコア４２において、第２爪状磁極６３（磁極部６５）の外側面６５ｂは平坦面である。このような第１爪状磁極５３と第２爪状磁極６３は、プレス加工により鋼板を折り曲げて形成することができる。このように第１ステータコア４１と第２ステータコア４２を含むステータ２３ｕを容易に形成することができる。

（２）第１ステータコア４１の第１コアベース５１と、第２ステータコア４２の第２コアベース６１の間に配設されるコイル４３は、第１ステータコア４１の第１爪状磁極５３と第２ステータコア４２の第２爪状磁極６３に応じて、多角形環状（８角形環状）に形成されている。したがって、コイル４３は、第１爪状磁極５３と第２爪状磁極６３により、第１ステータコア４１と第２ステータコア４２の周方向において位置決めされ、周方向、つまりブラシレスモータＭの回転方向における移動を抑制することができる。

（３）コイル４３は、多角形環状（８角形環状）に形成されている。このようなコイル４３は、円環状に形成したコイルと比べ、短経路にてループが形成されるため、周回される導体（銅線）の長さが短くなる。このため、コイル４３における抵抗値（巻線抵抗）を、円環状のコイルの抵抗値よりも低減することができる。

尚、上記の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態において、図３に示すスペース５８に、コイル４３の端部を固定するためのターミナルを配置してもよい。

・上記実施形態における爪状磁極の形状を適宜変更してもよい。
例えば、図４に示すように、ステータコア７０は円環状のコアベース７１を有し、そのコアベース７１の外周部には円筒状のコアバック７２が軸方向（図４における表方向）に延出形成され、コアベース７１の内周部には複数の爪状磁極７３が形成されている。各爪状磁極７３は、コアベース７１の内端から径方向内側に延びる基部７４と、その基部７４から軸方向（図４における表方向）に延びる磁極部７５を有している。この磁極部７５の外側面７５ｂは平坦面であり、磁極部７５の内側面７５ａは、周方向に沿って湾曲した曲面である。この爪状磁極７３は、上記実施形態と同様に、鋼板をプレス加工により折り曲げて形成される。なお、内側面７５ａは、例えば、プレス加工に用いるパンチの形状により、折り曲げと同時に形成することが可能である。このように、プレス加工によりステータコア７０を形成することができ、プレス加工により加工にかかる工数が少なくなり、コストの低減を図ることができる。

なお、図４に示す爪状磁極７３（磁極部７５）は、周方向における端部７３ａの厚みが、中央部７３ｂの厚みよりも大きくなる。これにより、端部７３ａにおける磁束密度を、中央部７３ｂにおける磁束密度よりも小さくすることができる。これにより、磁気飽和等の不具合を抑制することが可能となる。

また、図５（ａ）に示すように、ステータコア８０は円環状のコアベース８１を有し、そのコアベース８１の外周部には円筒状のコアバック８２が軸方向（図５（ａ）における表方向）に延出形成され、コアベース８１の内周日には複数の爪状磁極８３が形成されている。各爪状磁極８３は、コアベース８１の内端から径方向内側に延びる基部８４と、その基部８４から軸方向（図５（ａ）における表方向）に延びる複数の磁極片８５を有している。各磁極片８５は、それぞれ直方体状に形成されている。従って、各磁極片８５の内側面８５ａと外側面８５ｂは平坦面である。これらの磁極片８５は、例えば、図５（ｂ）に示すように、短冊状の磁極片８５を破線８６で示す位置にて例えばプレス加工により折り曲げて形成される。破線８６で示す折り曲げ位置を、周方向に沿って階段状とすることで、ロータ２２ｕの爪状磁極３１先端と、各磁極片８５との間の隙間（エアギャップ）を略均一化することが可能となる。また、爪状磁極８３を複数の磁極片８５により構成することで、渦電流を低減することが可能となる。

また、図６に示すように、ステータコア９０は円環状のコアベース９１を有し、そのコアベース９１の外周部には円筒状のコアバック９２が軸方向（図６における表方向）に延出形成され、コアベース９１の内周日には複数の爪状磁極９３が形成されている。各爪状磁極９３は、コアベース９１の内端から径方向内側に延びる基部９４と、その基部９４から軸方向（図６における表方向）に延びる複数の磁極片９５を有している。各磁極片９５は、それぞれ直方体状に形成されている。従って、各磁極片９５の内側面９５ａと外側面９５ｂは平坦面である。例えば、各磁極片９５の折り曲げ位置は、ステータコア９０の周方向に沿って設定される。各磁極片９５は、それぞれの外側面９５ｂが、径方向に面するように形成される。これにより、ステータを構成した場合、磁極片９５は略円筒状に配置される。このように磁極片９５の折り曲げ方向を設定することにより、エアギャップの均一化を図ることが可能となる。そして、図５（ａ）に示すステータコア８０と同様に、ステータコア９０において、爪状磁極９３を複数の磁極片９５により構成することで、渦電流を低減することが可能となる。

・上記各形態のステータ（ステータコア）において、円環状のコイルを用いても良い。

Ｍ…ブラシレスモータ、２２…ロータ、２３，２３ｕ…ステータ、４１…第１ステータコア、４２…第２ステータコア、４３…コイル、５１…第１コアベース、５３…第１爪状磁極、 ５４…基部、５５…磁極部、 ５５ａ…内側面、５５ｂ…外側面、６１…第２コアベース部、６３…第２爪状磁極、６４…基部、６５…磁極部、６５ａ…内側面、６５ｂ…外側面、７０，８０，９０…ステータコア、７１，８１，９１…コアベース、７３，８３，９３…爪状磁極、７５，８５，９５…磁極片、７５ｂ，８５ｂ，９５ｂ…外側面。

Claims (5)

1. 軸方向の一方側に設けられる第１コアベースと該第１コアベースの径方向端部から軸方向の他方側に延びる周方向に複数の第１爪状磁極とを有する第１ステータコアと、
   軸方向の他方側に設けられる第２コアベースと該第２コアベースの径方向端部から軸方向の一方側に延びる周方向に複数の第２爪状磁極とを有し、前記第２コアベースが前記第１コアベースと対向し、前記第２爪状磁極が前記第１爪状磁極と周方向に隣り合う第２ステータコアと、
   前記第１コアベースと前記第２コアベースとの間に配置され、通電に基づいて前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極とを互いに異なる磁極とするコイルと、を備え、
   前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極は、それぞれ周方向に配列された複数の磁極片により構成され、前記複数の磁極片は、それぞれ軸方向に延び、外側面は平坦面であること、を特徴とするステータ。
2. 請求項１に記載のステータにおいて、
   前記コイルは、前記第１爪状磁極の外側面と前記第２爪状磁極の外側面に応じた多角形環状に形成されてなること、を特徴とするステータ。
3. 請求項１または２に記載のステータにおいて、
   １つの前記第１爪状磁極または前記第２爪状磁極を構成する前記複数の磁極片の外側面は同一方向に面していること、を特徴とするステータ。
4. 請求項１または２に記載のステータにおいて、
   １つの前記第１爪状磁極または前記第２爪状磁極を構成する前記複数の磁極片の外側面は径方向に面していること、を特徴とするステータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のステータを備えたことを特徴とするモータ。