JP5193438B2 - 多相クローポール型モータ - Google Patents

Description

本発明は、多相クローポール型モータを提供する技術に関する。

モータは各種の分野に幅広く使用されている。モータの形態の１つとして、爪形磁極を有するクローポール型モータと呼ばれるものがある。例えば、特許文献１に示すように、このクローポール型モータの１相分の固定子は、電流を流す円形状の環状コイルと、１対の爪形磁極と、環状コイルの周囲を取り囲んで前記爪形磁路とともに磁路を形成する磁性体とから構成される。

特開2001-161054号公報(図１、第４頁〜第５頁)

３相クローポール型モータの場合には、爪形磁極を有する上記１相分の固定子を３組用いることにより固定子を形成できる。この３組の固定子に３相電圧を印加すると、永久磁石を固定した回転子に回転トルクが発生し、回転子を回転することができる。このクローポール型モータは従来のモータと比べて、コイルエンドがなく、モータの小型化が図れるという特徴がある。
図１０に示す例では、爪形磁極２４を有する固定子コア２１、２２を向い合せで組合せることにより、１相の固定子の磁路を形成している。固定子コア２１、２２を組合せてできる内部の空間に環状コイル２３を挿入して、引出し線２３ａ、２３ｂを固定子コアの外周部から外部に引出す構造となっている。これにより、１相分の固定子２０を構成する。これを３組重ねて３相固定子とし、回転子１６を組合せることにより、図１０に示すような３相クローポール型モータを構成できる。このような爪形磁極を有する固定子コアを、プレス機により磁性粉末体で一体成型する方法は、３次元形状を容易に成形できる特徴がある。

このような爪形磁極を有するモータでは、次のような問題がある。図１０に示すように、通常、環状コイル２３をリング状に巻いて成形すると、一方の引出し線２３ａは固定子の外周に近い個所から外部に引出すことができるが、他方の引出し線２３ｂは固定子の内周、つまり、回転子に近い個所から外部に引出すことになる。これを環状コイル２３の断面図で示すと、図１１のようになる。そのため、固定子コア２１、２２で形成される空間の一部を引出し線２３ｂが占有することになり、コイルの巻数が少なくなってしまう。これにより、モータが発生できるトルクが制限されていた。

そこで、爪形磁極を有するクローポール型モータにおいて、コイルの引出し線の影響を受けることなく、コイルの占積率を向上することが課題である。

上記課題を解決するに当って、以下のような対応を図るものである。

爪形磁極を設けた環状の固定子コアを一対相互に合わせ、当該一対の固定子コアの間に位置させて、該爪形磁極に磁束を発生する環状コイルから構成される１相の固定子を複数備え、回転軸にトルクを発生する回転子を具備した多相クローポール型モータにおいて、固定子コアの爪形磁極の一部に、複数の環状コイルの配線を通す空間を設ける。これにより、コイルの引出し線は、固定子の外周部（あるいは、回転子に面する側でない反対側）からは１本を、他の１本を固定子の爪形磁極の空間から軸方向に出す構造とする。これにより、引出し線による影響をなくすことができ、同一空間でもコイルの巻数を増加することができる。

ここで、上記固定子の構成を詳述すると、回転軸を中心として回転する回転子と隙間をもって対向して前記回転軸方向に延在する磁極面を有するＮ個の爪形磁極と、前記爪形磁極から外径方向に延在する環状の径方向継鉄部と、前記径方向継鉄部から前記回転子の回転軸の方向に延在する外周側継鉄とで固定子コアを形成するものとする。

そして、前記固定子コアを一対相互に合わせ、前記爪形磁極を内周方向に交互に位置させて前記爪形磁極の先端が隣接爪形磁極の径方向継鉄部に対向させて固定子とする。

更には、この固定子の構造は、２つの固定子コアが、磁束を発生する環状コイルを挟む構造とする。

通常、固定子コアの爪形磁極は複数の配線を通すことができる空間はないので、複数の環状コイルの配線を通す空間を１ヶ所以上設けるために、少なくとも、１つの爪形磁極を他の爪形磁極と異なる形状とする。これにより、上記の軸方向に引出し線を出すことができるので、コイルの占積率を向上できる。

この形状を異ならせる爪形磁極は、前記固定子コアについて、任意の位置からＮ番目の爪形磁極を異ならせるものとし、形状が変化することで、Ｎ番目の爪形磁極と隣の爪形磁極との間の磁極間のギャップ幅を大きくすることができ、前記環状コイルの引出し線を通す空間を設けることが可能となる。

上述のＮ番目の爪形磁極の形状を変えることで、隣の爪形磁極との間の磁極間のギャップの角度を変えるものであっても良い。または、上述のＮ番目の爪形磁極そのものを削除するか、設けないものであっても良い。

本発明によれば、従来の方式に対して、より小型で、高出力のモータが提供可能となる。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明に特徴的な３相クローポール型モータを構成する１相分の固定子４の分解図である。ここでは、この固定子４をＵ相固定子として説明する。このＵ相固定子４は、爪形磁極５１、５２を有する固定子コア１、２及びＵ相コイル３から成立つ。固定子コア１、２は同一形状をしている。図１に示すとおり、Ｕ相コイル３を挟み込むように、固定子コア１、２を向い合せで組み合わせる。これがＵ相固定子４である。固定子コア１、２の形状を成形する方法としては、絶縁皮膜でコーティングした磁性粉末体を、プレス機械により圧縮して一体成型する方法が適している。後加工なく部品の寸法精度を確保できる特徴がある。

従来の例である図９と比べて、図１は次の２点で異なる。第１の点は、固定子コア１における複数の爪形磁極５１のうち、５１ａの個所で爪形磁極がない。同様に、固定子コア２についても、５２ａの個所で爪形磁極がない。第２の異なる点は、Ｕ相コイル３の引出し線３ｂの形状である。

Ｕ相コイル３については、図２に示すＵ相コイル３の断面図からわかるように、図１１と比べて、Ｕ相コイル３の巻数は増加することができる。この例では、図１２のコイルの巻数が２１であるのに対して、図２のＵ相コイル３の巻数は２７と、２８％以上増加している。図１を組合せたＵ相固定子４の外観図が図３である。固定子コア１、２の爪形磁極がない個所５１ａ、５２ａからＵ相コイル３の引出し線３ｂを出す構造になっている。同様に、Ｖ相固定子８は固定子コア５、６、及び、Ｖ相コイル７により、Ｗ相固定子１２は固定子コア９、１０、及び、Ｗ相コイル１１によりそれぞれ構成される。

図４に示すように、これらの３組の固定子４、８、１２を重ねて、３相クローポール型モータの固定子を形成する。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相固定子４、８、１２は互いに電気角120度ずらすことで、３相交流電圧によりクローポール型モータを駆動することができる。また、各相の磁界の影響を相互に受けないようにするために、磁界遮断材１３、１４を相間に挿入している。各相コイルの引出し線３ａ、７ａ、１１ａは固定子の外径方向から外部に引出されている。これに対して、本発明の特徴である各相コイルの引出し線３ｂ、７ｂ、１１ｂは爪形磁極を取除いた個所から軸方向に引出している。これらを結線して中性点とする。これらの引出し線と固定子の爪形磁極の関係をロータ面から見た展開図が図５である。爪形磁極を除いた個所から引出し線３ｂ、７ｂ、１１ｂを軸方向に取り出し、結線部１５で結線している。このような固定子の内部に回転子１６を挿入すると、図６に示すようなクローポール型モータを構成することができる。このクローポール型モータはコイルの引出し線を通す空間を設けるために少なくした爪形磁極の割合だけトルクが減少することになる。つまり、図４の場合には、本来２４極の爪形磁極を２２極としているため、８％程度トルクが減少する。しかしながら、先に述べたように、コイルの巻数が２８％以上増加するので、実質的には、同一形状のクローポール型モータにおいて、約２０％程度トルクを増加することができる。また、同じトルクで設計する場合には、本発明を実施することにより、モータを約２０％小型化することができる。さらに、外部と接続するための引出し線は３相クローポール型モータの最小限となる３本となり、外部で中性点を結線する必要がなく、取扱性が向上する。

図７は固定子コアの爪形磁極のうち、一部の爪形磁極５１ｂ、５２ｂだけを他の爪形磁極と異なる形状にした他の実施例である。図５と同様に、ロータ面から見た固定子の展開図である。爪形磁極５１ｂ、５２ｂは他の爪形磁極に比較して小さくすることにより、引出し線を通すための空間を設けている。このような構造を採用すると、図５と比較して、爪形磁極がロータと対向する面積が増加するので、モータをより小型化することができる。

図８に示す爪形磁極５１ｃ、５２ｃを用いた実施例の場合には、さらに変形した爪形磁極５１ｃ、５２ｃの面積を増加できるので、さらにモータを小型化することができる。
なお、コイルの引出し線を通すための空間を設ける方法として、３種類の方法を提示したが、爪形磁極の一部を変形する方法としては、引出し線の形状に合わせて実施する方法も考えられる。

以上が、３相クローポール型モータに適用した実施例であるが、２相クローポール型モータや多相クローポール型モータに適用できることはいうまでもない。また、外転形モータにも適用できる。

本発明の実施例に特徴的な３相モータの１相分固定子の分解図。 本発明の実施例に特徴的なコイルの引出し線の断面図。 本発明の実施例に特徴的な３相モータの１相分固定子の外観図。 本発明の実施例に特徴的な３相モータの外観図。 本発明の実施例に特徴的な３相モータの固定子を回転軸から周方向に見たときの側面展開図。 本発明の実施例に特徴的な３相モータの断面図。 本発明の実施例に特徴的な３相モータで、図５とは異なる他の実施例の側面展開図。 本発明の実施例に特徴的な３相モータで、図５、図７と異なる他の実施例の側面展開図。 従来の爪形磁極を有する３相モータの１相分固定子の分解図。 従来の爪形磁極を有する３相モータの断面図。 従来のコイルの引出し線の断面図。

符号の説明

１、２、５、６、９、１０：固定子コア
３、７、１１、２３：コイル
４、８、１２、２０、３０、４０：１相分固定子
１３、１４：磁界遮断材
１５：結線部
１６：回転子
２１、２２：従来の固定子コア
２０、３０、４０：従来の１相分固定子
５１、５２、２４：爪形磁極

Claims (14)

1. 回転軸を中心にして回転する回転子と、
   Ｎ個の爪形磁極を設けた環状の固定子コアを一対相互に合わせ、当該一対の固定子コアの間に位置させた環状コイルを有する固定子と、
   を備えた多相クローポール型モータにおいて、
   前記固定子コアは、前記固定子と前記回転子が互いに対向面で、かつ、前記爪型磁極のない径方向継鉄部の径方向内周側の面に、前記環状コイルの引出し線を通す構造を備えたことを特徴とする多相クローポール型モータ。
2. 回転軸を中心にして回転する回転子と、
   Ｎ個の爪形磁極を設けた環状の固定子コアを一対相互に合わせ、当該一対の固定子コアの間に位置させた環状コイルを有する固定子と、
   を備えた多相クローポール型モータにおいて、
   任意の位置からＮ番目の爪形磁極の形状を他の爪形磁極の形状と異ならせ、当該形状を異ならせた爪形磁極と隣接する爪形磁極との間のギャップの幅を大きくすることで、前記固定子コアの内周側に前記環状コイルの引出し線を通す空間を設けたことを特徴とする多相クローポール型モータ。
3. 回転軸を中心にして回転する回転子と、
   Ｎ個の爪形磁極を設けた環状の固定子コアを一対相互に合わせ、当該一対の固定子コアの間に位置させた環状コイルを有する固定子と、
   を備えた多相クローポール型モータにおいて、
   任意の位置からＮ番目の爪形磁極の形状を他の爪形磁極の形状と異ならせ、当該形状を異ならせた爪形磁極と隣接する爪形磁極との間のギャップの幅と角度を変えることで、前記固定子コアの内周側に前記環状コイルの引出し線を通す空間を設けたことを特徴とする多相クローポール型モータ。
4. 回転軸を中心にして回転する回転子と、
   Ｎ個の爪形磁極を設けた環状の固定子コアを一対相互に合わせ、当該一対の固定子コアの間に位置させた環状コイルを有する固定子と、
   を備えた多相クローポール型モータにおいて、
   任意の位置からＮ番目の爪形磁極を設けないことでできる空間に、前記固定子コアの内周側から前記環状コイルの引出し線を通すことを特徴とする多相クローポール型モータ。
5. 請求項１記載の多相クローポール型モータにおいて、
   多相の前記固定子の間に磁束を遮断する部材を設けることを特徴とする多相クローポール型モータ。
6. 請求項１記載の多相クローポール型モータにおいて、
   前記固定子コアを圧粉鉄心を圧縮成形することにより成形したことを特徴とする多相クローポール型モータ。
7. 回転軸を中心にして回転する回転子と、
   Ｎ個の爪形磁極を設けた環状の固定子コアを一対相互に合わせ、当該一対の固定子コアの間に位置させた環状コイルを有する固定子と、
   を備えた多相クローポール型モータにおいて、
   前記固定子コアの前記回転子と対向する内周側に、前記環状コイルの引出し線を通す空間を設け、
   前記固定子コアの内周側で、上記複数の環状コイルの引出し線を接続して中性点とし、
   前記固定子コアの外周側で、上記複数の環状コイルの引出し線を出すことを特徴とする多相クローポール型モータ。
8. 回転子と隙間をもって対向して前記回転子の回転軸方向に延在する磁極面を有するＮ個の爪形磁極と、
   前記爪形磁極から外径方向に延在する環状の径方向継鉄部と、
   前記径方向継鉄部から前記回転子の回転軸の方向に延在する外周側継鉄とで固定子コアを形成し、
   前記固定子コアを一対相互に合わせ、前記爪形磁極を内周方向に交互に位置させて前記爪形磁極の先端が隣接爪形磁極の径方向継鉄部に対向させて固定子とし、
   前記固定子の内部に環状コイルを設ける多相クローポール型モータにおいて、
   前記固定子コアは、前記固定子と前記回転子が互いに対向面で、かつ、前記爪型磁極のない径方向継鉄部の径方向内周側の面に、前記環状コイルの引出し線を通す構造を備えたことを特徴とする多相クローポール型モータ。
9. 回転子と隙間をもって対向して前記回転子の回転軸方向に延在する磁極面を有するＮ個の爪形磁極と、
   前記爪形磁極から外径方向に延在する環状の径方向継鉄部と、
   前記径方向継鉄部から前記回転子の回転軸の方向に延在する外周側継鉄とで固定子コアを形成し、
   前記固定子コアを一対相互に合わせ、前記爪形磁極を内周方向に交互に位置させて前記爪形磁極の先端が隣接爪形磁極の径方向継鉄部に対向させて固定子とし、
   前記固定子の内部に環状コイルを設ける多相クローポール型モータにおいて、
   少なくとも１個の爪形磁極の形状を他の爪形磁極の形状と異ならせ、当該形状を異ならせた爪形磁極と隣接する爪形磁極との間のギャップの幅を大きくすることで、前記固定子コアの内周側に前記環状コイルの引出し線を通す空間を設けたことを特徴とする多相クローポール型モータ。
10. 回転子と隙間をもって対向して前記回転子の回転軸方向に延在する磁極面を有するＮ個の爪形磁極と、
    前記爪形磁極から外径方向に延在する環状の径方向継鉄部と、
    前記径方向継鉄部から前記回転子の回転軸の方向に延在する外周側継鉄とで固定子コアを形成し、
    前記固定子コアを一対相互に合わせ、前記爪形磁極を内周方向に交互に位置させて前記爪形磁極の先端が隣接爪形磁極の径方向継鉄部に対向させて固定子とし、
    前記固定子の内部に環状コイルを設ける多相クローポール型モータにおいて、
    少なくとも１個の爪形磁極の形状を他の爪形磁極の形状と異ならせ、当該形状を異ならせた爪形磁極と隣接する爪形磁極との間のギャップの幅と角度を変えることで、前記固定子コアの内周側に前記環状コイルの引出し線を通す空間を設けたことを特徴とする多相クローポール型モータ。
11. 回転子と隙間をもって対向して前記回転子の回転軸方向に延在する磁極面を有するＮ個の爪形磁極と、
    前記爪形磁極から外径方向に延在する環状の径方向継鉄部と、
    前記径方向継鉄部から前記回転子の回転軸の方向に延在する外周側継鉄とで固定子コアを形成し、
    前記固定子コアを一対相互に合わせ、前記爪形磁極を内周方向に交互に位置させて前記爪形磁極の先端が隣接爪形磁極の径方向継鉄部に対向させて固定子とし、
    前記固定子の内部に環状コイルを設ける多相クローポール型モータにおいて、
    少なくとも１つの爪形磁極を設けないことで成形される空間に、前記環状コイルの引出し線を通すことを特徴とする多相クローポール型モータ。
12. 請求項８記載の多相クローポール型モータにおいて、
    多相の前記固定子の間に磁束を遮断する部材を設けることを特徴とする多相クローポール型モータ。
13. 請求項８記載の多相クローポール型モータにおいて、
    前記固定子コアの圧粉鉄心を圧縮成形することにより成形したことを特徴とする多相クローポール型モータ。
14. 回転子と隙間をもって対向して前記回転子の回転軸方向に延在する磁極面を有するＮ個の爪形磁極と、
    前記爪形磁極から外径方向に延在する環状の径方向継鉄部と、
    前記径方向継鉄部から前記回転子の回転軸の方向に延在する外周側継鉄とで固定子コアを形成し、
    前記固定子コアを一対相互に合わせ、前記爪形磁極を内周方向に交互に位置させて前記爪形磁極の先端が隣接爪形磁極の径方向継鉄部に対向させて固定子とし、
    前記固定子の内部に環状コイルを設ける多相クローポール型モータにおいて、
    前記固定子コアの爪形磁極の一部に、前記環状コイルの引出し線を前記固定子コアの内周側に通す空間を設け、
    前記固定子コアの内周側で、上記複数の環状コイルの引出し線を接続して中性点とし、
    前記固定子コアの外周側で、上記複数の環状コイルの引出し線を出すことを特徴とする多相クローポール型モータ。

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