(57)【要約】【課題】従来とは異なるステータ構造を採用することによって電気機械の特性を改善する技術を提供する。【解決手段】ステータ構造は、バックヨーク部（６４）を有する第１のステータ部材（６４）と、バックヨーク部（６４）に嵌合する第２のステータ部材（６２）とを有する。第２のステータ部材（６２）は、バックヨーク部（６４）に嵌合する複数のティース部（６１）と、複数のティース部の先端に設けられたフロントヨーク部（６３）と、を有する。隣接するフロントヨーク部（６３）同士の間には、０．３ｍｍ以下のギャップ、又は、厚みが０．３ｍｍ以下の極薄部が設けられる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械のステータ構造の製造方法であって、
（ａ）バックヨーク部を有する第１のステータ部材を準備する工程と、
（ｂ）前記バックヨーク部に嵌合して取り付けられた複数のティース部と、前記複数のティース部の先端に設けられたフロントヨーク部と、隣接する前記フロントヨーク部同士の間に前記フロントヨーク部同士を連結する連結部とを有し、全体として一体形状に形成された第２のステータ部材を準備する工程と、
（ｃ）前記複数のティース部に電磁コイルを装着する工程と、
（ｄ）前記第１のステータ部材の前記バックヨーク部に、前記第２のステータ部材の前記ティース部を嵌合する工程と、
（ｅ）前記連結部を切削することによって、隣接する前記フロントヨーク部同士の間に、０．３ｍｍ以下のギャップ、又は、厚みが０．３ｍｍ以下の極薄部を設ける工程と、
を備えるステータ構造の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のステータ構造の製造方法であって、
前記工程（ｅ）は、隣接する前記フロントヨーク部同士の間に、０．１ｍｍ以下のギャップを設ける、ステータ構造の製造方法。
【請求項３】
電動モータ用のステータ構造であって、
バックヨーク部を有する第１のステータ部材と、
前記バックヨーク部に嵌合して取り付けられた複数のティース部と、前記複数のティース部の先端に設けられたフロントヨーク部と、を有する第２のステータ部材と、
前記複数のティース部に装着された電磁コイルと、
を備え、
隣接する前記フロントヨーク部同士の間に、０．３ｍｍ以下のギャップ、又は、厚みが０．３ｍｍ以下の極薄部を設けたことを特徴とするステータ構造。
【請求項４】
請求項３記載のステータ構造であって、
隣接する前記フロントヨーク部同士の間に、０．１ｍｍ以下のギャップを設けた、ステータ構造。
【請求項５】
電気機械であって、
請求項３又は４記載のステータ構造を有するステータと、ロータと、を備える電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気機械に関し、特にそのステータ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステータ構造としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このステータ構造では、円環状に配置された分割ステータコアの外周面に外リングが嵌着されて、複数の分割ステータコアが連結される。個々の分割ステータコアは、バックヨーク部と、そのバックヨーク部からステータ内方へ突出するティース部とを有している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２５３３３号公報
【０００４】
しかしながら、従来は、隣接するティース部同士の位置関係に関しては、十分な工夫がなされておらず、この点で電気機械の特性を改善する余地があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来とは異なるステータ構造を採用することによって電気機械の特性を改善する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
電気機械のステータ構造の製造方法であって、
（ａ）バックヨーク部を有する第１のステータ部材を準備する工程と、
（ｂ）前記バックヨーク部に嵌合して取り付けられた複数のティース部と、前記複数のティース部の先端に設けられたフロントヨーク部と、隣接する前記フロントヨーク部同士の間に前記フロントヨーク部同士を連結する連結部とを有し、全体として一体形状に形成された第２のステータ部材を準備する工程と、
（ｃ）前記複数のティース部に電磁コイルを装着する工程と、
（ｄ）前記第１のステータ部材の前記バックヨーク部に、前記第２のステータ部材の前記ティース部を嵌合する工程と、
（ｅ）前記連結部を切削することによって、隣接する前記フロントヨーク部同士の間に、０．３ｍｍ以下のギャップ、又は、厚みが０．３ｍｍ以下の極薄部を設ける工程と、
を備えるステータ構造の製造方法。
この構成によれば、隣接するフロントヨーク部同士の間に、０．３ｍｍ以下のギャップ、又は、厚みが０．３ｍｍ以下の極薄部を設けたので、コギングやトルクリップルが少なく、また、磁束の漏れも少ないステータを実現することが可能である。
【０００８】
［適用例２］
請求項１記載のステータ構造の製造方法であって、
前記工程（ｅ）は、隣接する前記フロントヨーク部同士の間に、０．１ｍｍ以下のギャップを設ける、ステータ構造の製造方法。
この構成では、トルクリップルや磁束の漏れを更に低減することが可能である。
【０００９】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ステータ構造、その製造方法、そのステータ構造を備えた電気機械、その電気機械を有する電子装置や移動体等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
A．第１実施例：
B．他の実施例：
C．モータの構成例：
D．変形例
【００１１】
A．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例におけるステータコア部材を示す説明図である。ステータコア部材としては、図１（Ａ）に示す略円環状の子ステータ部材６２と、図１（Ｂ）に示す略円環状の親ステータ部材６４とが利用される。子ステータ部材６２は、複数のティース部６１と、各ティース部６１の内周側において各ティース部６１の左右両方に延びたフロントヨーク部６３とを有している。後述するように、フロントヨーク部６３は互いに連結部で連結されており、子ステータ部材６２が全体として一体形成されている。親ステータ部材６４は、その内周に複数の凹部６４ｄを有している。これらの凹部６４ｄには、子ステータ部材６２のティース部６１の先端の凸部が嵌着される。なお、「フロントヨーク部６３」という名前は、永久磁石に近接した側に設けられたヨーク部材という意味で付されている。同様の意味から、親ステータ部材６４を「バックヨーク部」と呼ぶことが可能である。なお、これらのステータコア部材６２，６４は、任意の強磁性体部材で形成することが可能である。
【００１２】
図２は、本発明の第１実施例におけるステータの製造方法を示す説明図である。まず、図２（Ａ），（Ｂ）の工程では、各ティース部６１の周囲に電磁コイル３０Ａ，３０Ｂが装着される。図２（Ｃ）の工程では、ティース部６１の先端の凸部を親ステータ部材６４の凹部６４ｄ（図１（Ｂ））に嵌合して、両者が組み合わされる。なお、図２（Ｃ）の工程では、さらに、子ステータ部材６２のフロントヨーク部６３同士を連結する連結部が切削されるが、これについては後述する。図２（Ｄ）の工程では、こうして組み合わされたステータコア部材の外周と内周を型枠ＦＭ１，ＦＭ２で覆い、親ステータ部材６４と子ステータ部材６２の間に残っている空隙６６に樹脂を充填する。但し、図１（Ｄ）の工程は省略可能である。その後、型枠ＦＭ１，ＦＭ２を外すと、図１（Ｅ）に示すステータ６０が完成する。
【００１３】
図３は、ステータ構造の拡大図である。図３（Ａ）は、親ステータ部材６４の凹部に子ステータ部材６２のティース部６１の選択を嵌合させた状態を示している。個々のティース部６１の両端に設けられたフロントヨーク部６３は、連結部６５で互いに一体に連結されている。この連結部６５を、一点鎖線で示す切削線ＣＬに沿って切削すると、図３（Ｂ）の構成が得られる。図３（Ｂ）の状態では、フロントヨーク部６３同士の間にギャップＧが形成されている。
【００１４】
図４は、図３（Ｂ）に示したステータ構造に、永久磁石１０ａ，１０ｂを有するロータ５０を組み合わせた状態を示している。ここでは、第１の磁石１０ａのＮ極から、第２の磁石１０ｂのＳ極に向かう２つの磁束線ＭＬ１，ＭＬ２が描かれている。第１の磁束線ＭＬ１は、第１の磁石１０ａのＮ極から、ティース部６１と親ステータ部材６４とを経由し、さらに、他のティース部６１をさらに経由して第２の永久磁石１０ｂのＳ極に至っている。第２の磁束線ＭＬ２（破線で示す）は、第１の磁石１０ａのＮ極から、２つのフロントヨーク部６３、６３の間を短絡して第２の永久磁石１０ｂのＳ極に至っている。
【００１５】
第１の磁束線ＭＬ１は、電磁コイル３０Ａ，３０Ｂとの電磁相互作用に寄与しており、主にこの相互作用によって電動機が動作する。一方、第２の磁束線ＭＬ２は、電磁コイル３０Ａ，３０Ｂとの電磁相互作用にほとんど寄与しない漏れ磁束である。従って、モータ効率を向上させるためには、第２の磁束線ＭＬ２をなるべく少なくすることが好ましい。第２の磁束線ＭＬ２を減少させるためには、極く薄い部材でフロントヨーク部６３同士を連結するか、或いは、フロントヨーク部６３同士の間にギャップＧに設けることが好ましい。但し、ギャップＧが過度に大きくなると、いわゆるコギングが発生してトルクリップルが増加してしまう可能性がある。そこで、本実施例では、フロントヨーク部６３の間に、極小のギャップＧを設けることによって、磁束の漏れが少なく高効率であり、かつ、コギングやトルクリップルの少ない電動機を構成している。
【００１６】
図５（Ａ），（Ｂ）は、ギャップＧとトルクリップルの関係に関するシミュレーション結果を示す説明図である。この結果から理解できるように、ギャップＧは、０．３ｍｍ以下とすることが好ましく、０．２ｍｍ以下とすることがさらに好ましく、０．１ｍｍ以下とすることが特に好ましい。
【００１７】
また、本実施例では、図３（Ａ）に示すように、連結部６５で複数のティース部６１が連結された略円環状の子ステータ部材６２を用意しておき、親ステータ部材６４と子ステータ部材６２とを組み合わせた後に連結部６５を削除するので、独立したティース部６１を用いる場合に比べて、極小のギャップＧを容易に形成することが可能である。
【００１８】
B．他の実施例：
図６は、第２実施例におけるステータ構造の拡大図であり、第１実施例の図３に対応する図である。第１実施例との違いは、連結部６５ａを削除した後の状態（図６（Ｂ）において、隣接するフロントヨーク部６３同士が接触しており、ギャップＧが無い状態である点である。このような構成でも、図４で説明した漏れ磁束の減少と、コギングトルクの減少との両方の効果を十分に得ることが可能である。なお、図６（Ｂ）の状態において、隣接するフロントヨーク部６３同士の間には、厚みが極く小さな極薄部が形成されている。この極薄部の厚みは、ギャップＧと同様に、０．３ｍｍ以下とすることが好ましく、０．２ｍｍ以下とすることがさらに好ましく、０．１ｍｍ以下とすることが特に好ましい。
【００１９】
図７は、第３実施例におけるステータ構造の拡大図である。図６に示した第２実施例との違いは、図７（Ａ）の状態において、隣接するフロントヨーク部６３同士の厚みが大きく設定されており、これによって連結部６５ｂが形成されている点である。この連結部６５ｂを切削線ＣＬに沿って切削すると、図７（Ｂ）に示す構成が得られる。この構成は、図６（Ｂ）と同じものである。
【００２０】
図８は、第４実施例におけるステータ構造の拡大図である。このステータ構造は、図７に示した第３実施例の親ステータ部材６４と子ステータ部材６２の曲がり方を逆転させたものである。すなわち、図８では、親ステータ部材６４が内周側に配置され、子ステータ部材６２が外周側に配置される。従って、ロータの永久磁石は、子ステータ部材６２のさらに外周に配置されることになる。換言すれば、このステータ構造は、アウタロータ型のモータ用のステータである。
【００２１】
図９は、第５実施例におけるステータ構造の拡大図である。このステータ構造は、図６に示した第２実施例の親ステータ部材６４と子ステータ部材６２をそれぞれ平面状に構成したものである。従って、ロータの永久磁石は、子ステータ部材６２の上側に配置されることになる。
【００２２】
上述した各種の実施例の内容から理解できるように、本発明の実施例によるステータ構造は、種々の形状のモータに適用可能である。
【００２３】
C．モータの構成例：
図１０は、本発明の一実施例としての２相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。このブラシレスモータ１００は、略円筒状のステータ６０が外側に配置され、略円筒状のロータ５０が内側に配置されたインナロータ型モータである。図１０（Ｂ）に示すように、ステータ６０は、ケーシングの内周に沿って配列された複数のＡ相コイル３０Ａ及び複数のＢ相コイル３０Ｂを有している。なお、図１０（Ａ）では、図示の便宜上、コイルの符号「３０Ａ」，「３０Ｂ」から相を示す符号「Ａ」「Ｂ」が省略されている。ステータ６０には、さらに、ロータ５０の位相を検出する位置センサとしての磁気センサ８０が配置されている。磁気センサ８０としては、Ａ相用とＢ相用の２つのセンサを設けることが好ましい。電磁コイル３０と磁気センサ８０は、回路基板の上に固定されている。ロータ５０は、その外周に永久磁石１０を有しており、永久磁石１０の内周にはヨーク部材１８が配置されている。ロータ５０の中心には回転軸１１０が設けられており、この回転軸１１０は、軸受け部１１２（図１０（Ａ））で支持されている。
【００２４】
図１１は、ブラシレスモータの制御回路の構成を示すブロック図である。この制御回路は、ＣＰＵシステム３００と、駆動信号生成部２００と、駆動ドライバ部２１０と、回生制御部２２０と、蓄電器２３０と、蓄電制御部２４０とを備えている。駆動信号生成部２００は、駆動ドライバ部２１０に供給する駆動信号を生成する。
【００２５】
図１２は、駆動ドライバ部２１０の構成を示す回路図である。この駆動ドライバ部２１０は、Ｈ型ブリッジ回路を構成している。駆動信号生成部２００からは、第１の駆動信号ＤＲＶＡ１と、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２のうちの一方が駆動ドライバ部２１０に供給される。図１１に示す電流ＩＡ１，ＩＡ２は、これらの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２に応じて流れる電流（「駆動電流」とも呼ぶ）の方向を示している。なお、一般に、Ｎ相モータ（Ｎは１以上の整数）では、Ｎ組のＨ型ブリッジ回路が利用される。
【００２６】
図１３は、回生制御部２２０の内部構成を示す回路図である。回生制御部２２０は、電磁コイル３０に対して駆動ドライバ部と並列に接続されている。回生制御部２２０は、ダイオードで構成される整流回路２２２と、スイッチングトランジスタ２２４とを備えている。蓄電制御部２４０によってスイッチングトランジスタ２２４がオン状態になると、電磁コイル３０で発生した電力を回生して蓄電器２３０を充電することが可能である。また、蓄電器２３０から電磁コイル３０に電流を供給することも可能である。なお、制御部から、回生制御部２２０と蓄電器２３０と蓄電制御部２４０を省略してもよく、或いは、駆動信号生成部２００と駆動ドライバ部２１０を省略してもよい。
【００２７】
このように、上述した各実施例のステータ構造を利用すると、高効率でトルクリップルの少ない電気機械を実現することが可能である。また、電気機械としては、原動機（モータ）と発電機の両方の形態で実現可能である。
【００２８】
D．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態、適用例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００２９】
D１．変形例１：
上記実施例では、電気機械の機械的構成や回路構成の具体例を説明したが、電気機械の機械的構成や回路構成としては、これら以外の任意の構成を採用することが可能である。
【００３０】
D２．変形例２：
本発明は、ファンモータ、時計（針駆動）、ドラム式洗濯機（単一回転）、ジェットコースタ、振動モータなどの種々の装置のモータに適用可能である。本発明をファンモータに適用した場合には、上述した種々の効果（低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命）が特に顕著である。このようなファンモータは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモータとして使用することができる。本発明のモータは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモータとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモータをスピンドルモータとして使用することが可能である。また、本発明によるモータは、移動体やロボット用のモータとしても利用可能である。
【００３１】
図１４は、本発明の適用例によるモータを利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ６００は、赤、緑、青の３色の色光を発光する３つの光源６１０Ｒ、６１０Ｇ、６１０Ｂと、これらの３色の色光をそれぞれ変調する３つの液晶ライトバルブ６４０Ｒ、６４０Ｇ、６４０Ｂと、変調された３色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム６５０と、合成された３色の色光をスクリーンＳＣに投写する投写レンズ系６６０と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン６７０と、プロジェクタ６００の全体を制御する制御部６８０と、を備えている。冷却ファン６７０を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
【００３２】
図１５（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の適用例によるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図１５（Ａ）は携帯電話７００の外観を示しており、図１５（Ｂ）は、内部構成の例を示している。携帯電話７００は、携帯電話７００の動作を制御するＭＰＵ７１０と、ファン７２０と、燃料電池７３０とを備えている。燃料電池７３０は、ＭＰＵ７１０やファン７２０に電源を供給する。ファン７２０は、燃料電池７３０への空気供給のために携帯電話７００の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池７３０で生成される水分を携帯電話７００の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン７２０を図１５（Ｃ）のようにＭＰＵ７１０の上に配置して、ＭＰＵ７１０を冷却するようにしてもよい。ファン７２０を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
【００３３】
図１６は、本発明の適用例によるモータ／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。この自転車８００は、前輪にモータ８１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路８２０と充電池８３０とが設けられている。モータ８１０は、充電池８３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモータ８１０で回生された電力が充電池８３０に充電される。制御回路８２０は、モータの駆動と回生とを制御する回路である。このモータ８１０としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。
【００３４】
図１７は、本発明の適用例によるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット９００は、第１と第２のアーム９１０，９２０と、モータ９３０とを有している。このモータ９３０は、被駆動部材としての第２のアーム９２０を水平回転させる際に使用される。このモータ９３０としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施例におけるステータコア部材を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施例におけるステータの製造方法を示す説明図である。
【図３】第１実施例におけるステータ構造の拡大図である。
【図４】ステータとロータとを組み合わせたモータの拡大図である。
【図５】ギャップＧとトルクリップルの関係に関するシミュレーション結果を示す説明図である。
【図６】第２実施例におけるステータ構造の拡大図である。
【図７】第３実施例におけるステータ構造の拡大図である。
【図８】第４実施例におけるステータ構造の拡大図である。
【図９】第５実施例におけるステータ構造の拡大図である。
【図１０】本発明の一実施例としての２相ブラシレスモータの構成を示す断面図である。
【図１１】ブラシレス電気機械の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１２】駆動ドライバ部の構成を示す回路図である。
【図１３】回生制御部の内部構成を示す回路図である。
【図１４】本発明の適用例によるモータを利用したプロジェクタを示す説明図である。
【図１５】本発明の適用例によるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。
【図１６】本発明の適用例によるモータ／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。
【図１７】本発明の適用例によるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…永久磁石
１８…ヨーク部材
３０…電磁コイル
５０…ロータ
６０…ステータ
６１…ティース部
６２…子ステータ部材
６３…フロントヨーク部
６４…親ステータ部材
６４ｄ…凹部
６５…連結部
８０…磁気センサ
１００…ブラシレスモータ
１１０…回転軸
１１２…軸受部
２００…駆動信号生成部
２１０…駆動ドライバ部
２２０…回生制御部
２２２…整流回路
２２４…スイッチングトランジスタ
２３０…蓄電器
２４０…蓄電制御部
３００…ＣＰＵシステム
６００…プロジェクタ
６１０Ｒ，６１０Ｇ，６１０Ｂ…光源
６４０Ｒ，６４０Ｇ，６４０Ｂ…液晶ライトバルブ
６５０…クロスダイクロイックプリズム
６６０…投写レンズ系
６８０…制御部
７００…携帯電話
７１０…ＭＰＵ
７２０…ファン
７３０…燃料電池
８００…自転車
８１０…モータ
８２０…制御回路
８３０…充電池
９００…ロボット
９１０，９２０…アーム
９３０…モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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