(57)【要約】【課題】巻線の局所的なアンバランスに起因する振動を低減可能なコアレスモータを提供すること。【解決手段】固定子と、円筒型のコアレスコイルで形成された回転子と、を有し、コアレスコイルは、径方向においてｎ分割（ｎは２以上の整数）されたコイルから形成され、ｎ分割されたコイルの合わせ目は、周方向において、３６０／ｎ度ずつ設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
円筒型のコアレスコイルで形成された回転子と、を有し、
前記コアレスコイルは、径方向においてｎ分割（ｎは２以上の整数）されたコイルから形成され、
前記ｎ分割されたコイルの合わせ目は、周方向において３６０／ｎ度ずつ設けられていることを特徴とするコアレスモータ。
【請求項２】
前記固定子の界磁マグネットの極数は２極であり、
前記コアレスコイルは、径方向において２分割されたコイルから形成され、
コイルセグメント数がｍ（ｍは２以上の整数）である場合、前記２分割されたコイルのうち少なくとも一方のコイルのタップ数はｍ×２であることを特徴とする請求項１に記載のコアレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コアレスモータは、鉄心モータに比べて小型高出力であること、さらに高効率であるために消費電流が小さいことから、電源の制約がある携帯機器等に採用されることが多い。さらに、回転子に鉄心を含まないことから、軽量でアンバランス量も小さく、総じてモータから発生する振動も小さい。
【０００３】
コアレスモータでは、これらの特長を活かして、さらなる高性能化を狙ったコイルの製造方法も数多く提案されている。特許文献１には、コイルを二重に成形し、各タップを中間で切断して各セグメントの内層部分と外層部分を直列に結線し、セグメントごとにコミュテータ切片に接続する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２７１１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法では、コイルを円筒型に成形した際に、巻き始めと巻き終わりが合致する部分である合わせ目において、コイルの重なりや隙間が生じることで重量の不均一、すなわちアンバランスが発生しやすい。重量のアンバランスが生じると、不要な振動が発生してしまう。近年、小型化および高出力化の要望からコアレスモータを高速回転させることが多くなっているが、振動量は回転速度の２乗に比例するため、高速回転領域ではアンバランスに起因する振動を無視することはできない。
【０００６】
特許文献１では、六角巻またはコダック方式の巻線を例に挙げているが、類似の菱形巻またはマクソン方式の巻線でも同様の現象が起こりうる。また、ハネカム巻またはファールハーバー方式の巻線では、製造過程で平面コイルの状態を経ずに直接円筒に近い形状を形成する。しかし、巻き始めと巻き終わりが合致する部分である合わせ目では、コイルの重なりや隙間が生じる可能性があり、局所的な重量の偏りが起こりうる。
【０００７】
本発明は、巻線の局所的なアンバランスに起因する振動を低減可能なコアレスモータ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】
【０００８】
本発明の一側面としてのコアレスモータは、固定子と、円筒型のコアレスコイルで形成された回転子と、を有し、コアレスコイルは、径方向においてｎ分割（ｎは２以上の整数）されたコイルから形成され、ｎ分割されたコイルの合わせ目は、周方向において、３６０／ｎ度ずつ設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、巻線の局所的なアンバランスに起因する振動を低減可能なコアレスモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ファールハーバー方式で巻かれたコイルの外観図である。
【図２】実施例１のコイル組立方法の説明図である。
【図３】コイル組立体の断面図である。
【図４】並列接続時のコイル結線図である。
【図５】その他のコイル結線例である。
【図６】実施例２のコイル組立方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
本実施形態のコアレスモータは、固定子と、円筒型のコアレスコイルで形成された回転子と、を有する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、ファールハーバー方式で巻かれたコアレスコイルの外観図である。合わせ目１０、２０は、コイルの巻き始めと巻き終わりが合致する部分である。合わせ目１０、２０に重なりや隙間が生じると、その度合いに応じた重量のアンバランスが発生する。合わせ目１０、２０は、コアレスコイルの周方向において、互いに１８０度回転対称となるように設けられているため、特に全長の短いコアレスコイルではアンバランスが相殺され、他の巻線方式と比較してアンバランスが小さくなりやすい。しかし、合わせ目１０、２０は、互いに異なる端面に形成されているため、厳密にはそれぞれの端面付近でアンバランスが生じており、高速回転では無視できない振動になってしまう。また、全長が長くなると、合わせ目１０、２０間の距離が長くなり、相殺効果が薄れてしまう。
【００１４】
合わせ目は隙間なく一致することが理想であるが、実際は製造上の種々のばらつき要因により合わせ目を一致させることは困難である。合わせ目に重なりが生じると、断線の懸念があることから、コアレスコイルは合わせ目に重なりが生じないように製造されることが多い。その場合、ほとんどのコアレスコイルの合わせ目では、一定の範囲の隙間が生じてしまう。したがって、特定の箇所でアンバランスが生じてしまう。
【００１５】
そこで、本実施例では、あらかじめ複数のコアレスコイルを別々に作製し、これらを同心上に重ねて配置する。図２は、コイルの組立方法の説明図である。図３は、コイル組立体の断面図である。
【００１６】
本実施例では、内外方向（コアレスコイルの径方向）へ２分割された内外コイル（内側コイル１ａおよび外側コイル１ｂ）を組み立てることで、コアレスコイルを作製する。内外コイルは、図２に示されるように、ファールハーバー方式で巻かれている。内側コイル１ａおよび外側コイル１ｂは、内側コイル１ａの外径が外側コイル１ｂの内径より小さくなるように作製されている。これにより、内外コイルを内外方向において重ねて配置することができる。また、内外コイルは、内側コイル１ａの合わせ目３ａと外側コイル１ｂの合わせ目３ｂがコアレスコイルの周方向において互いに１８０度回転対称となるように配置されている。同様に、内側コイル１ａの合わせ目４ａと外側コイル１ｂの合わせ目４ｂ（不図示）がコアレスコイルの周方向において互いに１８０度回転対称となるように設けられている。これにより、コアレスコイルの重量アンバランスを相殺することができる。
【００１７】
内外方向へ３分割されたコイルを組み立てる場合、すなわち３つのコイルを内外方向において重ねて配置する場合、各コイルの合わせ目がそれぞれ１２０度ずつ回転した位置に位置するように３つのコイルを配置すればよい。すなわち、コアレスコイルが内外方向においてｎ分割（ｎは２以上の整数）された場合、ｎ分割されたコイルの合わせ目は、コアレスコイルの周方向（回転方向）において、３６０／ｎ度ずつ設けられている。
【００１８】
本実施例では、固定子の界磁マグネットの極数が２極であるモータを想定しており、その場合、１つのコイルの回転方向分割数は３、５、７のように奇数となる。したがって、２つのコイルを単純に１８０度回転させて配置しただけでは、内側コイル１ａのタップ線２ａおよび外側コイル１ｂのタップ線２ｂの位置が一致せず、コイル位相が半分ずつずれた状態になってしまう。位相がずれた状態で内外コイルを結線すると、モータの駆動特性が大幅に悪化してしまい、望ましくない。このような場合、少なくとも一方のコイルでは、タップ数を所望のコイルセグメント数の２倍の数にしておくとよい。例えば、３セグメントが必要な場合と５セグメントが必要な場合のタップ数はそれぞれ、６本と１０本である。図２では３セグメントが必要な場合を想定しており、内外コイルのタップ数はともに６本である。
【００１９】
続いて、内側コイル１ａと外側コイル１ｂを結線するために、タップ線を接続する。それぞれ重なった内外のタップ線を接続すると、図４（ａ）に示されるように、内外コイルが並列に接続された状態となる。このとき、タップ線の数は６本であるが、所望のコイルセグメント数は３であるので、整流子に接続するのは３つのタップとする。残りの３つのタップは、他の部分とショートしないように短く切って、接着剤や絶縁体で覆うなどして絶縁処理しておくとよい。図４（ｂ）は、整流子に接続した状態を示している。
【００２０】
本実施例では、内外コイルのタップ線を全て接続したが、図４（ｃ）に示されるように、１つおきにタップ線を接続してもよい。図４（ｂ）と図４（ｃ）は回路的に等価であり、どちらを選択しても構わない。
【００２１】
結線パターンは、内側と外側のタップをまとめて同じ位置で接続すると、図５（ａ）に示されるように並列パターンとなるが、図５（ｂ）に示されるように直列パターンとすることも可能である。また、図５（ａ）および図５（ｂ）はデルタ結線の例であるが、図５（ｃ）および図５（ｄ）に示されるようにＹ結線による並列および直列接続も可能である。このようなＹ結線とするために、巻線同士を半田等で直接接続する他、中点リングや配線基板を利用する方法なども提案されている。所望の特性に応じて直列／並列やデルタ結線／Ｙ結線を使い分けることで、セグメントコイルの抵抗値を複数の選択肢から選択することが可能となる。
【００２２】
以上説明したように、本実施例では、内側コイルと外側コイルは重量のアンバランス箇所が１８０度回転対称となるように配置されているため、コイルの重量アンバランスの大部分は相殺され、コイル全体としての重量バランスが大きく改善される。また、コイルの隙間に起因して発生するトルクリップルも相殺することができる。したがって、高速回転時においても振動の発生しにくいモータを提供することができる。
【実施例２】
【００２３】
本実施例のコアレスモータは、図６に示されるように、コダック方式で巻かれたコイルを有する。コダック方式では、平面に成形されたコイルを円筒状に丸めるという工程が必要であるという点で実施例１のファールハーバー方式とは異なるが、２つの円筒コイルをあらかじめ作製し、内外に重ねて配置するという点では同じである。また、少なくとも一方のコイルのタップ数を所望のコイルセグメント数の２倍とすること、コイルの合わせ目を内外で１８０度回転対称にすること、および結線方法等も同様である。
【００２４】
本実施例では、固定子の界磁マグネットの極数が２極であるモータを想定している。また、本実施例では、図６に示されるように、コイルセグメント数が３である場合を想定している。内外方向のコイル分割数を２、外側コイルのみタップ数を６とした場合、コイル同士を１８０度回転させて組み合わせる。すなわち、本実施例では、コイルセグメント数がｍ（ｍは２以上の整数）である場合、２分割されたコイルのうち少なくとも一方のコイルのタップ数をｍ×２とする。
【００２５】
コダック方式では、円筒コイルを完成させるために、平形成形など多数の工程が必要であるため、各工程において種々のバラツキを含んでしまう。そのため、コイルカーリング時において、合わせ目を隙間なく形成するのは困難である。通常、コイルの合わせ目は、目視で判別できる程度の範囲に形成される。また、円筒端面の合わせ目を境に、外側コイル１ｂでは９０度の範囲に合わせ目５ｂが形成され、内側コイル１ａでは反対側の９０度の範囲に合わせ目５ａが形成される。すなわち、コダック方式では、合わせ目は１８０度の範囲に集中するため、コイルのアンバランスが生じやすく、その程度も大きくなりやすい。
【００２６】
したがって、本実施例のように内外コイルを合わせ目が１８０度回転対称となるように配置することで、効果的にアンバランスが相殺されるため、実施例１に比べて効果が得られやすい。
【００２７】
コダック方式では平形コイルの断面形状が六角形であるのに対し、マクソン方式では菱形である点で、マクソン方式はコダック方式と異なるが、他の構成は同様である。したがって、本発明のコアレスモータでは、コダック方式の代わりにマクソン方式で巻かれたコイルを使用してもよい。
【００２８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１ａ，１ｂ  コイル
３ａ，３ｂ  合わせ目
【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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