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1. (WO2019003678) MOTEUR
Document

明 細 書

発明の名称 モータ

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006   0007  

課題を解決するための手段

0008   0009   0010   0011   0012   0013  

発明の効果

0014  

図面の簡単な説明

0015  

発明を実施するための形態

0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040  

産業上の利用可能性

0041  

符号の説明

0042  

請求の範囲

1   2   3  

図面

1   2   3   4   5  

明 細 書

発明の名称 : モータ

技術分野

[0001]
 本発明は、モータに関する。
 本願は、2017年6月27日に、日本に出願された特願2017-125129号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

背景技術

[0002]
 例えば、ブラシレスモータとして、略円環状のステータと、ステータの径方向内側に配置され、ステータに対して回転自在に設けられたロータと、を備えたものがある。ステータは、略円環状のステータコアと、ステータコアの内周面から径方向内側に向かって突出する複数のティース部と、を備えている。そして、各ティース部に、それぞれ巻線が集中巻方式により巻回されている。一方、ロータは、回転軸と、回転軸に外嵌固定された略円柱状のロータコアと、ロータコアの外周面に配置された複数のマグネット(磁極)と、を備えている。このような構成のもと、巻線に例えば3相交流電流を供給すると、ステータの各ティース部に所望の磁界が発生し、この磁界とロータのマグネットとの間で磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、ロータが回転する。
[0003]
 ところで、上記のようなモータは、その仕様に応じてティース部の数と磁極数の組み合わせがさまざまである。例えば、ティース部の数が9個、磁極数が8極に設定されるモータがある。このようなモータには、同相に割り当てられたティース部が周方向に並んで配置される巻線パターンがある。すなわち、U相に割り当てられたティース部が周方向に3つ並び、次いでV相に割り当てられたティース部が周方向に3つ並び、次いでW相に割り当てられたティース部が周方向に3つ並ぶ。そして、各ティース部に、巻線が集中巻方式により巻回される(例えば、特許文献1参照)。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2000-253602号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 ここで、上記のようなモータにおいて、隣り合う同相の3つのティース部に巻回される巻線の結線方法として、3つの巻線を並列に接続する方法と、3つの巻線を直列に接続する方法と、の大きく2つの方法が挙げられる。
 3つの巻線を並列に接続する場合、同相の巻線間に閉回路が形成され、さらに、各同相の巻線に生じる誘起電圧に位相差が発生する。このため、同相の巻線間でモータの回転トルクを発生させる電流と逆方向に流れる循環電流が発生し、モータ性能が低下してしまう可能性があった。
[0006]
 一方、3つの巻線を直列に接続する場合、巻線抵抗が大きくなるので、印加電圧を大きくする必要がある。また、巻線の線径を太径化して巻線抵抗を小さくすることも考えられるが、このようにすると巻線の巻回工程が煩わしくなるとともに、巻線の占積率を向上しにくくなり、モータ性能が低下してしまう可能性があった。
[0007]
 そこで、本発明は、9個のティース部を有し、且つ磁極数が8極又は10極に設定されたモータにおいて、モータ性能を向上させることができるモータを提供する。

課題を解決するための手段

[0008]
 上記の課題を解決するために、本発明の第1態様によれば、モータは、8極及び10極の何れか一方の極数に設定されている磁極と、巻線が巻回される9個のティース部と、を備え、各前記ティース部は、U相、V相、W相の3相が3つずつ割り当てられ、且つ同相の前記ティース部が周方向に並んで配置されており、各前記ティース部に、複数の前記巻線が並列に且つ集中巻方式で巻回されており、同相の前記巻線は、一列毎に直列に接続されている。
[0009]
 このように構成することで、巻線抵抗を小さくでき、巻線の線径を細径化できるので、巻線の巻回工程を容易にできるとともに、巻線の占積率を向上させることができる。また、各ティース部に巻線を並列に巻回しながらも、同相のティース部間の各巻線を直列に接続するので、同相の巻線間の循環電流の発生をできる限り抑えることができる。このため、9個のティース部を有し、且つ磁極数が8極又は10極に設定されたモータにおいて、モータ性能を向上させることができる。
[0010]
 本発明の第2態様によれば、本発明の第1態様に係るモータにおいて、各相の一列毎の前記巻線は、同相の3つの前記ティース部に、一本で連続して巻回されている。
[0011]
 このように構成することで、相毎にティース部から巻線を引き出す場合に比べて、ティース部から引き出される巻線の端末部を減少させることができる。このため、例えば、バスバーを用いて各相の巻線を結線する際、バスバーにおける巻線の端末部との接続端子を減少させることができる。よって、バスバーの構成を簡素化できるとともに、バスバーと巻線との結線作業を容易化できる。
[0012]
 本発明の第3態様によれば、本発明の第1態様又は第2態様に係るモータにおいて、複数の前記巻線は、1つのスター結線構造をなしている。
[0013]
 このように、各相の巻線をスター結線する場合において、ティース部に巻回された巻線間での循環電流の発生を効果的に抑制できる。

発明の効果

[0014]
 上記のモータによれば、巻線抵抗を小さくでき、巻線の線径を細径化できるので、巻線の巻回工程を容易にできるとともに、巻線の占積率を向上させることができる。また、各ティース部に巻線を並列に巻回しながらも、同相のティース部間の各巻線を直列に接続するので、同相の巻線間の循環電流の発生をできる限り抑えることができる。このため、9個のティース部を有し、且つ磁極数が8極又は10極に設定されたモータにおいて、モータ性能を向上させることができる。

図面の簡単な説明

[0015]
[図1] 本発明の実施形態におけるブラシレスモータを軸方向からみた平面図。
[図2] 本発明の実施形態における各ティース部への巻線の巻回工程を説明する図。
[図3] 本発明の実施形態におけるバスバーユニットを軸方向からみた平面図。
[図4] 本発明の実施形態における巻線の結線図。
[図5] 本発明の実施形態におけるロータの回転数、及び電流値の変化を示すグラフ。

発明を実施するための形態

[0016]
 次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
[0017]
(ブラシレスモータ)
 図1は、ブラシレスモータ1を軸方向からみた平面図である。
 ブラシレスモータ1は、例えば、車両に搭載される電動ブレーキ装置の駆動源として用いられる。
 図1に示すように、ブラシレスモータ1は、円筒部3を有するモータハウジング2と、このモータハウジング2内に内嵌固定された略円筒状のステータ4と、ステータ4の径方向内側に回転自在に配置されたロータ5と、ステータ4の軸方向一端側に配置され、このステータ4に給電を行うためのバスバーユニット6(図3参照、図1では不図示)と、を備えている。なお、以下の説明では、ロータ5の回転軸線方向を単に軸方向、ロータ5の回転方向を周方向、軸方向及び周方向に直交するロータ5の径方向を単に径方向と称して説明する。
[0018]
 ロータ5は、モータハウジング2に回転自在に支持された回転軸7と、回転軸7に外嵌固定されている略円柱状のロータコア8と、ロータコア8に外嵌固定されている略円筒状のリングマグネット9と、を備えている。
 ロータコア8は、電磁鋼板を軸方向に積層したり、軟磁性粉を加圧したりすることにより形成される。ロータコア8の径方向中央には、貫通孔8aが形成されている。この貫通孔8aに、回転軸7が圧入、又は挿入されている。貫通孔8aに、回転軸7を挿入する場合、例えば接着剤を用いて、回転軸7にロータコア8が固定される。
[0019]
 リングマグネット9は、ロータコア8の外周面に挿入され、例えば接着剤により固定されている。リングマグネット9には、磁極が周方向に順番になるように、複数極形成されている。本実施形態では、リングマグネット9の磁極数は、8極又は10極に設定されている。
[0020]
 ステータ4は、モータハウジング2の円筒部3の内周面3aに、例えば焼嵌め固定されるステータコア10を有している。ステータコア10は、略円筒状のバックヨーク部11と、バックヨーク部11の内周面から径方向中央に向かって突出する9個のティース部12と、により構成されている。バックヨーク部11は、磁路として構成される。
 ティース部12は、軸方向に直交する断面が略T字状となるように形成されている。ティース部12は、周方向に等間隔で配置されており、周方向に隣接するティース部12間に蟻溝状のスロット13が形成される。
[0021]
 また、ステータコア10は、ティース部12毎にバックヨーク部11が周方向に分割構成されて、複数の分割コア14を構成している。そして、周方向に分割された分割バックヨーク部15同士が連結され、略円筒状のバックヨーク部11を形成している。
[0022]
 各ティース部12には、このティース部12の周囲を覆うように樹脂製の不図示のインシュレータが装着されている。そして、各ティース部12には、不図示のインシュレータの上から巻線16が集中巻方式により巻回されている。巻線16は、3相(U相、V相、W相)に設定されている。以下、各ティース部12への巻線16の巻回工程について、詳述する。
[0023]
(各相の巻線の割り当てと巻線の巻回方法)
 まず、ティース部12は、U相、V相、W相の3相が3つずつ割り当てられ、且つ同相のティース部12が周方向に並んで配置されている。そして、巻線16は、巻回されたティース部12の相と同じ相に割り当てられる。このとき、巻線16の巻回方向によって、その巻線16が「+」又は「-」になる。つまり、一方向に巻回された巻線16を+U相、+V相、+W相の巻線16としたとき、逆方向に巻回された巻線16は、-U相、-V相、-W相の巻線16となる。
[0024]
 次に、図2に基づいて、各ティース部12への巻線16の巻回方法について説明する。
 図2は、各ティース部12への巻線16の巻回工程を説明する図である。
 図2に示すように、各ティース部12に巻線16を巻回するにあたって、ステータコア10を9個の分割コア14に分割する。そして、巻線装置17の治具18に、各分割コア14をセットする。
[0025]
 ここで、各ティース部12には、それぞれ3本の巻線16が並列に、且つ集中巻方式で巻回されている。また、同相の3つのティース部12には、3本の巻線16がそれぞれ連続(一列に)して巻回され、その両端末部16aが分割コア14から引き出される。
 より具体的には、例えば、横並びに配置されたU相の3つのティース部12のうち、両端に配置された1つのティース部12に、3本の巻線16の一方向に巻回する。この巻回作業が終了した後、そのまま3本の巻線16を隣接するティース部12に、一方向とは逆の他方向に巻回する。さらに、この巻回作業が終了した後、そのまま3本の巻線16を残り1つのティース部12に、一方向に巻回する。これにより、横並びに配置された3つのティース部12には、+U相、-U相、+U相の巻線16がこの順で形成される。なお、V相、及びW相の各3つのティース部12についても同様に巻線16の巻回作業を行う。
[0026]
 このように、同相の3つのティース部12には、3本の巻線16がそれぞれ連続(一列に)して巻回される。同相のティース部12を、横並びに配置した状態で巻線16を巻回するので、この巻線16の巻回作業を容易にできる。
 また、同相の3つのティース部12には、3本の巻線16がそれぞれ連続(一列に)して巻回されるので、巻線16は、同相の3つのティース部12につき、合計6本の端末部16aが引き出される。すなわち、ステータ4全体では、合計18本の端末部16aが引き出される。
[0027]
 そして、各ティース部12に巻線16を巻回した後、各分割コア14を連結し、ステータコア10を形成する。また、引き出された巻線16の端末部16aは、ステータ4の軸方向一端側に配置されたバスバーユニット6(図3参照)によって結線される。
[0028]
 図3は、バスバーユニット6を軸方向からみた平面図である。
 図3に示すように、バスバーユニット6は、円環状の樹脂モールド体19に導電性の複数のバスバー21が埋設されたものである。バスバー21には、各巻線16の端末部16aが接続される端子21aが、樹脂モールド体19から径方向外側に向かって突出するように設けられている。巻線16の端末部16aは、合計18本なので、バスバーユニット6の端子21aの個数も18個に設定されている。そして、各端子21aに、所定の巻線16の端末部16aが接続される。複数のバスバー21は、樹脂モールド体19内で互いに絶縁されて配置されており、各相の巻線16をスター結線(Y結線)する。
[0029]
 図4は、巻線16の結線図である。
 図1、図4に示すように、各相の巻線16は、バスバー21を介してスター結線される。また、ティース部12毎に3本の巻線16が並列巻され、さらに、同相の各ティース部12に並列巻された3本の巻線16がそれぞれ纏めて直列に結線される。
[0030]
 このような構成のもと、各相の巻線16にバスバー21を介して電流を供給すると、各ティース部12に所定の磁界が形成される。この磁界とロータ5のリングマグネット9との間で磁気的な吸引力や反発力が生じ、ロータ5が回転する。
[0031]
 ここで、並列巻された巻線16は、それぞれ同一のティース部12に巻回された巻線16同士で閉回路を形成することになる(図4参照)。同一のティース部12では、各巻線16に生じる誘起電圧に位相差が殆ど発生することがない。このため、各ティース部12に巻線16を並列巻としながら、この並列巻された巻線16間での循環電流の発生を抑制できる。
[0032]
 このように、上述の実施形態では、ブラシレスモータ1は、ロータ5のリングマグネット9が8極又は10極の何れかに設定され、ステータ4のティース部12の個数が9個に設定されている。また、ステータ4のティース部12は、U相、V相、W相の3相が3つずつ割り当てられ、且つ同相のティース部12が周方向に並んで配置されている。このような構成のブラシレスモータ1において、各ティース部12に、3本の巻線16が並列巻され、さらに、同相の各ティース部12に並列巻された3本の巻線16がそれぞれ直列に接続されている。このように構成することで、各ティース部12に巻線16を並列巻としながら、この並列巻された巻線16間での循環電流の発生を抑制できる。このため、ブラシレスモータ1のモータ性能を向上させることができる。
[0033]
 なお、このような効果は、各ティース部12に少なくとも2本以上の複数の巻線16が並列巻されている場合に、同様にいえる。このことについて、以下に具体的に説明する。
[0034]
 図5は、縦軸をブラシレスモータ1のロータ5の回転数[rpm]、及びブラシレスモータ1に供給する電流値[A]とし、横軸をブラシレスモータ1のトルク[N・m]としたときの、ロータ5の回転数、及び電流値の変化を示すグラフであって、各ティース部12に1本の巻線16を巻回した場合(シングル巻9Turn、シングル巻3Turn)と、各ティース部12に2本の巻線16を並列巻した場合(ダブル巻3Turn)と、を比較したグラフである。なお、図5に示すグラフ中、「Turn」とは、ティース部12に巻線16を巻回した回数を示す。つまり、3Turnとは、ティース部12に巻線16を3回巻回したことを示す。
 図5に示すように、各ティース部12に1本の巻線16を巻回した場合と比較して、各ティース部12に2本の巻線16を並列巻した場合のモータ性能が向上していることが確認できる。
[0035]
 また、各ティース部12に巻線16を並列巻するので、巻線16の巻線抵抗を小さくでき、巻線16の線径を細径化できる。このため、巻線16の巻回工程を容易にできるとともに、巻線16の占積率を向上させることができる。
[0036]
 さらに、同相の各ティース部12に並列巻された3本の巻線16をそれぞれ直列に接続するにあたって、各相の一列毎の巻線16を、各ティース部12に連続(一列に)して巻回している。このため、相毎にティース部12から巻線16を引き出す場合に比べて、ティース部12から引き出される巻線16の端末部16aを減少させることができる。この結果、巻線16を結線するバスバーユニット6の端子21aを減少させることができる。よって、バスバーユニット6の構成を簡素化できるとともに、バスバーユニット6と巻線16との結線作業を容易化できる。
[0037]
 なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
 例えば、上述の実施形態では、ブラシレスモータ1は、車両に搭載される電動ブレーキ装置の駆動源として用いられるものである場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、さまざまな電動機に、本実施形態のブラシレスモータ1を採用することができる。
[0038]
 また、上述の実施形態では、ロータ5に設けられた磁極が、リングマグネット9である場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、リングマグネット9に代わって、セグメントマグネットを使用することも可能である。
 さらに、上述の実施形態では、各ティース部12に巻回された巻線16が、バスバーユニット6を介してスター結線されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、スター結線に代えてデルタ結線としてもよい。
[0039]
 また、上述の実施形態では、各ティース部12に3本の巻線16が並列巻されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、少なくとも2本以上の複数の巻線16が並列巻されていればよい。
 さらに、上述の実施形態では、各ティース部12に巻回された巻線16がバスバーユニット6を介して結線されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、バスバーユニット6を介さずに、直接巻線16の端末部16a同士を結線してもよい。
[0040]
 また、上述の実施形態では、各ティース部12に巻線16を巻回するにあたって、巻線装置17を使用する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、さまざまな方法により、各ティース部12に巻線16を巻回することが可能である。
 さらに、同相の各ティース部12に並列巻された3本の巻線16を、それぞれ直列に接続するために、同相の3つのティース部12に、3本の巻線16をそれぞれ連続(一列に)して巻回する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、各ティース部12に、それぞれ別々に巻線16を並列巻し、その後、対応する巻線16の端末部16a同士を溶接したり結線端子を用いて接続したりするように構成してもよい。

産業上の利用可能性

[0041]
 上記のモータによれば、巻線抵抗を小さくでき、巻線の線径を細径化できるので、巻線の巻回工程を容易にできるとともに、巻線の占積率を向上させることができる。また、各ティース部に巻線を並列に巻回しながらも、同相のティース部間の各巻線を直列に接続するので、同相の巻線間の循環電流の発生をできる限り抑えることができる。このため、9個のティース部を有し、且つ磁極数が8極又は10極に設定されたモータにおいて、モータ性能を向上させることができる。

符号の説明

[0042]
1…ブラシレスモータ(モータ)
2…リングマグネット(磁極)
12…ティース部
16…巻線

請求の範囲

[請求項1]
 8極及び10極の何れか一方の極数に設定されている磁極と、
 巻線が巻回される9個のティース部と、
を備え、
 各前記ティース部は、U相、V相、W相の3相が3つずつ割り当てられ、且つ同相の前記ティース部が周方向に並んで配置されており、
 各前記ティース部に、複数の前記巻線が並列に且つ集中巻方式で巻回されており、
 同相の前記巻線は、一列毎に直列に接続されている
モータ。
[請求項2]
 各相の一列毎の前記巻線は、同相の3つの前記ティース部に、一本で連続して巻回されている
請求項1に記載のモータ。
[請求項3]
 複数の前記巻線は、1つのスター結線構造をなしている請求項1又は請求項2に記載のモータ。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]