JP2005176463A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 導電板を用いてコアに容易に巻き線構造を形成することができるモータを提供する。
【解決手段】 ステータと、該ステータに対して実質的に同軸に配されて回転するロータとを有するモータであって、ロータおよびステータの一方は、周方向に並んだ複数の磁極と、この磁極を一極おきに縫うように蛇行された導電板とを具え、この導電板に通電することによって周方向に回転磁界を形成する、またはロータおよびステータの一方は、磁極ユニットを周方向に複数配列して筒状に形成されて、この磁極ユニットは、軸方向に並列される複数の磁極と、この磁極を一極おきに縫うように蛇行された導電板を有し、この導電板に通電することによって前記磁極に周方向に回転磁界を形成することにより、前記ロータおよびステータの他方との吸引・反発によりロータを回転させるように構成したことを特徴とするモータ。
【選択図】 図２

Description

本発明はモータに関するものである。特に、電気自動車、ハイブリッド自動車の駆動モータなどに好適なモータに関するものである。

近年、電気自動車あるいはハイブリッド自動車の開発が進み、走行用のモータも種々のものが開発されている。例えば、非特許文献１には、いわゆる分割導線を用いたモータが開示されている。これは、複数のスロット（各磁極間の空隙）を有するコア（鉄心）に対して巻き線を形成する際、連続する導線をコアに巻き付けるのではなく、例えばＵ型の分割導線（ＳＣ：セグメントコンダクタ）をスロットに軸方向の一端側から挿入し、他端側において、隣接する分割導線同士を溶接などで接続する技術である。
「４２Ｖモーター・ジェネレータ用パワーモジュールの開発」 平成１４年電気学会産業応用部門大会 Ｐ８１白石信司など

しかし、上記の従来技術では、分割導線を溶接する点数が非常に多く、モータの製造工程が煩雑になるという問題があった。

すなわち、コアはリング部の内周あるいは外局に複数のＴ状突起部を同心状あるいは放射状に具えており、各突起部の間にスロットが形成されている．このスロットに分割導線をはめ込み、Ｔ状突起部の周囲に連続的な巻き線を形成するには、はめ込み後、各分割導線の両端部を他の分割導線の両端部と溶接しなければならず、必然的に多数の溶接を、モータ内で行わなければならない。その結果、モータの製造が大変煩雑になっていた。
従って、本発明の主目的は、溶接を行うことなくコアに巻き線構造を形成することができるモータを提供することにある。

また、単相モータにおいて形成される磁場は、回転磁場でなく交番磁界であり、他に所望の方向にトルクを発生させる機構がないと、モータを起動させることができない。そこで、起動性や効率に優れ、なめらかな回転が達成できる多相モータが望まれる。本発明は、前記の主目的とともに、溶接を行うことなくコアに巻き線構造を形成することができる構造を有し、容易に多相モータを構成することができるモータを提供することも目的とする。

本発明は、並列された磁極を縫うように蛇行された導電板を用いることで上記の主目的を達成する。
また、磁極を軸方向に並列させた磁極ユニットを周方向に複数配列した構造により、または、導電板の一部分を特定の配置とすることにより、多相モータを提供するとの目的も達成する。

本発明は、その第一の態様として、
ステータと、ステータに対して実質的に同軸に配されて回転するロータとを有するモータであって、
前記ロータおよびステータの一方は、周方向に並んだ複数の磁極と、この磁極を一極おきに縫うように蛇行した導電板を具え、
この導電板に通電することにより周方向に回転磁界を形成し、
前記ロータおよびステータの他方との吸引・反発によりロータを回転させるように構成したことを特徴とするモータを提供するものである。

本発明の第一の態様のモータでは、ロータおよびステータの一方は、周方向に並んだ複数の磁極と、この磁極を一極おきに縫うように蛇行された導電板とを具える。そして、この導電板に通電することによって、前記磁極に周方向に回転する回転磁界が形成され、前記ロータおよびステータの他方との吸引または反発によりロータを回転させるように構成されている。

周方向に並列された複数の磁極を縫うように導電板を配することで、一連長の導電板を用い、該導電板に通電することにより、磁極に交互にＮ・Ｓ極を形成することができ、特に交流を通電することにより周方向に回転する回転磁界が形成される。このモータの製造においては、並列された磁極の周囲に溶接することなく巻き線を形成することができ、モータの製造を容易に行うことができる。この構成は特に単相モータに好適である。

この第一の態様は、永久磁石式の交流同期モータ（以後ＰＭモータと言う。）、リラクタンスモータおよび誘導モータのいずれにも適用される。
ＰＭモータに適用する場合は、前記ロータおよびステータの他方は、周方向にＮ・Ｓ極を交互に有する永久磁石を具えることを特徴とし（請求項２）、該磁石と回転磁界の間に生じる吸引力または反発力によりロータを回転させるように構成されている。

リラクタンスモータおよび誘導モータに適用する場合は、周方向に並んだ複数の磁極とこの磁極を一極おきに縫うように蛇行した導電板は、通常、ステータに具えられ、導電板に通電することにより、ステータが周方向に回転する回転磁界を形成する。

そしてリラクタンスモータの場合は、ロータとして、鉄などの強磁性材料からなる突極部を具えるものを使用し（請求項３）、この磁極と回転磁界の間に生じる吸引力または反発力によりロータを回転させるように構成されている。
そして誘導モータの場合は、ロータとして、前記回転磁界による誘導電流が誘導されるものを使用し（請求項４）、この誘導電流と回転磁界の間に生じる吸引力または反発力によりロータを回転させるように構成されている。

本発明の第一の態様のモータの製造方法として、リング部と、リング部からその内側または外側に突出し、かつ軸方向にも櫛歯状に突出する複数の突起部とを有する第１コアおよび第２コアを、各突起部が周方向に隣接するように組み合わせ、これら突起部を磁極として用いる方法が例示される。

磁極を構成する鉄心を第１コアおよび第２コアからなる分割式とすることで、予め蛇行状に成形した導電板を第１コアおよび第２コアで挟み込むことで、並列された磁極を縫うように導電板を配することが容易にできるので好ましい。

本発明はさらに、その第二の態様として、ステータと、ステータに対して実質的に同軸に配されて回転するロータとを有するモータであって、
前記ロータおよびステータの一方は、磁極ユニットを周方向に複数配列して筒状に形成されて、
この磁極ユニットは、軸方向に並列される複数の磁極と、この磁極を一極おきに縫うように蛇行された導電板を有し、
この導電板に通電することによって前記磁極に周方向に回転磁界を形成し、
前記ロータおよびステータの他方との吸引・反発によりロータを回転させるように構成したことを特徴とするモータを提供するものである。

この第二の態様のモータにおいては、ロータおよびステータの一方は、磁極ユニットを周方向に複数配列して筒状に形成される。この磁極ユニットは、軸方向に並んだ複数の磁極と、この磁極を一極おきに縫うように蛇行された導電板とを有する。そして、この導電板に通電することによって前記磁極に周方向に回転する回転磁界が形成され、前記ロータおよびステータの他方との吸引または反発によりロータを回転させるように構成されている。

周方向に回転する回転磁界の形成は、各磁極ユニットの導電板に、位相がそれぞれずれた交流を通電することにより行われる。
この構成によれば、一連長の導電板を用いて、軸方向に並列された磁極を容易に構成することができ、さらにそのような磁極を有する磁極ユニットを周方向に配列して環状とすることで、溶接を行うことなくモータの巻き線を形成できる。特にこの構成によれば、多相モータを容易に構成することができる。

この第二の態様も、第一の態様と同様、ＰＭモータ、リラクタンスモータおよび誘導モータのいずれにも適用される。
ＰＭモータに適用する場合は、前記ロータおよびステータの他方は、軸方向にＮ・Ｓ極を交互に有する磁石ユニットが周方向に複数配列されて、筒状に形成されている（請求項７）。導電板に通電することにより、各磁極ユニット上の各磁極に交互にＮ・Ｓ極が形成され、かつこの形成された磁界が周方向に回転するので、該磁石ユニット上の磁石と回転磁界の間に吸引力または反発力が生じ、ロータを回転させるように構成されている。

第一の態様と同様、リラクタンスモータおよび誘導モータに適用する場合は、軸方向に並んだ複数の磁極とこの磁極を一極おきに縫うように蛇行した導電板は、通常、ステータに具えられ、各磁極ユニットの導電板に、位相をずらして通電することにより、ステータが周方向に回転する回転磁界を形成する。

また第一の態様と同様に、リラクタンスモータの場合は、ロータとして、鉄などの強磁性材料からなる突極部を具えるものを使用し（請求項８）、誘導モータの場合は、ロータとして、前記回転磁界による誘導電流が誘導されるものを使用し（請求項９）、ロータとステータにより形成される回転磁界の間に生じる吸引力または反発力によりロータを回転させるように構成されている。

この第二の態様のモータにおいても、磁極を構成する鉄心を分割式にすることが好ましい。例えば、周方向に組み合わされることで筒を形成する円弧状部と、円弧状部の内側または外側において、軸方向に並列される複数の突起部を有する円弧状コアを具え、これら突起部を磁極とすることを特徴とする構成が好ましく挙げられる。
導電板は予め蛇行状に成形したものを円弧状コアの内側または外側からはめ込めばよい。

本発明はさらに、周方向にＮ・Ｓ極を交互に有する磁石を具えたロータまたはステータ、周方向に並んだ複数の磁極を具えたステータまたはロータおよび該磁極を縫うように蛇行された導電板を具えたモータにおいて、導電板の一部分を特定の配置とすることにより、容易に多相モータを構成することができる第三の態様を提供する。

第一の態様のモータにおいて、多相モータを形成するためには、同様な構造を軸方向に積み重ねる必要があり、モータの構造を複雑にし、またモータサイズを大きくする問題がある。しかし、第三の態様によれば、同様な構造を軸方向に積み重ねる必要がなく、また第二の構造のように軸方向に並んだ複数の磁石ユニットや軸方向に並んだ複数の磁極を使用することなく、一部を特定の配置とした導電板を用いることにより、容易に多相モータを実現するものである。

本発明の第三の態様は、ステータと、ステータに対して実質的に同軸に配されて回転するロータとを有するモータであって、
前記ロータおよびステータの一方は、周方向に並んだ複数の磁極を有し、かつ各磁極間のスロットには、各交流相が通電される導電板が通されているモータにおいて、
該導電板は、交流相の相数に相当する磁極を挟みながら蛇行して縫うように、スロット内を通り、
該導電板は、通電する各交流相について一定の順序で周方向に並ぶように配置され、かつ
交流相の少なくとも１相についての導電板は、ステータまたはロータの軸方向端部のスロット外で、板幅方向がモータの軸方向と一致するように配置され、
導電板に通電することによって周方向に回転磁界を形成し、
前記ロータおよびステータの他方との吸引・反発によりロータを回転させるように構成したことを特徴とするモータである。

この第三の態様を多相モータに適用する場合、導電板は、交流相毎に、相の数に相当する磁極を挟むように蛇行しながら縫うように、スロット内を通る。例えば、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相からなる３相モータにおいては、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のそれぞれを通電する導電板が、間に３つの磁極を挟むようにスロット内を蛇行する。

各交流相を通電する導電板は、通電する各交流相の一定の順序で周方向に並ぶように配置されている。例えば、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相からなる３相モータにおいては、ある磁極Ａと隣の磁極Ｂが形成するスロットにＵ相の導電板がある場合、磁極Ｂとさらに隣の磁極Ｃが形成するスロットにはＶ相の導電板があり、さらにその隣はＷ相の導電板、さらにそのまた隣はＵ相の導電板があり、この順序を繰り返すように並んでいる。

このように配置された導電板に、上記のような位相のずれた交流を通電することで、磁極に回転磁界を形成することができる。また、一連長の導電板を用い、連続して次のスロットに導電板を導くことにより、溶接することなく回転磁界を形成することができるように配線をすることができ、モータの製造を容易に行うことができる。

このモータにおいては、交流相の少なくとも１相の導電板は、ステータまたはロータの軸方向端部のスロット外で、板幅方向がモータの軸方向と一致するように配置されている。

ここで、ステータまたはロータの軸方向端部のスロット外とは、通常、ステータまたはロータの軸方向端部の軸方向に外れた位置を指すが、１の相についての導電板については、ステータまたはロータの軸方向端部において、半径方向に磁極を外れた位置、例えば、磁極の突出部先端側に沿った配置も含まれる。
多相モータにおいては、その相の数に相当する数の配線、すなわち連続した導電板が必要であるが、このように配置することにより、他の相の導電板と、軸方向端部で干渉しないようにすることが可能となる。

また、１の相の導電板は、板幅方向が軸方向に垂直になるように配置されていてもよい。但し、板幅方向が軸方向に垂直になるように配置されるのは通常１相のみであり、２相以上の場合は、相互に干渉するためこのような配置をすることができない。即ち、本発明においては、少なくとも１相の導電板が、ステータの軸方向端部のスロット外で、板幅方向がモータの軸方向と一致するように配置されていることを要件とするが、他の相については常に自由な方向に配置されていてもよいのではなく、実施できない態様については、当然除外される。

本発明の第三の態様は、３相交流モータに好ましく適用され、特に、内１相の導電板は、ステータまたはロータの軸方向端部のスロット外で、板幅方向がモータの軸に垂直な面方向と一致するように配置され、他の２相の導電板は、ステータまたはロータの軸方向端部のスロット外で、板幅方向がモータの軸方向と一致するように、かつこれらの３枚の導電板が、互いに接触しないように配置されていることを特徴とする３相交流モータが好ましい構成として挙げられる。

ステータまたはロータの軸方向端部のスロット外で、３枚の導電板が、互いに接触しないように配置される方法としては、板幅方向がモータの軸方向と一致する２枚の導電板の内一枚は、磁極の突出部先端付近を通り、他の一枚は、磁極の立ち上り部（突起部の根本部）付近を通るように配置される方法が挙げられる。

導電板を、ステータの軸方向端部で、軸方向に並べて配置することも可能であり、この配置を用いれば、板幅方向がモータの軸に垂直な面方向と一致するように配置された導電板を用いなくても３相交流モータを製作することは可能であり、さらに４相以上のモータについても、本発明の第三の態様のモータを製作することは可能である。しかし、前記の３相交流モータの好ましい態様によれば、導電板を、軸方向に並べて配置する必要はなくなり、モータサイズをコンパクトにすることができる。

本発明の第三の態様は、２相交流モータにも適用できる。２相の導電板の内、少なくとも１相については、ステータの軸方向端部のスロット外で、板幅方向がモータの軸方向と一致するように配置される。他の１相の導電板は、板幅方向が軸方向に垂直になるように配置されていてもよい。

この第三の態様も、第一の態様と同様、ＰＭモータ、リラクタンスモータおよび誘導モータのいずれにも適用される。
ＰＭモータに適用する場合は、前記ロータおよびステータの他方は、周方向にＮ・Ｓ極を交互に有する永久磁石を具えることを特徴とし（請求項１２）、該磁石と回転磁界の間に生じる吸引力または反発力によりロータを回転させるように構成されている。

第一の態様と同様、リラクタンスモータおよび誘導モータに適用する場合は、周方向に並んだ複数の磁極と、交流相の相数に相当する磁極を挟みながら縫うように蛇行してスロット内を通る導電板は、通常、ステータに具えられ、導電板に通電することにより、ステータが周方向に回転する回転磁界を形成する。

また第一の態様と同様に、リラクタンスモータの場合は、ロータとして、鉄などの強磁性材料からなる突極部を具えるものを使用し（請求項１３）、誘導モータの場合は、ロータとして、前記回転磁界による誘導電流が誘導されるものを使用し（請求項１４）、ロータとステータにより形成される回転磁界の間に生じる吸引力または反発力によりロータを回転させるように構成されている。

以下本発明の、第一、第二および第三の態様に共通している事項について説明する。

導電板には、導電性と可撓性に優れる金属テープを用いることが好適である。例えば、銅板あるいは銅合金板を用いることができる。通常、この金属テープにポリイミドなどのプラスチックの絶縁被覆を形成して用いる。絶縁被覆は、金属テープ上に、押し出しで被覆層を形成する、被覆層を形成する樹脂溶液を塗布し乾燥や硬化する、プラスチックテープを巻き付けることなどで形成できる。

導電板は、予め所定の蛇行形状に成形しておくことが好ましい。例えば、周方向に並列する磁極を縫うように導電板を配するには、一定の振れ幅で蛇行する導電板を、その一端と他端同士が近接するように円形に丸くしておけばよい。また、軸方向に並列する磁極を縫うように導電板を配するには、一定の振れ幅で蛇行する導電板を用意し、その導電板を振れ幅方向に湾曲させて緩やかな円弧状に形成しておけばよい。
また、第三の態様の場合は、モータに配置後に、導電板の所定部分の板幅方向がモータの軸方向と一致するように、所定部分を変形させた導電板を用意し、予め所定の蛇行形状に成形しておくことが好ましい。

導電板は、一層からなるものでも良いが、互いに絶縁されてモータの周方向に積層される複数層から構成されることが好ましい。
この構成により、単層当たりのアンペア数を抑えてターン数を稼ぐことができる。特に、通電時の発熱を効果的に放熱させる点でも好ましい。複数層を径方向に積層すると、通常、各層は熱伝導率の低い樹脂被覆などで絶縁されているため、外周方向への放熱効率が悪くなる。これに対して、複数層を周方向に積層すれば、外周方向に樹脂被覆が多層に配されることがなく、効率的な放熱が可能になる。

本発明をＰＭモータに適用する場合、ロータをステータの内周に配置したインナーロータ型と、ロータをステータの外局に配置したアウターロータ型のいずれの形式のモータにも適用できる。

また、多相ＰＭモータを形成する場合、磁極や磁石の数は、相数に応じて適宜決定すれば良い。例えば、インナーロータ型３相モータの場合、ステータの周方向の磁極（第一、第三の態様の場合）または磁極ユニット（第二の態様の場合）の数を３の倍数、ロータの周方向の磁石（第一、第三の態様の場合）または磁石ユニット（第二の態様の場合）の数を偶数とする構成が挙げられる。

以上説明したように、本発明モータによれば、一連長の導電板を並列した磁極に対して縫うように蛇行させることで、溶接することなく鉄心に巻き線を形成することができる。そのため、モータの製造性を格段に改善できる。

また、磁極の並列方向をモータの軸方向又は周方向のいずれにも設定することができ、単相モータはもちろん、起動性や効率、回転のなめらかさに優れる多相交流モータも容易に製造することができる。
磁極の並列方向をモータの周方向とした場合であっても、板幅方向がモータの軸方向と一致するように配置された部分を有する導電板を使用することによっても、多相交流モータを容易に製造することができる。

そして、導電板として、銅板コイルを用いることにより、占積率、放熱性、信頼性に優れたモータとすることができ、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動モータなどに好適に用いることができる。
特に、導電板を多層にすることで、駆動の電流値を下げられると共に占積率が高いモータを構成することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
（基本原理）
まず、本発明の基本原理を図１に基づいて説明する。図１に示すように、複数の磁極１０（ここでは鉄心）を配列し、各磁極１０を縫うように蛇行させた導電板２０を配置する。導電板２０は、銅テープ上に絶縁被覆を形成したものである。この状態において、導電板２０に通電すると、磁極１０端面に交互にＮ極とＳ極が発生される。通電電流を交流とすると、電流の方向に応じて端面の磁極の極性とその磁束密度が変化し、特に磁極１０を円形に配列することにより、周方向に回転する回転磁界が形成される。従って、一連長の導電板２０と複数の磁極１０とを組み合わせることで、モータのロータまたはステータを構成することができる。

以下実施例に基づき、本発明の態様をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

導電板を周方向に配列した本発明の第一の態様の実施例を図２に基づいて説明する。図２はインナーロータ型の本発明単相ＰＭモータの部分切欠斜視図である。

このモータは、内周側のロータ１００と、その外周に同軸状に配置されるステータ２００とを具える。

ロータ１００は筒状の鉄心の外周において、複数の磁石を周方向に配列した構成である。すなわち、鉄心１１０は円筒部１１１の外周に放射状に複数の突起部１１２が形成され、各突起部１１２の間に角柱状の永久磁石１２０が固定されている。各磁石１２０は、鉄心１１０の軸方向全長におよぶ大きさのものを用いている。また、各磁石１２０は、径方向に着磁されており、ロータ１００の外局面において、Ｓ極とＮ極が交互に配列するように配置されている。なお、このロータ１００の中心には、図示しない回転軸が設けられている。

一方、ステータ２００はロータの磁石１２０と同一数の磁極が内周に配列され、これら磁極の間を縫うように一連長の導電板が配されている。

磁極を構成するコア２１０は、第１コア２２０と第２コア２３０に２分割される。図３は本発明モータに用いるステータの組立説明図で、（Ａ）は組立前、（Ｂ）は組立後の状態を示している。図示のように、両コア２２０，２３０は、環状のリング部２２１，２３１と、このリング部２２１，２３１の内周に所定間隔で一体に配列された角柱状の突起部２２２、２３２とを有している。リング部２２１，２３１の軸方向の長さは突起部２２２、２３２の軸方向の長さよりも短く構成されている。

ここで、予め、ポリイミド被覆を有する銅テープを一定の振れ幅で蛇行させ、これを銅テープの両端部が近接するように円筒状に丸めて導電板２４０を構成しておく。そして、この導電板２４０に対して軸方一端側から第１コア２２０をはめ込む。その際、第１コアの突起部２２２が銅テープの蛇行により形成されるＵ型の凹部にはめ込まれるようにする。さらに、導電板２４０の軸方向他端側から第２コア２３０をはめ込む。その際、第２コアの突起部２３２が銅テープの蛇行により形成されるＵ型の凹部にはめ込まれ、第１コアの突起部２２２と第２コアの突起部２３２とが周方向に交互に配列されるようにする。導電板２４０の各端部は、図示しない電源に接続される。その結果、各コア２２０，２３０の突起部内周面が磁極を形成する。このように第１コア２２０と第２コア２３０を組み合わせることで、各突起部２２２，２３２の間を縫うように導電板２４０が配されたステータ２００を容易に構成することができる。両コア２２０，２３０は、例えば第１コア２２０のリング部内面と第２コア２３０の突起部外周側面とを接合したり、両コア２２０，２３０のリング部端面同士を接合することなどで一体化すれば良い。

このようなステータ２００の導電板２４０に交流電流を流すことによって、単相の交流モータとして機能する。通電電流を交流とすると、電流の方向、大きさに応じて突起部端面の磁極の極性とその磁束密度が変化し、周方向に回転磁界が形成される。ステータ２００の形成する磁界によってロータ１００に固定された磁石１２０に引力または斥力がかかり、ロータ全体としては回転トルクを受ける。このモータの駆動の際には、ロータ１００の回転角度を検出して駆動電流の位相や周波数を制御すればよい。

なお、上記の実施例では、単層の導電板２４０を用いたが、その代わりに絶縁被覆を有する複数の薄板を積層して導電板を構成しても良い。その場合、ステータの軸方向と直交する断面において、薄板が周方向に積層されるようにする。薄板を周方向に積層すれば、薄板の絶縁被覆が径方向に多層に配されることがない。そのため、導電板の通電時の発熱を効果的に外周方向に放散し、鉄心を介して効率的な放熱を行うことができる。

さらに、このような構造を軸方向に積み上げることによって、多相モータも実現可能となる。３相モータなら上記のステータおよびロータを、それぞれ１２０°位相をずらせて同軸に３層積層することによって実現することができる。

なお、図２の例において、突起部１１２の間に角柱状の永久磁石１２０が固定されている鉄心１１０の代わりに、鉄からなる突極部を有するロータを用いることによりリラクタンスモータを構成することができる。また、鉄心１１０の代わりに、アルミ製の筒や籠状の筒を用いることにより誘導モータを構成することができる。

次に、導電板を軸方向に配列した本発明実施例を図４に基づいて説明する。図４はインナーロータ型の本発明の第二の態様の３相ＰＭモータの部分切欠斜視図である。

このモータも、内周側のロータ１００と、その外周に同軸状に配置されるステータ２００とを具える。

ロータ１００は筒状の鉄心１１０の外周において、複数の磁石１２０を軸方向および周方向に配列した構成である。すなわち、鉄心１１０は円筒部１１１の外周に、放射状に突出すると共に軸方向にも並列された複数の突起部１１２が形成され、各突起部１１２の間に扇形の永久磁石１２０が固定されている。各磁石１２０は、径方向に着磁されており、ロータ１００の外周面において、Ｓ極とＮ極が軸方向と周方向に交互に配列するように配置されている。

通常、扇型の鉄心外周において、軸方向に所定の間隔で複数の磁石１２０が並列された磁石ユニットを複数用意し、これら磁石ユニットを周方向に周期的に配列して円筒状に形成してロータ１００を構成する。なお、このロータ１００の中心には、図示しない回転軸が設けられている。

一方、ステータ２００は、複数の磁極が軸方向および周方向に並列して設けられた円筒状のコア２１０（鉄心）と、この磁極を軸方向へ縫うように配された複数本の導電板２４０を具えている。このステータの鉄心は、複数の円弧状コア２５０を組み合わせて構成される。

各円弧状コア２５０は、内周側に複数の円弧ブロック状の突起部２５１が軸方向に所定間隔で並列されている。この突起部２５１が磁極を構成する。また、この円弧状コア２５０は、上下端面の一側に導電板２４０が引き出される切欠溝２５２を有する。逆に、上下端面の他側は切欠溝がなく、上下端面の間に配される各磁極の側面よりも周方向に突出されている。

このような円弧状コア２５０に導電板２４０を組み合わせて磁極ユニットを構成する。導電板２４０は、絶縁被覆を有する銅テープを予め一定の振れ幅で蛇行させ、さらに振れ幅方向に湾曲させて緩やかな円弧状に形成しておく。このような導電板２４０を円弧状コア２５０の内側からはめ込む。その際、導電板２４０の両端部が円弧状コア２５０の切欠溝２５２から突出し、導電板２４０が各磁極を軸方向に縫うようにはめ込む（図３参照）。この構成により、溶接することなく、一連長の導電板２４０を用いて各磁極を縫うように配置することができる。

このような円弧状コア２５０と導電板２４０の組み合わせからなる磁極ユニットを複数用意し、周方向に配列して連結し、円筒状のステータ２００を構成する。本例では、円弧状コア２５０の切欠溝側同士および切欠溝のない側同士を接合してステータ２００を構成した。そして、各導電板２４０の端部は、図示しない電源に接続される。

ここでは、磁石ユニットおよび磁極ユニットでロータ１００またはステータ２００の周方向の一区画を構成しており、周方向の区画ごとの導電板に位相のずれた交流を通電することにより、磁極ユニットが周方向に回転する回転磁界を形成するように構成されている。また、この一区画内において、磁石ユニットまたは磁極ユニットには軸方向にＮ極とＳ極が交互に形成される。つまり、ロータ１００の磁石ユニットに配される磁石数とステータ ２００の磁極数は、本例の場合、同数である。なお、３相交流モータの場合、ロータ１００は磁石ユニットを偶数個連結して構成し、ステータ２００は磁極ユニットを３の倍数個連結して構成すれば良い。

このような構造により３相交流モータとして使用することができる。ステータの周方向に３の倍数個ある各区画を順にＵ、Ｖ、Ｗ、Ｕ、Ｖ、Ｗ…と決め、各区画の導電板２４０に１２０°位相のずれた交流電流を流すことによって、３相交流モータとして機能させることができる。通電電流を交流とすると、電流の方向、大きさに応じて磁極の極性とその磁束密度が変化し、周方向に回転する回転磁界が形成される。ステータの形成する磁界によってロータに固定された磁石に引力または斥力がかかり、ロータ全体としては回転トルクを受ける。このモータの駆動の際にはロータの回転角度を検出して駆動電流の位相や周波数を制御すればよい。

なお、図４の例において、筒状の鉄心１１０の外周に複数の磁石１２０を軸方向および周方向に配列したロータ１００の代わりに、鉄からなる突極部を有するロータを用いることによりリラクタンスモータを構成することができる。また、ロータ１００の代わりにアルミ製の筒や籠状の筒を用いることにより誘導モータを構成することができる。

次に、板幅方向がモータの軸方向と一致するように配置された導電板を用いた本発明の第三の態様のＰＭモータの実施例を図５、図６に基づいて説明する。

図５は、インナーロータ型の本発明３相ＰＭモータを示す部分切欠斜視図である。
この例のモータは、外周にステータ３１を有し、その内周にロータを有する。図５では、該ロータを図示していないが、該ロータは、ステータ３１と同軸に配置されており、又図３に示されるロータと同様の構造を有している。すなわち、磁石は半径方向に着磁されており、周方向に沿ってＮ・Ｓの磁石が交互に配置されている。

ステータ３１は、その内周側に磁極３２を多数有しており、磁極３２は内周に沿って周方向に並んでいる。隣合う磁極間には、スロット３３が形成されている。
スロット３３内には、導電板３４、３５、３６が通っており、導電板３４、３５、３６は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相を通電する。

先ず、導電板３４について説明する。該導電板３４は、スロット３３内を通るが、該スロット３３内では、板幅方向が半径方向と一致している。スロット３３内を通った導電板３４は、ステータ３１の軸方向端部、すなわち図中の上部または下部で、スロット３３外に突き出るが、そこで、板幅方向を軸方向に一致する向きに変える。そして、磁極３２の内周面、即ち、突出部先端に沿い、２つのスロットをとばした３つ目のスロット３３の位置において、再び板幅方向を半径方向と一致する向きに変え、該スロット３３内を通る。このようにして、導電板３４は、軸方向端部において、導電板３５、３６と干渉しないように、これらを避けることができる。また、スロット３３内を蛇行して通る導電板３４の間には、３つの磁極、すなわち相の数に相当する磁極が挟まれている。導電板３４は、このように蛇行しながら、ステータの全周にわたって配置される。

導電板３５は、導電板３４の通るスロットの隣のスロットを通るように配置される。板幅方向の向きについては、導電板３４と同様である。ただし、ステータ３１の軸方向端部においては、導電板３４は磁極３２の内周面、即ち、磁極の突出部先端に沿っているが、導電板３５は磁極３２の外周、即ち、磁極３２のステータよりの立上り部に沿うことにより、導電板３４、３６との干渉を避けている。

導電板３６は、導電板３５の通るスロットの隣のスロット（導電板３４を通るスロットとは反対側のスロット）を通るように配置される。ステータ３１の軸方向端部においては、導電板３６の板幅方向は軸方向に垂直向きであり、導電板３４、３５の軸方向端部に突き出た部分を跨ぐようにして、導電板３４、３５との干渉を避けている。

図５のモータの導電板３４、３５、３６に互いに１２０°位相のずれた交流電流を流すことによって、３相の交流モータとして機能する。すなわち、３相交流の通電により、３相の磁化力が合成され、磁極端面の極性とその磁束密度が変化し、回転磁場が形成される。この回転磁場によって、ロータに固定された磁石に引力または斥力がかかり、ロータに回転トルクが生じる。このモータは永久磁石式の交流同期モータであり、駆動の際にはロータの回転角度を検出して駆動電流の位相や周波数を制御することが必要になる。

なお、図５の例において、周方向に沿ってＮ・Ｓの磁石が交互に配置されている磁石を有するロータの代わりに、鉄からなる突極部を有するロータを用いることによりリラクタンスモータを構成することができる。また、ロータ１００の代わりにアルミ製の筒や籠状の筒を用いることにより誘導モータを構成することができる。

本発明の多相モータの製造には、コイルを巻く工程や、多数の溶接工程などを必要とせず、容易な方法で製造することができる。
例えば、図５の３相モータでは、次の方法により製造が可能である。

先ず、内側に磁極を有するステータ３１を作製する。次に、図６（ａ）に示すような導電板を作製する。該導電板の４３部の長さは、磁極３２の軸方向の長さより大きくする。また導電板の板幅は、磁極３２の半径方向の幅に相当し、導電板の４１部の長さは、磁極の周方向３つ分に相当するようにする。そして、該導電板を、４１の部分が磁極３２の外側になるように、ステータ３１の磁極に、その内側からはめ込む。このようにして、導電板３５が形成される。

次に、図６（ｂ）に示すような導電板を作製し、その軸方向端部が、導電板３５の軸方向端部を跨ぐように、ステータ３１の磁極に、その内側からはめ込む。なお、図６（ｂ）の４４部の長さは、図６（ａ）の４３部の長さより長い。また、４５部の長さは、磁極の周方向３つ分に相当するようにする。このようにして、導電板３６が形成される。

その後、図６（ａ）のに示す導電板を、４１の部分が磁極３２の内側になるように、ステータ３１の磁極に、その内側からはめ込む。このようにして、導電板３４が形成される。
このように２種類の導電板を用いるだけで、本発明の多相モータを容易に製造することができる。

本発明の基本原理を示す説明図である。 本発明のインナーロータ型３相モータの一例を示す部分切欠斜視図である。 本発明のモータの一例に用いるステータの組立説明図で、（Ａ）は組立前、（Ｂ）は組立後の状態を示す。 本発明のインナーロータ型３相モータの他の例を示す部分切欠斜視図である。 本発明のインナーロータ型３相モータの他の例を示す部分切欠斜視図である。 図５のモータに使用される導電板の一例を示す部分斜視図である。

符号の説明

１０、３２ 磁極
２０、３４、３５、３６、４１ 導電板
３３ スロット
１００ ロータ
１１０ 鉄心
１１１ 円筒部
１１２ 突起部
１２０ 永久磁石
１、２００ ステータ
２１０ コア
２２０ 第１コア
２２１ リング部
２２２ 突起部
２３０ 第２コア
２３１ リング部
２３２ 突起部
２４０ 導電板
２５０ 円弧状コア
２５１ 突起部
２５２ 切欠溝

Claims (16)

1. ステータと、ステータに対して実質的に同軸に配されて回転するロータとを有するモータであって、
   前記ロータおよびステータの一方は、周方向に並んだ複数の磁極と、この磁極を一極おきに縫うように蛇行した導電板を具え、
   この導電板に通電することにより周方向に回転磁界を形成し、
   前記ロータおよびステータの他方との吸引・反発によりロータを回転させるように構成したことを特徴とするモータ。
2. 前記ロータおよびステータの他方は、周方向にＮ・Ｓ極を交互に有する永久磁石を具えることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. ステータが、周方向に並んだ複数の磁極とこの磁極を一極おきに縫うように蛇行した導電板を具え、かつロータが、強磁性材料からなる突極部を具えることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
4. ステータが、周方向に並んだ複数の磁極とこの磁極を一極おきに縫うように蛇行した導電板を具え、かつロータに、前記回転磁界による誘導電流が誘導されるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
5. リング部と、リング部からその内側または外側に突出し、かつ軸方向にも櫛歯状に突出する複数の突起部とを有する第１コアおよび第２コアを具え、
   両コアを、各突起部が周方向に隣接するように組み合わせ、これらの突起部を蛇行した導電板を具える磁極としたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のモータ。
6. ステータと、ステータに対して実質的に同軸に配されて回転するロータとを有するモータであって、
   前記ロータおよびステータの一方は、磁極ユニットを周方向に複数配列して筒状に形成されて、
   この磁極ユニットは、軸方向に並列される複数の磁極と、この磁極を一極おきに縫うように蛇行された導電板を有し、
   この導電板に通電することによって前記磁極に周方向に回転磁界を形成し、
   前記ロータおよびステータの他方との吸引・反発によりロータを回転させるように構成したことを特徴とするモータ。
7. 前記ロータおよびステータの他方は、軸方向にＮ・Ｓ極を交互に有する磁石ユニットが周方向に複数配列されて、筒状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のモータ。
8. ステータが、軸方向に並んだ複数の磁極とこの磁極を一極おきに縫うように蛇行した導電板を具え、かつロータが、強磁性材料からなる突極部を具えることを特徴とする請求項６に記載のモータ。
9. ステータが、軸方向に並んだ複数の磁極とこの磁極を一極おきに縫うように蛇行した導電板を具え、かつロータに、前記回転磁界による誘導電流が誘導されるように構成したことを特徴とする請求項６に記載のモータ。
10. 周方向に組み合わされることで筒を形成する円弧状部と、円弧状部の内側または外側において、軸方向に並列される複数の突起部とを有する円弧状コアを具え、これら突起部を磁極ユニットの磁極とすることを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれかに記載のモータ。
11. ステータと、ステータに対して実質的に同軸に配されて回転するロータとを有するモータであって、
    前記ロータおよびステータの一方は、周方向に並んだ複数の磁極を有し、かつ各磁極間のスロットには、各交流相が通電される導電板が通されているモータにおいて、
    該導電板は、交流相の相数に相当する磁極を挟みながら蛇行して縫うように、スロット内を通り、
    該導電板は、通電する各交流相について一定の順序で周方向に並ぶように配置され、かつ
    交流相の少なくとも１相についての導電板は、ステータまたはロータの軸方向端部のスロット外で、板幅方向がモータの軸方向と一致するように配置され、
    導電板に通電することによって周方向に回転磁界を形成し、
    前記ロータおよびステータの他方との吸引・反発によりロータを回転させるように構成したことを特徴とするモータ。
12. 前記ロータおよびステータの他方は、周方向にＮ・Ｓ極を交互に有する永久磁石を具えることを特徴とする請求項１１に記載のモータ。
13. ステータが、周方向に並んだ複数の磁極と、交流相の相数に相当する磁極を挟みながら縫うように蛇行してスロット内を通る導電板を具え、かつロータが、強磁性材料からなる突極部を具えることを特徴とする請求項１１に記載のモータ。
14. ステータが、周方向に並んだ複数の磁極と、交流相の相数に相当する磁極を挟みながら縫うように蛇行してスロット内を通る導電板を具え、かつロータに、前記回転磁界による誘導電流が誘導されるように構成したことを特徴とする請求項１１に記載のモータ。
15. ３相交流モータであり、内１相の導電板は、ステータまたはロータの軸方向端部のスロット外で、板幅方向がモータの軸に垂直な面方向と一致するように配置され、他の２相の導電板は、ステータまたはロータの軸方向端部のスロット外で、板幅方向がモータの軸方向と一致するように、かつこれらの３枚の導電板が、互いに接触しないように配置されていることを特徴とする請求項１１ないし請求項１４のいずれかに記載のモータ。
16. 前記導電板は、互いに絶縁されてモータの周方向に積層される複数層から構成されることを特徴とする請求項１１ないし請求項１５のいずれかに記載のモータ。
    
    

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