(57)【要約】【課題】高電流及び高速度のもとで動作されたときに渦電流損が少ないスロットレスモータのための巻線を提供する。【解決手段】スロットレスモータのための固定子巻線は、マグネットワイヤ２２を単一層コイル２４へと巻くことにより形成される。コイル２４は、例えば、プレス動作で変形されて、二重層ウェブ２６を形成し、これを端−端でロール状にして、円筒状固定子巻線２０を形成する。コイル２４は、接続タップ２５間に延びる多数の位相巻線２７へと分割される。マグネットワイヤ２２は、複数のコアワイヤ２３から形成されたマルチコアマグネットワイヤである。各コアワイヤ２３は、絶縁単一コアワイヤである。任意であるが、コアワイヤは、一緒にねじられる。コアワイヤ２３は、接続タップ２５において電気的に一緒に接続され、複数の並列電気経路又はサブ巻線を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の位相巻線が連続的に巻かれたマグネットワイヤの複数の巻回を含むスロットレスモータのための固定子巻線において、前記マグネットワイヤは、複数のコアワイヤを一緒にねじったもので形成されたマルチコアマグネットワイヤであり、各コアワイヤは、絶縁単一ストランドコアを有し、これにより、固定子巻線が複数の並列電気経路を有することを特徴とする固定子巻線。
【請求項２】
前記コアワイヤは、各位相巻線の各端において一緒に電気的に接続される、請求項１に記載の固定子巻線。
【請求項３】
前記固定子巻線は、マグネットワイヤを巻き付け、平坦化し、そしてロール状にすることから形成される、請求項１又は２に記載の固定子巻線。
【請求項４】
固定子コアと、この固定子コアに固定されそして多数の位相巻線を有する固定子巻線とを備え、この固定子巻線は、マグネットワイヤの単一層コイルを平坦化して円筒形態へとロール状にすることで形成されるスロットレスモータのための固定子において、前記マグネットワイヤは、複数のコアワイヤを有するマルチコアマグネットワイヤであり、各コアワイヤは、絶縁単一ストランドコアを有し、これにより、固定子巻線が複数の並列電気経路を有することを特徴とする固定子。
【請求項５】
前記コアワイヤは、各位相巻線の端において一緒に電気的に接続される、請求項４に記載の固定子。
【請求項６】
前記マグネットワイヤのコアワイヤは、螺旋形態へと一緒にねじられる、請求項４又は５に記載の固定子。
【請求項７】
前記位相巻線は、スター又はデルタ構成で一緒に電気的に接続される、請求項４、５又は６に記載の固定子。
【請求項８】
スロットレスモータのための固定子巻線を形成する方法において、
１）複数の絶縁コアワイヤを一緒にねじって、複数の電気的経路を有するマグネットワイヤを形成するステップと、
２）前記マグネットワイヤを単一層コイルへと巻き、このコイルを変形して固定子巻線を形成するステップと、
を備えた方法。
【請求項９】
前記ステップ２）は、
ｉ．マグネットワイヤをフレームの周りに巻き付けて単一層コイルを形成する段階と、
ii．前記コイルを実質的にフラットな二重層ウェブへと変形する段階と、
iii．前記二重層ウェブを端−端でロール状にして固定子巻線を形成する段階と、
を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記固定子巻線を多数の位相巻線へと分割して、前記コアワイヤを各位相巻線の各端において一緒に電気的に接続するステップを更に備えた、請求項８又は９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気モータに係り、より詳細には、スロットレスモータ、特に、ＢＬＤＣモータのための固定子巻線に係る。
【背景技術】
【０００２】
種々のモータが多数の異なる用途で広く使用されている。パワーエレクトロニックスの開発に伴い、特に、オフィスオートメーション、家庭用機器、自動車アクセサリー、等の分野では、構造が簡単で、電磁性能の信頼性が高く、且つ保守要件が低いことから、ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータが益々多くの用途で使用されてきている。
【０００３】
現在、多くのＢＬＤＣモータは、スロット付きモータであり、そのスロット付きモータの固定子では、通常、多数の歯とスロットが規則的な分布でその内周に沿って半径方向に位置され、これら歯とスロットは、固定子の全軸方向長さに沿って延びている。当業者に良く知られた種々の技術を使用して、固定子巻線が、ある位相順序に基づきスロットに埋め込まれる。しかしながら、この種のスロット付きモータは、スロット作用、磁気ヒステリシス損、渦電流損、磁気飽和、巻き付け難い、等の欠点がある。
【０００４】
スロット付きモータに代わるものとしてスロットレスモータが開発され、例えば、米国特許第５，１９７，１８０号に説明されている。スロットレスモータでは、固定子或いは回転子である巻線は、単一コア絶縁ワイヤ（マグネットワイヤと称される）をフレームの周りに巻き付けて、複数巻回の中空コイルを形成することにより形成される。巻回のグループ間に多数の接続タップが形成されて、位相巻線を形成することができる。フレームが除去され、コイルがプレス又は平坦化されて、マグネットワイヤの二重層ウェブを形成し、これを、次いで、端−端でロール状にして円筒状の構造体を形成する。このスロットレスモータは、スロット付きモータの幾つかの欠点を解決できるが、高電流、高速度動作状態のもとでは固定子巻線内に大きな渦電流損が生じるという欠点がある。これは、スロットレスモータの構造によるものである。
【０００５】
図１は、典型的なＢＬＤＣスロットレスモータの概略断面図である。このモータは、固定子コア１０と、この固定子コアに固定されたマグネットワイヤ２２のコイルで形成された固定子巻線２０と、永久磁石回転子１４とを有する。線１１は、固定子及び回転子を通る磁束路を表す。図１に示すように、スロットレスモータのコイルは、主たる磁気回路の一部分である。コイルに生じる渦電流損及び磁束密度、磁束の交流周波数、及びワイヤの直径は、次の関係式を満足する。即ち、Ｐ∝（Ｂｆｄ）2。但し、Ｐは、コイルに生じる渦電流損を表し、Ｂは、コイルを通過する磁界の磁束密度を表し、ｆは、磁束の交流周波数であり、そしてｄは、コイルの磁気ワイヤの直径を表す。従って、スロットレスモータが、高電流、高回転速度で使用され、そしてコイルを通過する磁界の磁束密度が比較的大きく、且つマグネットワイヤが太いときには、磁束の交流周波数が高くなり、比較的大きな渦電流損をコイルに生じさせる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、高電流及び高速度のもとで動作されたときに渦電流損が少ないスロットレスモータのための巻線が要望される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これは、本発明においては、複数の絶縁コアワイヤから形成されたマルチコアマグネットワイヤを使用して複数の並列電気経路を形成することにより達成される。
【０００８】
従って、本発明は、その１つの態様において、多数の位相巻線が連続的に巻かれたマグネットワイヤの複数の巻回を含むスロットレスモータのための固定子巻線において、前記マグネットワイヤは、複数のコアワイヤを一緒にねじったもので形成されたマルチコアマグネットワイヤであり、各コアワイヤは、絶縁単一ストランドコアであり、これにより、固定子巻線が複数の並列電気経路を有するようにした固定子巻線を提供する。
【０００９】
好ましくは、コアワイヤは、各位相巻線の各端において一緒に電気的に接続される。
【００１０】
好ましくは、固定子巻線は、マグネットワイヤを巻き付け、平坦化し、そしてロール状にすることから形成される。
【００１１】
又、本発明は、その第２の態様によれば、固定子コアと、この固定子コアに固定されそして多数の位相巻線を有する固定子巻線とを備え、この固定子巻線は、マグネットワイヤの単一層コイルを平坦化して円筒形態へとロール状にすることで形成されるスロットレスモータのための固定子において、前記マグネットワイヤは、複数のコアワイヤを有するマルチコアマグネットワイヤであり、各コアワイヤは、絶縁単一ストランドコアを有し、これにより、固定子巻線が複数の並列電気経路を有するようにした固定子を提供する。
【００１２】
好ましくは、コアワイヤは、各位相巻線の端において一緒に電気的に接続される。
【００１３】
好ましくは、マグネットワイヤのコアワイヤは、螺旋形態へと一緒にねじられる。
【００１４】
好ましくは、位相巻線は、スター又はデルタ構成で一緒に電気的に接続される。
【００１５】
本発明は、その別の態様によれば、スロットレスモータのための固定子巻線を形成する方法において、
１）複数の絶縁コアワイヤを一緒にねじって、複数の電気的経路を有するマグネットワイヤを形成するステップと、
２）前記マグネットワイヤを単一層コイルへと巻き、このコイルを変形して固定子巻線を形成するステップと、
を備えた方法を提供する。
【００１６】
好ましくは、ステップ２）は、
ｉ．マグネットワイヤをフレームの周りに巻き付けて単一層コイルを形成する段階と、
ii．そのコイルを実質的にフラットな二重層ウェブへと変形する段階と、
iii．その二重層ウェブを端−端でロール状にして固定子巻線を形成する段階と、
を含む。
【００１７】
好ましくは、前記方法は、固定子巻線を多数の位相巻線へと分割するステップも備え、コアワイヤが各位相巻線の各端において一緒に電気的に接続される。
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を一例として詳細に説明する。これらの図面において、２つ以上の図面に現れる同一の構造体、要素又は部分は、一般的に、それらが現れる全ての図面において同じ参照番号で示される。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、便宜上及び表現を明瞭にするために選択されたもので、必ずしも、正しいスケールで示されていない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】スロットレスモータの主たる磁気回路の概略断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態によるスロットレスモータの固定子を示す斜視図である。
【図３】図２の固定子を組み込んだスロットレスモータの概略断面図である。
【図４】図３のモータの一部分の拡大概略図である。
【図５】図２の固定子を形成するステップを示す概略図である。
【図６】図２の固定子を形成するステップを示す概略図である。
【図７】図２の固定子を形成するステップを示す概略図である。
【図８】図２の固定子を形成するステップを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図２から図４は、本発明の好ましい実施形態によるスロットレスモータの固定子構造を示す。図２は、円筒状固定子コア１０と、このコア内に固定された固定子巻線２０とを含む固定子の斜視図である。コア１０は、電気鋼の多数の型抜きされた薄片を一緒に積み重ねることにより形成される。巻線２０は、従来の単一コアマグネットワイヤが、マルチコアマグネットワイヤ２２を形成する単一コア絶縁ワイヤの束に置き換えられる以外、通常の仕方で形成される。マグネットワイヤ２２は、コアワイヤ２３として知られている複数の絶縁ワイヤから形成され、コアワイヤは、一緒にねじられて、螺旋形態を形成する。コアワイヤ２３の各々は、好ましくは銅の絶縁単一ストランドコアを有する。コアワイヤ２３の端は、電気的に一緒に接続されて、複数の並列電気経路又は個別のサブ巻線をコイル内に形成する。
【００２１】
コイルは、コイルが巻かれるときにタップ接続部２５が形成されるようにして、区分に分離される。これらの区分は、モータの異なる位相に対する位相巻線２７を形成する。これら位相巻線は、モータの要件に基づいてスター又はデルタ構成で接続することができる。ここに示す実施形態では、巻線２０は、６つの位相巻線２７で形成され、そしてマグネットワイヤ２２は、図５に示すように、６つのコアワイヤ２３から形成される。別の例として、図４では、マグネットワイヤが７つのコアワイヤで形成されて示されている。
【００２２】
上述したように、コイルに生じる渦電流損及び磁束密度と、磁束の交流周波数と、マグネットワイヤの直径との間の関係によれば、本発明の固定子巻線は、高電流及び高回転速度の用途で使用されたときに、巻線２０に生じる渦電流損を効果的に減少することができる。同様の電流搬送容量の単一コアマグネットワイヤの直径に比してコアワイヤの直径が比較的小さいことは、各ワイヤに搬送される電流を減少させる。コアワイヤの並列構成は、固定子巻線の全電流及び磁束を分割し又は分担する。絶縁コアワイヤ２３を一緒にねじって螺旋形態にすることにより、異なるコアワイヤ２３間に潜在的な差が生じるのを回避し、従って、銅損の増加を招く循環電流の発生を減少することができる。
【００２３】
図５から８は、固定子巻線を形成する際の種々のステップを示す。この方法は、次のような主たるステップを含む。
【００２４】
１）複数の絶縁コアワイヤ２３を一緒にねじって螺旋形態にし、マルチコアのマグネットワイヤ２２を形成する。
【００２５】
２）マグネットワイヤ２２をブラケット（図示せず）に巻き付けて、図６に示すように中空の単一層コイル２４を形成する。このコイル２４は、固定子巻線をモータコントローラに接続するのに使用される接続タップ２５によって多数の位相巻線２７に分割される。接続タップにより画成される位相巻線の各端において、コアワイヤを電気的に一緒に接続して、並列経路を形成する。この接続は、コアワイヤを一緒に溶接、半田付け、又は溶融するか、或いは機械的な接続により行うことができ、そして固定子巻線をモータ制御回路又はコントローラに接続するときに任意に行うことができる。任意であるが、コイルをブラケットから取り外すときには、接着テープ２８をコイルの側部に適用して、マグネットワイヤの巻回を位置保持してもよい。
【００２６】
３）次いで、マグネットワイヤの巻回を互いに隣に維持しながら、プレス、平坦化、等を行うことにより、コイル２４を基本的にフラットな二重層ウェブ２６へと変形させる。これは、コイル２４の各巻回上に横たわるものとして最も良く説明される。
【００２７】
４）次いで、二重層ウェブ２６をロール状にして、円筒状の固定子巻線２０を形成する。ウェブ２６の両端が合流して、図８に示すように、連続的な二重層円筒を形成する。次いで、固定子巻線を固定子コア内に固定し、図２の固定子を形成する。
【００２８】
本発明によりスロットレスモータの固定子を巻く方法は、従来の方法に類似しているが、マグネットワイヤを巻く前に、複数の絶縁コアワイヤ２３を一緒にねじることにより、マグネットワイヤを形成する。コアワイヤ２３の各々は、比較的小さな直径の単一コアを有し、それらを一緒にねじって、比較的大きな直径のマルチコアマグネットワイヤ２２を形成する。従って、本発明は、実施が困難なことはなく、巻いて整形するというその後の作業は便利である。
【００２９】
本発明の説明及び特許請求の範囲において、各動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」並びにその変化は、包括的な意味で、そこに述べた品目の存在を特定するのに使用されるもので、付加的な品目の存在を除外するものではない。
【００３０】
１つ以上の好ましい実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって限定される。
【符号の説明】
【００３１】
１０：固定子コア
２０：固定子巻線
２２：マグネットワイヤ
２３：コアワイヤ
２４：中空の単一層コイル
２５：タップ接続
２６：二重層ウェブ
２７：位相巻線
【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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【外国語明細書】
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