特許 6545480 クローポール型モータ、クローポール型モータの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6545480

(24)【登録日】2019年6月28日

(45)【発行日】2019年7月17日

(54)【発明の名称】クローポール型モータ、クローポール型モータの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/14 20060101AFI20190705BHJP

   H02K 21/14 20060101ALI20190705BHJP

   H02K 15/03 20060101ALI20190705BHJP

   H02K 15/06 20060101ALI20190705BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/14 C

   H02K21/14 M

   H02K15/03 Z

   H02K15/06

【請求項の数】27

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2015-37471(P2015-37471)

(22)【出願日】2015年2月26日

(65)【公開番号】特開2016-116433(P2016-116433A)

(43)【公開日】2016年6月23日

【審査請求日】2018年2月26日

(31)【優先権主張番号】特願2014-248723(P2014-248723)

(32)【優先日】2014年12月9日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2014-238675(P2014-238675)

(32)【優先日】2014年11月26日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2014-241449(P2014-241449)

(32)【優先日】2014年11月28日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2014-250575(P2014-250575)

(32)【優先日】2014年12月11日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(72)【発明者】

【氏名】中川 幸典

(72)【発明者】

【氏名】長▲崎▼ 康昌

(72)【発明者】

【氏名】園田 康行

【審査官】 若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０７１９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２２０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００９５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９９１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５９５３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／１４

Ｈ０２Ｋ １５／０３

Ｈ０２Ｋ １５／０６

Ｈ０２Ｋ ２１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸線上に配置された第１コア本体と、前記第１コア本体の周囲に前記回転軸線方向に延伸するように設けられた複数の第１爪磁極とを具備する第１コアと、
前記回転軸線上であって前記第１コア本体の隣に配置される第２コア本体と、前記第２コア本体の周囲に前記回転軸線方向に延伸するように設けられた複数の第２爪磁極とを具備する第２コアと、
前記回転軸線上であって前記第２コア本体の隣に配置される第３コア本体と、前記第３コア本体の周囲に前記回転軸線方向に延伸するように設けられた複数の第３爪磁極とを具備する第３コアとを具備し、
前記第１コア本体が、前記第３コア本体に向かって延伸する第１延伸部を具備したものであり、
前記第３コア本体が、前記第１コア本体に向かって延伸し、その先端面が前記第１コア本体の先端面と向かい合って近接又は当接する第２延伸部を具備したものであり、
前記第２コア本体が、前記第１延伸部の先端部及び前記第２延伸部の先端部に外嵌する外嵌部を具備したものであることを特徴とするクローポール型モータ。

【請求項2】

前記第１延伸部の先端部が、前記外嵌部に外嵌される回転軸線方向の深さと、前記第２延伸部の先端部が、前記第１延伸部とは逆の方向から前記外嵌部に外嵌される回転軸線方向の深さとが略等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のクローポール型モータ。

【請求項3】

前記第１コア、前記第２コア及び前記第３コアが、粉体状の磁性材料を前記回転軸線方向からプレス加工して構成されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載のクローポール型モータ。

【請求項4】

前記外嵌部が、中心孔を有した円筒形状をなすものであり、
前記第１延伸部及び前記第２延伸部の先端部が、前記中心孔に略隙間なく嵌り込んでいることを特徴とする請求項１、２又は３記載のクローポール型モータ。

【請求項5】

前記第１コアが、回転軸線上に配置されたＵ相コア本体の周囲に、軸線方向に延伸する複数のＵ相爪磁極を設けてなるＵ相コアであり、
前記第２コアが、前記回転軸線上であって前記Ｕ相コア本体の隣に配置されたＶ相コア本体の周囲に、軸線方向に延伸する複数のＶ相爪磁極を設けてなるＶ相コアであり、
前記第３コアが、前記回転軸線上であって前記Ｖ相コア本体の隣に配置されたＷ相コア本体の周囲に、軸線方向に延伸する複数のＷ相爪磁極を設けてなるＷ相コアであり、
前記各コアをそれぞれ磁化するＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルをさらに具備し、
前記Ｕ相コイルは、前記Ｕ相コア本体及びＶ相コア本体の間に配置してあり、
前記Ｗ相コイルは、前記Ｖ相コア本体及びＷ相コア本体の間に配置してあり、
前記Ｖ相コイルは、直列に接続された第１Ｖ相コイル要素及び第２Ｖ相コイル要素からなり、前記第１Ｖ相コイル要素が前記Ｕ相コア本体及び前記Ｖ相コア本体の間に配置してあるとともに、前記第２Ｖ相コイル要素が前記Ｖ相コア本体及び前記Ｗ相コア本体の間に配置してあり、
前記Ｖ相コイルの線径の一部又は全部が、前記Ｕ相コイル及び前記Ｗ相コイルの線径に比べて大きく設定してあることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のクローポール型モータ。

【請求項6】

前記第１Ｖ相コイル要素が、前記Ｕ相コイルの外側に配置されており、
前記第２Ｖ相コイル要素が、前記Ｗ相コイルの外側に配置されていることを特徴とする請求項５記載のクローポール型モータ。

【請求項7】

前記Ｕ相コイル又は前記Ｗ相コイルの線径をＤ１とし、前記第１Ｖ相コイル要素又は前記第２Ｖ相コイル要素の線径をＤ２とすると、
Ｄ１／Ｄ２が、１．０以上１．４以下となることを特徴とする請求項６記載のクローポール型モータ。

【請求項8】

前記第１Ｖ相コイル要素又は前記第２Ｖ相コイル要素の巻数が、前記Ｕ相コイル又は前記Ｗ相コイルの巻数と異なることを特徴とする請求項５、６又は７記載のクローポール型モータ。

【請求項9】

前記第１Ｖ相コイル要素が、前記Ｕ相コイルの内側に配置されており、
前記第２Ｖ相コイル要素が、前記Ｗ相コイルの内側に配置されており、
前記Ｕ相コイル及び前記Ｗ相コイルの線径の一部又は全部が、前記Ｖ相コイルの線径に比べて大きく設定してあることを特徴とする請求項５又は８記載のクローポール型モータ。

【請求項10】

前記第１コアが、回転軸線上に配置されたＵ相コア本体の周囲に、軸線方向に延伸する複数のＵ相爪磁極を設けてなるＵ相コアであり、
前記第２コアが、前記回転軸線上であって前記Ｕ相コア本体の隣に配置されたＶ相コア本体の周囲に、軸線方向に延伸する複数のＶ相爪磁極を設けてなるＶ相コアであり、
前記第３コアが、前記回転軸線上であって前記Ｖ相コア本体の隣に配置されたＷ相コア本体の周囲に、軸線方向に延伸する複数のＷ相爪磁極を設けてなるＷ相コアであり、
前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアを具備し、前記Ｕ相爪磁極、前記Ｖ相爪磁極、前記Ｗ相爪磁極がこの順で周方向に繰り返し表れるように配置されている固定子と、
前記Ｕ相爪磁極、前記Ｖ相爪磁極及び前記Ｗ相爪磁極に対面するように周方向に配置された複数の磁極を具備し、前記複数の磁極がＮ極とＳ極とに周方向に交互に着磁されている回転子とを具備し、
前記固定子の前記Ｕ相爪磁極、前記Ｖ相爪磁極、前記Ｗ相爪磁極を合わせた個数をＳ、前記回転子の磁極の個数をＰとすると、下記式（１）が成立することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載のクローポール型モータ。

【数1】

【請求項11】

前記式（１）において、ｎが１となることを特徴とする請求項１０記載のクローポール型モータ。

【請求項12】

前記爪磁極の周方向の幅が、電気角で１３０°以上１６０°以下であることを特徴とする請求項１０又は１１記載のクローポール型モータ。

【請求項13】

コア本体と、前記コア本体の周囲に回転軸線方向に延伸するように設けられた複数の爪磁極とを具備するコアを複数具備するクローポール型モータの製造方法であって、
前記複数のコアのうち少なくとも２つは、前記回転軸線方向に前記コア本体が隣り合って配置されており、
前記隣り合うコア本体を回転軸線方向に押圧した状態で、前記複数のコアを固定する成型工程を具備し、
前記複数のコアが、回転軸線上に配置されたＵ相コア本体と、前記Ｕ相コア本体の周囲に設けられた複数のＵ相爪磁極とを具備するＵ相コア、回転軸線上に配置されたＶ相コア本体と、前記Ｖ相コア本体の周囲に設けられた複数のＶ相爪磁極とを具備するＶ相コア及び前記Ｗ相コア本体の周囲に設けられた複数のＷ相爪磁極とを具備するＷ相コアからなり、
前記Ｕ相コア本体が、前記Ｗ相コア本体に向かって延伸する第１延伸部を具備したものであり、
前記Ｗ相コア本体が、前記Ｕ相コア本体に向かって延伸する第２延伸部を具備したものであり、
前記Ｖ相コア本体が、前記第１延伸部の先端部及び前記第２延伸部の先端部に外嵌する外嵌部を具備したものであって、
前記成型工程は、前記第１延伸部の先端面と前記第２延伸部の先端面を圧着した状態で行われることを特徴とするクローポール型モータの製造方法。

【請求項14】

前記隣り合うコア本体を回転軸線方向に圧着した状態において、各コア本体に設けられた前記爪磁極が輪番で周方向に繰り返し表れており、
前記成型工程において、隣り合う前記爪磁極の間に金型を嵌め込むことを特徴とする請求項１３記載のクローポール型モータの製造方法。

【請求項15】

前記各コアが、粉体状の磁性材料を前記回転軸線方向からプレス加工して構成されたものであることを特徴とする請求項１３又は１４記載のクローポール型モータの製造方法。

【請求項16】

前記成型工程が、前記第１延伸部の近傍を押して、前記第１延伸部の先端面と前記第２延伸部の先端面とを圧着することを特徴とする請求項１３、１４又は１５記載のクローポール型モータの製造方法。

【請求項17】

前記成型工程が、前記第１延伸部の先端面と前記第２延伸部の先端面を圧着した状態で、前記第１延伸部、前記第２延伸部及び前記外嵌部を樹脂で固定するとともに、前記第１延伸部及び前記第２延伸部の少なくとも一部の内側を覆うように樹脂層を形成することを特徴とする請求項１６記載のクローポール型モータの製造方法。

【請求項18】

請求項１３、１４、１５、１６又は１７記載の製造方法を用いて製造されたことを特徴とするクローポール型モータ。

【請求項19】

コア本体と、前記コア本体の周囲に回転軸線方向に延伸するように設けられた複数の爪磁極とを具備するコアを複数具備するとともに、前記各爪磁極を磁化する複数のコイルを具備するクローポール型モータの製造方法であって、
前記各コア本体を、略環状形状をなす部材を同心円状に分割した複数のパーツを組み合わせて構成し、最も外側に配置される前記パーツの外周端縁部に前記複数の爪磁極を一体的に保持することを特徴とするクローポール型モータの製造方法。

【請求項20】

少なくとも前記爪磁極が、粉末状の軟磁性材料を回転軸線方向にプレス加工して構成されたものであることを特徴とする請求項１９記載のクローポール型モータの製造方法。

【請求項21】

前記爪磁極を構成する材料が、前記パーツを構成する材料とは異なることを特徴とする請求項１９又は２０記載のクローポール型モータの製造方法。

【請求項22】

前記爪磁極を構成する材料が、前記パーツを構成する材料よりも体積抵抗率が大きいものが用いられていることを特徴とする請求項２１記載のクローポール型モータの製造方法。

【請求項23】

前記複数のパーツが、第１パーツ及び前記第１パーツの内側に配置される第２パーツからなり、
前記第２パーツの外径が、前記コイルの外径よりも大きいものであることを特徴とする請求項１９、２０、２１又は２２記載のクローポール型モータの製造方法。

【請求項24】

前記第１パーツが、外周に前記爪磁極を保持するものであり、
前記第２パーツが、径方向に分割された複数の分割要素から構成されることをと特徴とする請求項２３記載のクローポール型モータの製造方法。

【請求項25】

前記第１パーツ及び前記第２パーツが圧入して固定されていることを特徴とする請求項２３又は２４記載のクローポール型モータの製造方法。

【請求項26】

前記複数のコアが、Ｕ相コア本体を具備するＵ相コア、Ｖ相コア本体を具備するＶ相コア及びＷ相コア本体を具備するＷ相コアからなり、
前記コイルが、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルからなり、
前記Ｕ相コイルは、前記Ｕ相コア本体及びＶ相コア本体の間に配置してあり、
前記Ｗ相コイルは、前記Ｖ相コア本体及びＷ相コア本体の間に配置してあり、
前記Ｖ相コイルは、直列に接続された第１Ｖ相コイル要素及び第２Ｖ相コイル要素からなり、前記第１Ｖ相コイル要素が前記Ｕ相コア本体及び前記Ｖ相コア本体の間に配置してあるとともに、前記第２Ｖ相コイル要素が前記Ｖ相コア本体及び前記Ｗ相コア本体の間に配置してあることを特徴とする請求項２３、２４又は２５記載のクローポール型モータの製造方法。

【請求項27】

請求項１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５又は２６記載の製造方法を用いて製造されたことを特徴とするクローポール型モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、冷蔵庫や自動車等の様々な分野で使用されるクローポール型モータ及びクローポール型モータの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

このようなモータとして、例えば特許文献１で示すようなクローポール型モータがある。クローポール型モータとは、回転軸線方向に延伸する複数の爪磁極が周方向に配置された固定子と、複数の永久磁石が周方向に配置された回転子とを具備し、爪磁極の磁極を変化させて、爪磁極と永久磁石との間の引力と斥力を入れ替えて回転子を回転させるものである。

【0003】

この固定子は、Ｕ相爪磁極が外周に等間隔に配置されたＵ相コア本体を具備するＵ相コアと、Ｖ相爪磁極が外周に等間隔に配置されたＶ相コア本体を具備するＶ相コアと、Ｗ相爪磁極が外周に等間隔に配置されたＷ相コア本体を具備するＷ相コアと、Ｕ相爪磁極、Ｖ相爪磁極及びＷ相爪磁極を磁化するＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルとを具備するものである。このＵ相コア本体は、Ｗ相コアに向かって延伸する第１延伸部を具備し、Ｖ相コア本体は、Ｕ相コア及びＷ相コアに向かって延伸する第２延伸部を具備し、Ｗ相コア本体は、Ｕ相コアに向かって延伸する第３延伸部を具備する。

【0004】

そして、Ｕ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアは、Ｖ相コアをＵ相コアとＷ相コアの間に配置した状態で、回転軸線方向に組み合わせられている。
このように組み合わせると、第１延伸部の先端面と第２延伸部のＵ相コアに向かって延伸する先端面との間に製造誤差によるＵＶギャップが形成されるとともに、第２延伸部のＷ相コアに向かって延伸する先端面と第３延伸部の先端面との間にも製造誤差によるＶＷギャップが形成される。本来、第１延伸部と第２延伸部との間、第２延伸部と第３延伸部とは当接することが望ましいが、製造誤差や組立許容誤差によるギャップが必ず形成される。

【0005】

ところで上述のクローポール型モータでは、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル又はＷ相コイルに流れる電流によって磁束が発生すると、Ｕ相爪磁極、Ｖ相爪磁極及びＷ相爪磁極を磁化するために、Ｕ相コア本体、Ｖ相コア本体及びＷ相コア本体を磁束が通過する。

【0006】

このとき、Ｕ相コア本体とＶ相コア本体との間を通過する磁束、及びＶ相コア本体とＷ相コア本体との間を通過する磁束は、第１延伸部及び第２延伸部の間、又は第２延伸部及び第３延伸部の間を通過するので、ＵＶギャップ又はＶＷギャップのいずれか一方を通過するのに対し、Ｕ相コア本体とＷ相コア本体との間を通過する磁束は、その間にＶ相コアが配置されるために、第１延伸部及び第２延伸部の間及び第２延伸部と第３延伸部の間を通過するので、ＵＶギャップ及びＶＷギャップの両方を通過することとなる。

【0007】

しかしながら、ＵＶギャップ及びＶＷギャップには空気の層が形成されており、空気の透磁率はコアをなす鉄の透磁率と大きく異なるので、ＵＶギャップ及びＶＷギャップが磁気抵抗となる。
そのため、ＵＶギャップ又はＶＷギャップのいずれか一方を通過する磁束に比べて、ＵＶギャップ又はＶＷギャップの両方を通過する磁束の磁気抵抗が大きくなり、磁束量が減少して、爪磁極を磁化する磁束量に歪みが生じる。このように磁束量に歪みが生じると、モータの回転動作が悪くなり、モータに振動や騒音が生じるという問題がある。

【0008】

また、上述のようにＵ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアを組み合わせると、Ｕ相コア本体とＶ相コア本体との間に第１空間が形成されるとともに、Ｖ相コア本体とＷ相コア本体との間に第２空間が形成される。Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルは、このコア内部に形成された空間内に収容されるが、このとき、Ｖ相コイルを直列結線された２つのＶ相コイル要素に分けて、Ｕ相コイル及び一方のＶ相コイル要素を第１空間に収容するとともに、他方のＶ相コイル要素及びＷ相コイルを第２空間に収容する。このようにコイルをコア内部に収容することで、モータの小型化を図っている。

【0009】

このように構成された固定子では、各コイルに印加電圧をかけて電流を流し、コイルの周囲に磁束を生じさせ、この磁束が各コアの本体を通過して爪磁極を磁化する。このとき、コイルの巻回方向が異なれば磁束の向きが変わるので、爪磁極の磁極が変化する。そのため、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの巻回方向を異ならせて、印加電圧をかけるコイルを順次変更していくことで、爪磁極の磁極を適宜変化させている。

【0010】

ところで、Ｕ相コア、Ｗ相コアの爪磁極を磁化する磁束量は、それぞれＵ相コイル、Ｗ相コイルで発生する磁束量に等しい。
一方、Ｖ相コアの爪磁極を磁化する磁束量は、各Ｖ相コイル要素で発生した磁束量を足し合わせたものとなるが、各Ｖ相コイル要素から発生した磁束は、Ｖ相コアの爪磁極に向かう磁束とＵ相コア又はＷ相コアの爪磁極に向かう磁束とに分岐するので、各Ｖ相コイル要素からＶ相コアの爪磁極に向かう磁束量は、発生した磁束量の半分となる。
そうすると、Ｖ相コアの爪磁極を磁化する磁束量は、実質的に、各Ｖ相コイル要素が単独で発生した磁束量と等しくなる。したがって、Ｕ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアの爪磁極を磁化する磁束量を均一にするには、各Ｖ相コイル要素が単独で発生する磁束量を、Ｕ相コイル又はＷ相コイルで発生する磁束量と等しくする必要があり、このために、Ｕ相コイル、各Ｖ相コイル要素、Ｗ相コイルの巻数をほぼ等しくする必要がある。

【0011】

しかしながら、コイルの巻数を等しくするとコイルの抵抗値も等しくなるので、Ｕ相コイル、Ｗ相コイル及び各Ｖ相コイル要素の抵抗値は全て等しくなる。そうすると、Ｖ相コイルの抵抗値は、各Ｖ相コイル要素の抵抗値を合わせた値となって、Ｕ相コイル及びＷ相コイルの抵抗値よりも大きくなってしまう。このようにＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの抵抗値が異なると、各コアに流れる電流がアンバランスとなってトルク脈動が発生し、モータの回転が不安定となって振動や騒音が発生するという問題が生じる。

【0012】

さらに上述のクローポール型モータとして、例えば特許文献２記載のものがあるが、この特許文献２記載のモータでは、固定子側のＵ相爪磁極、Ｖ相爪磁極及びＷ相爪磁極の個数Ｓが１２個、回転子側のＮ極磁極及びＳ極磁極の個数Ｐが８個であるから、Ｓ：Ｐが３：２の関係となっている。

【0013】

この比例関係においては、固定子側のＵ相爪磁極、Ｖ相爪磁極及びＷ相爪磁極の３つの爪磁極に対して、回転子側のＮ極磁極及びＳ極磁極が対応することとなる。この関係を図１３に示すように、周方向の電気角を示す周方向角度で示すと、Ｎ極磁極及びＳ極磁極の周方向角度はともに１８０°であるので、Ｎ極磁極及びＳ極磁極を合わせた３６０°の周方向角度に、Ｕ相爪磁極、Ｖ相爪磁極、Ｗ相爪磁極を合わせた周方向角度が対応することとなる。そのため、各爪磁極の周方向角度は、それぞれ最大で１２０°となる。なお、この周方向角度は、各爪磁極の幅を表すものでもある。

【0014】

しかしながら、特許文献２に記載されたモータでは、コギングトルク及び鎖交磁束の歪みの双方を同時に一定以上低減することができないという不具合がある。
このような不具合に対し、本願発明者らが鋭意検討を重ねた結果、縦軸にトルク、横軸に爪磁極の周方向角度を示す図１８のグラフに示すように、モータの円滑な回転を妨げるコギングトルク及び鎖交磁束の歪みを減らすためには、爪磁極の周方向角度を１３０°〜１６０°にする必要があることを見出した。
これに対し、特許文献２に記載されたモータでは、上述したように爪磁極の周方向角度を最大で１２０°までしか大きくすることができないので、爪磁極の周方向角度を変えて、コギングトルク及び鎖交磁束の歪みを減らすことができないという問題がある。

【0015】

加えて、Ｕ相コア、Ｖ相コア、Ｗ相コアを、粉体状の磁性材料を回転軸線方向からプレス加工して成型する場合、回転軸線方向の寸法精度がばらつくので、Ｕ相コア本体とＶ相コア本体との間、及び、Ｖ相コア本体とＷ相コア本体との間に空隙が生じる場合がある。この空隙は、空気の透磁率がコアをなす磁性材料の透磁率と大きく異なることから磁気抵抗となるので、各コア間を通過する磁束量がばらついて、モータの性能が劣化するという問題もある。

【0016】

また、Ｕ相コア、Ｖ相コア、Ｗ相コアを、粉体状の磁性材料を回転軸線方向からプレス加工して成型する場合、プレス加工時の圧力を高めるほど、粉体状の磁性材料の質量密度を高めて磁気抵抗を減らした性能のよい固定子を製造することができる。
そこで、特許文献３では、固定子を複数のパーツに分割し、各パーツをプレス加工して製造した後に、これらを組み合わせて固定子を製造している。このように複数のパーツに分けることによって、それぞれのパーツの質量密度を高めて、固定子全体の質量密度を高めることができる。
この複数のパーツは、固定子を径方向に分割したものであって、外周が円弧形状をなすものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0017】

【特許文献1】特開２００７−１１６８４７号公報

【特許文献2】特開２００５−１６０２８５号公報

【特許文献3】特開２００８−０７９３８４号公報

【0018】

しかしながら、径方向に分割された複数の分割要素を組み立てる場合、これら複数の分割要素の中心軸を一致させることが難しく、この中心軸がずれると、爪磁極の真円度が低下してモータの回転が歪み、モータに振動や騒音が生じるという問題が生じる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、モータの振動や騒音を低減することができるクローポール型モータを提供することをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明のクローポール型モータは、回転軸線上に配置された第１コア本体と、前記第１コア本体の周囲に前記回転軸線方向に延伸するように設けられた複数の第１爪磁極とを具備する第１コアと、前記回転軸線上であって前記第１コア本体の隣に配置される第２コア本体と、前記第２コア本体の周囲に前記回転軸線方向に延伸するように設けられた複数の第２爪磁極とを具備する第２コアと、前記回転軸線上であって前記第２コア本体の隣に配置される第３コア本体と、前記第３コア本体の周囲に前記回転軸線方向に延伸するように設けられた複数の第３爪磁極とを具備する第３コアとを具備したものである。そして、前記第１コア本体が、前記第３コア本体に向かって延伸する第１延伸部を具備したものであり、前記第３コア本体が、前記第１コア本体に向かって延伸し、その先端面が前記第１コア本体の先端面と向かい合って近接又は当接する第２延伸部を具備したものであり、前記第２コア本体が、前記第１延伸部の先端部及び前記第２延伸部の先端部に外嵌する外嵌部を具備したものであることを特徴とする。

【0021】

これにより、Ｕ相コア本体とＶ相コア本体との間を通過する磁束は、第２コア本体の外嵌部と第１コア本体の第１延伸部との間に形成されるＵＶギャップを通過し、Ｖ相コア本体とＷ相コア本体との間を通過する磁束は、第２コア本体の外嵌部と第３コア本体の第２延伸部との間に形成されるＶＷギャップを通過し、Ｕ相コア本体とＷ相コア本体との間を通過する磁束は、第１延伸部の先端面と第２延伸部の先端面との間に形成されるＵＷギャップを通過することとなる。そのため、いずれのコア本体間を通過する磁束であっても、通過するギャップは１つとなるので、磁気抵抗が等しくなって磁束量が均一となり、モータの振動や騒音を抑えることができる。また、磁束が通過するギャップを１つにしたので、磁束量の減少を最小限に抑えることができる。

【0022】

このようなクローポール型モータの具体的な一態様としては、前記第１延伸部の先端部が、前記外嵌部に外嵌される回転軸線方向の深さと、前記第２延伸部の先端部が、前記第１延伸部とは逆の方向から前記外嵌部に外嵌される回転軸線方向の深さとが、略等しくなるように構成されているものを挙げることができる。

【0023】

これにより、第１延伸部と外嵌部との間に形成されるＵＶギャップを通過する磁束密度と、第２延伸部と外嵌部との間に形成されるＶＷギャップを通過する磁束密度とが略等しくなるので、より均一化した磁束量によってモータの振動や騒音を抑えることができる。

【0024】

また、本発明の効果が特に顕著に奏される実施形態として、クローポール型モータは、前記第１コア、前記第２コア及び前記第３コアが、粉体状の磁性材料を前記回転軸線方向からプレス加工して構成されたものを挙げることができる。
従来では、回転軸線方向にギャップが生じており、そのギャップが製造誤差によって非常に大きくなり、モータ特性の劣化を招いていた。しかし、本発明は一部が径方向のギャップ（ＵＶギャップ、ＶＷギャップ）となって、製造誤差の低減を図れるため、モータ特性をより向上することができる。

【0025】

本発明のクローポール型モータの具体的な構成としては、前記外嵌部が、中心孔を有した円筒形状をなすものであり、前記第１延伸部及び前記第２延伸部の先端部が、前記中心孔に略隙間なく嵌り込んでいるものを挙げることができる。

【0026】

本発明のクローポール型モータの別の具体的な一態用としては、前記第１コアが、回転軸線上に配置されたＵ相コア本体の周囲に、軸線方向に延伸する複数のＵ相爪磁極を設けてなるＵ相コアであり、前記第２コアが、前記回転軸線上であって前記Ｕ相コア本体の隣に配置されたＶ相コア本体の周囲に、軸線方向に延伸する複数のＶ相爪磁極を設けてなるＶ相コアであり、前記第３コアが、前記回転軸線上であって前記Ｖ相コア本体の隣に配置されたＷ相コア本体の周囲に、軸線方向に延伸する複数のＷ相爪磁極を設けてなるＷ相コアであり、前記各コアをそれぞれ磁化するＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルをさらに具備し、前記Ｕ相コイルは、前記Ｕ相コア本体及びＶ相コア本体の間に配置してあり、前記Ｗ相コイルは、前記Ｖ相コア本体及びＷ相コア本体の間に配置してあり、前記Ｖ相コイルは、直列に接続された第１Ｖ相コイル要素及び第２Ｖ相コイル要素からなり、前記第１Ｖ相コイル要素が前記Ｕ相コア本体及び前記Ｖ相コア本体の間に配置してあるとともに、前記第２Ｖ相コイル要素が前記Ｖ相コア本体及び前記Ｗ相コア本体の間に配置してあり、前記Ｖ相コイルの線径の一部又は全部が、前記Ｕ相コイル及び前記Ｗ相コイルの線径に比べて大きく設定してあるものを挙げることができる。

【0027】

このようなものであれば、Ｖ相コイルの線径の一部又は全部、すなわち、第１Ｖ相コイル要素及び第２Ｖ相コイル要素の一部又は全部の線径が、Ｕ相コイル及びＷ相コイルに比べて大きいので、コイルの線径がコイルの抵抗値に反比例することから、第１Ｖ相コイル要素及び第２Ｖ相コイル要素の抵抗値を小さくして、Ｖ相コイルの抵抗値をＵ相コイル及びＷ相コイルの抵抗値に近づけることができる。このように、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルの抵抗値が均一となるので、電圧が一定の場合、各相に電流をバランスよく流すことができ、トルク脈動の発生を低減し、モータの回転が不安定になることによる振動や騒音を防止することができる。
また、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルの巻数を変えることなく、コイル線径を変えるだけでＶ相コイルの抵抗値を下げることができるので、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルの巻数をほぼ同じにして磁束を均一化し、モータの回転を安定化することができる。

【0028】

本発明のクローポール型モータの別の具体的な一態用としては、前記第１Ｖ相コイル要素が、前記Ｕ相コイルの外側に配置されており、前記第２Ｖ相コイル要素が、前記Ｗ相コイルの外側に配置されているものを挙げることができる。

【0029】

２つのコイルを内外に配置した場合、内側に巻回されるコイルの長さは、外側に巻回されるコイルの長さに比べて必然的に短くなる。コイルの抵抗値はコイルの長さに比例するので、内側に配置されるコイルの抵抗値は外側に配置されるコイルの抵抗値に比べて小さくなる。
しかし本発明のクローポール型モータでは、外側に配置される第１Ｖ相コイル要素及び第２Ｖ相コイル要素の線径を太くしているので、外側に配置される第１Ｖ相コイル要素及び第２Ｖ相コイル要素の抵抗値を小さくして、Ｕ相コイル及びＷ相コイルの抵抗値に近づけることができる。そのため、各相に電流をバランスよく流してモータの回転を安定化することができる。

【0030】

上述の好ましい線径としては、前記Ｕ相コイル又は前記Ｗ相コイルの線径をＤ１とし、前記第１Ｖ相コイル要素又は前記第２Ｖ相コイル要素の線径をＤ２とすると、Ｄ１／Ｄ２が、１．０以上１．４以下となるものを挙げることができる。

【0031】

本発明のクローポール型モータの別の具体的な一態用としては、前記第１Ｖ相コイル要素又は前記第２Ｖ相コイル要素の巻数が、前記Ｕ相コイル又は前記Ｗ相コイルの巻数と異なるものを挙げることができる。

【0032】

一般的にＵ相コア、Ｖ相コア、Ｗ相コアは、粉体鉄心を軸方向に押圧加工して製造されていることが多く、このように製造されたコアは軸方向の長さにばらつきが生じやすい。そうすると、磁路の長さがコア毎に異なったり、各コア間の接合部分の微小な空隙に磁気抵抗が生じたりして、Ｕ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアに製造誤差による磁束の不均一が生じる。
このような磁束の不均一を是正するためには、第１Ｖ相コイル要素、第２Ｖ相コイル要素、Ｕ相コイル又はＷ相コイルの巻数をそれぞれ異ならせて、コイルの抵抗値を調整する構成が挙げられる。

【0033】

本発明のクローポール型モータの別の具体的な一態用としては、前記第１Ｖ相コイル要素が、前記Ｕ相コイルの内側に配置されており、前記第２Ｖ相コイル要素が、前記Ｗ相コイルの内側に配置されており、前記Ｕ相コイル及び前記Ｗ相コイルの線径の一部又は全部が、前記Ｖ相コイルの線径に比べて大きく設定してあるものを挙げることができる。

【0034】

上述のように構成することによって、内側に配置される第１Ｖ相コイル要素及び第２Ｖ相コイル要素の抵抗値を下げるとともに、外側に配置されるＵ相コイル及びＷ相コイルの抵抗値を、コイルの線径を大きくして下げることができる。そのため、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの抵抗値を等しくして、各相に電流をバランスよく流してモータの回転を安定化させることができる。

【0035】

本発明のクローポール型モータの別の具体的な一態用としては、前記第１コアが、回転軸線上に配置されたＵ相コア本体の周囲に、軸線方向に延伸する複数のＵ相爪磁極を設けてなるＵ相コアであり、前記第２コアが、前記回転軸線上であって前記Ｕ相コア本体の隣に配置されたＶ相コア本体の周囲に、軸線方向に延伸する複数のＶ相爪磁極を設けてなるＶ相コアであり、前記第３コアが、前記回転軸線上であって前記Ｖ相コア本体の隣に配置されたＷ相コア本体の周囲に、軸線方向に延伸する複数のＷ相爪磁極を設けてなるＷ相コアであり、前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアを具備し、前記Ｕ相爪磁極、前記Ｖ相爪磁極、前記Ｗ相爪磁極がこの順で周方向に繰り返し表れるように配置されている固定子と、前記Ｕ相爪磁極、前記Ｖ相爪磁極及び前記Ｗ相爪磁極に対面するように周方向に配置された複数の磁極を具備し、前記複数の磁極がＮ極とＳ極とに周方向に交互に着磁されている回転子とを具備し、前記固定子の前記Ｕ相爪磁極、前記Ｖ相爪磁極、前記Ｗ相爪磁極を合わせた個数をＳ、前記回転子の磁極の個数をＰとすると、下記式（１）が成立するものを挙げることができる。

【数1】

【0036】

これにより、固定子側のＵ相爪磁極、Ｖ相爪磁極及びＷ相爪磁極の３つの爪磁極に対応して、回転子側の周方向にＮ極及びＳ極に着磁された２つの磁極からなるユニットが（ｎ＋１）個配置される。１つのユニットの周方向角度は３６０°であるので、Ｕ相爪磁極、Ｖ相爪磁極及びＷ相爪磁極を合わせた周方向角度は、３６０°×（ｎ＋１）となる。そのため、Ｕ相爪磁極、Ｖ相爪磁極、Ｗ相爪磁極のそれぞれの周方向角度を１２０°以上にすることができるので、コギングトルクや鎖交磁束の歪みを減らし、モータの振動や騒音を低減することができる。

【0037】

上述の比率の好ましい形態としては、前記式（１）において、ｎが１となるものを挙げることができる。

【0038】

上述のように構成すれば、Ｓ：Ｐが３：４となるので、Ｕ相爪磁極、Ｖ相爪磁極及びＷ相爪磁極に対して、周方向にＮ極及びＳ極に着磁された２つの磁極からなるユニットを２つ配置することとなる。そのため、Ｕ相爪磁極、Ｖ相爪磁極及びＷ相爪磁極のこれら３つの爪磁極を合わせた周方向角度は、３６０°×２で７２０°となり、各爪磁極の周方向角度は、最大で２４０°となる。したがって、爪磁極の周方向角度を１２０°以上にして、コギングトルクや鎖交磁束の歪みを減らし、モータの振動や騒音を低減することができる。

【0039】

また、前記爪磁極の周方向の幅が、電気角で１３０°以上１６０°以下、すなわち、各爪磁極の周方向角度を１３０°以上１６０°以下、さらに好ましくは１５０°とすれば、図１８に示すように、コギングトルクや鎖交磁束を最も低下させることができ、モータの振動や騒音をより効果的に低減することができる。

【0040】

本発明のクローポール型モータの製造方法は、コア本体と、前記コア本体の周囲に回転軸線方向に延伸するように設けられた複数の爪磁極とを具備するコアを複数具備するクローポール型モータの製造方法であって、前記複数のコアのうち少なくとも２つは、前記回転軸線方向に前記コア本体が隣り合って配置されており、前記隣り合うコア本体を回転軸線方向に押圧した状態で、前記複数のコアを固定する成型工程を具備することを特徴とする。

【0041】

上述のように構成されたクローポール型モータの製造方法では、隣り合うコア本体を回転軸線方向に押圧した状態で、複数のコアを固定するので、隣り合うコアが圧着されて、回転軸線方向に空隙が生じることを防ぐことができ、モータの振動や騒音を低減することができる。

【0042】

本発明のクローポール型モータの製造方法の具体的な一形態としては、前記隣り合うコア本体を回転軸線方向に圧着した状態において、各コア本体に設けられた前記爪磁極が輪番で周方向に繰り返し表れており、前記成型工程において、隣り合う前記爪磁極の間に金型を嵌め込むものを挙げることができる。

【0043】

このように構成すれば、隣り合う爪磁極の周方向の幅を金型によって精度よく位置決めした状態で、複数のコアを一体成型するので、爪磁極を周方向に等間隔に配置することができ、モータの回転を滑らかにして振動や騒音を低減することができる。

【0044】

また、本発明の効果が特に顕著に奏される実施形態として、前記各コアが、粉体状の磁性材料を前記回転軸線方向からプレス加工して構成されたものを挙げることができる。

【0045】

本発明のクローポール型モータの製造方法の別の具体的な一形態としては、前記複数のコアが、回転軸線上に配置されたＵ相コア本体と、前記Ｕ相コア本体の周囲に設けられた複数のＵ相爪磁極とを具備するＵ相コア、回転軸線上に配置されたＶ相コア本体と、前記Ｖ相コア本体の周囲に設けられた複数のＶ相爪磁極とを具備するＶ相コア及び前記Ｗ相コア本体の周囲に設けられた複数のＷ相爪磁極とを具備するＷ相コアからなる。そして、前記Ｕ相コア本体が、前記Ｗ相コア本体に向かって延伸する第１延伸部を具備したものであり、前記Ｗ相コア本体が、前記Ｕ相コア本体に向かって延伸する第２延伸部を具備したものであり、前記Ｖ相コア本体が、前記第１延伸部の先端部及び前記第２延伸部の先端部に外嵌する外嵌部を具備したものであって、前記成型工程は、前記第１延伸部の先端面と前記第２延伸部の先端面を圧着した状態で行われるものを挙げることができる。

【0046】

このように構成すれば、Ｕ相コア本体とＷ相コア本体との間は、回転軸線方向に配置され、Ｕ相コア本体とＶ相コア本体との間、及びＶ相コア本体とＷ相コア本体との間は、周方向に配置されることとなる。
各コアが粉体状の磁性材料を回転軸線方向からプレス加工して構成された場合、回転軸線方向とは垂直な方向となる周方向の寸法精度は、回転軸線方向の寸法精度に比べて格段に良いので、Ｕ相コア本体とＶ相コア本体との間、及びＶ相コア本体とＷ相コア本体との間にはほとんど空隙が生じないことに加えて、Ｕ相コア本体とＷ相コア本体との間は、コア本体が圧着した状態で固定されているので、この間にも空隙が生じることを防ぐことができ、モータの振動や騒音を低減することができる。
また、Ｕ相コア本体、Ｖ相コア本体、Ｗ相コア本体をこの順で回転軸線方向に配置してなる固定子は、回転軸線方向に配置されるＵ相コア本体とＶ相コア本体との間、及びＶ相コア本体とＷ相コア本体との間の２箇所を圧着する必要があるのに対し、上述の構成では、回転軸線方向に配置されるのはＵ相コア本体とＷ相コア本体との間の１箇所のみであるので、確実にコア本体を圧着させて、製造性を安定させることができる。

【0047】

本発明のクローポール型モータの製造方法の別の具体的な一形態としては、前記成型工程が、前記第１延伸部の近傍を押して、前記第１延伸部の先端面と前記第２延伸部の先端面とを圧着するものを挙げることができる。

【0048】

このように構成すれば、Ｕ相コア本体とＷ相コア本体の回転軸線方向の荷重に対して強度が最も強い第１延伸部の先端面と第２延伸部の先端面とを突き合わせて、より確実に先端面同士に生じる隙間をなくすことができる。

【0049】

本発明のクローポール型モータの製造方法の別の具体的な一形態としては、前記成型工程が、前記第１延伸部の先端面と前記第２延伸部の先端面を圧着した状態で、前記第１延伸部、前記第２延伸部及び前記外嵌部を樹脂で固定するとともに、前記第１延伸部及び前記第２延伸部の少なくとも一部の内側を覆うように樹脂層を形成するものを挙げることができる。

【0050】

このように構成すれば、Ｕ相コア本体、Ｖ相コア本体及びＷ相コア本体と組み合わされる部材、例えば、Ｕ相コア本体、Ｖ相コア本体及びＷ相コア本体の略中心部に挿入される軸受等の部材との間に樹脂層を介在させることができるので、Ｕ相コア本体、Ｖ相コア本体及びＷ相コア本体で発生する熱が伝達することを防ぐことができる。

【0051】

また、上述した方法を用いて製造されたクローポール型モータも本発明の１つである。

【0052】

本発明のクローポール型モータの製造方法は、コア本体と、前記コア本体の周囲に回転軸線方向に延伸するように設けられた複数の爪磁極とを具備するコアを複数具備するクローポール型モータの製造方法であって、前記各コア本体を、略環状形状をなす部材を同心円状に分割した複数のパーツを組み合わせて構成し、最も外側に配置される前記パーツの外周端縁部に前記複数の爪磁極を一体的に保持することを特徴とする。

【0053】

これにより、コア本体を構成する複数のパーツが同心円状に分割されたものであるので、複数のパーツを組み合わせる場合、それぞれのパーツの中心軸を容易に一致させることができる。そのため、爪磁極の真円度が低下してモータの回転が歪むことを防ぐことができ、モータの振動や騒音を低減することができる。また、最も外側に配置されるパーツの外周端縁部に爪磁極が一体に保持されているので、このパーツが位置決めされれば自ずと爪磁極が位置決めされ、パーツと爪磁極とを別々に設けた場合と比べて、容易に爪磁極を位置決めすることができる。

【0054】

また、本発明の効果が特に顕著に奏される実施形態としては、少なくとも前記爪磁極が、粉末からなる軟磁性材料を回転軸線方向にプレス加工して構成されたものを挙げることができる。

【0055】

つまり、各パーツを製造する際のプレス加工時の圧力を高めて、各パーツの質量密度を高めることができるので、固定子全体として質量密度を高めた磁気抵抗を少ない性能のよい固定子を製造することができる。

【0056】

本発明のクローポール型モータの製造方法の具体的な一形態としては、前記爪磁極を構成する材料が、前記パーツを構成する材料とは異なるものを挙げることができる。

【0057】

このように構成すれば、コストがかかる鉄系絶縁粒子を爪磁極のみに使用し、パーツには鉄系絶縁粒子とは異なる材料を使用することができるので、コストを削減することができる。

【0058】

本発明のクローポール型モータの製造方法の別の具体的な一形態としては、前記爪磁極を構成する材料が、前記パーツを構成する材料よりも体積抵抗率が大きいものが用いられているものを挙げることができる。

【0059】

モータを作動させると、爪磁極の表面に渦電流が発生し、この渦電流によってコアが発熱してエネルギー損失が生じる渦電流損が生じてモータの効率が悪化する。しかしながら、本発明では、爪磁極を構成する材料をパーツを構成する材料よりも体積抵抗率の高い材料にするので、爪磁極の電気抵抗を大きくして爪磁極の表面に生じる渦電流を低減させることができる。

【0060】

本発明のクローポール型モータの製造方法の別の具体的な一形態としては、前記爪磁極を磁化するコイルをさらに具備し、前記複数のパーツが、第１パーツ及び前記第１パーツの内側に配置される第２パーツからなり、前記第２パーツの外径が、前記コイルの外径よりも大きいものを挙げることができる。

【0061】

このように構成すれば、例えば、第１パーツを組み合わせたものと、第２パーツ及びコイルを組み合わせたものとを製造し、第１パーツを組み合わせたものの中に、第２パーツ及びコイルを組み合わせたものを収容して固定することによりクローポール型モータを製造することができる。この製造方法の工程数は、第１パーツと第２パーツとを組み合わせて各コアを別々に製造し、各コア間に隙間にコイルを配置してから、これらを固定する製造方法に比べて、組立性を向上させて、容易にクローポール型モータを製造することができる。

【0062】

本発明のクローポール型モータの製造方法の別の具体的な一形態としては、前記第１パーツが、外周に前記爪磁極を保持するものであり、前記第２パーツが、径方向に分割された複数の分割要素から構成されるものを挙げることができる。

【0063】

このように構成すれば、第２パーツに設けられた径方向に分割された３つの分割要素の間にそれぞれ電気抵抗が生じ、この電気抵抗によって周方向に流れる渦電流を低減することができる。また、爪磁極を保持する第１パーツは径方向に分割されていないので、爪磁極の真円度が低下することを防ぐことができる。

【0064】

本発明のクローポール型モータの製造方法の別の具体的な一形態としては、前記第１パーツ及び前記第２パーツが圧入して固定されているものを挙げることができる。

【0065】

このように構成すれば、第１パーツと第２パーツとの隙間をなくして、モータ特性を向上することができる。

【0066】

本発明のクローポール型モータの製造方法の具体例としては、前記複数のコアが、Ｕ相コア本体を具備するＵ相コア、Ｖ相コア本体を具備するＶ相コア及びＷ相コア本体を具備するＷ相コアからなり、前記コイルが、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルからなり、前記Ｕ相コイルは、前記Ｕ相コア本体及びＶ相コア本体の間に配置してあり、前記Ｗ相コイルは、前記Ｖ相コア本体及びＷ相コア本体の間に配置してあり、前記Ｖ相コイルは、直列に接続された第１Ｖ相コイル要素及び第２Ｖ相コイル要素からなり、前記第１Ｖ相コイル要素が前記Ｕ相コア本体及び前記Ｖ相コア本体の間に配置してあるとともに、前記第２Ｖ相コイル要素が前記Ｖ相コア本体及び前記Ｗ相コア本体の間に配置してあるものを挙げることができる。

【0067】

このように構成すれば、Ｕ相コア本体とＶ相コア本体との間に形成される空間に、Ｕ相コイル及び第１Ｖ相コイル要素を配置するとともに、Ｖ相コア本体とＷ相コア本体との間に形成される空間に、第２Ｖ相コイル要素及びＷ相コイルを配置することによってクローポール型モータを製造することができるので、実質的に、３個のコア本体と２つのコイルとでクローポール型モータを製造することができ、製造性を向上することができる。

【0068】

また、上述した方法を用いて製造されたクローポール型モータも本発明の１つである。

【0069】

本発明によれば、モータの振動や騒音を低減することができるクローポール型モータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0070】

【図1】本実施形態におけるクローポール型モータの斜視図。

【図2】本実施形態におけるクローポール型モータの回転子と固定子とを示す斜視図。

【図3】本実施形態における回転子の斜視図。

【図4】本実施形態における固定子の斜視図。

【図5】本実施形態における固定子の展開図。

【図6】本実施形態における固定子のＡＡ断面図。

【図7】本実施形態におけるクローポール型モータの周方向角度を示す平面図。

【図8】本実施形態におけるクローポール型モータの製造方法を示す断面図。

【図9】Ｕ相コアの製造方法を示す斜視図。

【図10】Ｖ相コアの製造方法を示す斜視図。

【図11】Ｗ相コアの製造方法を示す斜視図。

【図12】他の実施形態における固定子のＡＡ断面図。

【図13】従来のクローポール型モータの周方向角度を示す平面図。

【図14】（ａ） 従来のクローポール型モータにおける交流電流の波形を示すグラフ。（ｂ） 本実施形態のクローポール型モータにおける交流電流の波形を示すグラフ。

【図15】本実施形態のクローポール型モータの縦軸にトルク、横軸に回転子の位置を示すグラフ。

【図16】従来のクローポール型モータにおいて、縦軸のトルク脈動、横軸に回転子の位置を示すグラフ。

【図17】本実施形態のクローポール型モータにおいて、縦軸のトルク脈動、横軸に回転子の位置を示すグラフ。

【図18】クローポール型モータにおいて、縦軸にコギングトルク、横軸に爪磁極の周方向角度を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0071】

以下に本発明に係るクローポール型モータの一実施形態について説明する。

【0072】

本実施形態におけるクローポール型モータ１は、冷蔵庫や自動車等の様々な分野で使用されるものであって、図１及び図２に示すように、複数の永久磁石１８（請求項にいう磁極）が内周方向に配置された回転子２と、軸線方向に延伸する複数の爪磁極５（５ａ、５ｂ、５ｃ）が外周方向に配置された固定子３とを具備し、回転子２の内周面と固定子３の外周面とが対面するように配置されている。そして、回転子２の永久磁石１８と、固定子３の爪磁極５との間に生じる引力及び斥力によって、回転子２が、その中心に仮想的に設けられた回転軸線に対して周方向に回転する。

【0073】

回転子２は、図１、図２及び図３に示すように、一方が開口し、他方が閉塞する有底円筒形状をなすものであって、閉塞する一端面の中心には回転子２を回転させる回転軸４が挿入して固定されている。また、その内周面には、回転軸線方向に延伸する長片形状をなす複数の永久磁石１８が周方向に等間隔に配置されている。この複数の永久磁石１８は、周方向にＮ極とＳ極とに交互に繰り返し着磁されている。そして、本実施形態では、Ｎ極に着磁された永久磁石１８ａとＳ極に着磁された永久磁石１８ｂとを合わせた永久磁石１８の個数は２４個となる。なお、以下では説明のため、周方向に隣り合うＮ極に着磁された永久磁石１８ａ及びＳ極に着磁された永久磁石１８ｂをユニット２３とする。

【0074】

固定子３は、図４及び図５に示すように、爪磁極５（５ａ、５ｂ、５ｃ）を磁化するための磁気回路となるＵ相コア８、Ｖ相コア９、Ｗ相コア１０と、前記各コアをそれぞれ磁化するＵ相コイル１４、Ｖ相コイル１５、Ｗ相コイル１６とを具備する。

【0075】

Ｕ相コア８は、図５に示すように、回転軸線上に配置されたＵ相コア本体１９と、Ｕ相コア本体１９の周囲に設けられ、軸線方向に延伸する複数のＵ相爪磁極５ａとを具備する。Ｕ相コア本体１９は、互いに機械角で６０°ずつずれて等間隔に配置したＵ相爪磁極５ａを外周に一体に保持するリング状部材１１ａと、リング状部材１１ａの片面にリング状部材１１ａと同軸に一体に取り付けられた中心円筒状部材１２ａとを具備する。

【0076】

中心円筒状部材１２ａは、請求項に記す第１延伸部に相当し、Ｕ相爪磁極５ａが延伸する方向と同じ方向に向かって突出している。

【0077】

Ｖ相コア９は、図５に示すように、回転軸線上であって、Ｕ相コア本体１９の隣に配置されたＶ相コア本体２０と、Ｖ相コア本体２０の周囲に設けられ、軸線方向に延伸する複数のＶ相爪磁極５ｂとを具備する。このＶ相コア本体２０は、中心孔を有した中心円筒状部材１２ｂと、中心円筒状部材１２ｂと同じ軸線方向の高さを有し、この中心円筒状部材１２ｂの軸線方向の略中央から放射状に延伸する複数のアーム１７とを具備する。

【0078】

中心円筒状部材１２ｂは、請求項に記す外嵌部に相当し、その内径がＵ相コア８の中心円筒状部材１２ａの外径に等しいものである。

【0079】

アーム１７は、その先端が、Ｖ相爪磁極５ｂの延伸方向の真ん中に一体的に接続されていて、Ｖ相爪磁極５ｂは、アーム１７に対して線対称をなすように軸線方向の両方に延伸している。本実施形態においては、例えば６本のアーム１７が機械角で６０°ずつずれて等間隔に延伸するものであるから、この先端に設けられた６個のＶ相爪磁極５ｂも、互いに機械角で６０°ずつずれて等間隔に配置されている。

【0080】

Ｗ相コア１０は、図５に示すように、回転軸線上であってＶ相コア本体２０の隣に配置されたＷ相コア本体２１と、Ｗ相コア本体２１の周囲に設けられ、軸線方向に延伸する複数のＷ相爪磁極５ｃとを具備する。このＷ相コア本体２１は、互いに機械角で６０°ずつずれて等間隔に配置したＷ相爪磁極５ｃを外周に一体に保持するリング状部材１１ｃと、リング状部材１１ｃの片面に当該リング状部材１１ｃと同軸に一体に取り付けられた中心円筒状部材１２ｃとを具備する。

【0081】

中心円筒状部材１２ｃは、請求項に記す第２延伸部に相当し、Ｕ相コア本体１９に向けて突出しており、Ｗ相爪磁極５ｃは、中心円筒状部材１２ｃが突出する方向と同じ方向に向かって延伸している。この方向は、Ｕ相爪磁極５ａの延伸方向とは逆となり、Ｕ相コア８の第１延伸部（中心円筒状部材１２ａ）は、Ｗ相コア本体２１に向かって延伸している。また、中心円筒状部材１２ｃの内径及び外径は、Ｕ相コア８の中心円筒状部材１２ａの内径及び外径とそれぞれ等しい。

【0082】

Ｕ相コア８、Ｖ相コア９、Ｗ相コア１０は、図６に示すように、Ｕ相コア本体１９の中心線及びＷ相コア本体２１の中心線が回転軸線と合致するように、中心円筒状部材１２ａの先端面と中心円筒状部材１２ｃの先端面とが向かい合って近接又は当接している。また、Ｖ相コア本体２０の中心線が回転軸線と合致するように、中心円筒状部材１２ａ及び中心円筒状部材１２ｃの先端部が、中心円筒状部材１２ｂの中心孔に隙間なく嵌り込んでいる。そして、この状態において、Ｕ相コア８、Ｖ相コア９、Ｗ相コア１０が樹脂等によって固定されている。

【0083】

この状態において、図６に示すように、中心円筒状部材１２ａの先端面と中心円筒状部材１２ｃの先端面との間に、ＵＷギャップＧ１が形成されている。また、中心円筒状部材１２ｂの先端面と中心円筒状部材１２ａの外周面との間に、ＵＶギャップＧ２が形成されているとともに、中心円筒状部材１２ｂの先端面と中心円筒状部材１２ｃの外周面との間にＶＷギャップＧ３が形成されている。

【0084】

このとき、中心円筒状部材１２ａの先端部が中心円筒状部材１２ｂに嵌りこむ回転軸線方向の深さと、中心円筒状部材１２ｃの先端部が中心円筒状部材１２ｂに嵌りこむ回転軸線方向の深さとが等しくなるように構成されている。このように構成することによって、ＵＶギャップＧ２を通過する磁束密度と、ＶＷギャップＧ３を通過する磁束密度とが略等しくなるので、より均一化した磁束量によってモータの振動や騒音を抑えることができる。

【0085】

ＵＶギャップＧ２、ＵＷギャップＧ１、ＶＷギャップＧ３の幅は０であることが好ましい。また、幅が０でない場合、ＵＶギャップＧ２及びＶＷギャップＧ３の幅の誤差範囲は、ＵＷギャップＧ１の幅の誤差範囲に比べて十分小さくなる。
これは、Ｕ相コア８、Ｖ相コア９、Ｗ相コア１０が、粉体状の磁性材料を回転軸線方向からプレス加工して構成されているので、回転軸線方向の寸法精度がラジアル方向に比べて悪く、ラジアル方向のＵＶギャップＧ２及びＶＷギャップＧ３に比べて回転軸線方向のＵＷギャップＧ１の製造誤差が大きくなるからである。

【0086】

このように組み合わせられたＵ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃがこの順で、互いに機械角で２０°ずれて周方向に繰り返し表れる。そして、本実施形態では、Ｕ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ及びＷ相爪磁極５ｃを合わせた爪磁極５の個数は１８個となる。

【0087】

上述のように構成した回転子２、固定子３では、回転子２の永久磁石１８の個数をＰ、固定子３のＵ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃを合わせた個数をＳとすると、以下の式（１）が成立する。

【数1】

より具体的には、上述したようにＳが１８、Ｐが２４であることから、Ｓ：Ｐ＝３：４の関係が成立する。

【0088】

そのため、本実施形態のクローポール型モータ１では、固定子３側のＵ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃに対応して、回転子２側の上述した周方向にＮ極及びＳ極に着磁された２つの永久磁石１８ａ、１８ｂからなるユニット２３が２つ配置されている。

【0089】

この関係を周方向の電気角を示す周方向角度で示すと、Ｎ極に着磁された永久磁石１８ａ及びＳ極に着磁された永久磁石１８ｂの周方向角度はそれぞれ１８０°であるので、１ユニット２３の周方向角度は３６０°となり、図７に示すように、２つのユニット２３に対応するＵ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃを合わせた周方向角度は、３６０°×２で７２０°となる。したがって、各爪磁極５の周方向角度は、７２０°を３で割った２４０°となり、各爪磁極５の周方向角度は最大で２４０°となる。

【0090】

本実施形態では、Ｕ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃの周方向角度を１３０°以上１６０°以下、さらに好ましくは１５０°としている。

【0091】

Ｕ相コイル１４は、絶縁体からなる第１ボビン７ａに所定の線径を有する線体を巻回して構成されているものである。この第１ボビン７ａは、その中心線と回転軸線とが一致するようにＵ相コア本体１９及びＶ相コア本体２０の間に形成される空間Ｓ１に配置されている。なお、この空間Ｓ１は樹脂によって封止されている。

【0092】

Ｗ相コイル１６は、絶縁体からなる第２ボビン７ｂに所定の線径を有する線体を巻回して構成されているものである。この第２ボビン７ｂは、その中心線と回転軸線とが一致するようにＶ相コア本体２０及びＷ相コア本体２１の間に形成される空間Ｓ２に配置されている。なお、この空間Ｓ２は樹脂によって封止されている。

【0093】

Ｖ相コイル１５は、図６に示すように、直列に接続された第１Ｖ相コイル要素１５ａ及び第２Ｖ相コイル要素１５ｂからなる。第１Ｖ相コイル要素１５ａは、絶縁体からなる第１ボビン７ａに所定の線径を有する線体を巻回して構成されているものである。この第１ボビン７ａは、上述したように、その中心線と回転軸線とが一致するように空間Ｓ１に配置されている。第２Ｖ相コイル要素１５ｂは、絶縁体からなる第２ボビン７ｂに所定の線径を有する線体を巻回して構成されているものである。この第２ボビン７ｂは、上述したように、その中心線と回転軸線とが一致するように空間Ｓ２に配置されている。

【0094】

このとき、空間Ｓ１には、外側に第１Ｖ相コイル要素１５ａ、内側にＵ相コイル１４が配置されているとともに、空間Ｓ２には、外側に第２Ｖ相コイル要素１５ｂ、内側にＷ相コイル１６が配置されている。なお、本実施形態において、Ｕ相コイル１４、第１Ｖ相コイル要素１５ａ、第２Ｖ相コイル要素１５ｂ、Ｗ相コイル１６の巻数は同じである。

【0095】

また、Ｕ相コイル１４の巻回方向を正とすると、第１Ｖ相コイル要素１５ａの巻回方向は正、第２Ｖ相コイル要素１５ｂの巻回方向は負、Ｗ相コイル１６の巻回方向は負となるように巻回されており、これらのコイルは互いに図示しない巻き終わり端子が接続されている。

【0096】

そして、第１Ｖ相コイル要素１５ａ及び第２Ｖ相コイル要素１５ｂの線径は、図６に示すように、Ｕ相コイル１４及びＷ相コイル１６の線径に比べて大きくなるように構成されている。

【0097】

ここで、コイルの抵抗値をＲ［Ω］、コイルの線径をＤ［ｍｍ］、コイルの長さをＬ［ｍｍ］、コイルを構成する金属の抵抗率をａとすると、以下の関係式（２）が成り立つ。
Ｒ＝ａＬ／πＤ^２・・・（２）
つまり、この式（２）から、コイルの線径が大きくなるほどコイルの抵抗値が小さくなり、また、コイルの巻数が増えるもしくは、コイルの周長が長くなることにより、コイルの抵抗値が大きくなることが分かる。

【0098】

上述のように構成したクローポール型モータの固定子３の製造方法は以下の通りである。

【0099】

まず、Ｕ相コア８、Ｖ相コア９、Ｗ相コア１０を、それぞれ例えば粉体状の軟磁性材料を回転軸線方向からプレス加工して製造するコア製造工程を行う。なお、プレス加工する材料は鋼板等であってもよい。

【0100】

次に、Ｕ相コア本体１９及びＷ相コア本体２１の中心線が回転軸線と合致するように、中心円筒状部材１２ａの先端面と中心円筒状部材１２ｃの先端面とを向かい合わせて配置するとともに、中心円筒状部材１２ｂの中心孔に、中心円筒状部材１２ａ及び中心円筒状部材１２ｃの先端部を略隙間なく嵌り込ませて、Ｕ相コア８とＷ相コア１０との間にＶ相コア９を配置する。

【0101】

このとき、Ｕ相コイル１４及び第１Ｖ相コイル要素１５ａを、Ｕ相コア本体１９とＶ相コア本体２０との間に形成された空間Ｓ１に配置し、第２Ｖ相コイル要素１５ｂ及びＷ相コイル１６を、Ｖ相コア本体２０とＷ相コア本体２１との間に形成された空間Ｓ２に配置する。このように配置したＵ相コア８、Ｖ相コア９、Ｗ相コア１０、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１５及びＷ相コイル１６をまとめて固定子形成部材３０とよぶ。

【0102】

最後に、図８に示すように、固定子形成部材３０を上金型３１及び下金型３２で回転軸線方向に挟むように配置する。

【0103】

上金型３１及び下金型３２は、内部に固定子形成部材３０を収容する凹部が設けられたものである。

【0104】

上金型３１は、凹部が設けられた開口端が下金型３２の凹部が設けられた開口端と当接するものであって、その上面には、図８に示すように、樹脂を注入するための注入用孔部３７が複数設けられるとともに、押しピン３８を挿入する押しピン用孔４０が設けられている。

【0105】

下金型３２は、図８に示すように、固定子形成部材３０を位置決めするための位置決め凸部３９が設けられており、この位置決め凸部３９は、機械角で２０°ずつずれて周方向に配置されたものである。

【0106】

そして、下金型３２の凹部に固定子形成部材３０を嵌めこんだ状態で、下金型３２の凹部が設けられた開口端と、上金型３１の凹部が設けられた開口端とを合わせて、上金型３１及び下金型３２の内部に固定子形成部材３０を収容する。
このとき、下金型３２に設けられた位置決め凸部３９と、固定子形成部材３０のＵ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃとがそれぞれ当接する。

【0107】

そして、上金型３１に設けられた押しピン用孔４０から押しピン３８を挿入して、この押しピン３８によって固定子形成部材３０を下金型３２に押し付けながら、上金型３１に設けられた注入用孔部３７から樹脂を流し込んで固定子形成部材３０を固定する成型工程を行う。

【0108】

このとき、押しピン３８は、Ｕ相コア８の中心円筒状部材１２ａの近傍を押圧する。このように押圧することによって、回転軸線方向の荷重に対して最も強度が強いＵ相コア８の中心円筒状部材１２ａの先端面と、Ｗ相コア１０の中心円筒状部材１２ｃの先端面とが突き合い、これらが隙間なく接触する。

【0109】

この状態において樹脂で固定されるので、中心円筒状部材１２ａの先端面と中心円筒状部材１２ｃの先端面とが圧着された状態で樹脂によって固定される。

【0110】

また、下金型３２に設けられた位置決め凸部３９によって、Ｕ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃがこの位置で位置決めされて固定される。

【0111】

この場合、中心円筒状部材１２ａの内面の少なくとも一部及び中心円筒状部材１２ｃの内面少なくとも一部に樹脂層が形成されるように構成してもよい。そうすると、中心円筒状部材１２ａ及び中心円筒状部材１２ｃの中に挿入される軸受等の部材が、樹脂層を介して接触することになるので、固定子３で発生する熱が軸受等の部材に伝熱することを防ぐことができる。

【0112】

また、以下のようにしてクローポール型モータの固定子３を製造することもできる。

【0113】

つまり、Ｕ相コア本体１９を、図９に示すように、第１Ｕ相パーツ４１及び第２Ｕ相パーツ４２で構成する。この第１Ｕ相パーツ４１及び第２Ｕ相パーツ４２は、略環状形状をなす部材を同心円状に２つに分割して構成したものである。

【0114】

第１Ｕ相パーツ４１は、図９に示すように、第２Ｕ相パーツ４２の外側に配置され、その外周端縁部に周方向に等間隔に配置された複数のＵ相爪磁極５ａを一体的に保持するものである。

【0115】

第２Ｕ相パーツ４２は、図９に示すように、第１Ｕ相パーツ４１の内側に略隙間なく嵌合するものであって、その内面に円筒状部材が設けられている。また、第２Ｕ相パーツ４２の外径は、上述のＵ相コイル１４、Ｖ相コイル１５（第１Ｖ相コイル要素１５ａ及び第２Ｖ相コイル要素１５ｂ）、Ｗ相コイル１６の外径よりも大きいものである。また、第２Ｕ相パーツ４２は、機械角で１２０°の位置で径方向に分割された３つの分割要素を周方向に配置することによって構成されている。

【0116】

Ｖ相コア本体２０を、図１０に示すように、第１Ｖ相パーツ４３及び第１Ｖ相パーツ４３の内側に配置される第２Ｖ相パーツ４４で構成する。第１Ｖ相パーツ４３及び第２Ｖ相パーツ４４は、略円板状をなす部分を同心円状に分割して構成されたものである。

【0117】

第１Ｖ相パーツ４３は、図１０に示すように、第２Ｖ相パーツ４４の外側に配置され、円環状をなす本体部分と、この本体部分から放射状に延伸する複数のアーム１７と、アーム１７の先端にその回転軸線方向の略中央部分が一体的に保持された複数のＶ相爪磁極５ｂとを具備するものである。

【0118】

第２Ｖ相パーツ４４は、図１０に示すように、第１Ｖ相パーツ４３の内側に略隙間なく嵌合する円環状をなす本体部分と、この本体部分の内面に軸方向の略中央部分が一体的に接続された円筒状部材とを具備する。また、第２Ｖ相パーツ４４の外径は、上述のＵ相コイル１４、Ｖ相コイル１５（第１Ｖ相コイル要素１５ａ及び第２Ｖ相コイル要素１５ｂ）、Ｗ相コイル１６の外径よりも大きいものである。また、第２Ｖ相パーツ４４は、機械角で１２０°の位置で径方向に分割された３つの分割要素を周方向に配置することによって構成されている。

【0119】

Ｗ相コア本体２１を、図１１に示すように、第１Ｗ相パーツ４５及び第２Ｗ相パーツ４６で構成する。この第１Ｗ相パーツ４５及び第２Ｗ相パーツ４６は、略環状形状をなす部材を同心円状に２つに分割して構成したものである。

【0120】

第１Ｗ相パーツ４５は、図１１に示すように、第２Ｗ相パーツ４６の外側に配置され、その外周端縁部に周方向に等間隔に配置された複数のＷ相爪磁極５ｃを一体的に保持するものである。

【0121】

第２Ｗ相パーツ４６は、図１１に示すように、第１Ｗ相パーツ４５の内側に略隙間なく嵌合するものであって、その内面に円筒状部材が設けられている。また、第２Ｗ相パーツ４６の外径は、上述のＵ相コイル１４、Ｖ相コイル１５（第１Ｖ相コイル要素１５ａ及び第２Ｖ相コイル要素１５ｂ）、Ｗ相コイル１６の外径よりも大きいものである。また、第２Ｗ相パーツ４６は、機械角で１２０°の位置で径方向に分割された３つの分割要素を周方向に配置することによって構成されている。

【0122】

上述の第１Ｕ相パーツ４１及び第２Ｕ相パーツ４２、第１Ｖ相パーツ４３及び第２Ｖ相パーツ４４、第１Ｗ相パーツ４５及び第２Ｗ相パーツ４６は、粉末状の軟磁性材料を回転軸線方向にプレス加工して構成される。また、第１Ｕ相パーツ４１、第１Ｖ相パーツ４３、第１Ｗ相パーツ４５にそれぞれ一体的に保持されるＵ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃは、第１Ｕ相パーツ４１、第１Ｖ相パーツ４３、第１Ｗ相パーツ４５をプレス加工する際に同時に製造される。

【0123】

このとき、第１Ｕ相パーツ４１及び第２Ｕ相パーツ４２と、第１Ｖ相パーツ４３及び第２Ｖ相パーツ４４と、第１Ｗ相パーツ４５及び第２Ｗ相パーツ４６をなす材料は、Ｕ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃをなす材料とは異なるものが用いられる。

【0124】

より具体的には、Ｕ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃをなす材料は、第２Ｕ相パーツ４２、第２Ｖ相パーツ４４、第２Ｗ相パーツ４６をなす材料よりも体積抵抗率が大きいものが用いられている。

【0125】

上述のように構成した第１Ｕ相パーツ４１、第１Ｖ相パーツ４３、第１Ｗ相パーツ４５の中心軸線を回転軸線に一致させた状態で、上述の順でこれらのパーツを回転軸線方向に組み合わせて樹脂で固定した第１パーツ集合体を製造する。

【0126】

このとき、第１Ｕ相パーツ４１、第１Ｖ相パーツ４３、第１Ｗ相パーツ４５はそれぞれＵ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃを一体的に保持したものであるから、第１Ｕ相パーツ４１、第１Ｖ相パーツ４３、第１Ｗ相パーツ４５を固定することによって、Ｕ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃも位置決めされる。

【0127】

そして、第１パーツ集合体の外側には、Ｕ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃが、この順で等間隔に周方向に繰り返し表れる。また、第１パーツ集合体の内側には略円筒形状の孔が形成されている。

【0128】

次に、第２Ｕ相パーツ４２と第２Ｖ相パーツ４４との間にＵ相コイル１４及び第１Ｖ相コイル要素１５ａを配置した状態で、これらの中心軸線を一致させるように回転軸線方向に組み合わせて固定した第１内側ユニットを製造する。上述したように、第２Ｕ相パーツ４２及び第２Ｖ相パーツ４４の外径は、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１５（第１Ｖ相コイル要素１５ａ及び第２Ｖ相コイル要素１５ｂ）、Ｗ相コイル１６の外径よりも大きいので、Ｕ相コイル１４及び第１Ｖ相コイル要素１５ａは、第２Ｕ相パーツ４２と第２Ｖ相パーツ４４との間からはみ出ることなく収容されている。

【0129】

また、第２Ｗ相パーツ４６の回転軸線方向の上側に第２Ｖ相コイル要素１５ｂ、Ｗ相コイル１６を配置した状態で、これらの中心軸線を一致させるように固定した第２内側ユニットを製造する。この場合も上述したように、第２Ｗ相パーツ４６の外径は、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１５（第１Ｖ相コイル要素１５ａ及び第２Ｖ相コイル要素１５ｂ）、Ｗ相コイル１６の外径よりも大きいので、第２Ｖ相コイル要素１５ｂ及びＷ相コイル１６は、第２Ｗ相パーツ４６からはみ出ることなく収容されている。

【0130】

最後に、第１パーツ集合体の内側に形成された略円筒形状の孔に、第２内側ユニット、及び、第２内側ユニットの回転軸線方向の上側に第１内側ユニットを配置して、これらを樹脂で固定する。

【0131】

このクローポール型モータの動作は以下の通りである。
まず、Ｗ相コイル１６に電圧が印加されると、この印加電圧とＷ相コイル１６に生じた誘起電圧の差と、Ｗ相コイル１６の抵抗によって電流が流れて磁束が生じる。この磁束は、Ｗ相コア本体２１からＷ相爪磁極５ｃに向かい、Ｗ相爪磁極５ｃをＮ極に磁化するとともに、Ｖ相爪磁極５ｂ及びＵ相爪磁極５ａをＳ極に磁化する。

【0132】

次に、Ｕ相コイル１４に電圧が印加されると、この印加電圧とＵ相コイル１４に生じた誘起電圧の差と、Ｕ相コイル１４の抵抗によって電流が流れて磁束が生じる。ここで、Ｗ相コイル１６とＵ相コイル１４とはコイルの巻回方向が逆となっていることから、この磁束は、Ｕ相コア本体１９からＵ相爪磁極５ａに向かい、Ｕ相爪磁極５ａをＮ極に磁化するとともに、Ｖ相爪磁極５ｂ及びＷ相爪磁極５ｃをＳ極に磁化する。

【0133】

最後に、Ｖ相コイル１５、すなわち、第１Ｖ相コイル要素１５ａ及び第２Ｖ相コイル要素１５ｂに電圧が印加されると、第１Ｖ相コイル要素１５ａでは、この印加電圧と第１Ｖ相コイル要素１５ａに生じた誘起電圧の差と、第１Ｖ相コイル要素１５ａの抵抗によって電流が流れるとともに、第２Ｖ相コイル要素１５ｂでは、この印加電圧と第２Ｖ相コイル要素１５ｂに生じた誘起電圧の差と、第２Ｖ相コイル要素１５ｂの抵抗によって電流が流れる。

【0134】

このとき、第１Ｖ相コイル要素１５ａに流れる電流によって生じた磁束は、Ｕ相コア本体１９からＶ相コア本体２０又はＷ相コア本体２１に向かい、Ｖ相爪磁極５ｂとＷ相爪磁極５ｃをＮ極に磁化するとともに、Ｕ相爪磁極５ａをＳ極に磁化する。一方、第２Ｖ相コイル要素１５ｂに流れる電流によって生じた磁束は、Ｗ相コア本体２１からＶ相コア本体２０又はＵ相コア本体１９に向かい、Ｖ相爪磁極５ｂとＵ相爪磁極５ａをＮ極に磁化するとともに、Ｗ相爪磁極５ｃをＳ極に磁化する。

【0135】

そのため、これらの磁束を合成すると、Ｖ相コア９の爪磁極５がＮ極に磁化されるとともに、Ｕ相コア８の爪磁極５及びＷ相コア１０の爪磁極５がＳ極に磁化される。

【0136】

上述のようにＷ相コイル１６、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１５に次々と電圧が印加されていくことによって、爪磁極５を磁化する磁極が変化し、固定子３側の爪磁極５と回転子２側の永久磁石１８との間に生じる引力及び斥力によって回転子２が回転する。

【0137】

このとき、Ｕ相コア本体１９とＶ相コア本体２０との間を通過する磁束は、ＵＶギャップＧ２を通過し、Ｖ相コア本体２０とＷ相コア本体２１との間を通過する磁束は、ＶＷギャップＧ３を通過し、Ｕ相コア本体１９とＷ相コア本体２１との間を通過する磁束は、ＵＷギャップＧ１を通過する。すなわち、いずれのコア本体間を通過する磁束であっても、磁束が通過するギャップは１つとなる。

【0138】

また、Ｗ相コイル１６の印加電圧、Ｕ相コイル１４の印加電圧、Ｖ相コイル１５の印加電圧は全て等しく、Ｗ相コイル１６、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１５に生じた誘起電圧はほぼ等しくなるので、Ｗ相コイル１６、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１５において、印加電圧から誘起電圧を引いた電圧はほぼ一定となる。

【0139】

そして、Ｖ相コイル１５の線径、すなわち第１Ｖ相コイル要素１５ａ及び第２Ｖ相コイル要素１５ｂの線径を、Ｗ相コイル１６の線径及びＵ相コイル１４の線径よりも太くしているので、Ｕ相コイル１４の抵抗値、Ｖ相コイル１５の抵抗値、Ｗ相コイル１６の抵抗値はほぼ均一となる。

【0140】

したがって、Ｗ相コイル１６によって流れる電流値、Ｕ相コイル１４によって流れる電流値、Ｖ相コイル１５によって流れ電流値がほぼ等しくなり、各コアに電流がバランスよく流れる。

【0141】

さらに、固定子３側のＵ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃに対して、回転子２側の永久磁石１８のユニット２３を２つ対応させるので、Ｕ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃの周方向角度を最大で２４０°まで大きくすることができ、本実施形態においては、この周方向角度を１５０°にするので、図８に示すようにコギングトルク及び鎖交磁束の歪みが低減する。

【0142】

このように構成した本実施形態のクローポール型モータは以下のような格別の効果を具備する。

【0143】

つまり、上述したように、いずれのコア本体間を通過する磁束であっても、通過するギャップは１つとなるので、磁気抵抗が等しくなって磁束量が均一となり、モータの振動や騒音を抑えることができる。また、磁束が通過するギャップを１つにしたので、磁束量の減少を最小限に抑えることができる。

【0144】

各コアに電流をバランスよく流すことができるので、トルク脈動の発生を低減し、モータの回転が不安定になることによる振動や騒音を防止することができる。

【0145】

さらに、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１５及びＷ相コイル１６の巻数を変えることなく、コイル線径を変えるだけでＶ相コイル１５の抵抗値を下げることができるので、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１５及びＷ相コイル１６の巻数を同じにして磁束を均一化し、モータの回転を安定化することができる。

【0146】

また、本実施形態ではＵ相コイル１４、第１Ｖ相コイル要素１５ａ、第２Ｖ相コイル要素１５ｂ、Ｗ相コイル１６が同じ巻数を具備するものであったが、この巻数を異ならせてもよい。このように構成すれば、Ｕ相コア８、Ｖ相コア９、Ｗ相コア１０に軸方向の製造誤差が生じているような場合であっても、コイル毎に巻数を変えてコイルの抵抗値を調整することができるので、製造誤差によってＵ相コア８、Ｖ相コア９及びＷ相コア１０に生じる磁束の不均一を是正することができる。

【0147】

固定子３側のＵ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃを合わせた個数Ｐと、回転子２側のＮ極に着磁された永久磁石１８ａ及びＳ極に着磁された永久磁石１８ｂをあわせた個数Ｓとは、Ｓ：Ｐが３：２（ｎ＋１）となるので、固定子３側のＵ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ及びＷ相爪磁極５ｃの３つの爪磁極５に対応して、回転子２側の周方向にＮ極及びＳ極に着磁された２つの永久磁石１８ａ、１８ｂからなるユニット２３が（ｎ＋１）個配置される。１ユニット２３の周方向角度は３６０°であるので、Ｕ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ及びＷ相爪磁極５ｃを合わせた周方向角度は、３６０°×（ｎ＋１）となる。そのため、各爪磁極５の周方向角度を１２０°以上にすることができるので、コギングトルクや鎖交磁束の歪みを減らし、モータの振動や騒音を低減することができる。

【0148】

このとき、本実施形態では式（１）においてｎを１とした値、つまり、Ｓ：Ｐを３：４とすることによって、上述したようにＵ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃの周方向角度を最大で２４０°まで大きくすることができる。そこで、Ｕ相爪磁極５ａ、Ｖ相爪磁極５ｂ、Ｗ相爪磁極５ｃの周方向角度を１５０°にして、図１８に示すようにコギングトルク及び鎖交磁束の歪みを低減することができる。

【0149】

上述のクローポール型モータの製造方法において、回転軸線方向に隣り合って配置されるＵ相コア本体１９とＷ相コア本体２１の中心円筒状部材１２ａの先端面と中心円筒状部材１２ｃの先端面とが互いに押圧した状態で固定されるので、中心円筒状部材１２ａの先端面と中心円筒状部材１２ｃの先端面とが圧着されて、この間に空隙が生じることを防いで、モータの振動や騒音を低減することができる。

【0150】

また、下金型３２に設けられた位置決め凸部３９によって隣り合う爪磁極５の間の周方向の幅が精度よく位置決めされるので、爪磁極５を周方向に等間隔に配置して、モータの回転を滑らかにして振動や騒音を低減することができる。

【0151】

さらに、固定子３を上述のように構成したことによって、Ｕ相コア本体１９とＷ相コア本体２１との間は、回転軸線方向に配置され、Ｕ相コア本体１９とＶ相コア本体２０との間、及びＶ相コア本体２０とＷ相コア本体２１との間は、周方向に配置されることとなる。
各コアが粉体状の磁性材料を回転軸線方向からプレス加工して構成された場合、回転軸線方向とは垂直な方向となる周方向の寸法精度は、回転軸線方向の寸法精度に比べて格段に良いので、Ｕ相コア本体１９とＶ相コア本体２０との間、及びＶ相コア本体２０とＷ相コア本体２１との間にはほとんど空隙が生じないことに加えて、Ｕ相コア本体１９とＷ相コア本体２１との間は、コア本体が圧着した状態で固定されているので、この間にも空隙が生じることを防ぐことができ、モータの振動や騒音を低減することができ、効率を向上することが可能となる。

【0152】

また、クローポール型モータの製造方法において、各コア本体を構成する複数のパーツが同心円状に分割されたものであるので、これら複数のパーツを組み合わせて固定子３を製造する場合に、それぞれのパーツの中心軸を容易に一致させることができる。そのため、爪磁極５の真円度が低下してモータの回転が歪むことを防ぐことができ、モータの振動や騒音を低減することができる。また、最も外側に配置される第１パーツの外周端縁部に爪磁極５が一体に保持されているので、この第１パーツが位置決めされれば自ずと爪磁極５が位置決めされ、パーツと爪磁極５とを別々に設けた場合と比べて、容易に爪磁極５を位置決めすることができる。

【0153】

爪磁極５を構成する材料が、パーツ４１、４２、４３、４４、４５、４６を構成する材料とは異なるので、コストがかかる鉄系絶縁粒子を爪磁極５のみに使用し、パーツ４１、４２、４３、４４、４５、４６には鉄系絶縁粒子とは異なる材料を使用することができるので、コストを削減することができる。

【0154】

さらに、爪磁極５を構成する材料が、第２パーツ４２、４４、４６を構成する材料よりも体積抵抗率が高いものを用いるので、爪磁極５の電気抵抗を大きくして爪磁極５の表面に生じる渦電流を低減させることができる。
また、第２パーツ４２、４４、４６が、径方向に分割された３つの分割要素を周方向に配置して構成されているので、これら分割要素の間にそれぞれ電気抵抗が生じ、この電気抵抗によって周方向に流れる渦電流を低減することができる。

【0155】

加えて、第２パーツ４２、４４、４６の外径が、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１５（第１Ｖ相コイル要素１５ａ及び第２Ｖ相コイル要素１５ｂ）、Ｗ相コイル１６の外径よりも大きいので、第１パーツ集合体を製造した後に、第１内側ユニット、第２内側ユニットを収容して固定子３を製造することができる。このように構成することによって、組立性を向上することができる。

【0156】

なお、本発明は、上記実施形態に限られたものではない。

【0157】

上記実施形態では、固定子をＵ相コア、Ｖ相コア、Ｗ相コア、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルを用いて構成したが、この構成に限られたものではなく、３つのコアを用いて構成された固定子であればどのようなものであっても構わない。

【0158】

また、上記実施形態では、請求項に記載した第１コアがＵ相コア、請求項に記載した第２コアがＶ相コア、請求項に記載した第３コアがＷ相コアに該当するものであったが、これに限られず、第１コア、第２コア、第３コアが、Ｕ相コア、Ｖ相コア、Ｗ相コアのいずれに該当するものであっても構わない。

【0159】

上記実施形態では、請求項でいう外嵌部が中心円筒状部材であったが、この形状に限られず、例えばアームの一端面を外嵌部としてもよい。この場合、放射状に収束して配置されるアームの一端面がＵ相コア及びＷ相コアの中心円筒状部材の外周面と近接又は当接して配置される構成とすることができる。

【0160】

上述した実施形態では、Ｕ相コア本体の中心円筒状部材の先端部がＶ相コア本体の中心円筒状部材に嵌っている回転軸線方向の深さと、Ｗ相コア本体の中心円筒状部材の先端部がＶ相コア本体の中心円筒状部材に嵌っている回転軸線方向の深さとが等しくなるように構成されているが、例えばＵ相コア本体の中心円筒状部材の先端部がＶ相コア本体の中心円筒状部材に嵌っている回転軸線方向の深さが、Ｗ相コア本体の中心円筒状部材の先端部がＶ相コア本体の中心円筒状部材に嵌っている回転軸線方向の深さよりも深くなるように構成されていてもよく、その逆でもよい。

【0161】

また、例えば、図１２に示すように、Ｕ相コア本体５１及びＷ相コア本体５３の中心円筒状部材の先端部の外径を小さくした凹み部を設けておき、Ｕ相コア本体５１及びＷ相コア本体５３の凹み部に、Ｖ相コア本体５２の中心円筒状部材を嵌め合わせて第２接合面を形成してもよい。

【0162】

上記実施形態において、第１Ｖ相コイル要素及び第２Ｖ相コイル要素の全部の線径を、Ｕ相コイル１４及びＷ相コイル１６よりも大きく構成しているが、第１Ｖ相コイル要素及び第２Ｖ相コイル要素の一部の線径を大きくするように構成してもよい。

【0163】

また上記実施形態において、固定子の爪磁極の電気角度は１２０°に設定されていたが、この角度は適宜変更することができる。この変更を行うには、Ｕ相コア、Ｖ相コア、Ｗ相コアが具備する爪磁極の本数やその配置する角度を適宜変更すればよい。

【0164】

上記実施形態では、第１Ｖ相コイル要素とＵ相コイルは、第１ボビンに別々の線体を巻回して構成されたものであったが、同じ線体を巻回して構成されたものであってもよい。同様に、第２Ｖ相コイル要素とＷ相コイルは、第２ボビンに別々の線体を巻回して構成されたものであったが、同じ線体を巻回して構成されたものであってもよい。

【0165】

上記実施形態では、Ｓ：Ｐを３：４としているが、これに限られず、式（１）を満たせばどのような値を用いてもよい。また、爪磁極の周方向角度は１５０°に限られず、１３０°以上１６０°以下の範囲であればどのような値であってもよい。

【0166】

上述の実施形態では、中心円筒状部材１２ａの内面及び中心円筒状部材１２ｃの内面に樹脂層が形成されるように構成することが記載されていたが、このような樹脂層がなくてもよい。

【0167】

固定子の製造方法は上述の工程に限られず、例えばＵ相コア本体、Ｖ相コア本体、Ｗ相コア本体をそれぞれ製造した後に、Ｕ相コア本体とＶ相コア本体との間にＵ相コイル及び第１Ｖ相コイル要素を配置するとともに、Ｖ相コア本体とＷ相コア本体との間に第２Ｖ相コイル要素及びＷ相コイルを配置して、これらを固定するものであっても構わない。

【0168】

また、上述の実施形態では、爪磁極とパーツとが異なる材料で構成されていたが、爪磁極及びパーツを同じ材料で構成したものであっても構わない。

【0169】

また、上記実施形態では、回転子の磁極を有するものとして、永久磁石が用いられていたが、例えば電磁石等でもよく、磁極を有するものであればなんでもよい。

【0170】

そのほか、本発明はその趣旨に逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0171】

以下に実施例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

【実施例1】

【0172】

本実施形態のクローポール型モータと従来のクローポール型モータとにおいて、コイルに通電したときに発生する交流電流の波形を比較した。

【0173】

図１４（ａ）に示すように、従来のクローポール型モータは、コア間の接合面を１回通過するＶ相コアとＵ相コア又はＷ相コアとの間の磁束が、コア間の接合面を２回通過するＵ相コアとＷ相コアとの間の磁束に比べて大きくなるので、Ｖ相コイルによって生じる交流電流の波形の振幅値が約２５％程度大きくなるとともに、Ｕ相コイル及びＷ相コイルによって生じる交流電流の波形の位相が８°ずれる。

【0174】

これに対し、図１４（ｂ）に示すように、本実施形態のクローポール型モータは、いずれのコア間を通過する磁束であっても通過する接合面は１回となるので、磁束量が均一となり、Ｖ相コアによって生じる交流電流の波形の振幅値の増加を約５％に低減することができるとともに、Ｕ相コア及びＷ相コアによって生じる交流電流の波形の位相のずれを２％に抑えることができる。

【実施例2】

【0175】

また、本実施形態のクローポール型モータと、従来のクローポール型モータにおいて、コイルに通電を行わずに回転子を回転させたときに生じるコギングトルクを測定したものを図１５に示す。

【0176】

図１５に示すように、従来のクローポール型モータでは、−０．０００９Ｎｍから０．０００９Ｎｍの範囲でコギングトルクが発生しているのに対し、本実施形態のクローポール型モータでは、−０．０００２Ｎｍから０．０００２Ｎｍの範囲でコギングトルクが発生しており、本実施形態のクローポール型モータは、従来のクローポール型モータに比べてコギングトルクを約１／４程度低減することができた。

【0177】

これは、本実施形態のクローポール型モータでは、従来のクローポール型モータに比べて磁束量が均一であるので、コギングトルクを低減することができたと考えられる。

【実施例3】

【0178】

最後に、コイルの線径の変化とクローポール型モータの振動との関係を調べる試験を行った。
具体的には、第１Ｖ相コイル要素及び第２Ｖ相コイル要素の線径をＵ相コイル、Ｗ相コイルに比べて大きくしたものを用いた本実施形態のクローポール型モータと、第１Ｖ相コイル要素及び第２Ｖ相コイル要素の線径をＵ相コイル、Ｗ相コイルと等しくした従来のクローポール型モータを用いて、トルク脈動を測定した。

【0179】

この試験結果を以下の図１６及び図１７のグラフに示す。なお、このグラフにおいて、縦軸はトルクを表し、横軸はモータの回転位相位置を表すものである。

【0180】

図１６に示すように、従来のクローポール型モータでは、トルクの最大値が６．２ｍＮｍであり、トルクの最小値が４．６ｍＮｍであるので、この差であるトルク脈動は約１．６ｍＮｍであった。
これに対し、図１７に示すように、本実施形態のクローポール型モータでは、トルクの最大値が７．８ｍＮｍであり、トルクの最小値が７．４ｍＮｍであるので、この差であるトルク脈動は約０．４ｍＮｍとなった。

【0181】

したがって、本実施形態におけるクローポール型モータでは、従来型のクローポール型モータに比べてトルク脈動を約２７％程度低減することができる。これは、Ｕ相コア、Ｖ相コア、Ｗ相コアのコイルの抵抗値の差を小さくして各コアに流れる電流をバランスよく流すことができたためと考えられる。

【符号の説明】

【0182】

１・・・クローポール型モータ
３・・・固定子
５・・・爪磁極
５ａ・・Ｕ相爪磁極
５ｂ・・Ｖ相爪磁極
５ｃ・・Ｗ相爪磁極
８・・・Ｕ相コア
９・・・Ｖ相コア
１０・・Ｗ相コア
１９・・Ｕ相コア本体
２０・・Ｖ相コア本体
２１・・Ｗ相コア本体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】