(57)【要約】【課題】  固定子コイルにおいて永久磁石の発生する磁束を最も有効に利用しているコイル空芯部を最大限に利用でき、かつコイルエンド部分によっても磁束を利用することが出来るギャップワインディングモータを提供する。【解決手段】固定子コア３１の内周面に回転磁界形成用の複数の空芯形状の固定子コイル３３を装着してなる固定子３０と、外周面上に複数の永久磁石４５を取り付け、かつ固定子コイル３３に空隙を介して対向配置させた回転子４０とを有するギャップワインディングモータにおいて、永久磁石４５の軸方向長さｂを、固定子コイル３３の空芯部軸方向長さａよりも長くして、永久磁石４５を固定子コイル３３の軸方向両端部であるコイルエンド部分ｃの領域内まで延設させた。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子コアの内周面に回転磁界形成用の複数の空芯形状の固定子コイルを装着してなる固定子と、外周面上に複数の永久磁石を取り付け、かつ前記固定子コイルに空隙を介して対向配置させた回転子とを有するギャップワインディングモータにおいて、
前記永久磁石の軸方向長さを、前記固定子コイルの空芯部軸方向長さより長くして、前記永久磁石を前記固定子コイルの軸方向両端部であるコイルエンド部分領域内にまで延設させてことを特徴とするギャップワインディングモータ。
【請求項２】
前記固定子コイルのコイルエンドにおける磁束利用率をコイルエンド係数と定義するとき、該コイルエンド係数が８０％以上になる永久磁石の軸方向長さを持つことを特徴とする請求項１記載のギャップワインディングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＡ、ＯＡに使用される平滑電機子巻線形ブラシレスＤＣモータ、いわゆるギャップワインディングモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固定子スロットによる界磁磁束の変調を抑制することができ、トルクリップルの小さい特性を有するモータとしては、ギャップワインディング形モータが一般的に良く知られている。これは、両端部を負荷側および反負荷側ブラケットで支持した固定子コアの内周免に固定子コイルを装着し、負荷側および反負荷側ブラケットに軸受を介して回転自在に支承した回転軸の外周面に設けた回転子コアの外周面上に永久磁石を設けて成るものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０９３５７公報（３頁、第１図）
【０００４】
図４は特許文献１記載のギャップワインディングモータの側断面図である。
図において、３０は固定子で、３１は固定子コア、３２ａは負荷側ブラケット、３２ｂは反負荷側ブラケット、３３は固定子コイル、３３ａはコイル巻き始め部、３４はフレキシブル基板、３５はホール素子、３６は端子部、３７はプリント基板である。４０'は回転子で、４１は回転軸、４２は負荷側軸受、４３は反負荷側軸受、４４は回転子コア、４５'は永久磁石である。
このギャップワインディングモータは、固定子３０と回転子４０'とから構成されており、固定子３０は、両端部を負荷側および反負荷側ブラケット３２ａ、３２ｂで支持した固定子コア３１の内周面にフレキシブル基板３４を介して回転磁界形成用の固定子コイル３３を装着して成るものである。
【０００５】
図５は図４のギャップワインディングモータにおける結線パターンを示すフレキシブル基板の展開図である。図において、ギャップワインディングモータは、絶縁性のフィルム状シートに結線パターン３４ａを設けたフレキシブル基板３４を、固定子コア３１と固定子コイル３３間に円筒状に配置している。このようにすることによって、固定子コイル３３間の内部結線および固定子コア３１と固定子コイル３３間の絶縁が可能になり、径方向および軸方向の形状の制約が緩和され、モーターの小型化が可能になる。
ところが、このようなギャップワインディングモータには、固定子コイル３３のコイルエンド部分の発生する誘起電圧を有効に利用していないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６は図４のギャップワインディングモータの固定子と回転子の寸法関係を示す拡大側断面図で、（ａ）は固定子側の固定子コア・固定子コイルと回転子側の回転子コア・永久磁石の位置関係を示す側断面図で、（ｂ）は固定子コイルと永久磁石の位置関係を示す平面図である。
図において、３１は固定子コア、３３は固定子コイル、４５'は永久磁石、４４は回転子コアである。
図から判るように、このギャップワインディングモータは、固定子コイル３３の空芯部の軸方向長さａと永久磁石４５'の軸長さｂ'の関係が、式（１）となっていた。
ｂ≦ａ・・・（１）
すなわち、永久磁石４５'の軸方向長さは固定子コイル３３の空芯部の軸方向長さ以下であり、誘起電圧の発生部分として固定子コイルの空芯部しか利用していなかった。
【０００７】
このようにこのギャップワインディングモータは、固定子コイルのコイルエンド部分の発生する誘起電圧を有効に利用していないという問題があったので、モータ効率を高めようとする場合には、固定子コイルの空芯部長さを長くし、永久磁石長も前記固定子コイル空芯部長と同等以上に長くするか、モータの直径を大きくしなけばならなかった。そのためモータを小型化することが難しく、モータを構成する部材も多く必要となり、コストアップ要因になるというような問題も抱えていた。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、必要となる永久磁石の量を最小限にするとともにコストアップを防止し、最大のモータ効率を得る事ができるギャップワインディング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】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、固定子コアの内周面に回転磁界形成用の複数の空芯形状の固定子コイルを装着して成る固定子と、外周面上に複数の永久磁石を取り付け、かつ前記固定子コイルに空隙を介して対向配置させた回転子とを有するギャップワインディングモータにおいて、前記永久磁石の軸方向長さを、前記固定子コイルの空芯部軸方向長さより長くして、前記永久磁石を前記固定子コイルの軸方向両端部であるコイルエンド部分領域内にまで延設させたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のギャップワインディングモータにおいて、前記固定子コイルのコイルエンドにおける磁束利用率をコイルエンド係数と定義するとき、該コイルエンド係数が８０％以上になる永久磁石の軸方向長さを持つことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このようになっているため、固定子コイルにおいて永久磁石の発生する磁束を最も有効に利用しているコイル空芯部を最大限に利用することができ、なおかつコイルエンド部分によっても、永久磁石の発生する磁束を利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の最良の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は本発明に係るギャップワインディングモータを説明する図で、（ａ）はその側断面図、（ｂ）はその正断面図である。
図１（ａ）において、先に説明した図４記載のギャップワインディングモータの符号が同じものは同一物を示すので、重複説明は省略する。図４のギャップワインディングモータと異なるのは、永久磁石４５の形状（寸法）である。永久磁石４５の形状（寸法）の変更に伴って反負荷ブラケット３２ｂ、回転軸４１、および回転子コア４４の形状の若干変わるが、これらは本質的なものではないので、説明は省略する。永久磁石４５の形状の変更については図２を用いて後述する。
【００１１】
図１（ｂ）は、磁極数を８、固定子コイルの数を６とした内部回転子形のギャップワインディングモータの例を示している。
図において、３０は固定子、３１は固定子コア、３３は固定子コイル、４０は回転子、４４は回転子コア、４５は永久磁石、４１は回転軸である。
このような構成において、円筒形でケイ素鋼板を積層して成る固定子コア３１の内面には、基板を介して集中巻して成る回転磁界形成用の固定子コイル３３が６個等間隔で配設されている。この固定子コイル３３は８極を構成するよう結線されると共に、樹脂モールドにより固定子コア３１と一体に固着される。また、樹脂モールドにより固着された固定子コイル３３の内周には磁気的空隙を介して、回転子４０が固定子３０と同心円状に配置されている。
回転子４０は軸受４２，４３により固定子３０に対し回転自在に支承されている。回転子コア４４には、希土類系の永久磁石４５が８個交互に異極となるように等間隔に接着等により固着されている。
回転子４１は回転子コア４４の内周に嵌合されている。
【００１２】
図２は本発明に係るギャップワインディングモータの固定子と回転子の寸法関係を示す拡大側断面図で、（ａ）は固定子側の固定子コア・固定子コイルと回転子側の回転子コア・永久磁石の位置関係を示す側断面図で、（ｂ）は固定子コイルと永久磁石の位置関係を示す平面図である。
図において、３１は固定子コア、３３は固定子コイル、４５は本発明に係る永久磁石、４４は回転子コアである。また、ａは固定子コイル３３の空芯部軸方向長さ、ｂは永久磁石の軸方向長さ、ｃはコイルエンドの軸方向幅である。
図から判るように、固定子コア３１には固定子コイル３３が貼り付けられ、固定子コイル３３と空隙を介して対向する位置に回転子コア４４に貼り付けられた永久磁石４５が配置されている。そして各部品の寸法関係を見ると、永久磁石４５は固定子コイル３３の空芯部軸横行長さａよりも長く、固定子コイル３３の軸方向長さ（ａ＋２Ｃ）よりも短く、すなわち、コイルエンド部分Ｃにオーバーラップする長さとなっている。
【００１３】
図３に示すグラフは、永久磁石のコイルエンドに占める割合とコイルエンド係数の関係を示す線図である。この線図はシミュレーション（設計）結果と試作実験による結果とで計算したものである。
いま、図２に示したマグネットとコイルの長さの関係図において、以下の式（１）で求められる結果の式（２）の角度をθとする。
（ｂ−ａ）／（２ｃ）＝ｓｉｎθ   ・・・（１）
θ＝ｓｉｎ-1［（ｂ−ａ）／（２ｃ）］  ・・・（２）
すなわち、θ（θはラジアン）は、コイルエンド部分にオーバーラップしているマグネットの長さを表している。従来のようにマグネットがコイルエンド部分にオーバーラップしていなければｓｉｎθ＝０（θ＝０）であり、本発明によるオーバーラップが半分であればｓｉｎθ＝１／２（θ＝π／６）となり、完全にオーバーラップしていればｓｉｎθ＝１（θ＝π／２）となる。
図の縦軸はｓｉｎθ／θ（すなわち、コイルエンド係数）、横軸はｓｉｎθで、マグネット投入量と同意である。縦軸のｓｉｎθ／θのコイルエンドｃにおける磁束利用率は１に近いほどよく、横軸のｓｉｎθ（マグネット投入量）は小さいほどよい。
投入コストとモータ効率の向上度合いを比較した結果、コイルエンド係数≧０．８の範囲であれば、永久磁石の投入量が無駄にならないと判断した。
【００１４】
以上述べたように、本発明のギャップワインディングモータによれば、コイルエンド部分を有効に利用することによって安価で高性能なモータを提供することが出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るギャップワインディングモータを説明する図で、（ａ）はその側断面図、（ｂ）はその正断面図である。
【図２】本発明に係るギャップワインディングモータの固定子と回転子の寸法関係を示す拡大側断面図で、（ａ）は固定子側の固定子コア・固定子コイルと回転子側の回転子コア・永久磁石の位置を示す側断面図で、（ｂ）は固定子コイルと永久磁石の位置関係を示す平面図である。
【図３】永久磁石のコイルエンドに占める割合とコイルエンド係数の関係を示す線図である。
【図４】特許文献１記載のギャップワインディングモータの側断面図である。
【図５】特許文献１記載のギャップワインディングモータにおける結線パターンを示すフレキシブル基板の展開図である。
【図６】特許文献１記載のギャップワインディングモータの固定子と回転子の寸法関係を示す拡大側断面図で、（ａ）は固定子側の固定子コア・固定子コイルと回転子側の回転子コア・永久磁石の位置関係を示す側断面図で、（ｂ）は固定子コイルと永久磁石の位置関係を示す平面図である。
【符号の説明】
【００１６】
３０  固定子
３１  固定子コア
３２ａ  負荷側ブラケット
３２ｂ  反負荷側ブラケット
３３  固定子コイル
３３ａ  コイル巻き始め部
３４  フレキシブル基板
３５  ホール素子
３６  端子部
３７  プリント基板
４０  回転子
４１  回転軸
４２  負荷側軸受
４３  反負荷側軸受
４４  回転子コア
４５  永久磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005151719.tif 000006
【図５】
2005151719.tif 000007
【図６】
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