(57)【要約】【課題】解決しようとする課題は、爪形のティースを有するモータにおいて、巻線スペースが略長方形形状のような巻線しやすい構造で無い場合や、駆動電圧が低く、導体の径が大きくなって、巻回数が少ないモータの場合でも巻線の占積率を向上できる方法にある。【解決手段】本発明は、爪形ティースモータの円環コイルに平角電線を用い、その平角電線を巻線スペース断面と略相似形状に巻線し、配置することで、巻線占積率を最大とするクローポールモータを提供可能とする。さらに引き出し線部分の形状を平角線のまま引き出し部分を成形し、その端子部分をプレス打抜き，切削加工，溶断，放電加工などの方法によって、所定のコネクタ形状に加工し、かつ、被膜剥離する形状とすることで、端末接続部分の工数を大幅に低減することを可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周上に複数の爪形のティース磁極を有する第１のティースコア及び第２のティースコアと、前記第１のティースコア及び前記第２のティースコアに挟み込まれたリング状の導体とを有する固定子と、前記固定子の内側に配置される回転子とを備え、前記導体の断面形状が、略正方形、又は略長方形形状であることを特徴とするモータ。
【請求項２】
請求項１において、前記固定子コイルの端末部分が両端ともコイル外径側に配置されることを特徴とするモータ。
【請求項３】
請求項１において、前記固定子コイルは前記導体の層数が偶数となるように配置され、前記導体の内周部の内側中央部分から導体の中央部分を巻き始めとして巻線される構造であることを特徴とするモータ。
【請求項４】
請求項１において、前記固定子コイルが略長方形形状の断面を持つ導体によって構成され、前記導体を重ねる方向が、略長方形断面の長手方向が重なるようにエッジワイズ巻線されていることを特徴とするモータ。
【請求項５】
請求項１において、前記第１のティースコア及び前記第２のティースコアを圧粉磁心によって構成したことを特徴とするモータ。
【請求項６】
請求項１において、前記導体の断面形状が略長方形形状であり、前記導体をエッジワイズに巻線したコイルの断面が巻回毎に異なる断面形状を有することを特徴とするモータ。
【請求項７】
円周上に複数の爪形のティース磁極を有する第１のティースコア及び第２のティースコアと前記第１のティースコアと前記第２のティースコアに挟み込まれたリング状の導体が巻線されたコイルとを有する固定子と、前記固定子の内側に配置される回転子とを備え、前記導体の断面形状が略長方形形状であり、前記導体をエッジワイズに巻線したコイルの端末部分をプレス打抜き，機械加工，放電加工、又はレーザ加工によって端末部と接続されるコネクタと嵌合する形状を加工することを特徴とするモータ。
【請求項８】
請求項７において、前記第１のティースコア及び前記第２のティースコアを圧粉磁心によって構成したことを特徴とするモータ。
【請求項９】
円周上に複数の爪形のティース磁極を有する第１のティースコア及び第２のティースコアと前記第１のティースコアと前記第２のティースコアに挟み込まれたリング状の導体が巻かれたコイルとを有する固定子と、前記固定子の内側に配置される回転子とを備え、前記導体の断面形状が略長方形形状であり、前記導体がエッジワイズ巻線により巻かれ、前記コイルの端末部分に別の断面形状を持つ導体が溶接，接着，圧接，はんだ付け、又はろう付けにより接合されていることを特徴とするモータ。
【請求項１０】
請求項９において、前記第１のティースコア及び前記第２のティースコアを圧粉磁心によって構成したことを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用，家電，自動車分野等で使用される爪形のティースを有するモータのモータ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータは、産業用，家電，自動車分野の電気エネルギーを機械出力に変換する駆動用機器として使用される。クローポール型のモータは、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、例えば特開２００５−２０９８１号公報（以下、特許文献１）などのような構成のものがある。
【０００３】
通常、この手のクローポール型のモータは、特許文献１に示されるようにステータコアの材料はＳＰＣＣ等の圧延鋼板であり、鉄板の一部を折り曲げることによって爪磁極部分を構成し、そのコアで円筒状に巻線されたコイルを挟み込む構造が一般的となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のモータでは、円筒状に巻線されるコイルは断面が丸形のエナメル線を使用し、コイルボビンなどに巻線される。このとき、コイルの占積率は、丸線間の隙間や、巻き乱れによって５０％以下となっていた。また、巻線スペースが略長方形形状のように巻線を配置しやすい形状の場合は良いが、複雑形状の場合には、デッドスペースが出来て更に占積率を低下させる原因となる。
【０００６】
さらに、駆動電圧が低いモータの場合には、導体の径が大きくなり、巻回数が少なくなる設計になるが、胴体の径と巻線のスペースによっては、配置が困難で、更に占積率を低下せざるを得ない場合がある。
【０００７】
本発明は、巻線の占積率が高い爪形のティースを有する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】
本発明の一つの特徴は、モータを円周上に複数の爪形のティース磁極を有する第１のティースコア及び第２のティースコアと、第１のティースコア及び第２のティースコアに挟み込まれたリング状の導体とを有する固定子と、固定子の内側に配置される回転子とを備え、導体の断面形状が、略正方形、又は略長方形形状であるものとした点にある。本発明のその他の特徴は、発明を実施するための最良の形態欄で説明する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、巻線占積率が大きい爪ティースモータが提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は下側爪ティースコアと上側爪ティースコアでコイルを挟み込むことで１相分のモータ固定子ブロックを構成するものである。このとき、コイルの占積率を大きくするために、断面が略長方形断面を持つ導体を用いて巻線されたコイルを実装することを特徴とする。以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１には本発明の爪ティースモータの１相分の構成を示す。下側爪ティースコアと上側爪ティースコア１でコイルを挟み込むことで１相分のモータ固定子ブロックを構成するものである。このとき、コイルの占積率を大きくするために、断面が略長方形断面を持つ導体を用いて巻線されたコイルを実装することを特徴とする。
【００１２】
図２には比較例のクローポール型モータ構造の一例を斜視図（一部断面図）によって示す。通常は２相ステッピングモータとして図２（ａ）に示すように軸方向に２段のコアで構成されており、１段分のステータコアは、材料はＳＰＣＣ等の圧延鋼板であり、図２
（ｂ）に示すように、まず、形状をプレス打抜きによって作成し、ある部分を折り曲げによって爪磁極部分を構成し、そのコアで円筒状に巻線されたコイルを挟み込む構造となっている。しかし、この構造は、磁気特性に劣るＳＰＣＣを用いるため、コア内に発生する鉄損が大きくなるという問題があり、また、ＳＰＣＣを折り曲げするために、コアの折り曲げられた部分に残留応力が発生し、歪によって磁気特性の更なる劣化を招いてしまう。その折り曲げ部は特に磁束が集中する部分である為に、鉄損が大きく発生し、効率の悪いモータとなっている。このモータの出力，効率を向上するための施策として、銅損の低減がある。コイルの図１に示したように、コイルの配置スペースにできるだけ多くの導体を配置することにより、コイル抵抗値が低減でき、モータとしての銅損を低減できる。特許文献１の巻線は、フラットワイズであり、巻線の巻き始めを出す方法が困難である。本実施例のクローポールモータでは、巻線のＲが均一（一定）なので、円環コイルとして製造しやすいという利点がある。スロット型モータのスロットは略長方形断面になりにくく、平角線で巻線しても占積率が向上しにくい。一方でクローポールモータでは、コイルを配置する断面が、略長方形となるため、占積率向上が可能である。
【００１３】
図３には、巻線スペースに巻線を配置する場合の配置例を示す。鉄板を折り曲げたコアに対しての巻線配置例は図３（ａ）であり、一般的には細い線を多数巻線する構造となっている。このときの占積率は、巻き乱れによる隙間などによって通常は５０％以下となる。次にモータの仕様が低電圧仕様の例を図３（ｂ）に示す。導体の径が大きくなると、この巻線スペース内に同一の断面積の導体を配置できなくなり、図３（ｂ）に示すように更に占積率を低下させてしまう。この問題を解決する為、一本の導体断面積が大きくなった場合にも配置可能なコイルとして、平角線による巻線が考えられる。しかし、単なる平角線の配置は図３（ｃ）に示すように断面形状を見ると巻線が収まっているようでも、その端末線の巻き始め側の線は、図３（ｄ）のようになり、巻き始めの線が略長方形の断面の外に乗る形状となり、実際には図３（ｅ）に示すように爪ティースコアで挟み込む構造を考えた場合には、そのための隙間を有することになり、占積率を増加できない。そこで、図３（ｆ）に示すように、コイルの巻き始め、巻終わりの線がどちらも外径側になるように巻線されたコイルを配置することで、占積率を向上することができる。また、図３(ｇ)に示すような平角電線の一層エッジワイズ巻線によっても、巻き始めと巻き終わりの線がコイルの断面と同一断面上で処理できるので図３（ｈ）に示すように巻線占積率の向上が可能である。なお、エッジワイズ巻線とは、平角線を断面長手方向を径方向として巻線される巻線のことをいう。
【００１４】
爪ティースモータの効率を更に向上する場合、コアの鉄損も低減する必要がある。このとき、コアの折り曲げ部分の飽和を緩和することや、鉄損の低い材料を用いることで、鉄損低減が実現できる。鉄損の低い材料としては、コアを圧粉磁心で構成する方法がある。この材料は、金型成形により三次元形状を得ることが出来る。なお、金型成形時の圧縮荷重が成形体の段階では残留応力として残ってしまうが、その後熱処理を施すため、三次元形状のコア全体の残留応力を除去し、高い磁束密度及び低鉄損化を図ることが出来る。このため、爪部分の断面積を大きくして高い磁束密度までをカバーできるように設計することや、根元部分の断面積を大きくして飽和を緩和することで出力密度の大きい高効率なモータを構成することが可能となる。このように出力密度を向上したり高効率化する場合、モータの損失を小さくするためには、巻線の抵抗を小さくし、銅損を低減したい。銅損を低減するためには上述したように巻線スペース内に配置するコイルの占積率を高くする必要がある。図４にはクローポールモータのコアを圧粉磁心で構成する場合の占積率向上可能なコイル配置例を示す。圧粉磁心コアではクローポールの根元部分の断面積が大きく設計されるために、コイル配置スペースが長方形、または正方形のような巻線を配置しやすい形状で無い。従って、巻線を高密度に配置するには、その配置スペースの形状に合わせたコイル配置が必要になる。平角線を配置する場合においても、図４（ａ）に示すようにクローポール側の段数は２段で、全体は４段となるような配置で、かつ、前述したようにコイルの端末線が両方ともコイルの外径側に配置されるように実装することで、占積率を高くすることができる。また、エッジワイズ巻線を採用する場合には、素材の平角線の断面積形状から、圧延により各断面で必要な断面形状に成形して巻線を行うことによって図４（ｂ）に示すように、巻線実装スペースに略相似形の巻線断面を有する高占積率のコイルを実現することができる。
【００１５】
図５には、図３（ｆ），図４（ａ）で示した平角線で、コイル外周部に両方の端末線部分が配置されるコイルの製作方法を示す。まず、平角線を最終のコイルに必要な所定長さ分を切断する。その所定長さの平角線の両端から、それぞれ蓄線リング６ａ，６ｂに平角線を巻きつけていく。最後に巻きつけた蓄線リングから線を繰り出しながら巻枠８に左右反対方向に回転させながら巻線することで、巻線の端部が両端ともコイルの外径部に配置されるコイルを製作することが可能となる。
【００１６】
図１０には平角電線を円筒状に巻線する方法を示す。一般的にステンレスやピアノ線をコイルスプリングとして製造する方法として、繰り出した線を成形駒に押し当てて巻線する方法がある。この方法を採用することにより本発明のクローティースモータの円筒状高密度コイルを得ることが可能となる。この方法は、図１０に示す成形駒２０のローラからの距離ｄを変更することによって製作するコイルの径を、ロールから繰り出す速度によってピッチを決める巻線を行なうことができる。この方法は、１層の巻線を高密度に巻線する方法として適しており、クローティースモータのコイル配置スペースが略長方形の場合に有効である。
【００１７】
図６には、図４（ｂ）に示す周回毎に断面の異なるコイルを得るための方法を示す。平角線の線材を繰り出す部分と、コイル形状に巻線する工程との間に圧延ローラ９にて圧延する工程を設け、もとの線材の断面形状よりも厚みを薄くして幅を広くする形状にした後に巻線を行うことにより、周回毎に異なる断面積を持つコイルの製造が可能になる。これらの方法により、前述したとおりの占積率の高いコイルの実現が可能となる。
【００１８】
図７には平角線を巻線したコイルの端末線部分に丸線を引き出し線として用いる例を示す。平角線をそのまま引き出す場合には、その曲げＲを小さく要求されるため、円周状に巻線したコイルに引き出し線としてのリード電線を溶接，カシメ，はんだ付けなどで接合することで、直角にコンパクトに引き出し線を配置することが可能である。
【００１９】
図８には、各引き出し線の形状を示す。図８（ａ）には平角線をそのまま引き出す場合の形状を示す。また、図８（ｂ）には図７に示したようなリード線（丸線）を溶接などで接合する場合の形状について示す。また、図８（ｃ）は、平角線のまま引き出し部分を成形し、その端子部分をプレス打抜き，切削加工，溶断，放電加工などの方法によって、所定のコネクタ形状に加工し、かつ、被膜剥離する形状とする例を示す。この加工された引き出し線は、例えば図８（ｃ）図に示すようなリード線にコネクタのついた相手側と直接接続可能な形状にすることでリード線接続工程を削減することが可能である。
【実施例２】
【００２０】
次に別の方法でコイル占積率を向上する方法を示す。丸い断面を持つ通常のエナメル被膜導体を環状に巻線し、図９（ａ）に示すように整列巻線する。その巻線されたコイルを図９（ｂ）に図示するような金型を用いて、断面を圧縮成形する。このとき、金型形状にならって線材は変形する為、コイルの断面は図９（ｃ）に示すよう、金型断面形状となる。絶縁被膜はある一定の伸びに対しては許容できる為問題とならないことがわかっている。この方法によって、圧粉磁心で構成されたクローポールモータにおけるコイル配置スペースに高占積率にコイルを実装することが可能となる。
【００２１】
上記実施例の爪形ティースモータによれば、巻線占積率を大幅に向上できるので巻線抵抗が少なく出来、モータの銅損を小さくできるためモータ高出力化，高効率化が実現できる。また、導体間の接触面積を大きくできるため、コイルから発生する熱の熱伝導性も向上し、放熱しやすくなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例のモータの固定子コア一相分構造を示した斜視図である。
【図２】比較例のクローポールモータの構造を説明する図面である。
【図３】クローポールモータの固定子コイルの各断面図を示す図である。
【図４】圧粉磁心をコアに用いた爪形ティースモータの固定子コイルの各断面図を示す図である。
【図５】コイルの両端引き出し部がコイル外径側となる巻線の製作方法を示す図面である。
【図６】コイルの各周回ごとの導体断面積が異なるコイルの製作方法を示す図面である。
【図７】平角導体で巻線されたコイルの両端引き出し部が丸断面及びその他の断面のリード線を接合するコイル形状を示す図面である。
【図８】平角導体で巻線されたコイルの両端引き出し部の各種形状を説明する図面である。
【図９】丸断面導体で巻線されたコイルを巻線後に圧縮成形することにより占積率を向上するコンセプトを説明する図面である。
【図１０】平角電線を円筒状に巻線する方法を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…上側爪ティースコア、２…下側爪ティースコア、３…コイル、４…絶縁物（絶縁ボビン）、５…導体、６…蓄線リング、７…巻線フライヤ、８…巻枠、９…圧延ローラ、
１０…引き出し線（リード）、１１…コネクタ。
【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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