(57)【要約】ステータコア２３は十字状に交差した連結胴部２４、２５のうち連結胴部２４の両端側に第１の磁極コア３６が、連結胴部２５の両端側に第２の磁極コア３９が各々形成されており、第１の磁極コア３６は周方向両側へ突設された磁束作用面部３７を有し、該磁束作用面部３７は第１の磁極コア３６の長手方向の中心線Ｍに対して磁気的に非対称となるように当該中心線Ｍの両側で形状が異なっている。
2004006414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に出力軸を中心に回転可能に支持され４極に着磁された円筒状のマグネットロータと、該マグネットロータに囲まれた空間部に配置され、前記出力軸が挿通して設けられ、ステータコアにボビンを介して電機子巻線が巻き回されたステータとを備えた４極同期モータにおいて、
前記ステータコアは十字状に交差した各連結胴部の両端側に第１の磁極コアと第２の磁極コアとが各々形成されており、前記第１の磁極コアは周方向両側へ突設された磁束作用面部を有し、該磁束作用面部は第１の磁極コアの長手方向の中心線に対して磁気的に非対称となるように当該中心線の両側で形状が異なっていることを特徴とする４極同期モータ。
【請求項２】
前記第２の磁極コアの磁束作用面部を周方向両側に拡張する補助コアが、第２の磁極コアの両側でボビンとの間で挟持されて各々取り付けられることを特徴とする請求項１記載の４極同期モータ。
【請求項３】
前記第２の磁極コアの磁束作用面部を周方向拡張する補助コアとして磁極片部が両側に設けられ、該磁極片部が第２の磁極コアの長手方向の中心線に対して磁気的に非対称となるように当該中心線の両側で形状が異なっていることを特徴とする請求項１記載の４極同期モータ。
【請求項４】
前記第１の磁極コア及び第２の磁極コアにおいて、マグネットロータに対向する磁束作用面部が周方向に中心角で５０度乃至７０度の範囲で設けられていることを特徴とする請求項１記載の４極同期モータ。
【請求項５】
ハウジング内に出力軸を中心に回転可能に支持され４極に着磁された円筒状のマグネットロータと、該マグネットロータに囲まれた空間部に配置され、前記出力軸が十字状に交差した連結胴部を挿通して設けられ、各連結胴部の両端側に第１の磁極コアと第２の磁極コアとが各々形成されたステータコアにボビンを介して電機子巻線が巻き回されたステータとを備えた４極同期モータにおいて、
前記ボビンは筒状の巻芯部を囲む起立壁が架橋部を介して一体に形成された断面コ字状の溝部に、予めリング状に巻き回された電機子コイルが嵌め込まれ、前記第２の磁極コアが巻芯部を各々挿通し前記架橋部が第１の磁極コアの連結胴部側面に両側から突き当てられて、前記ステータコアに嵌め込まれることを特徴とする４極同期モータ。
【請求項６】
前記各ボビンは、予め巻線治具にて電機子巻線がリング状に巻かれて形成された電機子コイルが溝部に嵌め込まれることを特徴とする請求項５記載の４極同期モータ。
【請求項７】
前記電機子コイルは、自己融着線がコイル状に巻き回され、前記各ボビンの溝部に嵌め込まれて接着されることを特徴とする請求項５記載の４極同期モータ。
【請求項８】
前記巻芯部は起立璧より外方へ突出して設けられており、該巻芯部に嵌め込まれた電機子コイルの端面を覆って絶縁フィルムが前記巻芯部に各々嵌め込まれ、該絶縁フィルムの外側に電機子巻線どうしの端子間接続を行う配線パターンが形成された結線基板が前記巻芯部に各々嵌め込まれることを特徴とする請求項５記載の４極同期モータ。
【請求項９】
前記ボビンには、電機子巻線どうしの端子間接続を行う配線パターンが形成された結線基板間を接続するコイル外結線を挿通する第１の配線孔と前記結線基板に接続する外部接続線を束ねて通過させる第２の配線孔が穿設されていることを特徴とする請求項５記載の４極同期モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は４極同期モータに関する。
【背景技術】  近年、例えばＯＡ機器には、冷却用のＤＣ或いはＡＣファンモータが装備されており、特に高回転数を要する機器には２極或いは４極のＡＣファンモータが好適に用いられる。
このＡＣファンモータの構成について説明すると、電機子コイルに接続する整流回路にダイオード、ブラシ、コミュテータを備え、交流電源より供給された交流電流を整流しながらマグネットロータを付勢するように回転させて直流モータとして起動運転し、マグネットロータの回転を同期回転付近まで立ち上げ、その時点でコミュテータを機械的に整流回路から脱除して交流電源による同期運転に切換える同期モータがある（特開平９−８４３１６号公報、特願平９−１３５５５９号公報参照）。
また、マイクロコンピュータによる通電制御により、起動運転回路のＡコイル及びＢコイルに流れる整流電流の電流方向を交互に切換えて起動運転し、或いは起動運転回路の電機子コイルに交互に流れる整流電流が反転する範囲内でスイッチング制御して非反転側に対して反転側の入力を抑えて起動運転し、光センサにより検出されたマグネットロータの回転数が同期回転数付近に到達したときに、運転切換えスイッチを同期運転回路に切換えて同期運転に移行するよう制御する同期モータが提案されている（特開２０００−１２５５８０号公報、特開２０００−１６６２８７号公報参照）。
これらの同期モータにおいて、ステータコア（積層コア）の溝部には絶縁樹脂製のボビンが嵌め込まれており、該ボビンには電機子巻線としてのコイル巻線が巻き回されている。この電機子コイルは、自動機などを用いてモータの回転方向に合わせて所定の巻き方向に所定の巻数でボビンに巻き付けられている。
上述した同期モータにおいて、起動時にマグネットロータの起動回転方向が安定せず、巻線への通電によりステータコアに発生するステータ磁極とロータ磁極とが吸引し合って回転しない回転死点が発生するおそれがあった。
また、小型のステータコアにボビンを装着し、該ボビンに電機子巻線を巻き回す一連の作業を自動化するのは難しく、モータの組立工数が多く生産性が低いという課題があった。
また、電機子巻線をボビンに巻き回す場合、ボビンの撓みや外形歪み等により電機子巻線を整列巻きすることが困難であった。これにより電機子巻線の占積率が低下してモータの効率を上げることが難しくなる。
更に、コイル外結線を、マグネットロータに囲まれた狭い空間内でコイル外結線を配線しなければならず、配線がロータに干渉することなく引き回すのが難しく、外部接続線の接続部分に作用する引張り力や巻線より発生する熱などにより接続信頼性が低下し易い。
【発明の開示】
本発明の第１の目的は、マグネットロータの起動回転方向を安定させること、第２の目的は、モータの組立工程を簡略化して生産性向上を図ること、第３の目的はステータコアにボビンを介して巻き回される電機子巻線の占積率を向上させること、第４の目的はコイル外結線の配線長を短縮し、接続部の信頼性を向上させることが可能な４極同期モータを提供することにある。
上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
即ち、ハウジング内に出力軸を中心に回転可能に支持され４極に着磁された円筒状のマグネットロータと、該マグネットロータに囲まれた空間部に配置され、前記出力軸が挿通して設けられ、ステータコアにボビンを介して電機子巻線が巻き回されたステータとを備えた４極同期モータにおいて、ステータコアは十字状に交差した各連結胴部の両端側に第１の磁極コアと第２の磁極コアとが各々形成されており、前記第１の磁極コアは周方向両側へ突設された磁束作用面部を有し、該磁束作用面部は第１の磁極コアの長手方向の中心線に対して磁気的に非対称となるように当該中心線の両側で形状が異なっていることを特徴とする。
また、第２の磁極コアの磁束作用面部を周方向両側に拡張する補助コアが、第２の磁極コアの両側でボビンとの間で挟持されて各々取り付けられることを特徴とする。この場合、補助コアは、磁束作用面部となる磁極片部が第２の磁極コアの長手方向の中心線に対して磁気的に非対称となるように当該中心線の両側で形状が異なっていることを特徴とする。
また、第１の磁極コア及び第２の磁極コアにおいて、マグネットロータに対向する磁束作用面部が周方向に中心角で５０度乃至７０度の範囲で設けられていることを特徴とする。
また、ボビンは筒状の巻芯部を囲む起立壁が架橋部を介して一体に形成された断面コ字状の溝部に、予めリング状に巻き回された電機子コイルが嵌め込まれ、第２の磁極コアが巻芯部を各々挿通し架橋部が第１の磁極コアの連結胴部側面に両側から突き当てられてステータコアに嵌め込まれることを特徴とする。この場合、各ボビンは予め巻線治具にて電機子巻線がリング状に巻かれて形成された電機子コイルが溝部に嵌め込まれることを特徴とする。また、電機子コイルは、自己融着線がコイル状に巻き回され、各ボビンの溝部に嵌め込まれて接着されることを特徴とする。
更に、巻芯部は起立璧より外方へ突出して設けられており、該巻芯部に嵌め込まれた電機子コイルの端面を覆って絶縁フィルムが前記巻芯部に各々嵌め込まれ、該絶縁フィルムの外側に電機子巻線どうしの端子間接続を行う配線パターンが形成された結線基板が巻芯部に各々嵌め込まれていることを特徴とする。この場合、ボビンには、結線基板間を接続するコイル外結線を挿通する第１の配線孔と結線基板に接続する外部接続線を束ねて通過させる第２の配線孔が穿設されていることを特徴とする。
上述した４極同期モータを用いると、ステータコアは、第１の磁極コアの周方向両側へ突設された磁束作用面部が当該第１の磁極コアの長手方向の中心線に対して磁気的に非対称となるように当該中心線の両側で形状が異なっているので、マグネットロータの回転死点を解消することができ、起動回転方向を安定化することができる。
また、第２の磁極コアの磁束作用面部を周方向両側に拡張する補助コアの磁束作用面部となる磁極片部が、第２の磁極コアの長手方向の中心線に対して磁気的に非対称となるように当該中心線の両側で形状が異なっていることが、マグネットロータの起動回転方向を安定化するうえで好ましい。
また、筒状の巻芯部を囲む起立壁が架橋部を介して一体に形成された断面コ字状の溝部に予めリング状に巻き回された電機子コイルが嵌め込まれたボビンが、第２の磁極コアが巻芯部を各々挿通し架橋部が第１の磁極コアの胴部連結部側面に両側から突き当てられてステータコアに装着されるので、モータの組立工程を簡略化でき、モータの組立自動化を図ることにより生産性を向上させることができる。
また、予め巻線治具にて電機子巻線がリング状に巻かれた電機子コイルが溝部に嵌め込まれるので、ボビンのたわみなどの変形に影響されず電機子巻線が整列巻きされた電機子コイルを形成することができる。従って、電機子巻線の占積率を向上させ、モータの効率を向上させることができる。
電機子コイルどうしの端子間接続を行う配線パターンが形成された結線基板がボビンの巻芯部に各々嵌め込まれているので、巻芯部に嵌め込まれた電機子コイルの外側の開いたスペースを利用して結線基板により巻線間の配線接続を行うことができ、モータ内の配線長を省略して小型化することができる。
更には、ボビンには、結線基板間を接続するコイル外結線を挿通する第１の配線孔が形成されているので、基板間を最短距離で配線接続でき、結線基板に接続する外部接続線を束ねて通過させる第２の配線孔が穿設されているので、外部接続線に作用する引張り力を第２の配線孔が形成されたボビン自体で一旦受けることにより、結線基板との接合部に引張り力が直接作用せず、接合部の接続信頼性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】図１Ａは４極同期モータを第１の磁極コア側から見た内視断面説明図であり、図１Ｂは結線基板の説明図であり、図２は上ハウジングより見た平面図であり、図３は上ハウジングを一部取り外したモータの内視図であり、図４Ａは、４極同期モータの結線基板及び絶縁フィルムを取り外した内視断面説明図であり、図４Ｂは、補助コアの装着状態を示す部分図であり、図５は下ハウジングより見た平面図であり、図６は４極同期モータの分解斜視図であり、図７Ａはステータコアの平面図であり、図７Ｂは矢印Ｃ−Ｃ方向断面図であり、図８Ａは一方の補助コアの上視図であり、図８Ｂは、正面図であり、図９Ａは他方の補助コアの上視図であり、図９Ｂは、正面図であり、図９Ｃは、右側面図であり、図１０Ａはボビンの上視図であり、図１０Ｂは、図矢印Ａ−Ａ断面図であり、図１０Ｃは、ボビンの正面図であり、図１０Ｄは、矢印Ｂ−Ｂ断面図であり、図１１Ａ及び図１１Ｂはステータコアの斜視説明図であり、図１２はステータコアに嵌め込まれたボビンに巻き回された巻線のコイル外の結線図であり、図１３Ａは電機子コイルの上視図であり、図１３Ｂは、側面図であり、図１４は４極同期モータの運転回路の説明図であり、図１５はステータコアの第１の磁極コア及び第２の磁極コアの磁束作用面部の周方向の角度範囲を示す説明図であり、図１６はモータ負荷−入力電流特性を示すグラフ図である。
【発明を実施するための最良の形態】  先ず、図１乃至図６を参照して４極同期モータの全体構成について説明する。
以下の説明では、アウタロータ型の４極同期モータについて説明する。
図１乃至図３において、回転子（ロータ）及び固定子（ステータ）は上ハウジング１及び下ハウジング２が上下に重ね合わされねじ３によりねじ止めされて形成されるハウジング４内に収容されている。図１Ａにおいて、ハウジング４には出力軸５が嵌め込まれている。出力軸５は、上ハウジング１に保持された上部ベアリング６及び下ハウジング２にかしめられたステータフレーム８に嵌め込まれた下部ベアリング７により回転可能に支持されている。上部ベアリング６及び下部ベアリング７としては、電機子コイルに形成される磁界の乱れを考慮して、非磁性の材料、例えばステンレスが好適に用いられる。また、上部ベアリング６の軸方向上端と上ハウジング１との間には予圧バネ９が介装されており、上部ベアリング６を軸方向下側に向けて付勢して後述するロータの浮き上がりを抑えている。
マグネットロータ１０の構成について図４乃至図６を参照して説明する。ボス１１はロータケース１２にかしめられており、ロータケース１２はボス１１を介して出力軸５に嵌め込まれて一体的に固着されている。ボス１１は上ハウジング１に設けられた上部ベアリング６に回転可能に支持されている。ロータケース１２は下端側が開放されたカップ状に形成されており、内周面には円筒状の永久磁石１３が固着されている。永久磁石１３は周方向に略９０度ずつＮ・Ｓ交互に４極に着磁されている。この永久磁石１３としては、例えば、フェライト，ゴムマグネット，プラスチックマグネット，サマリュウムコバルト、希土類のマグネット、ネオジ鉄ボロンなどを原材料として安価に製造することができる。ロータケース１２の周面部には周方向に切り欠いた一部を内周面側に折り曲げた折曲片１４及び切欠孔１５が２箇所に形成されている。折曲片１４は、永久磁石１３をロータケース１２に取り付ける際の度当たり（尺度）として利用され（図４Ａ参照）、切欠孔１５はステータ１６より発生した熱を外部に放散する通気孔として作用する。上述したようにマグネットロータ１０は、ボス１２が出力軸５に嵌め込まれてハウジング４に回転可能に支持されている。マグネットロータ１０は通電によりステータ１６側に形成される磁極との反発により出力軸５を中心に起動回転するようになっている。
マグネットロータ１０に囲まれた空間部にはステータ１６が設けられている。図５において、下ハウジング２にかしめられるステータフレーム８には、外部接続線をハウジング４外へ引き出す配線引出口１７及びロータの回転位置を検出するセンサに接続する配線をハウジング４外へ引き出すセンサ配線引出口１８が設けられている。配線引出口１７及びセンサ配線引出口１８から引き出された各配線は後述する起動運転回路や同期運転回路が設けられた制御基板に電気的に接続されている。
また、図６において、ステータフレーム８には、下部ベアリング７が保持されており、出力軸５の一端を回転可能に支持している。ステータフレーム８には、マグネットロータ１０の回転数や磁極位置を検出するホール素子１９を備えたセンサ基板２０がねじ２１により固定されている。ホール素子１９はマグネットロータ１０の回転数及び磁極位置を検出し、回転数に応じたパルスを発生させ、磁極位置に応じて後述するマイクロコンピュータにより所定のタイミングで起動運転回路のスイッチング制御が行われる。尚、ホール素子１９に代えて光透過型若しくは反射型の光センサ、磁気抵抗素子、コイルなどを用いた磁気センサ、高周波誘導による方法、キャパシタンス変化による方法など様々なセンサが利用可能である。
ステータ１６の構成について図４及び図６を参照して説明する。図４Ａにおいて、ステータフレーム８には、ステータ載置部２２が設けられており、該ステータ載置部２２にステータコア２３が載置される。ステータコア２３は４スロットを有する積層コアが用いられ、十字状に交差した各連結胴部２４、２５の両端側に第１の磁極コア３６と第２の磁極コア３９とが各々形成されている。第１の磁極コア３６には固定孔（貫通孔）２６が穿設されており、該固定孔２６に固定ボルト２７を挿通してステータコア２３がステータ載置部２２にねじ止めされる。ステータコア２３の連結胴部２４、２５が十字状に交差する交差部には軸孔（貫通孔）２８が穿設され、出力軸５が挿通して設けられる。ステータコア２３にボビン２９を介して電機子コイル３０が嵌め込まれている。
図６において、ステータコア２３は第２の磁極コア３９が巻芯部３１を挿通してボビン２９が第１の磁極コア３６の連結胴部側面４９に突き当てて嵌め込まれる。このボビン２９の巻芯部３１には、電機子巻線が例えばＡコイル及びＢコイルが直列に巻回された電機子コイル３０が嵌め込まれる。電機子コイル３０が嵌め込まれる巻芯部３１には中心部に嵌込孔３２ａが形成された絶縁フィルム３２、中心部に嵌込孔３３ａが形成された結線基板３３が順次重ね合わせて嵌め込まれる。また、結線基板３３の外側から、第２の磁極コア３９の両側に補助コア３４、３５が嵌込孔３３ａ、３２ａを通じて挿入され、第２の磁極コア３９の側面と巻芯部３１の内壁面との間に挟持されて取り付けられる（図３、図４Ｂ参照）。
次にステータ１６の構造について、図３、図７乃至図１３、図１５及び図１６を参照して具体的に説明する。図７Ａ及び図７Ｂにおいて、ステータコア２３は、第１の磁極コア３６が周方向両側へ突設された磁束作用面部３７を有し、該磁束作用面部３７は第１の磁極コア３６の長手方向の中心線Ｍに対して磁気的に非対称となるように当該中心線Ｍの両側で形状が異なっている。具体的には、第１の磁極コア３６のマグネットロータ１０と対向する磁束作用面部３７の一部に凹部３８が設けられ、ロータ磁極部との間にギャップ（空隙部）が形成されるので、磁束作用面部３７から作用する磁束のバランスが中心線Ｍに対して左右で崩れて一方側に偏り、即ち磁気抵抗が少ない凹部３８が形成されていない時計回り方向側の磁束作用面部３７へ磁束が偏って作用するようになっている。図３において、第１の磁極コア３６の磁極作用面部３７に形成される凹部３８は、出力軸５の回転中心に対して点対称となる位置（１８０度回転した位置）に形成されている。ステータコア２３の透磁率は補助コア３４、３５より大きくなるように設計されている。ステータコア２３は例えばケイ素鋼板よりなる積層コアが好適に用いられる。
図３において、第２の磁極コア３９の磁束作用面部３７を周方向両側に拡張する補助コア３４、３５が、第２の磁極コア３９の側面と巻芯部３１の内壁面との間で挟持されて各々取り付けられる。補助コア３４は第２の磁極コア３９の一方の側面に装着され、補助コア３５は他方の側面に分かれて装着される。補助コア３４及び補助コア３５は第２の磁極コア３９の両側面に１対で設けられ、第２の磁極コア３９の磁束作用面３７から作用する磁束を補完する。補助コア３４、３５は、磁束作用面部となる磁極片部３４ａ、３５ａが第２の磁極コア３９の長手方向の中心線Ｎに対して磁気的に非対称となるように当該中心線Ｎの両側で形状が異なっている。具体的には、図８Ａ及び図８Ｂにおいて、補助コア３４の磁極片部３４ａは円弧面であるのに対し、図９Ａ乃至図９Ｃにおいて補助コア３５の磁極片部３５ａは円弧面に抜き孔３５ｃが形成されている。
図３において、磁極片部３４ａ、３５ａを含む第２の磁極コア３９の磁束作用面部３７から作用する磁束のバランスが中心線Ｎに対して左右で崩れて一方側に偏り、即ち磁気抵抗が少ない抜き孔３５ｃが形成されていない時計回り方向側の補助コア３４へ磁束が偏って発生するようになっている。本実施例では、補助コア３４、３５は出力軸５の回転中心に対して対して点対称となる位置（１８０度回転した位置）で第２の磁極コア３９に取り付けられている。補助コア３５の磁極片部３５ａに形成される抜き孔３５ｃも点対称となる位置（１８０度回転した位置）に形成されている。補助コア３４、３５としては例えば冷間圧延鋼板等が好適に用いられる。尚、補助コア３４、３５が設けられる第２の磁極コア３９で発生する磁束バランスの偏り方向は、第１の磁極コア３６で発生する磁束バランスの偏り方向と同じ向き（例えば時計回り方向）であるが、偏り角度（図３の中心線Ｍ−Ｍ´間角度と中心線Ｎ−Ｎ´間角度）は必ずしも等しくなくても良い。
また、図８Ｂ及び図９Ｂにおいて、補助コア３４、３５の挿入部３４ｂ、３５ｂには切欠部３４ｄ、３５ｄが２箇所に形成されている。また、図１Ｂにおいて結線基板３３の嵌込孔３３ａの内縁部には係止突部３３ｂが長手方向に片側２箇所ずつ突設されている。補助コア３４、３５は、結線基板３３の嵌込孔３３ａに挿入部３４ｂ、３５ｂが挿入され、切欠部３４ｄ、３５ｄが係止突部３３ｂに各々係止させることにより第２の磁極コア３９の両側に各々組付けられる。
図１５において、第１の磁極コア３６は、マグネットロータ１０に対向する磁束作用面部３７が周方向に中心角で５０度乃至７０度、より好ましくは５７度乃至６０度の範囲で設けられている。第２の磁極コア３９の補助コア３４、３５を含む磁束作用面部３７は周方向に中心角で５０度乃至７０度、より好ましくは５７度乃至６０度の範囲で設けられている。
マグネットロータ１０は、４極に略正弦波着磁されており、通電運転中においては、ダンピング現象（入力電流に対する誘導電圧の位相の進み若しくは遅れ）を伴いながら、モータ負荷に見合った力率（入力電流と誘導電圧との位相差角ＣＯＳφ）と入力電流の増大により回転を持続する。マグネットロータ１０の磁極に対向するステータコア２３の磁極作用面部３７の周方向の角度範囲が適性でないと、図１６のモータ負荷−入力電流特性のグラフ図の破線に示すように無負荷時の入力電流値が負荷時の入力電流値より大きくなり、電力消費効率が相対的に低下する。これに対し、マグネットロータ１０の磁極に対向するステータコア２３の磁極作用面の周方向の角度範囲が中心角で５０度乃至７０度、より好ましくは５７度乃至６０度、更に好ましくは略５７度に設定すると、図１６のグラフ図の実線に示すように無負荷時の入力電流値が負荷時の入力電流値より小さくなるため、電力消費効率が相対的に改善される。
図１０Ａ〜図１０Ｄにおいて、ボビン２９は筒状の巻芯部３１を囲む起立壁４０が架橋部４１を介して一体に形成されている。この巻芯部３１、起立壁４０及び架橋部４１により形成される断面コ字状の溝部４２に、予め電機子巻線がリング状に巻き回された電機子コイル３０が嵌め込まれる。また巻芯部３１の上端側には長手方向両側に２箇所ずつ切欠部３１ａが形成されている。図１Ｂに示す結線基板３３が巻芯部３１に嵌め込まれる際に、切欠部３１ａに嵌込孔３３ａの内周縁に突設された係止突部３３ｂを係止させて嵌め込まれる。また、架橋部４１の溝部４２と反対面側には起立板４３が短手方向両側に突設されている。図３において、起立板４３は、ボビン２９をステータコア２３に装着した際に第１の磁極コア３６の連結胴部２４を上下で挟むと共に出力軸５を囲むように取り付けられる。
図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて、ボビン２９には、結線基板３３間を接続するコイル外結線４４を挿通する第１の配線孔４５が穿設されている。この第１の配線孔４５を挿通してコイル外結線４４を設けることで、結線基板３３間を最短距離で配線接続することができる。また、ボビン２９には、結線基板３３に接続する外部接続線４６を束ねて通過させる配線保持部４７及び第２の配線孔４８が穿設されている。結線基板３３の端子にはんだ接合により接続された外部接続線４６は配線保持部４７及び第２の配線孔４８を通過して図示しない外部接続基板に接続されるようになっているので、外部接続線４６に作用する引張り力を第２の配線孔４８が形成されたボビン２９自体で一旦受けることにより、結線基板３３との接合部に引張り力が直接作用せず、接合部の接続信頼性を維持することができる。また、両側ボビン２９は、同一の金型で成形できるように第１の配線孔４５、配線保持部４７及び第２の配線孔４８は左右対称の位置に形成されている。
図１２において、ボビン２９は、第２の磁極コア３９が巻芯部３１を各々挿通し、架橋部４１が第１の磁極コア３６の連結胴部側面４９に両側から突き当てられて、ステータコア２３に嵌め込まれる。このように、ボビン２９は、第２の磁極コア３９が巻芯部３１を挿通し、架橋部４１が第１の磁極コア３６の連結胴部側面４９に両側から突き当てられて嵌め込まれるので、組立性が良く、モータの組立自動化を図り易い。
ボビン２９の溝部４２には、予めリング状に巻き回された電機子コイル３０が嵌め込まれている。巻芯部３１は起立璧４０より外方へ突出して設けられており、溝部４２に嵌め込まれた電機子コイル３０の端面を覆って絶縁フィルム３２が巻芯部３１を挿通して両側に装着されている。また、絶縁フィルム３２の外側に電機子巻線どうしの端子間接続を行う配線パターンが形成された結線基板３３が巻芯部３１を挿通して両側に各々嵌め込まれている。結線基板３３どうしは、コイル外結線４４により電気的に接続されている。このようにボビン２９に装着された電機子コイル３０の径方向外側の空いたスペースを利用して結線基板３３を設けたので、ステータ２３の配線長を省略してモータを小型化することができる。
図１２の結線基板３３において、端子部Ｐが電機子コイル３０の巻き始め端部、端子部Ｖが電機子コイル３０の巻き終端部、端子部Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｕは電機子巻線３０とコイル外結線４４と接続する中間端子部、端子部Ｔが中間タップである。左右の電機子コイル３０には、後述するＡコイル及びＢコイルに相当するコイルが略半分ずつ巻き回されている。
図１３Ａ及び図１３Ｂに、予め巻線治具にて電機子巻線３０ａがリング状に巻かれて形成された電機子コイル３０を示す。電機子コイル３０は、図１２に示す右側のボビン２９の巻芯部３１に嵌め込まれる嵌め込み方向に向かって左巻きに巻き回されたコイルを例示したものである。口出し線は、図１２の結線基板３３の端子部Ｐ、Ｑ、Ｕ、Ｖに対応するものである。尚、左側のボビン２９の巻芯部３１には、図示しないが巻芯部３１へ向かって右巻きに巻き回された電機子コイル３０が嵌め込まれる。
電機子巻線３０ａは、予め図示しない巻線治具にて自動機によりリング状に巻かれて電機子コイル３０に形成されている。この電機子コイル３０が各ボビン２９の巻芯部３１の周囲に形成された溝部４２に各々嵌め込まれている。電機子巻線３０ａには自己融着線が好適に用いられる。自己融着線は、予め巻線治具にコイル状に巻き回された状態で加熱することにより融着してコイル状に形成されるか或いは自己融着線にアルコールを塗付しながらコイル状に巻き回して融着剤が溶け出すことによりコイル状に形成される。このようにして形成された電機子コイル３０が各ボビン２９の巻芯部３１に嵌め込まれ、溝部４２に収容されて接着固定される。
このように、予めリング状に巻かれた電機子コイル３０が巻芯部３１の周囲に形成された溝部４２に嵌め込まれているので、ボビン２９のたわみなどの変形に影響されず予め電機子巻線３０ａが巻かれた電機子コイル３０を形成することができる。従って、電機子巻線３０ａの整列巻きが容易に実現できるので占積率が向上し、モータの効率を向上させることができる。
図３において、マグネットロータ１０はロータ磁極部（Ｎ極・Ｓ極）が対向する第１の磁極コア３６及び第２の磁極コア３９（補助コア３４、３５の磁極片部３４ａ、３５ａを含む）の磁極作用面部３７との磁気抵抗が最小になる位置、即ち、図３における第１、第２の磁極コア３６、３９の長手方向の中心線Ｍ、Ｎより、時計回り方向へ各々ずれた中心線Ｍ´、Ｎ´で停止する。これにより、起動時に電機子コイル３０への通電により第１、第２の磁極コア３６、３９に発生する磁極とロータ磁極との反発及び吸引によりマグネットロータ１０の起動回転方向が安定する。このように、第１の磁極コア３６の周方向両側へ突設された磁束作用面部３７が、第１の磁極コア３６の長手方向の中心線Ｍに対して磁気的に非対称となるように当該中心線Ｍの両側で形状が異なっているので、起動時における回転死点を解消することができ、マグネットロータ１０が一定方向（本実施例では図３の時計回り方向）へ回転し、起動回転方向を安定化することができる。
次に、４極同期モータの起動運転動作の一例について図１４の回路図に基づいて説明する。起動運転回路５０は、単相交流電源５１の交流電流を整流ブリッジ回路５２により全波整流し、マグネットロータ１０の回転角度に応じてスイッチング手段（トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４）を切り換えて整流電流の向き（図１４の矢印▲１▼▲２▼参照）を変えるように電機子巻線を巻いて形成されたＡコイルのみへ通電してマグネットロータ１０を直流ブラシレスモータとして起動運転する。或いは図示しないがＡコイル及びＢコイルに交互に流れる整流電流が反転する範囲内でスイッチング制御して非反転側に対して反転側の入力を抑えて起動運転しても良い。
マイクロコンピュータ５３による通電制御により、起動運転回路５０のＡコイル及びＢコイルに流れる整流電流の電流方向を交互に切換えて起動運転し、ホール素子１９により検出されたマグネットロータ１０の回転数が電源周波数検出部５４により検出される周波数と同期する回転数付近に到達したときに、運転切換えスイッチＳＷ１、ＳＷ２を同期運転回路５５に切り換えてＡコイル及びＢコイルによる同期運転に移行するよう制御する（図１４の矢印▲３▼参照）。
また、同期モータが負荷の変動などにより脱調した場合には、マイクロコンピュータ５３は一旦マグネットロータ１０の回転数が同期回転移行時より所定値まで落ち込んだ後起動運転に移行し、再度同期運転に移行するよう繰り返し制御を行うようになっている。
また、本実施例に示す４極同期モータは、起動運転から同期運転への移行動作をマイクロコンピュータ５３に制御されて行われるため、電源周波数が５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、１００Ｈｚ等に変化しても細かい機械設計を変更することなく同一の４極同期モータを用いることができるので、極めて汎用性の高い同期モータを提供することができる。
上記４極同期モータを用いれば、第１の磁極コア３６は周方向両側へ突設された磁束作用面部３７が当該第１の磁極コア３６の長手方向の中心線Ｍに対して磁気的に非対称となるように当該中心線Ｍの両側で形状が異なっているので、マグネットロータ１０の回転死点を解消することができ、起動回転方向を安定化することができる。
また、第２の磁極コア３９の磁束作用面部３７を周方向両側に拡張する補助コア３４、３５が、磁束作用面部となる磁極片部３４ａ、３５ａが第２の磁極コア３９の長手方向の中心線Ｎに対して磁気的に非対称となるように当該中心線Ｎの両側で形状が異なっていることが、マグネットロータ１０の起動回転方向を安定化するうえで好ましい。
また、筒状の巻芯部３１を囲む起立壁４０が架橋部４１を介して一体に形成された断面コ字状の溝部４２に予めリング状に巻き回された電機子コイル３０が嵌め込まれたボビン２９が、第２の磁極コア３９が巻芯部３１を各々挿通し架橋部４２が第１の磁極コア３６の連結胴部側面４９に両側から突き当てられてステータコア２３に装着されるので、モータの組立工程を簡略化でき、モータの組立自動化を図ることにより生産性を向上させることができる。
また、予め巻線治具にて電機子巻線がリング状に巻かれた電機子コイル３０が溝部４２に嵌め込まれているので、ボビン２９のたわみなどの変形に影響されず電機子巻線が巻かれた電機子コイル３０を形成することができる。従って、電機子巻線の占積率を向上させ、モータの効率を向上させることができる。
電機子コイル３０どうしの端子間接続を行う配線パターンが形成された結線基板３３が巻芯部３１に各々嵌め込まれているので、巻芯部３１に嵌め込まれた電機子コイル３０の外側の開いたスペースを利用して結線基板３３により巻線間の配線接続を行うことができ、モータ内の配線長を省略して小型化することができる。
更には、ボビン２９には、結線基板３３間を接続するコイル外結線４４を挿通する第１の配線孔４５が形成されているので、結線基板３３間を最短距離で配線接続することができる。また、結線基板３３に接続する外部接続線４６を束ねて通過させる第２の配線孔４８が穿設されているので、外部接続線４６に作用する引張り力を第２の配線孔４８が形成されたボビン２９自体で一旦受けることにより、結線基板３３との接合部に引張り力が直接作用せず、接合部の接続信頼性を維持することができる。
本発明に係る４極同期モータは、上述した形態に限定されるものではなく、磁気的に非対称となるように形成される第１の磁極コア３６の磁束作用面部３７に形成される凹部３８や補助コア３５の抜き孔３５ｃの形状、位置、大きさ、範囲等は可能な範囲で変更可能である。また、モータを駆動制御するマイクロコンピュータ５３を当該モータと一体に装備している場合であっても、或いはモータが用いられる電機機器の装置本体に内蔵した制御回路の一部（交流電源、起動運転回路、同期運転回路などを含む）を用いてモータを駆動制御するタイプのいずれであっても良い。
また、本発明に係る４極同期モータには、従来一般的に使われている誘導型モータのように、過負荷時の安全を保証するために、運転動作中に常時通電する回路部分（本実施例では結線基板３３）に温度ヒューズ５６（図１１Ａ参照）やバイメタル式の高温検出スイッチを組み込むこともできる。
また、電機子コイル３０は、Ａコイル及びＢコイルに分割したものに限らず、単一のコイルを用いても良い等、発明の本旨を逸脱しない範囲で多くの改変をなし得る。
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年11月11日(2003.11.11)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（補正後）ハウジング内に出力軸を中心に回転可能に支持され４極に着磁された円筒状のマグネットロータと、該マグネットロータに囲まれた空間部に配置され、前記出力軸が挿通して設けられ、ステータコアにボビンを介して電機子巻線が巻き回されたステータとを備えた４極同期モータにおいて、
前記ステータコアは十字状に交差した連結胴部の両端側に第１の磁極コアと第２の磁極コアとが交互に形成されており、前記第１の磁極コアは周方向両側へ突設された磁束作用面部を有し、該磁束作用面部は第１の磁極コアの長手方向の中心線に対して一方側の磁束作用面部に磁気抵抗が部分的に拡大する凹部が形成されて磁気的に非対称となるように当該中心線の両側で形状が異なっていることを特徴とする４極同期モータ。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（補正後）前記第２の磁極コアの磁束作用面部を周方向拡張する補助コアとして磁極片部が両側に設けられ、該磁極片部が第２の磁極コアの長手方向の中心線に対して一方側の磁極片部に磁気抵抗が部分的に拡大する抜き孔が形成されて磁気的に非対称となるように当該中心線の両側で形状が異なっていることを特徴とする請求項１記載の４極同期モータ。
【請求項４】
前記第１の磁極コア及び第２の磁極コアにおいて、マグネットロータに対向する磁束作用面部が周方向に中心角で５０度乃至７０度の範囲で設けられていることを特徴とする請求項１記載の４極同期モータ。
【請求項５】
ハウジング内に出力軸を中心に回転可能に支持され４極に着磁された円筒状のマグネットロータと、該マグネットロータに囲まれた空間部に配置され、前記出力軸が十字状に交差した連結胴部を挿通して設けられ、該連結胴部の両端側に第１の磁極コアと第２の磁極コアとが交互に形成されたステータコアにボビンを介して電機子巻線が巻き回されたステータとを備えた４極同期モータにおいて、
前記ボビンは筒状の巻芯部を囲む起立壁が架橋部を介して一体に形成された断面コ字状の溝部に、予めリング状に巻き回された電機子コイルが嵌め込まれ、前記第２の磁極コアが巻芯部を各々挿通し前記架橋部が第１の磁極コアの連結胴部側面に両側から突き当てられて、前記ステータコアに嵌め込まれることを特徴とする４極同期モータ。
【請求項６】
前記各ボビンは、予め巻線治具にて電機子巻線がリング状に巻かれて形成された電機子コイルが溝部に嵌め込まれることを特徴とする請求項５記載の４極同期モータ。
【請求項７】
前記電機子コイルは、自己融着線がコイル状に巻き回され、前記各ボビンの溝部に嵌め込まれて接着されることを特徴とする請求項５記載の４極同期モータ。
【請求項８】
前記巻芯部は起立璧より外方へ突出して設けられており、該巻芯部に嵌め込まれた電機子コイルの端面を覆って絶縁フィルムが前記巻芯部に各々嵌め込まれ、該絶縁フィルムの外側に電機子巻線どうしの端子間接続を行う配線パターンが形成された結線基板が前記巻芯部に各々嵌め込まれることを特徴とする請求項５記載の４極同期モータ。
【請求項９】
前記ボビンには、電機子巻線どうしの端子間接続を行う配線パターンが形成された結線基板間を接続するコイル外結線を挿通する第１の配線孔と前記結線基板に接続する外部接続線を束ねて通過させる第２の配線孔が穿設されていることを特徴とする請求項５記載の４極同期モータ。
【国際調査報告】
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