JP6010416B2

JP6010416B2 - ３相永久磁石モータ

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Publication number: JP6010416B2
Application number: JP2012219464A
Authority: JP
Inventors: 利仁宮下; 政裕山口
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2016-10-19
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Also published as: CN103715806A; DE102013110773A1; TW201424203A; JP2014073047A; TWI593215B; KR101874002B1; US9601956B2; KR20140043685A; US20140091656A1; CN103715806B

Description

本発明は、スロット数が１２の整数倍で、かつ極数が１０の整数倍または１４の整数倍からなるモータの巻線を結線する多層配線基板を備えた３相永久磁石モータに関する。

従来、１０極または１４極、１２スロットの３相永久磁石モータの２並列結線は、５層以上の多層プリント配線板を用いて結線を行っている。５層以上の多層プリント配線板を用いると、製造コストが増大するという問題がある。

また、従来の２並列結線構造では、巻線インピーダンスのアンバランスによるロータ偏芯の要因となる電磁力や速度変動の要因となるトルクリップルが増加する問題がある。

そこで、ロータ偏芯力や速度変動を低減するために、直列結線の多層プリント配線板を用いて対応している。

たとえば、隣り合う同相巻線は電流の向きが逆向きに、隣り合う異相巻線は電流の向きが同じ向きになるようにし、さらに、隣り合う同相巻線を直列に接続した回路を２回路並列に接続するように、多層プリント配線基板の多層に形成された配線パターンを介して結線した１０極１２スロットの３相マグネットモータが提案されている（特許文献１参照）。

しかし、特許文献１の技術によれば、巻線の電線径が２並列結線の場合よりも太くなり、巻線占積率が低下し、モータ効率が低下してしまう。

これを解決する技術として、たとえば、隣り合う同相巻線は並列結線とし、相対する対称の同相巻線とは直列結線とし、かつ１本線で直列巻線回路を構成する巻線・結線技術が提案されている（特許文献２参照）。

特許第４６７０８６８号公報特開２０１０−１９３６７５号公報

ところで、特許文献２の技術によれば、ロータ偏芯の要因となる電磁力や速度変動の要因となるトルクリップルを低減することができ、従来５層以上であった多層プリント配線板を４層に低減することができる。

しかし、特許文献２の技術は、作業性が悪くなりやすく、多層配線基板の製造コストが増大することになる。

本発明は、上記の事情に鑑みて案出されたものであり、ロータ偏芯の要因となる電磁力や速度変動の要因となるトルクリップルを低減するとともに、巻線の結線パターンを構成する多層配線基板の層数を削減し、多層配線基板の製造コストを低減することができる３相永久磁石型モータの提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る３相永久磁石型モータは、ステータとロータと多層配線基板を有する。

ステータは、同一方向に巻回した複数の巻線を配したスロット数が１２ｎ（ｎは任意の自然数）に設定される。

ロータは、永久磁石の極数が１０ｎまたは１４ｎに設定される。

多層配線基板は、２ｍ並列（ｍは１を含むｎの約数）となるように結線する。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、隣り合う同相の上記巻線は並列結線とし、該隣り合う同相巻線の第１の巻線群の中心を基準軸とした場合に、６スロットピッチ角で相対する対称の同相の第２の巻線群の同極巻線と直列結線とした回路構成である。

上記多層配線基板の同層上に、同相の渡り配線パターンを線対称的に配置している。

本発明によれば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、隣り合う同相の上記巻線は並列結線とし、該隣り合う同相巻線の第１の巻線群の中心を基準軸とした場合に、６スロットピッチ角で相対する対称の同相の第２の巻線群の同極巻線と直列結線とした回路構成を採るので、ロータ偏芯の要因となる電磁力や速度変動の要因となるトルクリップルを低減することができる。

多層配線基板の同層上に、同相の渡り配線パターンを線対称的に配置しているので、巻線の結線パターンを構成する多層プリント配線板の層数を削減し、多層プリント配線板の製造コストを低減することができる。

実施形態１の３相永久磁石型モータの概略断面図である。実施形態１のステータにおける３相Ｙ結線の説明に供する図である。実施形態１の多層配線基板における１層目のパターン説明に供する図である。実施形態１の多層配線基板における２層目のパターン説明に供する図である。実施形態１の多層配線基板における３層目のパターン説明に供する図である。実施形態１の多層配線基板における４層目のパターン説明に供する図である。実施形態２に係る３相永久磁石型モータの概略断面図である。実施形態２のステータにおける３相Ｙ結線の説明に供する図である。実施形態２の多層配線基板における１層目のパターン説明に供する図である。実施形態２の多層配線基板における２層目のパターン説明に供する図である。実施形態２の多層配線基板における３層目のパターン説明に供する図である。実施形態２の多層配線基板における４層目のパターン説明に供する図である。実施形態３に係る３相永久磁石型モータに用いるロータの概略断面図である。

以下、図面を参照して、実施形態１から実施形態３に係る３相永久磁石型モータについて説明する。

実施形態１から実施形態３に係る３相永久磁石型モータは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、隣り合う同相の上記巻線は並列結線とし、相対する対称の同相の巻線とは直列結線とした回路構成を採る。また、多層配線基板の同層上に、同相の渡り配線パターンを線対称的に配置している。したがって、実施形態１から実施形態３に係る３相永久磁石型モータは、トルクリップルを低減するとともに、多層配線基板の層数を削減し、多層配線基板の製造コストの低減を実現できるようになる。

〔実施形態１〕
＜３相永久磁石型モータの構成＞
まず図１を参照して、実施形態１の３相永久磁石型モータの構成について説明する。図１は実施形態１に係る３相永久磁石型モータの概略断面図である。

図１に示すように、実施形態１の３相永久磁石型モータ１００は、たとえば、１０極１２スロットのＳＰＭモータ（ＳｕｒｆａｃｅＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＭｏｔｏｒ）として構成される。

本実施形態の３相永久磁石型モータ１００は、ロータ１、ステータ２、および多層配線基板３〜６を備える。

ロータ１は、ロータコア１０および永久磁石２０を有する。

ロータコア１０は、円柱状の金属部材である。ロータコア１０の構成材料としては、たとえば、珪素鋼板等の軟磁性体が用いられるが、例示の材料に限定されない。

ＳＰＭモータのロータ１は、ロータコア（または回転軸）１０の外周部表面に、たとえば、等間隔にＮ極とＳ極を交互に１０極着磁したリング状の永久磁石（ラジアル異方性リング磁石）２０が配されている。

ロータ１は、これに限定されず、断面形状が円形のロータコア（または回転軸）の外周部表面に、内径と外径の中心が異なる形状をした永久磁石（いわゆる偏芯形磁石）を複数備えていてもよい。

またロータ１は、断面形状が多角形のロータコア（または回転軸）の外周部表面に、外側が円弧で内側が平坦な形状をした永久磁石（いわゆる弓形磁石）を複数備えてもよい。

永久磁石２０としては、たとえば、ネオジウム磁石等の希土類磁石が挙げられるが、例示の材質に限定されない。

永久磁石の極数は１０極に限定されず、１０ｎまたは１４ｎ（ｎは任意の自然数）の極数である。

ステータ２は、ステータコア３０および巻線４０を有する。

本実施形態のステータコア３０は、１２個の分割コア３１によって構成されるが、分割コア１１の数は限定されない。すなわち、本実施形態の巻線４０のスロット数は１２スロットであるが、１２スロットに限定されず、１２ｎ（ｎは任意の自然数）のスロット数であればよい。

分割コア３１は概ね断面扇状を呈しており、組み合わせ面を当接させて円環状に組み立てられる。各分割コア１１の外周部には、絶縁部材５０が装着されている。

ステータコア３０の構成材料としては、たとえば、ロータコア１０と同様に珪素鋼板等の軟磁性体が用いられるが、例示の材料に限定されない。

巻線４０は、各分割コア３１に同一方向で巻回される。各分割コア３１における巻線４０の巻き始めＳと巻き終わりＥが一対の端子７にそれぞれ半田づけされる。一対の端子７は、絶縁部材５０上に配置される。巻線４０には、たとえば、エナメル線等の被覆線が採用される。

次に、図１において、巻線４０上に付した符号について説明する。各巻線４０の符号により、後述する回路結線図および多層配線基板との位置関係が明確になる。１２個の分割コア３１の巻線４０のそれぞれに対して、まずＵ、ＶまたはＷの３相の区別を付記する。また、反時計回り方向に１番から１２番までの連番で巻線番号を付記する。さらに、相電流の向きの違いを巻線番号の後に符号ＦまたはＲを付記して区別する。

たとえば、Ｕ１ＦとＵ８Ｆは同極であり、Ｕ２ＲとＵ７ＲはＵ１ＦとＵ８Ｆに対して異極となるよう励磁されることを表わしている。また、Ｖ４ＦとＶ９Ｆは同極であり、Ｖ３ＲとＶ１０ＲはＶ４ＦとＶ９Ｆに対して異極となるよう励磁されることを表わしている。さらに、Ｗ５ＦとＷ１２Ｆは同極であり、Ｗ６ＲとＷ１１ＲはＷ５ＦとＷ１２Ｆに対して異極となるよう励磁されることを表わしている。

次に、図２を参照して、本実施形態の３相Ｙ結線について説明する。図２は実施形態１のステータにおける３相Ｙ結線の説明に供する図である。

図２に示すように、本実施形態の結線回路は、隣り合う同相巻線は並列結線とし、相対する対称の同相巻線とは直列結線とした回路構成の１相分の巻線群を、３相分Ｙ結線している。ここで、相対する対称の同相の巻線について説明する。本実施形態のステータ２のスロットピッチτ_ｓ〔°〕は、３６０／１２ｎである。また、本実施形態の極対数ｐは、１０ｎ／２もしくは１４ｎ／２である。

図１のように、同相の巻線群の中心を基準軸Ｂとして考える。この場合、極対数ｐを使用すると、相対する対称の同相の巻線は、電気角τ_ｓ×６×ｐ〔°〕で相対する巻線群と一般化できる。これを機械角で考えると、１０ｎ極と１４ｎ極の双方とも、τ_ｓ×６、すなわち６スロットピッチ角で相対する対称の巻線群となる。したがって、相対する対称の同相の巻線とは、隣り合う同相巻線の第１の巻線群の中心を基準軸Ｂとした場合に、６スロットピッチ角で相対する対称の同相の第２の巻線群の同極巻線をいう。

すなわち、本実施形態では、相対するＵ相巻線Ｕ１ＦとＵ８Ｆの直列回路と、相対するＵ相巻線Ｕ２ＲとＵ７Ｒの直列回路とを並列に接続することにより、Ｕ相巻線全体を構成している。また、相対するＶ相巻線Ｖ４ＦとＶ９Ｆの直列回路と、相対するＶ相巻線Ｖ３ＲとＶ１０Ｒの直列回路とを並列に接続することにより、Ｖ相巻線全体を構成している。さらに、相対するＷ相巻線Ｗ５ＦとＷ１２Ｆの直列回路と、相対するＷ相巻線Ｗ６ＲとＷ１１Ｒの直列回路とを並列に接続することにより、Ｕ相巻線全体を構成している。

そして、Ｕ相巻線全体、Ｖ相巻線全体およびＷ相巻線全体を３相Ｙ結線している。当該３相Ｙ結線によって、線径の細い巻線を巻回して高出力を得ることができる。なお、各巻線の巻き始めにはＳを、巻き終わりにはＥを付記している。また、３相Ｙ結線の中性点にはＮを付記している。

次に、図３から図６を参照して、３相Ｙ結線を行う多層配線基板について説明する。

図３に示す１層目の多層配線基板３には、各相端子から並列に分岐させるパターンと中性点結線パターンが配置される。図４から図６に示す２〜４層目の多層配線基板４、５、６には、同相の渡り配線パターンが線対称的に配置される。多層配線基板３〜６の各パターンによって、４層基板で構成することができる。多層配線基板４〜６は、２ｍ並列（ｍは１を含むｎの約数）となるように結線する。

図３は実施形態１の多層配線基板における１層目のパターン説明に供する図である。なお、図３において、各巻線番号、および各巻線の巻き始めＳと巻き終わりＥを図示している。

図３に示すように、１層目の多層配線基板３上には、各相端子から並列に分岐させるためのパターン６１、６２、６３と、中性点結線パターン６４がレイアウトされている。図１に示す２４本の端子７は、多層配線基板の１層目から４層目までのそれぞれの外周近傍を貫いている。

並列分岐パターン６１は、Ｕ相端子７１から並列に分岐させるパターンである。並列分岐パターン６１は、巻線Ｕ１Ｆの巻き始めＳおよび巻線Ｕ２Ｒの巻き終わりＥをＵ相の端子７１に接続する。

並列分岐パターン６２は、Ｖ相端子７２から並列に分岐させるパターンである。並列分岐パターン６２は、巻線Ｖ３Ｒの巻き終わりＥおよび巻線Ｖ４Ｆの巻き終わりＳをＶ相の端子７２に接続する。

並列分岐パターン６３は、Ｗ相端子７３から並列に分岐させるパターンである。並列分岐パターン６３は、巻線Ｗ５Ｆの巻き始めＳおよび巻線Ｗ６Ｒの巻き終わりＥをＷ相の端子７３に接続する。

中性点結線パターン６４は、巻線Ｕ７Ｒの巻き始めＳ、巻線Ｕ８Ｆの巻き終わりＥ、巻線Ｖ９Ｆの巻き終わりＥ、巻線Ｖ１０Ｒの巻き始めＳ、巻線Ｗ１１Ｒの巻き始めＳ、巻線Ｗ１２Ｆの巻き終わりＥのそれぞれが接続されている。当該中性点結線パターン６４によって、図２に示す３相Ｙ結線の中性点Ｎを結線する。

図４は実施形態１の多層配線基板における２層目のパターン説明に供する図である。なお、図４において、各巻線番号、および各巻線の巻き始めＳと巻き終わりＥを図示している。

図４に示すように、２層目の多層配線基板４上には、Ｖ相の配線パターン８１、８２がレイアウトされている。２層目の多層配線基板４において、当該端子７と、各巻線の巻き始めＳまたは巻き終わりＥとが、それぞれランドを介して電気的に接続されている。

巻線Ｖ３Ｒの巻き始めＳと巻線Ｖ１０Ｒの巻き終わりＥが配線パターン８１にて接続されている。また、巻線Ｖ４Ｆの巻き終わりＥと巻線Ｖ９Ｆの巻き始めＳが配線パターン８２にて接続されている。

図５は実施形態１の多層配線基板における３層目のパターン説明に供する図である。なお、図５において、各巻線番号、および各巻線の巻き始めＳと巻き終わりＥを図示している。

図５に示すように、３層目の多層配線基板５上には、Ｕ相の配線パターン９１、９２がレイアウトされている。３層目の多層配線基板５において、当該端子７と、各巻線の巻き始めＳまたは巻き終わりＥとが、それぞれランドを介して電気的に接続されている。

巻線Ｕ１Ｆの巻き終わりＥと巻線Ｕ８Ｆの巻き始めＳが配線パターン９１にて接続されている。また、巻線Ｕ２Ｒの巻き始めＳと巻線Ｕ７Ｒの巻き終わりＥが配線パターン９２にて接続されている。

図６は実施形態１の多層配線基板における４層目のパターン説明に供する図である。なお、図６において、各巻線番号、および各巻線の巻き始めＳと巻き終わりＥを図示している。

図６に示すように、４層目の多層配線基板６上には、Ｗ相の配線パターン１０１、１０２がレイアウトされている。４層目の多層配線基板５において、当該端子７と、各巻線の巻き始めＳまたは巻き終わりＥとが、それぞれランドを介して電気的に接続されている。

巻線Ｗ５Ｆの巻き終わりＥと巻線Ｗ１２Ｆの巻き始めＳが配線パターン１０１にて接続されている。また、巻線Ｗ６Ｒの巻き始めＳと巻線Ｗ１１Ｒの巻き終わりＥが配線パターン１０２にて接続されている。

多層配線基板としてはフォトリソグラフィ技術等により形成されるプリント基板を採用するが、これに限定されず、たとえば、銅板をプレスで打ち抜いて配線パターンを形成してもよい。

＜３相永久磁石型モータの作用＞
次に、図１から図６を参照して、実施形態１に係る３相永久磁石型モータ１００の作用について説明する。

図１に示したように、本実施形態の３相永久磁石型モータ１００のロータ１は、ロータコア１０の外周表面に、円周方向に沿って均等に１０極着磁された永久磁石２０が配置される。一方、ステータ２は、ロータ１を囲むように設けられ、円周方向に放射線状に並んだ複数の分割コア３１に同一方向に巻回した巻線４０を有する。

すなわち、本実施形態の３相永久磁石型モータ１００は、ロータ１の永久磁石２０が発生する磁束と交叉するようにステータ２の巻線４０に電流が流れる。永久磁石２０の磁束と巻線４０に流れる電流が交叉すると、本実施形態の３相永久磁石型モータ１００は、電磁誘導作用により円周方向の駆動力が発生し、軸回りにロータ１を回転させる。

本実施形態の分割コア３１に巻回された巻線４０の巻回方向は、すべて同一方向である。また、本実施形態の３層Ｙ結線は、隣り合う同相巻線は並列結線とし、該隣り合う同相巻線の第１の巻線群の中心を基準軸Ｂとした場合に、６スロットピッチ角で相対する対称の同相の第２の巻線群の同極巻線と直列結線とした回路構成である。２〜４層目の多層配線基板４、５、６において、同相の渡り結線パターンを同層上に線対称的に配置することにより、従来５層以上であった多層配線基板の層数を４層に低減することができる。

本実施形態に係る３相永久磁石型モータ１００は、隣り合う同相巻線は並列結線とし、相対する対称の同相巻線とは直列結線にすることにより、ロータ偏芯の要因となる電磁力や速度変動の要因となるトルクリップルを低減することができる。かつ、巻線４０の巻回方向をすべて同一方向にすることによって作業性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る３相永久磁石型モータ１００は、２〜４層の多層配線基板４、５、６において、同相の渡り配線パターンを同層上に配置することにより、配線パターン間の絶縁距離を短く設計することができる。かつ、配線パターン８１と８２、９１と９２、１０１と１０２を線対称的に配置することにより、層数を４層に低減することができる。さらに、無駄なスペースを省きとともに、配線パターン幅を広くすることができるので、許容電流を大きくすることができる。

すなわち、本実施形態に係る３相永久磁石型モータ１００は、ロータ偏芯の要因となる電磁力や速度変動の要因となるトルクリップルを低減するとともに、巻線の結線パターンを構成する多層配線基板の層数を削減し、多層配線基板の製造コストを低減することができるものである。

〔実施形態２〕
次に図７を参照して、実施形態２の３相永久磁石型モータの構成について説明する。図７は実施形態２に係る３相永久磁石型モータの概略断面図である。なお、実施形態１と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明する。

実施形態２に係る３相永久磁石型モータ２００は、分割コア３１の配置、３相Ｙ結線の巻線の配置、および多層配線基板２０３〜２０６の構造が実施形態１と異なる。

図７において、巻線４０上に付した符号について説明する。各巻線４０の符号により、後述する回路結線図および多層配線基板との位置関係が明確になる。１２個の分割コア３１の巻線４０のそれぞれに対して、まずＵ、ＶまたはＷの３相の区別を付記する。本実施形態では、時計回り方向に１番から１２番までの連番で巻線番号を付記する。さらに、相電流の向きの違いを巻線番号の後に符号ＦまたはＲを付記して区別する。

次に、図８を参照して、実施形態２の３相Ｙ結線について説明する。図８は実施形態２のステータにおける３相Ｙ結線の説明に供する図である。

図８に示すように、本実施形態の結線回路は、隣り合う同相巻線は並列結線とし、相対する対称の同相巻線とは直列結線とした回路構成の１相分の巻線群を、３相分Ｙ結線している。すなわち、相対するＵ相巻線Ｕ１ＦとＵ８Ｆの直列回路と、相対するＵ相巻線Ｕ２ＲとＵ７Ｒの直列回路とを並列に接続することにより、Ｕ相巻線全体を構成している。また、相対するＶ相巻線Ｖ９ＦとＶ４Ｆの直列回路と、相対するＶ相巻線Ｖ１０ＲとＶ３Ｒの直列回路とを並列に接続することにより、Ｖ相巻線全体を構成している。さらに、相対するＷ相巻線Ｗ１２ＦとＷ５Ｆの直列回路と、相対するＷ相巻線Ｗ１１ＲとＷ６Ｒの直列回路とを並列に接続することにより、Ｕ相巻線全体を構成している。

次に、図９から図１２を参照して、実施形態２の３相Ｙ結線を行う多層配線基板について説明する。

図９に示す１層目の多層配線基板２０３には、各相端子から並列に分岐させるパターンと中性点結線パターンが配置される。図１０から図１２に示す２〜４層目の多層配線基板２０４、２０５、２０６には、同相の渡り配線パターンが同心円弧状に並行して配置される。多層配線基板２０３〜２０６の各パターンによって、４層基板で構成することができる。

図９は実施形態２の多層配線基板における１層目のパターン説明に供する図である。なお、図９において、各巻線番号、および各巻線の巻き始めＳと巻き終わりＥを図示している。

図９に示すように、１層目の多層配線基板２０３上には、並列分岐パターン２２１と、Ｕ相の２本の渡り配線パターン２２２、２２３が同心円弧状に並行してレイアウトされている。１層目の多層配線基板２０３において、当該端子７と、各巻線の巻き始めＳまたは巻き終わりＥとが、それぞれランドを介して電気的に接続されている。

並列分岐パターン２２１は、Ｗ相端子７３から並列に分岐させるパターンである。巻線Ｗ１１Ｒの巻き終わりＥおよび巻線Ｗ１２Ｆの巻き始めＳがＷ相の端子７３に接続される。

並列分岐パターン２２４は、Ｖ相端子７２から並列に分岐させるパターンである。巻線Ｖ９Ｆの巻き始めＳおよび巻線Ｖ１０Ｒの巻き終わりＥがＶ相の端子７２に接続される。なお、Ｖ相の並列分岐パターン２２４は、後述する４層目の多層配線基板２０６にあるので削除することが可能である（図１２参照）。

巻線Ｕ１Ｆの巻き終わりＥと巻線Ｕ８Ｆの巻き始めＳが同心円弧状の内側の配線パターン２２２にて接続されている。また、巻線Ｕ２Ｒの巻き始めＳと巻線Ｕ７Ｒの巻き終わりが同心円弧状の外側の配線パターン２２３にて接続されている。

図１０は実施形態２の多層配線基板における２層目のパターン説明に供する図である。なお、図１０において、各巻線番号、および各巻線の巻き始めＳと巻き終わりＥを図示している。

図１０に示すように、２層目の多層配線基板２０４上には、アース端子７４に結線するアース配線パターン２３１と、Ｗ相の２本の渡り配線パターン２３２、２３３が同心円弧状に並行してレイアウトされている。２層目の多層配線基板２０４において、当該端子７と、各巻線の巻き始めＳまたは巻き終わりＥとが、それぞれランドを介して電気的に接続されている。

巻線Ｗ５Ｆの巻き始めＳと巻線Ｗ１２Ｆの巻き終わりＥが同心円弧状の内側の配線パターン２３２にて接続されている。また、巻線Ｗ６Ｒの巻き終わりＥと巻線Ｗ１１Ｒの巻き始めＳが同心円弧状の外側の配線パターン２３３にて接続されている。

並列分岐パターン２３４は、Ｕ相端子７１から並列に分岐させるパターンである。巻線Ｕ１Ｆの巻き始めＳと巻線Ｕ２Ｒの巻き終わりＥがＵ相の端子７１に接続される。なお、Ｕ相の並列分岐パターン２３４は、後述する３層目の多層配線基板２０５にあるので削除することが可能である（図１１参照）。

図１１は実施形態２の多層配線基板における３層目のパターン説明に供する図である。なお、図１１において、各巻線番号、および各巻線の巻き始めＳと巻き終わりＥを図示している。

図１１に示すように、３層目の多層配線基板２０５上には、並列分岐パターン２４１と、Ｖ相の２本の渡り配線パターン２４２、２４３が同心円弧状に並行してレイアウトされている。３層目の多層配線基板２０５において、当該端子７と、各巻線の巻き始めＳまたは巻き終わりＥとが、それぞれランドを介して電気的に接続されている。

並列分岐パターン２４１は、Ｕ相端子７１から並列に分岐させるパターンである。巻線Ｕ１Ｆの巻き始めＳと巻線Ｕ２Ｒの巻き終わりＥがＵ相の端子７１に接続される。

巻線Ｖ３Ｒの巻き終わりＥと巻線Ｖ１０Ｒの巻き始めＳが同心円弧状の内側の配線パターン２４２にて接続されている。また、巻線Ｖ４Ｆの巻き始めＳと巻線Ｖ９Ｆの巻き終わりＥが同心円弧状の外側の配線パターン２４３にて接続されている。

図１２に示すように、４層目の多層配線基板２０６上には、並列分岐パターン２５１と中性点結線パターン２５２がレイアウトされている。図７に示す２４本の端子７は、多層配線基板の１層目から４層目までのそれぞれの外周近傍を貫いている。

並列分岐パターン２５１は、Ｖ相端子７２から並列に分岐させるパターンである。巻線Ｖ９Ｆの巻き始めＳと巻線Ｖ１０Ｒの巻き終わりＥがＶ相の端子７２に接続される。

中性点結線パターン２５２は、巻線Ｖ３Ｒの巻き始めＳ、巻線Ｖ４Ｆの巻き終わりＥ、巻線Ｗ５Ｆの巻き終わりＥ、巻線Ｗ６Ｒの巻き始めＳ、巻線Ｕ７Ｒの巻き始めＳ、巻線Ｕ８Ｆの巻き終わりＥのそれぞれが接続されている。当該中性点結線パターン２５２によって、図８に示す３相Ｙ結線の中性点Ｎを結線する。

本実施形態の分割コア３１に巻回された巻線４０の巻回方向は、すべて同一方向である。また、本実施形態の３層Ｙ結線は、隣り合う同相巻線は並列結線とし、相対する対称の同相巻線とは直列結線とした回路構成である。１〜３層目の多層配線基板２０３、２０４、２０５において、同相の渡り結線パターンを同層上に同心円弧状に並行して配置することにより、従来５層以上であった多層配線基板の層数を４層に低減することができる。

本実施形態に係る３相永久磁石型モータ２００は、隣り合う同相巻線は並列結線とし、相対する対称の同相巻線とは直列結線にすることにより、ロータ偏芯の要因となる電磁力や速度変動の要因となるトルクリップルを低減することができる。かつ、巻線４０の巻回方向をすべて同一方向にすることによって作業性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る３相永久磁石型モータ２００は、１〜３層の多層配線基板２０３、２０４、２０５において、同相の渡り配線パターンを同層上に配置することにより、配線パターン間の絶縁距離を短く設計することができる。かつ、同心円弧状の配線パターン２２２と２２３、２３２と２３３、２４２と２４３を線対称的に配置することにより、層数を４層に低減することができる。

すなわち、実施形態２に係る３相永久磁石型モータ２００は、基本的に実施形態１と同様の作用効果を奏する。

〔実施形態３〕
次に図１３を参照して、実施形態３に係る３相永久磁石モータの構成について説明する。図１３は実施形態３に係る３相永久磁石型モータに用いるロータの概略断面図である。なお、実施形態１と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明する。

実施形態３に係る３相永久磁石モータ３００は、ロータ３０１の構造が実施形態１と異なる。

図１３に例示するロータ３０１は、たとえば、１０極のコンシクエントポール型ＩＰＭモータ（ＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＭｏｔｏｒ）として構成される。

ロータ３０１は、回転軸８の周囲に設けられ、ロータコア（鉄心）３１０および永久磁石３２０を有する。回転軸８はロータ３０１の回転中心となる。

ロータコア３１０は、回転軸８の周囲に設けられた厚肉円筒体状の金属部材である。ロータコア３１０は、たとえば、リング状のロータコアシートを軸方向に複数積層したスタック構造を有する。

各ロータコア３１０の中央部には、回転軸８を嵌入するための円形の軸挿通孔３１１が形成される。ロータコア３１０の外周部近傍には、永久磁石３２０を収容するための複数の磁石収容部３２１が形成される。磁石収容部３２１は、円周方向に沿って均等に配置される。

本実施形態では、円周方向に沿って５箇所の磁石収容部３２１が形成される。すなわち、各磁石収容部３２１内に１個ずつ、合計５個の永久磁石３２０を配置している。各永久磁石３２０は、外周側がＮ極に着磁される。永久磁石３２０、３２０間のロータコア３１０の部分は、結果的にＳ極が誘起されるので、１０極ロータとなる。

本実施形態のコンシクエントポール型ロータと１２スロットステータを組み合せた場合、相対する同相の巻線は、インピーダンスが異なることになる。たとえば、一方の隣り合った２つのＵ相巻線近傍に永久磁石が存在するようなロータ位置であった場合、相対する対角の隣り合ったＵ相巻線近傍には永久磁石間のロータコア（鉄芯）が存在することとなる。

そのため、永久磁石が近傍にあるＵ相巻線よりも鉄芯が近傍にあるＵ相巻線の方がインダクタンスが高くなるので、対角の巻線インピーダンスには大きな差異が生じる。したがって、コンシクエントポール型ＩＰＭロータの場合、従来結線方法と組み合せると、電流値が並列回路間で異なることなり、トルクリップルが生じる。

しかし、実施形態１の結線構造を採用すれば、対角のインピーダンスのアンバランスが解消され、トルクリップルを低減することができる。

実施形態３に係る３相永久磁石型モータは、基本的に実施形態１と同様の作用効果を奏する。特に、実施形態３に係る３相永久磁石型モータのロータ３０１としてコンシクエントポール型ＩＰＭロータを採用すれば、対角のインピーダンスのアンバランスが解消され、トルクリップルを低減することができるという特有の効果を奏する。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

１ロータ、
２ステータ、
３、４、５、６多層配線基板、
４０巻線、
８１、８２Ｕ相の配線パターン、
９１、９２Ｖ相の配線パターン、
１０１、１０２Ｗ相の配線パターン、
１００、２００３相永久磁石型モータ、
２０３、２０４、２０５、２０６多層配線基板、
２２２、２２３Ｕ相の配線パターン、
２３２、２３３Ｖ相の配線パターン、
２４２、２４３Ｗ相の配線パターン、
３０１コンシクエントポール型ＩＰＭロータ。

Claims

同一方向に巻回した複数の巻線を配したスロット数が１２ｎ（ｎは任意の自然数）のステータと、
永久磁石の極数が１０ｎまたは１４ｎのロータと、
２ｍ並列（ｍは１を含むｎの約数）となるように結線する多層配線基板と、
を有し、
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、隣り合う同相の前記巻線は並列結線とし、該隣り合う同相巻線の第１の巻線群の中心を基準軸とした場合に、６スロットピッチ角で相対する対称の同相の第２の巻線群の同極巻線と直列結線直列結線とした回路構成であり、
前記多層配線基板の同層上に、同相の渡り配線パターンを線対称的に配置し、
１層目の前記多層配線基板には、各相端子から並列に分岐させるパターンと中性点結線パターンとが配置され、２層目以降の多層配線基板には、同相の渡り配線パターンが線対称的に配置されることを特徴とする３相永久磁石型モータ。
同一方向に巻回した複数の巻線を配したスロット数が１２ｎ（ｎは任意の自然数）のステータと、
永久磁石の極数が１０ｎまたは１４ｎのロータと、
２ｍ並列（ｍは１を含むｎの約数）となるように結線する多層配線基板と、
を有し、
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、隣り合う同相の前記巻線は並列結線とし、該隣り合う同相巻線の第１の巻線群の中心を基準軸とした場合に、６スロットピッチ角で相対する対称の同相の第２の巻線群の同極巻線と直列結線とした回路構成であり、
１層目の前記多層配線基板には、各相端子から並列に分岐させるパターンと中性点結線パターンが配置され、２層目以降の多層配線基板には、同相の渡り配線パターンが同心円弧状に並行して配置されることを特徴とする３相永久磁石型モータ。
前記ロータがコンシクエントポール型ＩＰＭロータであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３相永久磁石型モータ。