(57)【要約】【課題】３相クローポール型モータにおいて、同一出力を維持したまま小型化を図る。【解決手段】周方向に永久磁石４を配したロータ１の内側に所定の空隙をあけてステータコア５を配置し、外転形の３相クローポール型モータを構成する。ステータコア５はその外周部の円周上に上側爪磁極６と下側爪磁極６’が交互に配置され、爪磁極間にリング状にコイル７を巻いて１相（ｕ相）を構成する。さらに、その１相分を電気角で１２０度ずらした位置に別の相（ｖ相）、さらに１２０度ずらした位置に別の相（ｗ層）を、それぞれ軸方向に並べて積み重ね、３相クローポール型モータを得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の上側及び下側の爪磁極を固定子コアの外周部に設け、前記爪磁極の外周側に所定の空隙を介して回転可能に支持された回転子を設けることを特徴とする３相クローポール型モータ。
【請求項２】
請求項１において、前記上側及び下側の爪磁極間にリング状コイルを挟み込んで１相を構成し、該１相と同一形状の相を電気角で120度づつずらして軸方向に配置して他の２相を構成することを特徴とする３相クローポール型モータ。
【請求項３】
請求項１において、前記固定子コアの内周側軸接触面に、前記固定子コアに巻かれたリング状コイルの端末線を外部に取り出すための穴部と、該穴部と連結して軸方向に伸びる溝部を設けたことを特徴とする３相クローポール型モータ。
【請求項４】
請求項１において、前記固定子コアの全体または少なくとも爪磁極は一体成形で構成することを特徴とする３相クローポール型モータ。
【請求項５】
請求項１において、前記固定子コアの軸方向の両端部に凹部を設け、回転子を支持するベアリングを前記凹部に配置することを特徴とする３相クローポール型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業用、家電、自動車分野で使用される3相クローポール型モータの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
クローポール型モータは安価な構造と駆動回路の簡単さなどから、ＯＡ用機器、自動車機器などに使用されており、通常は特許文献１、２などに記載のように内転形ステッピングモータとして構成されている。モータ形式には単相，２相，３相があり、用途によって使い分けがなされている。その中でも３相モータは制御性が良く、少ないトランジスタ数で駆動できる利点がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１６１０５４号公報
【特許文献２】特開２００３−９５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のクローポールモータは、ステータコアの内側にロータが配置された内転形であり、モータの小型化にはステータ及びロータの径を縮小する必要があった。しかし、モータの回転トルクはロータの径に比例するので、ロータ径を縮小すると回転トルクの低下を招いてしまう。このため、同一出力を維持したままでの小型化が困難な状況にあった。
【０００５】
また、内転形クローポールモータにおいては、ベアリングとエンドリングからなるロータ支持機構部がステータコアの軸方向の両端に設けられているため、これらの軸方向厚み分によるモータの体格増大が避けられなかった。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、同一出力を維持したまま小型化を可能にする３相クローポール型モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明は、外転形の３相クローポール型モータである。すなわち、複数の上側及び下側の爪磁極を固定子コアの外周部に設け、前記爪磁極の外周側に所定の空隙を介して回転可能に支持された回転子を設けることを特徴とする。前記上側及び下側の爪磁極間にトロイダル状（リング状）に巻線されたコイルを挟み込んで１相を構成し、該１相と同一形状の相を電気角で120度づつずらして軸方向に配置して他の２相を構成する。
【０００８】
前記固定子コアの全体または少なくとも爪磁極は、粉体によって一体成型される。前記固定子コアの内周側軸接触面にはリング状コイルの端末線を外部に取り出すための穴部と、該穴部と連結して軸方向に伸びる溝部を設けている。
【０００９】
また、前記固定子コアの軸方向の両端部に凹部を設け、回転子を支持するベアリングを前記凹部に配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による外転形の３相クローポール型モータは、内転形モータと比較して同一出力での小型化、及び同一体格での高出力化を実現できる。また、ステータコアが内周側に配置されることでコイル長が短縮され電気抵抗が減少するため、モータ効率の向上を実現できる。
【００１１】
また、固定子コアを粉体成形品によって一体成型するので、爪磁極を含む固定子コアの小型化が容易で、製造のばらつきも低減できる。
【００１２】
さらに、ステータコアの両端に凹部を設け、そこにベアリングを配置することで、ベアリングの軸方向厚み分だけモータの軸方向長さを短縮することができ、より一層の小型化を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
３相クローポール型モータの小型化・高トルク化、及びモータ効率の向上を実現するため、固定子コアを圧粉磁心という粉体成形品によって構成するモータ構造とした。以下、図面を用いて実施例を説明する。なお、各図を通して同一の符合は同等のものを示している。
【００１４】
図４は従来の内転形３相クローポールモータの構造を示す一例である。図４において、１はロータ、２はシャフト、３はロータコア、４はロータ磁石、５はステータ、６は爪磁極、７は巻線を示している。
【００１５】
図５に従来の一極分の爪磁極の斜視図を示す。図５において、６は上側爪磁極、６’は下側爪磁極を示す。（ａ）は図４におけるステータ５をロータ側からみた部分図で、上下の爪磁極はリングコイル７を挟み込んで配置され、円周上に上側爪磁極６と下側爪磁極６’が交互に配置される状態で１相（ｕ相）を構成する。その１相分を電気角で１２０度ずらした位置に別の相（ｖ相）、さらに１２０度ずらした位置に別の相（ｗ層）を軸方向に並べて積み重ね、３相のモータを得る。
【００１６】
図５（ｂ）は（ａ）における各相の断面を示す。磁石の極数は爪の対数と同じ（同極対）で、図示のモデルは１２極の例である。この場合、上側磁極爪６と下側磁極爪６’の位置関係は図示のとおりとなる。
【００１７】
次に、このような３相クローポールモータにおける磁界と永久磁石の関係を説明する。図３はステータの磁界とロータの永久磁石の関係を示す説明図である。ステータコイル７に、（ａ）に示す三相交流電流を通電しているとすると、時刻ｔ１の瞬間においてステータに形成される磁界とロータの永久磁石との関係は（ｂ）のようになる。ただし、リング状コイルの時計回り方向を電流の正方向とする。
【００１８】
すなわち、時刻ｔ１のときU相には正の電流が流れている。このときU相における磁束の流れは（ｂ）のA断面に示す点線矢印のようになり、爪磁極６ｕはN極の働きを、爪磁極６ｕ’はＳ極の働きをするため、ステータとロータとの間には反発力が生じる。同様にして、時刻ｔ１のときV相には正の電流が流れている。V相における磁束の流れは（ｂ）のB断面に示す点線矢印のようになり、爪磁極６ｖはN極の働きをするためロータS極との間に吸引力が生じる。一方、６ｖ’はS極の働きをするため、ロータS極との間には反発力が、ロータN極との間には吸引力が生じる。同様にして、時刻ｔ１のときW相には負の電流が流れている。このときW相における磁束の流れは図３（ｂ）のC断面に示す点線矢印のようになり、爪磁極６ｗはS極の働きをするためロータS極との間には反発力が、ロータN極との間には吸引力が生じる。一方、６ｗ’はN極の働きをするためロータS極との間には吸引力が、ロータN極との間には反発力が生じる。従って、各相の合力がロータの回転力となり、図では反時計回りにロータが回転する。
【００１９】
内転形クローポールモータを小型化するにはステータ及びロータの径を縮小する必要がある。しかしながら、一般にモータの回転トルクはロータの径に比例し、ロータ径を縮小すると、それに伴い回転トルクの低下を招いてしまう。一方、ロータ径を一定に保ちステータ外径を縮小することにより小型化を図る場合においても、コイルスロットの断面積減少に伴い通電電流が減少するので、結果的に回転トルクが低下する。従って、同一出力を維持したままでの内転形クローポールモータの小型化には困難がある。
【００２０】
この問題を解決するために、本発明のクローポール型モータはロータを外転形とした。これにより、従来の内転形クローポールモータに比べ小型化・高出力化を実現できる。
【００２１】
図１は本発明の外転形３相クローポールモータの全体構造を示す斜視図である。図１において、１はロータ、２はシャフト、３はロータコア、４はロータ磁石、５はステータを示す。ステータコア５の上下の爪磁極間にはトロイダル状のコイルが巻かれている。また、ステータコア５の全体または少なくとも爪磁極は圧粉磁心で一体成形されている。
【００２２】
図２に本実施例の一極分の爪磁極の斜視図を示す。ステータコア５の基本的な構成は図５の場合と同じであるが、本実施例のステータコア５はロータ１の内側に配置されている。すなわち、円周上に上側爪磁極６ｕと下側爪磁極６ｕ’が交互に配置される状態で１相（ｕ相）を設ける。その１相分（ｕ相）を電気角で１２０度ずらした位置に上側爪磁極６ｖと下側爪磁極６ｖ’を軸方向に配置して別の相（ｖ相）を設ける。さらに１２０度ずらした位置に上側爪磁極６ｗと下側爪磁極６ｗ’を軸方向に配置して別の相（ｗ層）を設け、３相のクローポールモータを構成している。
【００２３】
図６に内転形と外転形の寸法の違いを示す。（ａ）は従来の内転形で、ロータ径ｒ、その外側のステータ厚みａである。（ｂ）は本実施例の外転形で、ロータ１の内周側にステータコア５を配置する。このため、ロータ径ｒの減少並びに回転トルクの減少を招くことなくステータコア５の径方向厚みaに相当する分だけ、従来の内転形に比べ小型化が可能になる。
【００２４】
また、ステータコア内径を適当に選ぶことで、所望のコイルスロット断面積（＝a×軸方向長さ）を確保することができるので、通電電流の減少や回転トルクの減少を招くことはない。さらに、ステータコアが内周側に配置されることにより、コイルの周長が減少し、電気抵抗が減少することからモータ効率の向上を実現できる。
【００２５】
次にクローポール型モータのコイル端末の引き出し構造について説明する。図７はクローポール型モータのコイル端末の引き出し構造で、（ａ）は従来の内転形、（ｂ）は本実施例の外転形の場合である。内転形の場合、ステータが外側に位置するので各相のコイル端末を引き出すためには、（ａ）に示すようにコイル端末線引き出し用の穴部１０を設ければよい。しかし、外転形の場合はステータがロータに覆われているため簡単な構造にはならず、特に従来の珪素鋼板では引き出し溝の加工が困難であった。
【００２６】
本実施例では圧粉磁心等の粉末成形体を用いた３次元構造により、図７（ｂ）に示すようなステータを構成することで、外転形クローポールモータのコイル端末線の引き出しを簡易化している。図７（ｂ）はステータ５をシャフト２側から見た部分図であり、各相にはコイル端末引き出し用の穴部１１および、これと連結する引き出し溝１１が設けられ、穴部１０から取り出した各相のコイル端末は溝１１を通じて外部に引き出される。
【００２７】
次にクローポール型モータのロータ支持機構について説明する。図８はクローポール型モータのロータ支持機構を示している。（ａ）は従来の内転形３相クローポール型モータの断面図を示す。内転形モータの場合、ベアリング８とエンドリング９からなるロータ支持機構がステータコア５の軸方向両端面に設けられる。このロータ支持機構部の軸方向厚み分によるモータの体格増大は避けられない。
【００２８】
図８（ｂ）は本実施例による外転形３相クローポール型モータの断面図を示す。（ｂ）において、ステータコア５の両端に凹部を設け、そこにベアリング８を配置する。これによれば、ベアリング８の軸方向厚み分だけモータの軸方向長さを短縮することができるので、より一層の小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例による外転形３相クローポールモータの全体図。
【図２】本実施例のステータ構造と各相の断面を示す説明図。
【図３】本実施例における磁界と永久磁石の関係を示す説明図。
【図４】従来の内転形３相クローポールモータのロータとステータを示す分解図。
【図５】従来のステータ構造と各相の断面を示す説明図。
【図６】内転形と外転形の３相クローポールモータの寸法の違いを示した比較図。
【図７】内転形と外転形のコイル端末引き出し構造を示す構造図。
【図８】内転形と外転形の３相クローポールモータのロータ支持機構を示す断面図。
【符号の説明】
【００３０】
１…ロータ、２…シャフト、３…ロータ（ロータコア）、４…ロータ磁石、５…ステータ（ステータコア）、６…爪磁極、６ｕ，６ｖ，６ｗ…上側爪磁極、６ｕ’，６ｖ’，６ｗ’…下側爪磁極、７，７ｕ，７ｖ，７ｗ…コイル、８…ベアリング、９…エンドリング。
【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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