JP2006020459A - ステータコア及びこれを備えた回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 左右非対称となるコア形状での巻線性の向上を図ったステータコア及びこれを備えた回転電機を提供すること。
【解決手段】 ステータコア１１は、周方向に等角度で配列された４つのティース１２ａ〜１２ｄを備え、各ティースは巻線１３が巻回されるティース基部１４とその先端部から周方向の左右に延びるティース先端部１５ａ〜１５ｄとを備え、ティース先端部の一端側の外径をその他端側よりも小さくした。各ティース１２ａ〜１２ｄは、隣接する２つのティース先端部間にできるティース間ギャップ１９ａ〜１９ｄを所定の同一方向から見たときの、各ティース先端部両側のティース間ギャップが同一の間隔Ｓになるように、周方向に等角度で配置されている
【選択図】 図１

Description

本発明は、２相半波駆動方式のブラシレスモータなどの回転電機に使用されるステータコア及びこれを備えた回転電機に関する。

従来、ブラシレスモータとして、２相のコイルに一方向に交互に通電してマグネットロータを回転させる２相半波駆動方式のブラシレスモータがある。この２相半波駆動方式のブラシレスモータは、例えば、複数の磁極に着磁されたマグネットを有するマグネットロータと、その内側に配置され、その磁極数と同数のティースを有するステータコアとを備える。

図４は従来の２相半波駆動方式のブラシレスモータに使用されるステータコア１を示している。このステータコア１は、４つの磁極に着磁されたマグネットを有するマグネットロータの内側に配置され、周方向に等角度で配列された４つのティース２ａ〜２ｄを備えている。

これら４つのティース２ａ〜２ｄは、巻線３がそれぞれ巻回されるティース基部４と、その先端部から周方向の左右に延びるティース先端部５ａ〜５ｄとをそれぞれ有している。各ティース基部４は、環状の連結部６から放射方向に等角度で延びている。

このようなステータコアを備える２相半波駆動方式のブラシレスモータでは、その特性上デッドポイント（不起動位置）があるため、自起動性を持たせてマグネットロータを静止状態から回転させることができるようにする必要がある。そのために、図４に示すような従来のステータコア１では、各ティース先端部５ａ〜５ｄがマグネットロータの回転中心７とティース先端部の中心を結ぶティース中心線８に関して左右非対称となるコア形状にしてある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。図４に示す従来のステータコア１では、各ティース先端部５ａ〜５ｄの一端側（右端側）の外径を他端側（左端側）よりも小さくしてある。
特開２００３−１０２１５６号公報 特開２００１−１４５３１９号公報

ところで、図４に示すような従来のステータコア１では、各ティース先端部５ａ〜５ｄがティース中心線８に関して左右非対称となるコア形状にした結果、隣接する２つのティース先端部間にできる４つのティース間ギャップ９ａ〜９ｄを所定の同一方向から見たとき、各ティース先端部両側でティース間ギャップが非対称となる。例えば、図４に示すステータコア１では、ティース先端部５ａ，５ｄ間及びティース先端部５ｂ，５ｃ間の各ティース間ギャップ９ｄ，９ｂの間隔ａは、ティース先端部５ａ，５ｂ間及びティース先端部５ｃ，５ｄ間の各ティース間ギャップ９ａ、９ｃの間隔ｂより小さくなっている。例えば、間隔ａは１．１３ｍｍ程度であり、間隔ｂは２．３２ｍｍ程度である。これにより、各ティースのティース基部、例えばティース２ｄのティース基部４に、巻線３を図４に示すように２つのティース間ギャップ９ｃ，９ｄに通して巻回する際に、巻線３の径（巻線径）は狭い方のティース間ギャップ９ｄの間隔ａを考慮した巻線径仕様とせざるを得ない。このため、巻線仕様（主に巻線径のアップ）に自由度が小さく、巻線性（巻線作業性）が悪くなる。

このような問題は、単相全波駆動方式のブラシレスモータなどの回転電機でも発生する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、左右非対称となるコア形状での巻線性の向上を図ったステータコア及びこれを備えた回転電機を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、マグネットロータの内側に配置され、周方向に等角度で配列された複数のティースを備え、各ティースは巻線が巻回されるティース基部とその先端部から周方向の左右に延びるティース先端部とを備え、前記ティース先端部の一端側の外径をその他端側よりも小さくしたステータコアにおいて、前記複数のティースは、隣接する２つの前記ティース先端部間にできるティース間ギャップを所定の同一方向から見たときの、各ティース先端部両側の前記ティース間ギャップが同一の間隔になるように、周方向に等角度で配置されていることを要旨とする。

これによれば、各ティース先端部が左右非対称となるコア形状（左右非対称コア）で各ティース先端部両側のティース間ギャップの間隔を同一にしているので、より巻線径の太い仕様でも巻線可能となる。つまり、上記従来技術のように、ティース基部に、巻線を間隔の異なる両側のティース間ギャップに通して巻回する際に、巻線の径は狭い方のティース間ギャップの間隔を考慮した巻線径仕様とする必要がない。このため、巻線仕様（主に巻線径のアップ）の自由度が増し、巻線性（巻線作業性）が向上する。したがって、左右非対称となるコア形状での巻線性の向上を図ることができる。

また、より巻線径の太い仕様でも巻線可能となるため、回転電機の効率が向上する。
また、同じ巻線径であれば、つまり各ティース間ギャップの間隔を上記従来技術と同じ巻線径の巻線を通せる大きさにすれば、各ティース間隔を狭めることが可能となり、コギングトルクを低減できる。なお、ここにいう「ティース間隔」は、隣接する２つのティース先端部間のスロット開口部をマグネットロータの回転中心から見たときの、周方向におけるそのスロット開口部の間隔をいう。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のステータコアにおいて、前記複数のティースの各ティース基部は、各ティース基部両側の巻線収容スペースが同等になる位置にあって、各ティース基部の中心を通る基部中心線がマグネットロータの回転中心と前記ティース先端部の中心を結ぶティース中心線と所定角度で交差するように、周方向に等角度で配置されていることを要旨とする。

これによれば、左右非対称となるコア形状で各ティース基部両側の巻線収容スペースを同等にしているので、左右非対称となるコア形状での巻線性が更に向上する。
請求項３に係る回転電機は、請求項１又は２に記載のステータコアと、その外側に配置され、複数の磁極に永久磁石を有するマグネットロータとを備えることを要旨とする。

これによれば、左右非対称となるコア形状での巻線性が向上した回転電機を実現することができる。また、より巻線径の太い仕様でも巻線可能となるため、回転電機の効率が向上する。さらに、同じ巻線径であれば、つまり各ティース間ギャップの間隔を上記従来技術と同じ巻線径の巻線を通せる大きさにすれば、各ティース間隔を狭めることが可能となり、コギングトルクが低減された回転電機を実現することができる。

本発明によれば、左右非対称となるコア形状での巻線性の向上を図ることができる。

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。
（ステータコアの一実施形態）
図１は一実施形態に係るステータコア１１を示しており、図２はそのステータコア１１の一部を拡大して示している。

ステータコア１１は、回転電機としての上述した２相半波駆動方式のブラシレスモータに使用される。このステータコア１１は、４つの磁極に着磁されたマグネットを有するマグネットロータの内側に配置され、周方向に等角度で配列された４つのティース１２ａ〜１２ｄを備えている。

これら４つのティース１２ａ〜１２ｄは、巻線１３がそれぞれ巻回されるティース基部１４と、その先端部から周方向の左右に延びるティース先端部１５ａ〜１５ｄとをそれぞれ有している。各ティース基部１４の基端部は、環状の連結部１６に連結されている。

このステータコア１１では、２相半波駆動方式のブラシレスモータにおいて上述した自起動性を持たせてマグネットロータを静止状態から回転させることができるようにするために、各ティース先端部１５ａ〜１５ｄを左右非対称となるコア形状にしてある。つまり、このステータコア１１では、各ティース先端部１５ａ〜１５ｄの一端側（右端側）の外径を他端側（左端側）よりも小さくしてある。本例では、各ティース先端部１５ａ〜１５ｄの左半部の外径は同じ寸法であるのに対して、その右半分の外径は左半部の外径と同じ寸法から一端側に向かうにつれて次第に小さくなっている。

ステータコア１１の形状における特徴は次の２つの点にある。
（１）４つのティース１２ａ〜１２ｄは、隣接する２つのティース先端部１５ａ〜１５ｄ間にできるティース間ギャップ（スロット開口部）を所定の同一方向から見たときの、各ティース先端部１５ａ〜１５ｄ両側のティース間ギャップ１９ａ〜１９ｄが同一の間隔になるように、周方向に等角度で配置されている。本例では、４つのティース間ギャップ１９ａ〜１９ｄの間隔は全て同一の間隔Ｓになっている。この間隔Ｓは、本例のステータコア１１を図４に示すステータコア１と同じサイズのものとした場合、１．７３ｍｍ程度となる。つまり、間隔Ｓは、図４のステータコア１における間隔ａと間隔ｂを加算した値の約半分となる。

なお、ここにいう「所定の同一方向」とは、各ティースのティース基部、例えばティース１２ｄのティース基部１４に、巻線１３を図１に示すように２つのティース間ギャップ１９ｃ，１９ｄに通して巻回する（集中巻きする）際の巻き方向に沿った方向で、斜め上方から見た方向をいう。

（２）４つのティース１２ａ〜１２ｄの各ティース基部１４は、各ティース基部１４両側の巻線収容スペース（スロット）２０が同等になる位置にある。そして、各ティース基部１４は、各ティース基部１４の中心を通る基部中心線Ｃがマグネットロータの回転中心１７と各ティース先端部１５ａ〜１５ｄの中心を結ぶティース中心線Ｂと所定角度αで交差するように、周方向に等角度で配置されている。

上記形状的な特徴（１）を持つステータコア１１は、図４に示す上記従来のステータコア１において、各ティース先端部２ａ〜２ｄを、各ティース先端部両側のティース間ギャップ９ａ〜９ｄが同一の間隔になる位置まで、ティース中心線８（図１の中心線Ａに相当する）に対して時計方向に所定角度α回転させることで作製できる。その所定角度αは、図１において、中心線Ａからティース中心線Ｂまでの回転角度である。

また、上記形状的な特徴（２）を持つステータコア１１は、４つのティース１２ａ〜１２ｄの各ティース基部１４を、各ティース基部１４両側の巻線収容スペース（スロット）２０が同等になる位置（図１，図２の破線で示す位置）まで環状の連結部１６の中心、つまり回転中心１７に対して角度αだけ回転変位させることで作製できる。さらに、各ティース基部１４は、図１，図２の破線で示す位置から図１，図２の実線で示す位置まで、反時計方向に上記所定角度αだけ回転させてある。

以上のように構成された一実施形態に係るステータコア１１によれば、以下の作用効果を奏する。
○各ティース先端部１５ａ〜１５ｄが左右非対称となるコア形状（左右非対称コア）で各ティース先端部１５ａ〜１５ｄ両側のティース間ギャップ１９ａ〜１９ｄの間隔Ｓを同一にしているので、より巻線径の太い仕様でも巻線可能となる。このため、巻線仕様（主に巻線径のアップ）の自由度が増し、巻線性（巻線作業性）が向上する。したがって、左右非対称となるコア形状での巻線性の向上を図ることができる。

○より巻線径の太い仕様でも巻線可能となるため、回転電機としてのブラシレスモータの効率が向上する。
○同じ巻線径であれば、つまりティース間ギャップ１９ａ〜１９ｄの間隔Ｓを上記従来技術と同じ巻線径の巻線を通せる大きさにすれば、各ティース間隔を狭めることが可能となり、コギングトルクを低減できる。

○左右非対称となるコア形状で各ティース基部１４両側の巻線収容スペース２０を同等にしているので、左右非対称となるコア形状での巻線性が更に向上する。
（ブラシレスモータの一実施形態）
図３は、一実施形態に係る回転電機としての２相半波駆動方式のブラシレスモータ３０を示している。このブラシレスモータ３０は、図１に示す上記ステータコア１１と、その外側に配置され、４つの磁極に着磁されたマグネットを有するマグネットロータ３１とを備えている。

以上のように構成された一実施形態に係るブラシレスモータ３０によれば、以下の作用効果を奏する。
○左右非対称となるコア形状での巻線性が向上したブラシレスモータ３０を実現することができる。

○より巻線径の太い仕様でも巻線可能となるため、ブラシレスモータ３０の効率が向上する。
○同じ巻線径であれば、つまり各ティース間ギャップの間隔を上記従来技術と同じ巻線径の巻線を通せる大きさにすれば、各ティース間隔を狭めることが可能となり、コギングトルクが低減されたブラシレスモータ３０を実現することができる。

なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記実施形態では、２相半波駆動方式のブラシレスモータに用いるステータコア１１及びこれを備えた２相半波駆動方式のブラシレスモータについて説明したが、本発明は、単相全波駆動方式のブラシレスモータに用いるステータコア及びこれを備えた単相全波駆動方式のブラシレスモータにも適用可能である。

・上記実施形態では、４つのティース１２ａ〜１２ｄを備えたステータコア１１について一例として説明したが、本発明は偶数個のティースを備えたステータコアに適用可能である。

・上記実施形態では、４つの磁極に着磁されたマグネットを有するマグネットロータを備えたブラシレスモータについて一例として説明したが、本発明は偶数極に着磁されたマグネットを有するマグネットロータを備えたブラシレスモータにも適用可能である。

・上記実施形態では、回転電機としてブラシレスモータに用いるステータコア１１について一例として説明したが、ステータコア１１は回転電機としての発電機に用いるものであってもよい。

一実施形態に係るステータコアを示す平面図。 図１の一部拡大図。 一実施形態に係るブラシレスモータを示す平面図。 従来のステータコアを示す平面図。

符号の説明

Ｓ…間隔、Ｂ…ティース中心線、Ｃ…基部中心線、１１…ステータコア、１２ａ〜１２ｄ…ティース、１３…巻線、１４…ティース基部、１５ａ〜１５ｄ…ティース先端部、１６…環状の連結部、１７…回転中心、１９ａ〜１９ｄ…ティース間ギャップ、２０…巻線収容スペース、３０…ブラシレスモータ、３１…マグネットロータ。

Claims (3)

1. マグネットロータの内側に配置され、周方向に等角度で配列された複数のティースを備え、各ティースは巻線が巻回されるティース基部とその先端部から周方向の左右に延びるティース先端部とを備え、前記ティース先端部の一端側の外径をその他端側よりも小さくしたステータコアにおいて、
   前記複数のティースは、隣接する２つの前記ティース先端部間にできるティース間ギャップを所定の同一方向から見たときの、各ティース先端部両側の前記ティース間ギャップが同一の間隔になるように、周方向に等角度で配置されていることを特徴とするステータコア。
2. 請求項１に記載のステータコアにおいて、
   前記複数のティースの各ティース基部は、各ティース基部両側の巻線収容スペースが同等になる位置にあって、各ティース基部の中心を通る基部中心線がマグネットロータの回転中心と前記ティース先端部の中心を結ぶティース中心線と所定角度で交差するように、周方向に等角度で配置されていることを特徴とするステータコア。
3. 請求項１又は２に記載のステータコアと、その外側に配置され、複数の磁極に永久磁石を有するマグネットロータとを備えることを特徴とする回転電機。

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