JP2007068324A - 電機子およびこの電機子を搭載したブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造にて積層コアに導線を挟み込まない構造を提供すること。
【解決手段】電機子２０の積層コア２１の連結部２１ｃの一部を覆うインシュレータ２２の延長部２２ａは、この連結部２１ｃに沿って半径方向内方に傾斜する。そしてこの円筒部２２ａには半径方向内方に向かい広がる傾斜面２２ａ１が形成されており、電機子２０を環状に形成することにより、この傾斜面２２ａ１は略平行もしくは半径方向内方に向かい狭くなる間隙２４ａを形成する。この間隙２４ａは導線２３の断面積よりも小さく形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、モータに搭載される電機子、特に電機子を絶縁するインシュレータの形状に関する。

電機子に巻回される導線の占積率を向上させる方法の一つとして、ストレートの積層コア状態において導線を巻回させて、その導線の巻回後に積層コアを環状に屈曲させる方法がある。積層コアがストレート状態であると、隣り合うティース間の間隙を大きくとることができる。したがって導線の占積率を向上させることができ、モータの高効率化に寄与することができる（このような従来の電機子の例として、例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−８４６９８号公報

しかしながら、導線は所定のティースから所定のティースまで渡らせることにより連続的に巻回するが、この渡らせた導線が積層コアを環状に屈曲させた際に、隣り合う積層コア間に導線が挟まってしまい、その状態にて電流を流すと短絡してしまう可能性があった。

本発明は、上記のような問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構造にて積層コアに導線を挟み込まない構造を提供することである。

本発明の請求項１によれば、積層コアによって形成され、屈曲することにて環状となる電機子において、前記電機子は、屈曲することによって環状となる複数のコアバック部と、前記コアバック部の端部に形成され、前記コアバック部を連結する連結部と、前記コアバック部より放射状に突出し、屈曲することによって半径方向内側に延びるティース部と、内周面を除く前記ティース部および前記コアバック部の内周面を覆う絶縁部材によって形成されたインシュレータと、前記インシュレータにて覆われた前記ティース部の周囲を巻回した導線と、を具備した電機子において、前記ティース間を渡る前記導線は、前記連結部より半径方向内側を渡り、隣り合うコアバック部を覆う前記インシュレータの前記連結部の内周面部には、周方向に間隙を有し、前記間隙は、前記電機子を環状に屈曲させることにより、前記導線の断面積より小さくなることを特徴とする。

本発明の請求項１に従えば、電機子を屈曲させた状態において、連結部の内周面部におけるインシュレータの間隙を導線の断面積より小さくすることにより、この間隙に導線を挟むことがなくなる。したがって、導線を挟むことによる導線が傷つくことによって生じる電機子との短絡を防ぐことができる。

本発明の請求項２によれば、請求項１に係わり、前記インシュレータは、前記コアバック部の内周面から周方向に伸びる延長部を有し、前記連結部の一部を覆うことを特徴とする。

本発明の請求項２に従えば、インシュレータを電機子の連結部の一部を覆う構造であることにより、この連結部を大きくすることができる。したがって、隣り合うティース部の間隙を大きくすることができるので、占積率を向上させることができ、モータの高効率化に寄与することができる。

本発明の請求項３によれば、請求項１および請求項２のいずれかに係わり、前記インシュレータは、前記電機子の軸方向外側に隣り合う前記各コアバック部間を連結するインシュレータ連結部を有していることを特徴とする。

本発明の請求項３に従えば、インシュレータに連結部を有することにより、インシュレータをティース部毎に別個に作製する必要がなく、一体的に作製することができる。したがって、別個のインシュレータを一つ一つティース部に固定する必要がなくなり、組立工数を削減することができる。

本発明の請求項４によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに係わり、前記延長部は、半径方向内方に傾斜していることを特徴とする。

本発明の請求項４に従えば、インシュレータの延長部を半径方向内方に傾斜させることにより、隣り合う延長部にて形成される間隙の半径方向長さを大きくすることができる。したがって、導線とコアバック部との接触を防ぐことができる。

本発明の請求項５によれば、請求項２乃至請求項４のいずれかに係わり、隣り合う前記延長部の対向面には、周方向外側に傾斜する傾斜面を有しており、その隣り合い周方向に対向する傾斜面にて成される傾斜角度は、前記ステータのティース部の数をnとすると、３６０／n度以下、かつ前記ステータを屈曲した際に隣り合う前記傾斜面間に形成される間隙の一番広がる部分が前記導線の断面積以下であることを特徴とする。

本発明の請求項５に従えば、隣り合う延長部の傾斜面にて成される傾斜角度を隣り合うティース部にて成される角度以下にすることにより、積層コアを環状に屈曲させた際にこの傾斜面は互いに平行もしくは半径方向内方の間隙が一番小さくなるように形成される。これにより、インシュレータの隣り合う延長部にて形成される間隙に導線を挟むことを防止することができる。さらにこの傾斜面にて形成される間隙の全てが導線の断面積より小さく形成されることにより、より確実に導線を挟むことを防止することができる。

本発明の請求項６によれば、ブラシレスモータは回転軸と同心に回転し、前記ティースの内周面と対向する駆動用マグネットを有する回転体と、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された電機子と、前記回転体を回転自在に支持する軸受部と、前記電機子の前記コアバック部より固定するカバーと、前記電機子に通電することによって前記回転体を駆動させる回路基板と、を少なくとも具備したことを特徴とする。

本発明の請求項６に従えば、ブラシレスモータに請求項１乃至請求項５のような電機子を用いることにより、導線不良のない、信頼性の高いブラシレスモータを提供することができる。

本発明によれば、導線を挟み込まないような電機子を簡易な構造にて提供するとともに、これを搭載することにより信頼性の高いブラシレスモータを提供することができる。

＜ブラシレスモータの全体構造＞
図１は、本発明に係わるブラシレスモータの実施例の一例を示す模式断面図である。また以下明細書中における上下等の方向を示す記載は、図に対応する記載であり、実際の実施においては限定されない。

図１を参照して、上側を開口させた有底円筒形状にて形成されたカバー１０は、底部１１の中央部に開口した下側環状突起部１１ａが形成される。またこのカバー１０の円筒部１２には、環状に形成された電機子２０が固定されている。

電機子２０は、薄板を積層した積層コア２１とこれを覆うインシュレータ２２とこれらを巻回する導線２３とから構成される。またこのインシュレータ２２の上側には、外部からの電力を供給することによって回転制御を行う回路基板３０がインシュレータ２２の上面に当接配置されている。

カバー１０の円筒部１２における回路基板３０の上側には、段部１２ａが形成される。そしてこの段部１２ａにはカバー１０の上側の蓋をするプレート４０が固定される。プレート４０の中央部には上側環状突起部４１が形成される。

回路基板３０とプレート４０との軸方向の間隙には、円環形状の弾性部材にて形成された保持部材５０が配置される。この保持部材５０は、回路基板３０とプレート４０とに当接して回路基板３０をインシュレータ２２と軸方向に挟むことにより、回路基板３０を保持する。

回転軸と同軸にて回転する円柱形状のシャフト６０には、シャフト６０と固定する貫通孔を有する上側を開口させた有底円筒形状に形成されたホルダ７０が固定される。このホルダ７０の円筒部７１の外周面には、駆動用マグネット８０が電機子２０の内周面と半径方向に間隙を介して対向するように固定される。

シャフト６０を回転自在に支持するために上側軸受９０および下側軸受９１はそれぞれ上側環状突起部４１および下側環状突起部１１ａに固定される。またシャフト６０の上側
軸受９０の下側には、シャフト６０の上側への抜け止めとなる環状部材１００が固定されている。またシャフト６０の下側への抜け止めは、ホルダ７０の底部７２がその役目を果たす。

外部より回路基板３０を通り、制御された電流が電機子２０に通電されることにより、電機子２０に磁場が発生する。そしてこの磁場と駆動用マグネット８０との相互作用により駆動力を得て、回転駆動する。

＜主要部＞
次に図２乃至図６を参照して、本発明の主要部である電機子２０について説明する。図２のａ）は環状にする前の積層コア２１の全体を示した上面図であり、ｂ）はａ）の点線円内の拡大図である。またｂ）における一点鎖線は、ティース部２１ｂの中心を示す。図３のａ）はインシュレータ２２の全体を示した上面図であり、ｂ）はａ）の点線円内の拡大図である。また図４は図３のインシュレータ２２の一部拡大図であり、ａ）は上面図、ｂ）はａ）の延長部２２ａの正面図を示す。図５は環状に形成した電機子２０の上面図を示す。そして図６はインシュレータ２２の延長部２２ａに傾斜面２２ａ１を設けた場合と設けない場合において屈曲した際の間隙２４の状態の比較を示す図である。図６のａ）は傾斜面２２ａ１を設けたインシュレータ２２の延長部２２ａを示し、図６のｂ）は傾斜面２２ａ１を設けないインシュレータ２２の延長部２２ａを示している。

図２のａ）を参照して、電機子２０の一部である積層コア２１は、略一直線に形成され、外周が所定の円弧形状を形成したコアバック部２１ａと、このコアバック部２１ａの下側に突出するティース部２１ｂと、隣り合うコアバック部２１ａを連結する連結部２１ｃ（図２のｂ）参照）とで構成される。ティース部２１ｂの下側先端部には両端に広がる延出部２１ｂ１が形成されている。なお、本実施例のティース部２１ｂは９個である。

また図２のｂ）を参照して、隣り合うコアバック部２１ａ間に連結部２１ｃが設けられることにより、隣り合うティース部２１ｂ間の間隙Ｄを連結部２１ｃの分だけ大きくとることができる。これにより、ティース部２１ｂの周囲を巻回する導線２３の占積率を向上させることができる。その結果、ブラシレスモータの高効率化を実現することができる。

図３を参照して、インシュレータ２２は、ティース部２１ｂを軸方向上下側より挟む２部材より形成される。そしてティース部２１ｂの駆動用マグネット８０の対向面を除く部分およびコアバック部２１ａの上面および内周面側を覆う形状にて形成される。さらに連結部２１ｃの内周面側の一部は、延長部２２ａにて覆われている。この延長部２２ａにこの連結部２１ｃの内周面側の一部を覆う形状にすることにより、連結部２１ｃを円環状に屈曲できる範囲内にて大きく形成することができる。したがって、隣り合うティース部２１ｂの間隙Ｄをより大きくすることができる。これにより、ティース部２１ｂを巻回する銅線２３の巻線機のノズル（不図示）が間隙Ｄの左右方向をより自由に移動することができるので、より多くの導線２３を巻回することができ、導線２３の占積率を向上させることができる。その結果、ブラシレスモータの更なる高効率化を実現することができる。

図４のａ）を参照して、インシュレータ２２の連結部２１ｃ付近では、所定の間隙２４を形成して離間している。この間隙２４がない場合、すなわち、インシュレータ２２のコアバック２１ａの内周面側が全て連結部２１ｃの内周面に沿って連結された状態の場合、電機子２０を環状に屈曲する際に連結部２１ｃの内周面側におけるインシュレータ２２に変形が集中するが、インシュレータ２２が連結部２１ｃに沿って連結していることより、インシュレータ２２の変形の自由がないので、インシュレータ２２には屈曲しないような力が働いてしまう。したがって、電機子２０の屈曲作業が困難となる。加えて、インシュレータ２２の連結部２１ｃの内周面側に変形が集中するので、コアバック部２１ａの内周面側にも変形が及んでしまい、コアバック部２１ａの内周側に巻回された導線２３に応力がかかってしまう場合がある。その結果、隣り合うティース部２１ｂ間における導線２３が電機子２０を屈曲する際に当接してしまい、屈曲できない可能性がある。そのため、占積率を低下しなければならない事態が発生する可能性があった。しかし、所定の間隙２４が形成されることにより、電機子２０を屈曲させる際にインシュレータ２２の変形応力を逃がすことができるので、電機子２０を良好に屈曲させることができ、インシュレータ２２のコアバック部２１ａの内周面側が変形することなく、導線２３の占積率を低下させることがなくなる。

また図４のｂ）を参照して、積層コア２１の軸方向外側には、間隙２４を連結する半径方向Ｕ字状および軸方向Ｕ字状のインシュレータ連結部２２ｂが形成されている。これにより、ティース部２１ｂ毎にインシュレータ２２を別個作製する必要がなく、一体的に作製することができる。これによりインシュレータ２２の部品点数を大幅に削減することができる。また一度に全てのティース部２１ｂに固定することができるので、組立工数の大幅な削減を実現することができる。

また図４のａ）を参照して、積層コア２１の連結部２１ｃは、コアバック部２１ａより下側（電機子２０を円環状に屈曲した際には、半径方向内方）に傾斜している。そして延長部２２ａはその連結部２１ｃに当接するように下側に傾斜する。さらにこの隣り合う延長部２２ａの対向面の下側には傾斜面２２ａ１が形成されている。また隣り合う傾斜面２２ａ１にて成される角度φは、ティース部２１ｂの数をｎとすると、３６０／ｎ度以下とする。例えば、本実施例ではティース部２１ｂの数が９個であるので、隣り合う傾斜面２２ａ１にて成される角度φは４０度である。

インシュレータ２２を積層コア２１に固定後、各ティース部２１ｃに導線２３を巻回する。導線２３は所定のティース部２１ｃを巻回後、他の所定のティース部２１ｃに移動する。また本発明の実施例におけるブラシレスモータは３相であり、そして電機子２０のティース数は９個である。よって導線２３は他の所定のティース部２１ｃに移動する際に、ティース部２１ｃを２つ飛び越える。その際の導線２３の渡りは、一方のティース部２１ｃを上側に渡る場合、他の一方のティース部２１ｃは下側を通り、その隣のティース部２１ｃを巻回する。したがって、連結部２１ｃの内周面を導線２３が通ることとなる。このように上下に交互に導線２３を渡らせることにより、渡りの導線２３に適切な張力を与えることができる。これにより、導線２３のたるみを防止することができる。

図５を参照して、電機子２０を環状に形成した場合、インシュレータ２２の延長部２２ａは、導線２３の断面積より小さくなるように形成する。これにより、電機子２０を環状に形成する際に連結部２１ｃの内周面を通る導線２３は、半径方向外側に広がろうとし、インシュレータ２２の間隙２４に入り込もうとするが、この間隙２４を導線２３の断面積よりも小さくするように形成することにより、導線２３の間隙２４への侵入を防止することができる。したがって、信頼性の高いブラシレスモータを提供することができる。

図６のａ）を参照して、インシュレータ２２の延長部２２ａの傾斜面２２ａ１は、電機子２０を環状に形成することにより、ａ）の右図に示されるように傾斜面２２ａ１にて形成される間隙２４ａが略平行もしくは半径方向内方に向かい小さくなるように形成される。これと比較して、ｂ）を参照して、この傾斜面２２ａ１を形成しない場合、ｂ）の右図に示されるように間隙２４ｂは略平行もしくは半径方向内方に向かい小さくなる部分が形成されず、半径方向内方および半径方向外方に向かい広がる形状のみとなってしまう。そのため、間隙２４ｂが導線２３の断面積より小さい部分は僅かになってしまう。その結果、導線２３がこの間隙２４ｂを僅かでも割り込んでしまった場合、そのまま積層コア２１と当接してしまい、積層コア２１と導線２３とが短絡してしまう可能性がある。しかしながら、ａ）のように間隙２４ａを形成することにより、少なくともこの間隙２４ａは導線２３の断面積よりも小さく形成されることから、導線２３と積層コア２１との当接を防ぐことができる。また導線２３が間隙２４ａに割り込もうとしても、間隙２４ａの半径方向距離が長いので、積層コア２１と当接することを防ぐことができる。したがって、導線２３と積層コア２１との短絡のない電機子、および信頼性の高いブラシレスモータを提供することができる。

以上、本発明の実施例の一例に関して記載したが、本発明はこれに限定されることなく種々の変形および修正が可能である。

本発明のブラシレスモータの実施例の一例を示す模式断面図である 本発明の積層コアの実施例の一例を示す上面図である 本発明のインシュレータの実施例の一例を示す上面図である 図３の主要部の拡大図である 本発明の電機子の実施例の一例を示す上面図である 図５の主要部の拡大図である

符号の説明

１０ カバー
２０ 電機子
２１ 積層コア
２１ａ コアバック部
２１ｂ ティース部
２１ｂ１ 延出部
２１ｃ 連結部
２２ インシュレータ
２２ａ 延長部
２２ｂ インシュレータ連結部
２３ 導線
２４、２４ａ、２４ｂ 間隙
３０ 回路基板
４０ プレート
５０ 保持部材
６０ シャフト
７０ ホルダ
８０ 駆動マグネット
９０ 上側軸受
９１ 下側軸受
１００ 環状部材
Ｄ 隣り合うティースの間隙
φ 傾斜面間にて成される角度

Claims (6)

1. 積層コアによって形成され、屈曲することにて環状となる電機子において、
   前記電機子は、屈曲することによって環状となる複数のコアバック部と、
   前記コアバック部の端部に形成され、前記コアバック部を連結する連結部と、
   前記コアバック部より放射状に突出し、屈曲することによって半径方向内側に延びるティース部と、
   内周面を除く前記ティース部および前記コアバック部の内周面を覆う絶縁部材によって形成されたインシュレータと、
   前記インシュレータにて覆われた前記ティース部の周囲を巻回した導線と、
   を具備した電機子において、
   前記ティース間を渡る前記導線は、前記連結部より半径方向内側を渡り、
   隣り合うコアバック部を覆う前記インシュレータの前記連結部の内周面部には、周方向に間隙を有し、
   前記間隙は、前記電機子を環状に屈曲させることにより、前記導線の断面積より小さくなることを特徴とする電機子。
2. 前記インシュレータは、前記コアバック部の内周面から周方向に伸びる延長部を有し、前記連結部の一部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の電機子。
3. 前記インシュレータは、前記電機子の軸方向外側に隣り合う前記各コアバック部間を連結するインシュレータ連結部を有していることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の電機子。
4. 前記延長部は、半径方向内方に傾斜していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電機子。
5. 隣り合う前記延長部の対向面には、周方向外側に傾斜する傾斜面を有しており、
   その隣り合い周方向に対向する傾斜面にて成される傾斜角度は、前記ステータのティース部の数をnとすると、
   ３６０／n度以下、かつ前記ステータを屈曲した際に隣り合う前記傾斜面間に形成される間隙の一番広がる部分が前記導線の断面積以下であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の電機子。
6. 回転軸と同心に回転し、前記ティースの内周面と対向する駆動用マグネットを有する回転体と、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された電機子と、
   前記回転体を回転自在に支持する軸受部と、
   前記電機子の前記コアバック部より固定するカバーと、
   前記電機子に通電することによって前記回転体を駆動させる回路基板と、
   を少なくとも具備したことを特徴とするブラシレスモータ。

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