(57)【要約】ステータコアにボビンを介して巻き回されるコイル巻線の占積率を向上させた同期モータを提供する。ステータコア２６はコイル巻線２８が巻き回されたボビン２９の軸心方向両側へ分割可能に組み付けられている。【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軸支されたロータと、該ロータに囲まれた空間部に配置されるステータとを備えた同期モータにおいて、
ステータコアは、コイル巻線が巻き回されるボビンの軸心方向両側へ分割可能に組み付けられていることを特徴とする同期モータ。
【請求項２】
前記ステータコアのロータに対向する磁極作用面部は、ステータ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記載の同期モータ。
【請求項３】
前記ボビンには予め巻線治具にてコイル状に巻かれたコイル巻線が溝部に嵌め込まれることを特徴とする請求項１記載の同期モータ。
【請求項４】
前記ボビンは筒状の巻心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、予めコイル状に巻き回されたコイル巻線が嵌め込まれ、分割されたステータコアが前記巻心部へ軸心方向両側から挿入され、先端部が突き当てられて嵌め込まれることを特徴とする請求項１記載の同期モータ。
【請求項５】
前記巻心部は起立璧より外方へ突出して形成されており、前記巻心部にコイル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両側を絶縁フィルムに覆われて嵌め込まれ、ステータコアと起立壁との間で挟持されて組み付けられることを特徴とする請求項４記載の同期モータ。
【請求項６】
ハウジング内に出力軸を中心に回転可能に軸支されたロータと、該ロータに囲まれた空間部に配置されるステータとを備えた同期モータにおいて、
ステータコアは、コイル巻線が巻き回されるボビンの軸心方向両側へボビンと共に分割可能に組み付けられ、各ボビンの対向面にコイル巻線どうしを結線する結線基板が配設されることを特徴とする同期モータ。
【請求項７】
前記ステータコアのロータに対向する磁極作用面部は、ステータ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６記載の同期モータ。
【請求項８】
前記各ボビンには予め巻線治具にてコイル状に巻かれたコイル巻線が溝部に各々嵌め込まれることを特徴とする請求項６記載の同期モータ。
【請求項９】
各ボビンの軸心を通じて両側から組み付けられたステータコアどうしを連結して固定する連結プレートが設けられていることを特徴とする請求項６記載の同期モータ。
【請求項１０】
ロータマグネットのステータ磁極に対向する内周面が正弦波着磁されており、磁極検出面は台形波着磁されていることを特徴とする請求項６記載の同期モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は同期モータに関する。
【背景技術】
【０００２】  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、コイル巻線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、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り換える同期モータがある（特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−８４３１６号公報
【特許文献２】特願平９−１３５５５９号公報
【０００３】  また、運転回路制御部（マイクロコンピュータなど）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コイル巻線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り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（特許文献３及び特許文献４参照）。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、該ボビンにはコイル巻線としてのコイル巻線が巻き回されている。このコイル巻線は、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。
【特許文献３】特開２０００−１２５５８０号公報
【特許文献４】特開２０００−１６６２８７号公報
【発明の開示】
【０００４】  上述した同期モータにおいて、小型のステータコアにボビンを装着し、該ボビンにコイル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、コイル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コイル巻線を整列巻きすることが困難であった。これによりコイル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。
また、ロータの起動回転方向を安定させるためステータコアに周方向へ補助コアを設けるとすれば、ボビンの装着スペースが減少しコイル巻線を巻き回す空間部が減少する。
更に、ロータに囲まれた狭い空間内でコイル外結線を行う必要があり、コイル外結線がロータに干渉することなく配線するのが難しい。
本発明の第１の目的は、ステータコアにボビンを介して巻き回されるコイル巻線の占積率を向上させると共にモータの組立工程を簡略化して量産性向上を図ること、第２の目的は、ロータの起動回転方向を安定させること、第３の目的はコイル外結線の配線長を短縮して限られたスペースを有効利用した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。
第１の構成は、ハウジング内に出力軸を中心に回転可能に軸支されたロータと、該ロータに囲まれた空間部に配置されるステータとを備えた同期モータにおいて、ステータコアは、コイル巻線が巻き回されるボビンの軸心方向両側へ分割可能に組み付けられていることを特徴とする。
また、前記ステータコアのロータに対向する磁極作用面部は、ステータ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、前記ボビンには予め巻線治具にてコイル状に巻かれたコイル巻線が溝部に嵌め込まれることを特徴とする。
また、前記ボビンは筒状の巻心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、予めコイル状に巻き回されたコイル巻線が嵌め込まれ、分割されたステータコアが前記巻心部へ軸心方向両側から挿入され、先端部が突き当てられて嵌め込まれることを特徴とする。
また、前記巻心部は起立璧より外方へ突出して形成されており、前記巻心部にコイル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両側を絶縁フィルムに覆われて嵌め込まれ、ステータコアと起立壁との間で挟持されて組み付けられることを特徴とする。
第２の構成は、ハウジング内に出力軸を中心に回転可能に軸支されたロータと、該ロータに囲まれた空間部に配置されるステータとを備えた同期モータにおいて、ステータコアは、コイル巻線が巻き回されるボビンの軸心方向両側へボビンと共に分割可能に組み付けられ、各ボビンの対向面にコイル巻線どうしを結線する結線基板が配設されることを特徴とする。
また、前記ステータコアのロータに対向する磁極作用面部は、ステータ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、前記各ボビンには予め巻線治具にてコイル状に巻かれたコイル巻線が溝部に各々嵌め込まれることを特徴とする。
また、各ボビンの軸心を通じて両側から組み付けられたステータコアどうしを連結して固定する連結プレートが設けられていることを特徴とする。
また、ロータマグネットのステータ磁極に対向する内周面が正弦波着磁されており、磁極検出面は台形波着磁されていることを特徴とする。
第１の構成の同期モータを用いると、ステータコアは、モータコイルが巻き回されたボビンの軸心方向両側へ分割可能に組み付けられているので、ロータに囲まれた限られた空間内でボビンを分割せずにステータコアに装着できる。従って、コイル巻線を巻き回す十分なスペースを確保することができる。
また、ロータに対向するステータコアの磁極作用面は、ステータ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該中心線の両側で形状が異なっているので、ロータの起動回転方向を安定化することができる。
また、予め巻線治具にてコイル状に巻かれたコイル巻線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整列巻きされたコイル巻線を形成することができる。従って、コイル巻線の占積率を向上させ、モータの出力効率を向上させることができる。
また、ボビンは筒状の巻心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、予めコイル状に巻き回されたコイル巻線が嵌め込まれるので、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。
更には、コイル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ボビンの巻心部に嵌め込まれているので、ハウジング内の開いたスペースを利用して結線基板により配線接続を行うことができ、コイル外結線の配線長を短縮してロータとの干渉を防ぐことができる。
また、第２の構成の同期モータを用いれば、ステータコアは、コイル巻線が巻き回されるボビンの軸心方向両側へボビンと共に分割可能に組み付けられるので、出力軸がステータコアを貫通して一端側及び両端側のいずれにも駆動伝達することができるので、利便性が高い。また、各ボビンの対向面にコイル巻線どうしを結線する結線基板を配設することで、コイル外結線の配線長を更に短縮することができ、モータの小型化を図ることができる。
また、分割された各ボビンは予めコイル状に巻き回されたコイル巻線が溝部へ各々嵌め込まれたまま結線基板とステータコアと共に組み付けられ、左右で部品形状を共通化した部品を使用するので生産性が良く、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。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１Ａは、第１の構成に係る２極同期モータのステータコアの長手方向断面説明図及び図１Ｂは、上ハウジングより見た内視断面図である。
【図２】図２Ａは、２極同期モータを結線基板側から見た断面説明図、図２Ｂは、上視図、図２Ｃは、結線基板の説明図及び図２Ｄは、ステータフレームと下ハウジングとの組み付け状態を示す部分断面図である。
【図３】図３Ａは、結線基板の斜視図、３Ｂは、絶縁フィルムの斜視図である。
【図４】ボビン及びコイル巻線の斜視図である。
【図５】ステータコアの斜視図である。
【図６】図６Ａは、配線接続部、図６Ｂは、センサ基板、図６Ｃは、ステータフレーム及び下ハウジングの斜視図である。
【図７】ステータフレームを下ハウジングに組み付けた状態を示す上視図である。
【図８】ボビンにステータコアを組み付けた状態の斜視図である。
【図９】ステータをステータフレームに組み付けた状態の斜視図である。
【図１０】第１の構成に係る２極同期モータの分解斜視図である。
【図１１】上ハウジングと下ハウジングとの組み付け構造を示す分解斜視図である。
【図１２】２極同期モータの運転回路の説明図である。
【図１３】図１３Ａは、第２の構成に係る２極同期モータのステータコアの長手方向断面説明図、図１３Ｂは、内視図、図１３Ｃは、下ハウジングの上視図、図１３Ｄは、結線基板の説明図及び図１３Ｅは、センサ基板の下ハウジングへの組み付け状態を示す部分断面図である。
【図１４】図１４Ａは、２極同期モータのステータコアの短手方向断面説明図及び図１４Ｂは、上視図である。
【図１５】永久磁石の着磁波形を示すグラフ図である。
【図１６】図１６Ａ−図１６Ｃは、下ハウジングへ組み付けられるステータ及びセンサ基板の分解斜視図である。
【図１７】上ハウジングと下ハウジングとの組み付け構造を示す分解斜視図である。
【図１８】第２の構成に係る２極同期モータの分解斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  以下、発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
以下では、アウターロータ型の同期モータの一例として、２極同期モータについて説明する。先ず、図１乃至図９を参照して第１の構成に係る２極同期モータの全体構成について説明する。
図１Ａにおいて、回転子（ロータ）１及び固定子（ステータ）２は上ハウジング３及び下ハウジング４が上下に重ね合わされ、止めねじ４９によりねじ止めされて形成されるハウジング６内に収容されている。上ハウジング３には出力軸７が嵌め込まれている。出力軸７は、上ハウジング３に嵌め込まれた上部ベアリング８によりボス部９が回転可能に軸支されている。
ロータ１には、ロータ受け部材１０が一体に嵌め込まれ、該ロータ受け部材１０が下ハウジング４に嵌め込まれた下部ベアリング１１により回転可能に支持されている。上部ベアリング８及び下部ベアリング１１としては、ステータ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、例えばステンレスやアルミ合金などが好適に用いられる。また、上部ベアリング８の軸方向上端と上ハウジング３との間には予圧バネ１２（図２Ｂ参照）が介装されており、上部ベアリング８を軸方向下側に向けて付勢してロータ１の浮き上がりを抑えている。
ロータ１の構成について説明する。図１Ａ及び図２Ａにおいて、ボス部９はロータケース１３にかしめられており、ロータケース１３はボス部９を介して出力軸７に一体的に連繋している。ロータケース１３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１４が固着されている。永久磁石１４は周方向に略１８０度ずつＮ・Ｓ交互に２極に着磁されている。この永久磁石１４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１は通電によりステータ２側に形成される磁極との反発により出力軸７を中心に起動回転するようになっている。
図１Ａ及び図２Ａにおいて、ロータケース１３に囲まれた空間部にはステータ２が設けられている。下ハウジング４にはステータフレーム１６が止めねじ４６により一体に支持されている（図２Ｄ参照）。図２Ａにおいて、ステータフレーム１６には、ロータ１の回転数や磁極位置を検出するホール素子１８を備えたセンサ基板１９が止めねじ４３により固定されている。ホール素子１８はロータ１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運転回路制御部（マイクロコンピュータなど）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１８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２の構成について説明する。図６Ａ〜Ｃにおいて、ステータフレーム１６及び下ハウジング４の中心部には、外部接続線をハウジング６外へ引き出す配線引出部２１が嵌め込まれる。この配線引出部２１は、ステータフレーム１６及び下ハウジング４の中心部のステータ固定部４５に連通して設けられた嵌込み孔２２に嵌め込まれる。配線引出部２１は、フランジ状に張り出した係止部２１ａがステータフレーム１６の底部に形成された凹部１６ａに嵌め込まれて係止し、フレーム外側へ抜け止めされている。配線引出部２１には、ステータコイルに接続する配線を引き出す配線引出孔（貫通孔）２３及びロータ１の回転位置を検出するセンサ基板１９に接続する配線を引き出すセンサ配線引出孔（貫通孔）２４が各々設けられている。配線引出孔２３及びセンサ配線引出孔２４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を制御する運転回路制御部に電気的に接続される。
図６Ｂにおいて、ステータフレーム１６には、ステータ載置部２５が設けられており、該ステータ載置部２５にステータコア２６が載置される。図１Ａにおいて、ステータコア２６は、固定ボルト２７によりステータ載置部２５に固定される。ステータコア２６は２スロットを有する積層コアが用いられ、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１Ｂにおいて、ステータコア２６は、コイル巻線２８が巻き回されたボビン２９の軸心方向両側へ分割可能に組み付けられている。
図５において、ステータコア２６の永久磁石１４に対向する磁極作用面２６ａ、２６ｂは、ステータコア２６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該中心線Ｍの両側で形状が異なっている。これにより、起動時にコイル巻線２８への通電により磁極コア３０ａ、３０ｂに発生する磁極とロータ磁極（永久磁石１４の磁極）との反発及び吸引によりロータ１の起動回転方向が安定する。このように、磁極コア３０ａ、３０ｂの周方向両側へ突設された磁束作用面部２６ａ、２６ｂが、ステータコア２６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、ロータ１が一定方向（本実施例では図１Ｂ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。
図５において、ステータコア２６は、磁極片３０ａと磁極片３０ｂとに分割可能に構成されている。磁極片３０ａ、３０ｂの形状は任意であるが、作り易さを考慮するとロータ１の回転中心に対して互いに点対象となる形状にするのが好ましい。磁極片３０ａと磁極片３０ｂとは、ボビン２９の軸心方向両側から挿入される挿入部３１ａ、３１ｂの側面に形成されたテーパー部３１ｃ、３１ｄどうしを摺接させてボビン２９の軸孔に両側から挿入されて先端部が互いに突き当てられて嵌め込まれる。磁極作用面部２６ａ、２６ｂの一部に凹部３２が各々設けられ、ロータ側永久磁石１４の磁極部との間により拡大されたギャップ（空隙部）が形成される。凹部３２は、ロータ１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。この凹部３２により、磁束作用面部２６ａ、２６ｂ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（空隙部の小さい）時計回り方向側の磁束作用面部２６ａ、２６ｂへ磁束が偏って作用するようになっている。また、磁極片３０ａ、３０ｂのボビン２９に当接する当接面部３３ａ、３３ｂには、凹部３４が２箇所に各々形成されている。当接面部３３ａ、３３ｂに形成される凹部３４も、ロータ１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）に形成される。この凹部３４は、後述する結線基板３７への外部接続線の通路及び温度ヒューズ３９が組み込まれる空間部として用いられる（図１Ａ参照）。磁極片３０ａ、３０ｂには貫通孔３０ｃ、３０ｄが各々穿孔されており固定ボルト２７が貫通して固定される。固定ボルト２７の先端は、図６及び図７に示すステータ載置部２５に形成されたねじ孔２５ａに螺合して固定される。
図４において、ボビン２９は筒状の巻心部３５を囲む起立壁２９ａが架橋部２９ｂを介して一体に形成された断面コ字状の溝部４１に、予めコイル状に巻き回されたコイル巻線２８が嵌め込まれる。ボビン２９はコイル巻線２８とステータコアとを絶縁する絶縁樹脂材で形成されており、巻心部３５にはステータコア２６が軸心方向両側から装着される。磁極片３０ａ、３０ｂが巻心部３５の両側からテーパー部３１ｃ、３１ｄどうしを摺接させて挿入され、先端部が突き当てられるまで嵌め込まれる（図１Ｂ参照）。このボビン２９の巻心部３５には、例えばＡコイル及びＢコイルが直列に巻回されたコイル巻線２８が嵌め込まれる。図４において、２８ａが巻き始端、２８ｂが中間タップ、２８ｃが巻き終端である。コイル巻線２８は、予め図示しない巻線治具にて自動機によりコイル状に巻かれて形成されている。このコイル巻線２８がボビン２９の巻心部３５の周囲に形成された溝部４１に各々嵌め込まれている。コイル巻線としては例えば自己融着線（マグネットワイヤ）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コイル巻線２８がボビン２９の巻心部３５に嵌め込まれ、溝部４１に収容されて接着固定される。
予めコイル状に巻かれたコイル巻線２８が巻心部３５の周囲に形成された溝部４１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ないコイル巻線２８を形成することができる。従って、コイル巻線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４において、ボビン２９の巻心部３５は起立璧２９ａより外方へ突出して形成されている。巻心部３５にはコイル巻線２８を覆って、コイル巻線２８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３７が両側を絶縁フィルム３６，３８に覆われて嵌め込まれる。図３において、嵌込孔３７ａが形成された結線基板３７の両側が嵌込孔３６ａが形成された絶縁フィルム３６及び嵌込孔３８ａが形成された絶縁フィルム３８に覆われて巻心部３５に嵌め込まれる。これらは、例えば磁極片３０ａがボビン２９の巻心部３５に嵌め込まれることにより、ステータコア２６と起立壁２９ａとの間で挟持されて組み付けられる（図１Ｂ参照）。また、結線基板３７には、コイル巻線２８の巻き始端２８ａへ温度ヒューズ３９を介して接続する外部接続線４０ａ、中間タップ２８ｂに接続する外部接続線４０ｂ、巻き終端２８ｃへ接続する外部接続線４０ｃが各々接続されている（図２Ｃ参照）。
図８において、外部接続線４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、磁極片３０ａの当接面部３３ａに設けられた凹部３４を通じてハウジング６内を軸方向へ配線される。そして、ステータフレーム１６に嵌め込まれた配線接続部２１の配線引出孔２３を通じて下ハウジング４の外部へ引き出される（図１Ａ参照）。また、図９において、ホール素子１８が搭載されたセンサ基板１９は、ステータフレーム１６の基板固定部４２に止めねじ４３により固定される。センサ基板１９に接続するセンサ引出線４４ａ、４４ｂ、４４ｃは、配線接続部２１のセンサ配線引出孔２４を通じて下ハウジング４の外部へ引き出される（図２Ａ、図７参照）。また、ステータコア２６の一部に形成された凹部３４を利用して外部接続線４０ａ、４０ｂ、４０ｃを軸方向に配線できるので配線長を短くすることができ、ロータ１と干渉するおそれも無くなる。
２極同期モータの組立工程の一例について図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０において、先ずロータ１の組立工程の一例について説明する。ロータケース１３の中心部にはボス部９が嵌め込まれ、内壁面には円筒状の永久磁石１４が嵌め込まれて接着される。また、ボス部９には出力軸７が一体に嵌め込まれる。上ハウジング３の中心部には、予圧バネ１２を介して上部ベアリング８が嵌め込まれている、ロータケース１３は、ボス部９が上部ベアリング８に回転可能に軸支される。また、ロータケース１３の下端側開口部には後述するロータ受け部材１０が一体に嵌め込まれる。ロータ受け部材１０は、下ハウジング４に嵌め込まれた下部ベアリング１１に回転可能に軸支される。
次に図１０において、ステータ２の組立工程の一例について説明する。下ハウジング４には下部ベアリング１１が嵌め込まれ、下部ベアリング１１にはロータ受け部材１０が軸支される。この状態で、ステータフレーム１６を下ハウジング４の中心部に設けられたステータ固定部４５に重ね合わせ、貫通孔４ｂより止めねじ４６を嵌め込んでねじ孔１６ｂに４箇所でねじ止めされる（図６Ｂ参照）。ステータフレーム１６及びステータ固定部４５に設けられた嵌込み孔２２には、配線接続部２１が嵌め込まれ、基板固定部４２には、ホール素子１８を搭載したセンサ基板１９が止めねじ４３にてねじ止めされる。
ボビン２９の溝部４１には、自己融着線を用いてコイル状に巻き回されたコイル巻線２８が巻心部３５の周囲に嵌め込まれて接着され、コイル２８を覆うように絶縁フィルム３６、結線基板３７、絶縁フィルム３８が巻心部３５を挿通させて重ね合わせる。そして、ボビン２９の両側からステータコア２６を構成する磁極片３０ａ、３０ｂが巻心部３５の両側から軸心方向へ先端部どうしが突き当たるまで挿入され、絶縁フィルム３６、３８間に積層された結線基板３７がボビン２９に組み付けられる。ステータコア２６は、ステータフレーム１６のステータ載置部２５に載置され、磁極片３０ａ、３０ｂの貫通孔３０ｃ、３０ｄに固定ボルト２７を各々挿入してねじ孔２５ａにねじ止めして固定される。
最後に、図１１において、ロータケース１３を収容した上ハウジング３を下ハウジング４に嵌め込んでステータ２をハウジング６内に収容した後、上ハウジング３の下端側周面部に設けられたスリット孔４７よりねじ孔４８ａが穿孔された挿入片４８を挿入し、下ハウジング４側の貫通孔４ａより止めねじ４９を嵌め込んで挿入片４８のねじ孔４８ａに螺合させることにより、挿入片４８を通じて上ハウジング３と下ハウジング４とが引き寄せられて一体化される。
次に、図１２において２極同期モータの運転回路の一例について説明する。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、ロータ１の回転角度に応じて運転回路制御部（マイクロコンピュータなど）５３からの出力（ＯＵＴ２、３）によりスイッチング手段（トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４）を切り換えてＡコイルを流れる整流電流の向き（図１２の矢印ＰＱ参照）を変えるように通電してロータ１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。尚、起動運転においては、運転切換えスイッチＳＷ１、ＳＷ２はＯＦＦになっている。
このように運転回路制御部５３による通電制御により、起動運転回路５０のＡコイルのみ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が行われる。そして、運転回路制御部５３はホール素子１８からの検出信号の入力（ＩＮ２）により、ロータ１の回転数が電源周波数検出部５４から入力される電源周波数（ＩＮ１）と同期する回転数付近に到達したときに、運転回路制御部５３からの出力（ＯＵＴ１）により運転切換えスイッチＳＷ１、ＳＷ２をＯＮにして同期運転回路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１２の矢印Ｒ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、運転回路制御部５３は一旦ロータ１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２極同期モータは、起動運転から同期運転への移行動作を運転回路制御部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２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。
次に、第２の構成に係る２極同期モータについて図１３乃至図１８を参照して説明する。第１の構成に係る２極同期モータと同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとし、以下では、第１の構成と異なる点を中心に説明する。
図１３Ａにおいて、ロータ１は、上ハウジング３及び下ハウジング４に出力軸７が回転可能に軸支されている。本実施例では、出力軸７はステータ２を貫通して設けられ、出力軸７の一端に嵌め込まれたボス部９が上部ベアリング８に、他端が下部ベアリング１１に回転可能に支持されている。出力軸７は、上ハウジング３側がハウジング外へ突設されているが、下ハウジング４側へ突設されていても良いし、両側へ突設されていても良い。
ステータ２の構成について説明する。図１３Ｂにおいて、ステータコア２６は、コイル巻線２８が巻き回されるボビン２９の軸心方向両側へ当該ボビン２９と共に分割可能に組み付けられる。また、各ボビン２９の対向面にはコイル巻線２９どうしを結線する結線基板３７が各々配設される。ステータコア２６は、下ハウジング４に形成されたステータ載置部に固定ボルト２７によりねじ止め固定される。
図１３Ｂにおいて、ステータコア２６は、磁極片３０ａと磁極片３０ｂとに分割可能に構成されている。磁極片３０ａ、３０ｂの形状は任意であるが、作り易さを考慮するとロータ１の回転中心に対して互いに点対象となる形状にするのが好ましい。磁極片３０ａと磁極片３０ｂは、各々ボビン２９の巻心部３５に軸孔に挿入部３１ａ、３１ｂが両側から挿入される。この挿入部３１ａ、３１ｂの先端側には、突き当て凸部３１ｃ、３１ｄ及び突き当て凹部３１ｅ、３１ｆが各々形成されている。この挿入部３１ａの突き当て凸部３１ｃを挿入部３１ｂの突き当て凹部３１ｆに突き当て、挿入部３１ｂの突き当て凸部３１ｄを挿入部３１ａの突き当て凹部３１ｅに突き当てて、ステータコア２６及びボビン２９が一体に組み付けられる。ステータコア２６の上面には、連結プレート５６が積層されて、固定ボルト２７により下ハウジング４へ固定される。
また、出力軸７は、磁極片３０ａ、３０ｂの互いに突き当てられる挿入部３１ａ、３１ｂの先端面に形成される隙間を挿通して設けられる。ステータコア２６は、そ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該中心線の両側で形状が異なっている。即ち、図１３Ｂにおいて、磁極片３０ａ、３０ｂの磁極作用面部２６ａ、２６ｂの一部には凹部３２が各々設けられ、ロータ側永久磁石１４の磁極部との間により拡大されたギャップ（空隙部）が形成される。凹部３２は、ロータ１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。この凹部３２により、磁束作用面部２６ａ、２６ｂ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（空隙部の小さい）時計回り方向側の磁束作用面部２６ａ、２６ｂへ磁束が偏って作用するようになっている。
また、磁極片３０ａ、３０ｂと共に各々組み付けられるボビン２９は、図４と同様のものでも良いが、本実施例では、巻心部３５の対向する端面に凹部３５ａ及び凸部３５ｂが各々形成されており、磁極片３０ａ、３０ｂと共に組み付けられると対向する凹部３５ａと凸部３５ｂとが凹凸嵌合して位置決めされるようになっている（図１８参照）。ボビン２９は、筒状の巻心部３５を囲む起立壁２９ａが架橋部２９ｂを介して一体に形成された断面コ字状の溝部４１に、予めコイル状に巻き回されたコイル巻線２８が嵌め込まれる。予めコイル状に巻かれたコイル巻線２８が巻心部３５の周囲に形成された溝部４１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ないコイル巻線２８を形成することができる。
各ボビン２９の溝部４１を構成する起立壁２９ａの端面（ボビン２９どうしの対向面）に４箇所設けられた突起２９ｃ（図１８参照）に、図１３Ｄ、Ｅに示す結線基板３７の嵌合孔３７ｂを位置合わせして嵌め込み熱溶着により一体に取り付けられている。この結線基板３７間に形成される空間部に、外部接続線４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、図１３Ｄの基板配線の一部に設けられる温度ヒューズ３９、基板間結線４０ｄ（図１３Ｂ参照）が設けられる。外部接続線４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、軸方向直下へ配設され、下ハウジング４に設けられる配線引出し孔２３（図１４Ａ参照）を通じてハウジング外へ引き出される。
また、図１３Ｃにおいて、下ハウジング４のステータコア２６の載置部分には、ステータコア２６を貫通して嵌め込まれる固定ボルト２７をねじ嵌合するねじ孔４ｃが設けられている。また、下ハウジング４には、センサ基板１９が止めねじ４３にて固定される。図１３Ｆ、図１４Ａにおいて、センサ基板１９にはホール素子１８が搭載されており、センサ基板１９に接続するセンサ引出し線４４ａ、４４ｂ、４４ｃが基板直下に設けられるセンサ配線引出し孔２４を通じてハウジング外へ引き出される。
また、ロータ１の永久磁石１４のステータ磁極に対向する内周面側は、図１５の実線で示す正弦波着磁がなされている。また、磁極検出面となる軸方向端面は、図１５の破線で示す台形波着磁がなされている。これは、永久磁石１４からの漏れ磁束をホール素子１８でひろって磁極位置を検出する場合、センサの感度にもよるが正弦波着磁されていると磁極切り換わり位置（零クロス点）が判別し難いのに対し、台形波着磁（若しくは擬似正弦波着磁）されていると、磁極切り換わり位置を精度良く検出して通電方向の切り換えが行なわれるので、ロータ１の起動動作が安定する。
次に、第２の構成に係る２極同期モータの組立工程の一例について図１６乃至図１８を参照して説明する。
図１８において、先ずロータ１の組立工程の一例について説明する。ロータケース１３の中心部にはボス部９が嵌め込まれ、カシメ固定により一体化されており、内壁面には円筒状の永久磁石１４が嵌め込まれて接着される。また、ボス部９には出力軸７が一体に嵌め込まれる。上ハウジング３の中心部には、予圧バネ１２を介して上部ベアリング８が嵌め込まれ、ロータ１の軸方向の浮き上がりを抑える。ロータ１は、ボス部９が上部ベアリング８に回転可能に軸支され、下ハウジング４に設けられる下部ベアリング１１により出力軸７が回転可能に軸支される。
次に図１６乃至図１８において、ステータ２の組立工程の一例について説明する。図１８において、各ボビン２９の溝部４１には、自己融着線を用いてコイル状に巻き回されたコイル巻線２８が巻心部３５の外周に嵌め込まれて溝部４１内で接着される。次いで、コイル巻線２８を覆うように結線基板３７が起立壁２９ａの端面に重ね合わせて各々溶着される。そして、左右のボビン２９のうち一方側（図１８では右側）から他方側の巻心部３５の軸孔へ連結プレート５６を起立した状態で挿入してコア積層方向に向きを変え、巻心部３５の両側から挿入される磁極片３０ａ、３０ｂに重ね合わせてステータコア２６が組み付けられる（図１６Ａ参照）。このステータコア２６は、下ハウジング４のステータ載置部に載置され、磁極片３０ａ、３０ｂの貫通孔３０ｃ、３０ｄに固定ボルト２７を各々挿入してねじ孔４ｃにねじ止めして一体に固定される（図１６Ａ、Ｃ参照）。また、下ハウジング４には、ホール素子１８を搭載したセンサ基板１９（図１６Ｂ参照）が止めねじ４３にてねじ止めされる（図１６Ｂ、Ｃ参照）。また、下ハウジング４には、外部接続線４０ａ、４０ｂ、４０ｃやセンサ引出し線４４ａ、４４ｂ、４４ｃを引き出す際の引出孔２３、２４（図１７参照）に嵌合する絶縁部品（樹脂材、グロメットなど）５７、５８が嵌め込まれる。
最後に、図１８において、ロータケース１３を収容した上ハウジング３を下ハウジング４に嵌め込んでステータ２をハウジング６内に収容した後、上ハウジング３の下端側周面部に設けられたスリット孔４７よりねじ孔４８ａが穿孔された挿入片４８を挿入し、下ハウジング４側の貫通孔４ａより止めねじ４９を嵌め込んで挿入片４８のねじ孔４８ａに螺合させることにより、挿入片４８を通じて上ハウジング３と下ハウジング４とが引き寄せられて一体化される。また。上ハウジング３には、モータ取付用ねじ孔３ａが３箇所に形成されている（図１４Ｂ、図１７参照）。
本実施例の２極同期モータの運転回路は図１２と同様の回路が用いられる。
本実施例の２極同期モータは、第１の構成のボビン２９に比べてコイル巻線２８の占積率は低下するが、モータの回転周波数によりトルクに見合ったコイルの巻数がほぼ決まるため、巻線径を選ぶことで出力効率を落とさずに性能の良い同期モータを提供することができる。
また、出力軸７は一端側のみならず両端側へ突設して駆動伝達することができ、しかも部品形状を左右で共通化して使用するので生産性が良く、コイル外結線の配線長を短縮できるので、小型で高性能なモータを安価に提供できる。
本発明に係る同期モータは、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磁極片３０ａ、３０ｂの形状や磁束作用面部２６ａ、２６ｂに形成される凹部３２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運転回路制御部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、結線基板３７を含む制御回路には、過負荷時の安全を保証するために、温度ヒューズ３９の他に、運転動作中に常時通電する回路部分に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。また同期モータは２極に限らず４極、６極、８極などのアウターロータ型モータにも同様に適用できる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月8日(2004.10.8)
【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】請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】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軸支されたロータと、該ロータに囲まれた空間部に配置されるステータとを備えた同期モータにおいて、
筒状の巻心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ボビンの溝部に、予めコイル状に形成されたコイル巻線が嵌め込まれ、起立璧より外方へ突出して形成される巻心部にコイル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両側を絶縁フィルムに覆われて嵌め込まれ、ボビンの軸心方向両側へ分割可能に組み付けられるステータコアと起立壁との間で挟持されて組み付けられることを特徴とする同期モータ。
【請求項２】前記ステータコアのロータに対向する磁極作用面部は、ステータ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記載の同期モータ。
【請求項３】（削除）
【請求項４】（削除）
【請求項５】（削除）
【請求項６】ハウジング内に出力軸を中心に回転可能に軸支されたロータと、該ロータに囲まれた空間部に配置されるステータとを備えた同期モータにおいて、
ステータコアは、コイル巻線が巻き回されるボビンの軸心方向両側へボビンと共に分割可能に組み付けられ、各ボビンの対向面にコイル巻線どうしを結線する結線基板が配設されることを特徴とする同期モータ。
【請求項７】前記ステータコアのロータに対向する磁極作用面部は、ステータ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６記載の同期モータ。
【請求項８】前記各ボビンには予め巻線治具にてコイル状に巻かれたコイル巻線が溝部に各々嵌め込まれることを特徴とする請求項６記載の同期モータ。
【請求項９】各ボビンの軸心を通じて両側から組み付けられたステータコアどうしを連結して固定する連結プレートが設けられていることを特徴とする請求項６記載の同期モータ。
【請求項１０】ロータマグネットのステータ磁極に対向する内周面が正弦波着磁されており、磁極検出面は台形波着磁されていることを特徴とする請求項６記載の同期モータ。
２０
【国際調査報告】
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