(57)【要約】【課題】占積率及び磁束、従ってモータの効率を効果的に高めることができるステータ、及びこのようなステータを有するモータを提供する。【解決手段】ブラシレス直流モータが、ステータと、ステータに対して回転自在なロータとを含む。ステータは、円周方向に配置された複数のセグメントと、これらのセグメントを共に接続する支持ブラケットとを含む。各セグメントは、セグメントコアユニットと、セグメントコアユニットに取り付けられた巻線アセンブリとを含む。２つの隣接するセグメントのセグメントコアユニットは、これらの間に間隙を定める。支持ブラケットは、非磁性材料で構成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータのステータであって、
円周方向に配置された複数のセグメントと、
前記セグメントを共に接続する支持ブラケットと、
を備え、各セグメントは、セグメントコアユニットと、前記セグメントコアユニットに取り付けられた巻線アセンブリとを含み、２つの隣接するセグメントの前記セグメントコアユニットは、該セグメントコアユニット間に間隙を定める、
ことを特徴とするステータ。
【請求項２】
前記セグメントの数は、Ｎ≧１とする３Ｎである、
請求項１に記載のステータ。
【請求項３】
前記２つの隣接するセグメントの前記セグメントコアユニット間の前記間隙に、前記支持ブラケットの一部が挿入される、
請求項１又は２に記載のステータ。
【請求項４】
前記支持ブラケットは、エンドプレートと、該エンドプレートから延びる複数の接続部分とを含み、各接続部分は、２つの隣接するセグメントの前記セグメントコアユニット間の前記間隙に挿入される、
請求項３に記載のステータ。
【請求項５】
前記支持ブラケットの前記一部と前記セグメントコアユニットとがラッチ機構によって共に接続され、前記ラッチ機構は、ラッチスロットと、該ラッチスロットに係合可能なラッチブロックとを含む、
請求項３又は４に記載のステータ。
【請求項６】
各セグメントコアユニットは、軸方向の穴を形成し、前記支持ブラケットは、複数の取り付けポストを形成し、各取り付けポストは、それぞれのセグメントコアユニットの軸方向の穴に係合する、
請求項１から５のいずれか１項に記載のステータ。
【請求項７】
別の支持ブラケットをさらに備え、該別の支持ブラケットは、エンドプレートと、該エンドプレートから延びる複数の取り付けポストとを含み、各取り付けポストは、それぞれのセグメントコアユニットの軸方向の穴に係合する、
請求項６に記載のステータ。
【請求項８】
前記別の支持ブラケットの前記取り付けポストは、前記支持ブラケットの前記取り付けポストとそれぞれ整列する、
請求項７に記載のステータ。
【請求項９】
前記セグメントコアユニットは、概ねＷ字形であり、２つのウイング部分と、該２つのウイング部分間に配置されたアーム部分とを含み、前記ウイング部分及び前記アーム部分は、これらの間に組み立て空間を定め、前記巻線アセンブリは、前記アーム部分の周囲に取り付けられて前記組み立て空間内に配置される、
請求項４に記載のステータ。
【請求項１０】
前記支持ブラケットは、前記エンドプレートから延びる仕切り板を形成し、該仕切り板は、前記アーム部分と隣接するウイング部分との間の前記組み立て空間に挿入されて、前記巻線アセンブリを前記ウイング部分から隔離する、
請求項９に記載のステータ。
【請求項１１】
前記支持ブラケットは、非磁性材料で構成される、
請求項１から１０のいずれか１項に記載のステータ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のステータと、該ステータに対して回転自在なロータとを備える、
ことを特徴とするブラシレス直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＬＤＣモータに関し、特にステータ、及びステータを有するＢＬＤＣモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータは、ステータ巻線及び永久磁石ロータを含む。ステータ巻線における電流の方向は、ロータの位置に基づいて変化し、結果としてロータを連続回転させる交番磁界を構築する。ブラシレス直流モータは、寿命が長く低ノイズである。
【０００３】
通常、既存のＢＬＤＣモータは、全体的に円柱構造である。ステータは、環状のステータコアと、ステータコアから半径方向に延びる複数の歯とを含む。歯は、ステータコアの円周方向に均一に配置される。巻線は、歯に巻き回される。ロータは、ステータ内に収容されてステータに向かい合う。しかしながら、ステータコアは、連続する環状構造であることにより、ある程度の磁気漏れを生じて磁束及び効率が低下してしまう。一方で、環状のステータコアでは、歯間のスロット開口部が制限されており、これは巻線を巻くのに不便であるとともに占積率を低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、占積率及び磁束、従ってモータの効率を効果的に高めることができるステータ、及びこのようなステータを有するモータが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様では、円周方向に配置された複数のセグメントと、これらのセグメントを共に接続する支持ブラケットとを含むステータを提供する。各セグメントは、セグメントコアユニットと、セグメントコアユニットに取り付けられた巻線アセンブリとを含む。２つの隣接するセグメントのセグメントコアユニットは、これらの間に間隙を定める。
【０００６】
セグメントの数は、Ｎ≧１とする３Ｎであることが好ましい。
【０００７】
２つの隣接するセグメントのセグメントコアユニット間の間隙には、支持ブラケットの一部が挿入されることが好ましい。
【０００８】
支持ブラケットは、エンドプレートと、エンドプレートから延びる複数の接続部分とを含み、各接続部分は、２つの隣接するセグメントのセグメントコアユニット間の間隙に挿入されることが好ましい。
【０００９】
支持ブラケットの一部とセグメントコアユニットとがラッチ機構によって共に接続され、ラッチ機構は、ラッチスロットと、ラッチスロットに係合可能なラッチブロックとを含むことが好ましい。
【００１０】
各セグメントコアユニットは、軸方向の穴を形成し、支持ブラケットは、複数の取り付けポストを形成し、各取り付けポストは、それぞれのセグメントコアユニットの軸方向の穴に係合することが好ましい。
【００１１】
ステータは、別の支持ブラケットをさらに備え、別の支持ブラケットは、エンドプレートと、エンドプレートから延びる複数の取り付けポストとを含み、各取り付けポストは、それぞれのセグメントコアユニットの軸方向の穴に係合することが好ましい。
【００１２】
別の支持ブラケットの取り付けポストは、支持ブラケットの取り付けポストとそれぞれ整列することが好ましい。
【００１３】
セグメントコアユニットは、概ねＷ字形であり、２つのウイング部分と、２つのウイング部分間に配置されたアーム部分とを含み、ウイング部分及びアーム部分は、これらの間に組み立て空間を定め、巻線アセンブリは、アーム部分の周囲に取り付けられて組み立て空間内に配置されることが好ましい。
【００１４】
支持ブラケットは、エンドプレートから延びる仕切り板を形成し、仕切り板は、アーム部分と隣接するウイング部分との間の組み立て空間に挿入されて、巻線アセンブリをウイング部分から隔離することが好ましい。
【００１５】
支持ブラケットは、非磁性材料で構成されることが好ましい。
【００１６】
別の態様では、上記のステータと、ステータに対して回転自在なロータとを備えたブラシレス直流モータを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の１つの実施形態によるブラシレス直流モータを示す図である。
【図２】図１のモータのステータを示す図である。
【図３】図２のステータの分解図である。
【図４】別の方向から見たステータの分解図である。
【図５】ステータのアーマチャの個々のセグメントを示す図である。
【図６】図５のアーマチャセグメントの分解図である。
【図７】ステータの断面図である。
【図８】図１のモータのロータを示す図である。
【図９】図８のロータの縦断面図である。
【図１０】図８のロータの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に、本発明の１つの実施形態によるブラシレス直流モータを示す。このブラシレス直流モータは、ステータ１０と、ステータ１０に対して回転自在なロータ３０とを含む。この実施形態のモータは、インナーロータ型モータであり、ロータ３０は、ステータ１０内に回転自在に取り付けられる。
【００１９】
図２〜図４を参照すると、ステータ１０は、アーマチャ１１と、アーマチャ１１の２つの軸端に配置された２つの支持ブラケット１２（以下、上側支持ブラケット１２ａ及び下側支持ブラケット１２ｂと呼ぶ）とを含む。アーマチャ１１は、複数のセグメント１３を含むセグメント構造である。セグメント１３の数は、１以上の整数をＮとする、すなわちＮ≧１とする３Ｎ個である。アーマチャ１１のセグメント１３は、実質的に同じ構造であり、円周方向に沿って均等に配置されることが好ましい。隣接するセグメント１３は、これらの間に間隙１４を定め、すなわちセグメント１３は、円周方向に不連続に配置される。この実施形態では、アーマチャ１１が３つのセグメント１３を含み、アーマチャ１１の全体的な外形は概ね三角形である。３つのセグメント１３によって協働的に円形の貫通穴１５が定められ、その中にロータ３０が収容される。従って、組み立てたモータの全体的な外形は、実質的に三角形である。
【００２０】
別の実施形態では、セグメント１３の数に基づいて、モータ／アーマチャ１１の外形が実質的に多角形であって３Ｎ個の辺を有する。例えば、６つのセグメント１３は、六角形のモータ／アーマチャ１１を形成し、９つのセグメント１３は、九角形のモータ／アーマチャ１１を形成する。３Ｎ個の辺を有する多角形のモータ／アーマチャ１１は、従来の円形又は正方形のモータに比べて余分なコア部分を排除することができ、これによってモータ／アーマチャ１１の重量及びサイズが減少し、従って取り付け空間に対するユーザの特別な要件が満たされる。
【００２１】
図５及び図６を参照すると、アーマチャ１１の各セグメント１３は、セグメントコアユニット１６と、セグメントコアユニット１６に巻き回された巻線アセンブリ１７とを含む。セグメントコアユニット１６は、ケイ素鋼積層体などの複数のコア積層体を積み重ねることによって形成される。セグメントコアユニット１６は、全体的にＷ字形であり、２つのウイング部分１８と、これらのウイング部分１８間に配置された１つのアーム部分１９とを含む。ウイング部分１８及びアーム部分１９の半径方向外端部、すなわちステータ１０の半径方向外側の端部は共に接続される。ウイング部分１８及びアーム部分１９の半径方向内端部、すなわちロータ３０に面する端部は互いに分離する。各ウイング部分１８とアーム部分１９との間には、巻線アセンブリ１７を取り付けるための組み立て空間２０が形成される。
【００２２】
各ウイング部分１８には、ウイング部分１８を軸方向に通過する貫通穴２１を形成することが好ましい。各ウイング部分１８の半径方向内端部は半径方向内向きに突出して、支持ブラケット１２を取り付けるためのラッチブロック２２を形成する。巻線アセンブリ１７は、絶縁ブラケット２３と、絶縁ブラケット２３に巻き回された巻線２４とを含む。絶縁ブラケット２３は、絶縁プラスチックで構成されることが好ましい。絶縁ブラケット２３には、導電性のピンが固定挿入される。巻線２４は、絶縁ブラケット２３上に巻かれて導電性のピンに電気的に接続される。巻線アセンブリ１７は、セグメントコアユニット１６のアーム部分１９の周囲に取り付けられる。絶縁ブラケット２３の中央領域には、アーム部分１９に対応する取り付け穴２３０が定められる。
【００２３】
絶縁プラスチックなどの非磁性材料で構成された支持ブラケット１２は、アーマチャ１１のセグメント１３を共に接続し、それぞれのセグメント１３のセグメントコアユニット１６を分離して磁気漏れを低減する。図３及び図４も参照すると、上側支持ブラケット１２ａ及び下側支持ブラケット１２ｂは同様の構造であり、いずれもエンドプレート２５と、エンドプレート２５から垂直に延びる複数の取り付けポスト２６とを含む。エンドプレート２５は、アーマチャ１１の２つの軸端をそれぞれ覆う薄板である。各エンドプレート２５は、アーマチャ１１と一致する外形及びサイズを有する。例えば、この実施形態では、各エンドプレート２５が実質的に三角形であり、内部に円形の穴を有する。上側支持ブラケット１２ａ及び下側支持ブラケット１２ｂの取り付けポスト２６は、互いに軸方向に整列する。エンドプレート２５から延びる各２つの整列する取り付けポスト２６の全長は、セグメントコアユニット１６の軸方向高さ以下である。従って、組み立て後に、２つの支持ブラケット１２ａ、１２ｂの整列した取り付けポスト２６が互いに干渉することはない。取り付けポスト２６は、セグメントコアユニット１６のウイング部分１８の貫通穴２１に対応する。組み立て時には、２つの支持ブラケット１２ａ、１２ｂの各２つの軸方向に整列する取り付けポスト２６をセグメントコアユニット１６の２つの軸端から１つの同じ貫通穴２１にそれぞれ挿入して、セグメントコアユニット１６の位置決め及び支持を行う。
【００２４】
下側支持ブラケット１２ｂには、各セグメント１３に対応する２つの仕切り板２７がさらに形成される。２つの仕切り板２７は、エンドプレート２５から垂直に延びる。エンドプレート２５から延びる仕切り板２７の長さは、セグメントコアユニット１６の軸方向高さと実質的に等しい。下側支持ブラケット１２ｂには、各２つの隣接するセグメント１３に対応する接続部分２８がさらに形成される。接続部分２８は、エンドプレート２５から垂直に延びる。エンドプレート２５から延びる接続部分２８の長さは、セグメントコアユニット１６の軸方向高さと実質的に等しい。接続部分２８は、２つのラッチスロット２９が２辺に形成されたＨ字形の断面を有することが好ましい。各ラッチスロット２８は、１つの隣接するセグメント１３のセグメントコアユニット１６のウイング部分２８の１つの対応するラッチブロック２２を係合的に受け入れる。
【００２５】
図７も参照すると、組み立て中、各仕切り板２７は、セグメントコアユニット１６の一方のウイング部分１８とアーム部分１９との間の空間２０に挿入されてウイング部分１８にもたれ掛かり、従ってセグメントコアユニット１６のウイング部分１８から巻線２４を隔離して巻線２４が短絡するのを防ぐ。各接続部分２８は、隣接するセグメント１３のセグメントコアユニット１６の対応するウイング部分１８間の間隙１４に挿入される。２つのウイング部分１８のラッチブロック２２は、それぞれ軸方向に摺動して接続部分２８のラッチスロット２９に入り込むことにより、隣接するセグメント１３を共に接続してアーマチャ１１を形成する。ラッチブロック２２は、蟻継ぎ形状を形成し、ラッチスロット２９は、ラッチブロックに一致する形状を有し、これによってこれらが分離するのを避けることが好ましい。別の実施形態では、ラッチブロックを矩形又は楔形などの別の形状とし、ラッチスロットがラッチブロックに一致する形状を有し、これによって強固な接続を実現することもできる。
【００２６】
この実施形態では、仕切り板２７が、下側支持ブラケット１２ｂに形成されてセグメントコアユニット１６を巻線２４から隔離し、接続部分２８が、セグメントコアユニット１６同士を接続するように形成される。別の実施形態では、仕切り板２７を上側支持ブラケット１２ａに形成することもでき、或いは上側及び下側支持ブラケット１２ａ、１２ｂの両方に仕切り板２７を形成することもできる。接続部分２８は、上側支持ブラケット１２ａに形成することも、或いは上側及び下側支持ブラケット１２ａ、１２ｂの両方に形成することもできる。また、接続部分２８及び仕切り板２７は、同じ支持ブラケット１２ａ又は１２ｂに形成することも、或いは上側及び下側ブラケット１２ａ及び１２ｂにそれぞれ形成することもできる。
【００２７】
さらに、この実施形態では、セグメントコアユニット１６のウイング部分１８にラッチブロック２２が形成され、接続部分２８にラッチスロット２９が形成され、ラッチブロック２２がラッチスロット２９に係合して２つの隣接するセグメント１３を接続する。別の実施形態では、セグメントコアユニット１６にラッチスロット２９を形成し、接続部分２８にラッチブロック２２を形成し、ラッチブロックとラッチスロットとを係止接続することによって、隣接するセグメント１３を同様に共に接続することもできる。この係止接続構造も単純であり、動作に便利である。
【００２８】
ステータ１０の製造中には、まず絶縁ブラケット２３上に巻線２４を巻き付ける。巻線は、集中巻き法を用いて巻き付けることができる。巻き付けの完了後、絶縁ブラケット２３の組み立て穴２３０をセグメントコアユニット１６のアーム部分１９と整列させ、セグメントコアユニット１６のアーム１９を絶縁ブラケット２３の組み立て穴２３０に押し込み、又は絶縁ブラケット２３をアーム部分１９の周囲に取り付けて、アーマチャ１１の個々のセグメント１３を形成する。セグメント１３の２つの軸端に上側及び下側支持ブラケット１２ａ、１２ｂを取り付け、セグメント１３を共に接続してステータ１０を形成する。
【００２９】
本発明では、絶縁ブラケット２３をセグメントコアユニット１６に取り付ける前に、絶縁ブラケット２３に巻線２４を巻き付ける。従って、巻線２４の巻き付けが、スロット開口部の形状及びサイズ、並びに巻き付け工程の制限を受けることがなく、これによって巻線２４の占積率及びモータの出力密度を効果的に高めることができる。この巻き付け工程、及び巻き付け工程後のセグメントコアユニットとの組み立ては、一体型のセグメントコアユニットに直接巻線を巻き付けるのに比べて単純、高速かつ高効率であり、これによって製造工程の自動化が容易になる。また、ステータ１０は、支持ブラケット１２を通じて共に接続された複数のセグメント１３によって形成され、ステータ１０のセグメントコアユニット１６は、非磁性の接続部分２８によって円周方向に隔離される。本発明のステータ１０は、従来の一体型ステータの設計に比べて磁路における磁気漏れが減少し、これによってモータ性能が少なくとも１０％高くなる。
【００３０】
図８〜図１０を参照すると、ロータ３０は、回転軸３２と、回転軸３２上に固定して取り付けられたロータコア３４と、ロータコア３４に取り付けられた複数の磁石３６と、磁石３６を取り囲むロータスリーブ３８とを含む。ロータコア３４は、概ね円筒形である。ロータコア３４の半径方向外面には、複数の溝３５が形成される。溝３５は、円周方向に沿って均一に離間する。各溝３５は、軸方向に沿ってロータコア３４を貫通する。この実施形態では、溝３５の数が１０個である。各溝３５は、内部に１つの磁石３６を受け入れる。磁石３６は、フェライト磁石３６とすることができる。磁石３６の半径方向外面は円弧状であり、全ての磁石３６の半径方向外面は、実質的に１つの同じ円筒面上に位置する。この実施形態では、磁石３６の外面が、ロータコア３４の外面を越えて突出する。２つのロータスリーブ３８が存在し、これらの各々は、一端が開放された円筒構造である。
【００３１】
組み立て時には、２つのロータスリーブ３８をロータコア３４の２つの軸端からそれぞれロータコア３４に押し付けてロータコア３４及び磁石３６を半径方向に取り囲み、ロータの回転中に磁石が外れるのを防ぐ。組み立て時には、ステータ１０の貫通穴１５にロータ３０を挿入し、ステータ１０及びロータ３０を直接ユーザシステムに取り付ける。取り付け用のフランジを含む取り付けハウジングには、ユーザシステムの取り付けブラケットをダイキャスティングによって一体に形成し、これによって部品数及び組み立て工程が低減され、従って材料コスト及び組み立てコストが削減される。
【００３２】
１又は２以上の好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明したが、当業者であれば、様々な修正が可能であると理解すべきである。例えば、この実施形態ではアーマチャをステータとして使用しているが、アーマチャをロータとして使用することもできる。従って、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。
【符号の説明】
【００３３】
１１  アーマチャ
１２ａ  上側支持ブラケット
１２ｂ  下側支持ブラケット
１３  セグメント
１４  間隙
１５  貫通穴
２５  エンドプレート
２６  取り付けポスト
２７  仕切り板
２８  接続部分
２９  ラッチスロット
【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】
2017127180.tif 000008
【図７】
2017127180.tif 000009
【図８】
2017127180.tif 000010
【図９】
2017127180.tif 000011
【図１０】
2017127180.tif 000012
【外国語明細書】
2017127180000001.pdf