CN109873543A - 单相马达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单相马达，其使用了永久磁铁转子，抑制因能量损失而引起的效率降低，提高马达的输出。该单相马达具备：具有永久磁铁的转子(2)；以及在转子(2)的外周与转子(2)隔开空隙而配置且由具有与转子(2)对置的至少一对齿部(32)的定子铁芯(30)及装配于齿部(32)的周围的线圈(34)构成的定子(3)，其中，在转子(2)的外周不存在齿部(32)的特定区域中，由定子铁芯(30)形成的磁路与转子(2)的距离(D)设定为转子(2)的外径(d)的0.5倍以上。

Description

单相马达

技术领域

本发明涉及使用了永久磁铁转子的单相马达。

背景技术

使用了永久磁铁转子的单相马达包含驱动电路，能够简单地构成。

为了将这样的单相马达小型且轻量化，相对于转子径，尽量缩小马达壳体的外径是有效的(例如，参照专利文献1)。该结果，转子的外周与马达壳体的内周之间的配置定子(特别是定子铁芯)的空间缩窄。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4815259号公报

发明内容

发明所要解决的课题

另外，在定子成对地形成有与转子的外周对置的磁极，在各磁极的外周配置有绕组线。通过向绕组线供给的单相交流电，在磁极间流通磁通，通过该磁通在转子内流通，从而转子旋转。

如上所述，当转子的外周与马达壳体的内周之间的定子配置空间缩窄时，转子与定子的构成由定子铁芯形成的磁路的部分接近。因此，在定子铁芯的磁极间的间隙部分，也就是，在定子铁芯的转子露出于磁路的部分，从转子向定子铁芯的漏磁通增大，存在导致因能量损失而引起的效率降低、由此引起的输出降低的课题。

就单相马达而言，因为小型且低价，目前为止未重视这样的效率、输出的降低的课题，但是近年来，开始要求效率、输出，该课题应被重视。

本申请鉴于这样的课题而做成，目的在于，在使用了永久磁铁转子的单相马达中，抑制因由磁通的泄漏产生的能量损失而引起的效率的降低，提高马达的输出。

用于解决课题的方案

(1)本申请说明书中公开的单相马达具备：转子，其具有永久磁铁；以及定子，其由定子铁芯及线圈构成，其中，该定子铁芯与上述转子隔开空隙地配置于上述转子的外周且具有与上述转子对置的至少一对齿部，该线圈装配于上述齿部的周围，上述单相马达的特征在于，在上述转子的外周且不存在上述齿部的特定区域中，由上述定子铁芯形成的磁路与上述转子的距离设定为上述转子的外径的0.5倍以上。

(2)优选的是，在上述特定区域中，上述磁路与上述转子的距离设定为上述转子的外径的1.5倍以下。

(3)优选的是，上述定子铁芯具备：轭部，其包围上述转子的外周；以及一对上述齿部，其从上述轭部的隔着上述转子而定位的一对齿形成部位分别向上述转子突出，上述轭部形成闭磁路。

(4)优选的是，上述定子铁芯的一对上述齿形成部位的最远部间的距离设定为上述转子的外径的2.5倍以下。

(5)优选的是，上述轭部在上述转子的轴向视角中形成为由一对长边部和一对短边部构成的矩形，上述齿部分别形成于各上述长边部。

(6)优选的是，各个上述齿部的形成于突出方向前端的前端壁部以沿着上述转子的外周的方式形成为弧状，上述前端壁部的一缘侧与另一缘侧设定为不同的突出量。

(7)优选的是，卷绕于上述齿部的周围的绕组线位于从上述齿部的周壁面分离的位置。

发明效果

通过将由定子形成的磁路与转子的距离设定为转子的外径的0.5倍以上，能够抑制因由磁通的泄漏产生的能量损失而引起的效率的降低，提高马达的输出。

附图说明

图1是以从轴向观察的状态表示本发明的第一实施方式的单相马达的主要部分的结构图。

图2是表示相对于磁路距离比R，在定子产生的磁通的大小的特性及定子的线圈的电感的特性的图表。

图3是表示通向马达的输入电流和与之相应的马达的输出相对于磁路距离比R的特性的图表。

图4(a)至(b)是说明从转子到定子的磁通的泄漏的结构图，(a)表示磁路与转子的距离不合适的情况，(b)表示磁路与转子的距离合适的情况。

图5是以从轴向观察的状态表示本发明的第二实施方式的单相马达的主要部分的结构图。

图中：

1、101—单相马达，2—转子，3、103—定子，21—永久磁铁的N极，22—永久磁铁的S极，30、130—定子铁芯(定子)，31、131—轭部，31a—长边部，31b—短边部，131a～131c—直线状部，131d—曲线状部，32、132—齿形成部位，33、133—齿部，33a、133a—前端壁部，33b、33c、133b、133c—侧壁部(轴向观察)，33d、33e、133d、133e—角部，34、134—线圈，34a、134a—绕组线，35—拐角部空间，d—转子2的外径，D—磁路与转子2的距离(最短距离)，L1—长边部31a的外表面间的距离(短边部31b的长度)，L2—直线状部131b的外表面间的距离，O₁—旋转中心。

具体实施方式

以下，参照附图，对作为实施方式的单相马达进行说明。以下所示的实施方式只是示例，并非意在排除以下的实施方式未明示的各种变形、技术的应用。本实施方式的各结构在不脱离这些宗旨的范围内，能够进行各种变形来实施。另外，根据需要，能够选择取舍，或者能够适当组合。

〔第一实施方式〕

(结构)

如图1所示，该单相马达(以下，也简称为马达)1是具有配置于内侧的转子2和配置于外侧的定子3的内转子型的两极两槽的单相无刷马达。

转子2具有永久磁铁，在转子2的外周，N极21和S极22错开180度相位而配置。该转子2绕旋转中心O₁旋转。

定子3具有层叠多个薄板(例如钢板)而构成的定子铁芯30和装配于定子铁芯30的线圈34，定子铁芯30与转子2隔着空隙配置于转子2的外周。

另外，定子铁芯30具备：从轴向观察相对于旋转中心O₁形成为点对称，且包围转子2的外周的轭部31；以及从轭部31中的隔着转子2定位的一对齿形成部位32分别向转子2突出的一对齿部33。

轭部31从轴向观察形成为长方形的环状，且具有与长方形的各长边对应延伸固定宽度的长边部31a和与长方形的各短边对应延伸固定宽度的短边部31b。齿形成部位32设于各长边部31a。在此，长边部31a的宽度设定为比短边部31b的宽度大。其中，两长边部31a的外表面间的距离(短边部31b的长度，也是齿形成部位32、32的最远部间的距离)L1设定为转子2的外径d的2.5倍以下(L1≤2.5d)。

各齿部33的形成于突出方向前端的前端壁部33a以沿着转子2的外周面2a的方式从轴向观察形成为圆弧状。另外，从轴向观察，位于各齿部33的两侧方的侧壁部33b、33c与短边部31b不平行，而是以随着向前端行进而相互分离的方式倾斜。

而且，前端壁部33a的一缘侧的角部33d和另一缘侧的角部33e朝向对置的齿部33设定为不同的突出量。在此，前端壁部33a的一缘侧角部33d比另一缘侧角部33e突出得多。此外，定子铁芯30从轴向观察相对于旋转中心O₁形成为点对称，因此一对齿部33也从轴向观察相对于旋转中心O₁形成为点对称。

另外，齿部33的形成一缘侧角部33d的一缘侧的侧壁部33b为与短边部31b接近平行的稍微的倾斜度，与之相对，形成另一缘侧角部33e的另一缘侧的侧壁部33c为比侧壁部33b大的倾斜度。因此，齿部33的侧壁部33c侧为缩径形状。

一方的齿部33的角部33d和另一方的齿部33的角部33e相互分离，就转子2的外周面2a中的这些角部33d与角部33e之间的区域而言，由于不存在齿部33，因此外周面2a相对于轭部31露出。以下，将该露出的区域设为“特定区域”。

在各齿部33的周围装配有卷绕例如铜制的绕组线34a而构成的线圈34。各线圈34与交流电源连接，从一方的齿部33向另一方的齿部33、或者从另一方的齿部33向一方的齿部33，根据交流频率交替地产生磁通。此外，本实施方式中，绕组线34a配置于齿部33的远离周壁部(特别是侧壁部)33b、33c的基部的位置。

当向各线圈34供给交流电流时，轭部31形成磁路(磁回路)，在该磁路内如图1中箭头所示地流通磁通。磁通的箭头在图1中仅示出了左半部分，在右半部分也与此呈线对称状地流通磁通。而且，在各齿部33的彼此间，产生从一方的齿部33经由转子2流向另一方的齿部33的磁通、或者从另一方的齿部33经由转子2流向一方的齿部33的磁通。轭部31形成为包围转子2的环状，因此磁路为在转子2的周围封闭的闭磁路(闭回路)。

其中，在上述的特定区域(即，转子2的外周面中不存在齿部33的区域)中，存在流入到转子2的磁通朝向与转子2的外周面2a对置的轭部31泄漏的情况。本单相马达1中，作为其特征性的结构，在该特定区域，形成于定子铁芯30的轭部31的磁路与转子2的距离(最短距离)D设定为转子的外径d的0.5倍以上且1.5倍以下(0.5d≤D≤1.5d)。本实施方式中，距离D设定为与转子2的外径d大致相等(D≈d)。

(作用及效果)

本实施方式的单相马达1如上述地构成，磁路与转子2的距离D设定为转子2的外径d的0.5倍以上且1.5倍以下(0.5d≤D≤1.5d)，因此能够抑制流入至转子2的磁通朝向轭部31泄漏。

在此，图2是表示相对于磁路及转子2间的距离D与转子2的外径d的比(磁路距离比)R(＝D/d)，在定子3(特别是定子铁芯30)产生的磁通的大小的特性及定子3的线圈34的电感的特性的图表。图3是表示通向马达1的输入电流和与之相应的马达1的输出相对于磁路距离比R(＝D/d)的特性的图表。它们均是基于模拟的解析结果。

如图2中用实线MF表示地，磁路距离比R越小，在定子3产生的磁通MF就越大。磁路距离比R越小，磁通MF就越大可以认为是，若磁路的距离小，则通向磁路外的空间中的漏磁通降低，其结果，通过磁路的磁通增多。因此，磁路距离比R越大，在定子3产生的磁通MF就越小。

另一方面，如图2中虚线L所示，在磁路距离比R较小的区域(特别是R＜0.5)，磁路距离比R越小，线圈34的电感L就越急剧地增大，在磁路距离比R在此以上(R≥0.5)的区域，线圈34的电感L维持得较低。因此，在磁路距离比R较小的区域(R＜0.5)，线圈34的线圈34的电感L变得极大，这是因为朝向轭部31的漏磁通以与磁路距离比R的增大成反比的方式降低。

也就是，通常，磁通在磁性体流通，在磁性体与磁性体之间的空间内也流通，特别是磁性体与磁性体的距离越近，越容易通过该空间流通。

例如，图4(a)是示意性地表示本实施方式的比较例的单相马达1′的磁通的泄漏的图。如图4(a)所示，该单相马达1′的定子铁芯30′的形状不同，形成于定子铁芯30′的轭部31′的磁路与转子2的距离(最短距离)D′设定得较小，为转子的外径d的大致三分之一〔D≈(1/3)d〕。另外，长边部31a′的外表面间的距离(短边部31b′的长度)L1′设定为转子2的外形d的2.5倍以下(D＜2.5d)。

若转子2的外周面2a与定子铁芯30′的轭部31′(磁路)的距离D′低于转子的外径d的一半(D＜0.5d)，即，磁路距离比R低于0.5，则如图2所示，距离D′越小(磁路距离比R越小)，从转子2向定子铁芯30′的轭部31′(磁路)泄漏的磁通就越多。与该磁通的泄漏相应地，线圈34′的电感L也增大。

另一方面，在本实施方式的单相马达1的情况下，如图4(b)所示，确保转子2的外周面2a与定子铁芯30的轭部31(磁路)的距离D为转子的外径d的一半以上(在此，距离D与外径d大致相等)，即，确保磁路距离比R为0.5以上，因此，从转子2向定子铁芯30的轭部31(磁路)泄漏的磁通减少。与该磁通的泄漏的减少相应地，线圈34的电感L也减小。

此外，在图4(a)、(b)中，仅将磁通的泄漏量通过虚线箭头的粗细及根数对一方的磁路(图中，左方的磁路)示意性地示出，另一方的磁路(图中，右方的磁路)也同样地产生磁通的泄漏。

根据这样的在定子3产生的磁通MF及定子3的线圈34的电感L相对于磁路距离比R的特性(参照图2)，如图3中用实线IC所示地，通向马达1的输入电流IC的特性在磁路距离比R较小的区域(R＜0.5)中，磁路距离比R越小，输入电流IC就越急剧地缩小，在磁路距离比R在此以上(R≥0.5)的区域中，输入电流IC维持地比较高。

另外，在磁路距离比R进一步增大(R≥1.5)的区域，输入电流IC根据磁路距离比R的增大而逐渐降低。该降低可以认为是起因于磁通MF的减少。

如图3中用虚线OP所示地，马达1的输出OP以与通向马达1的输入电流IC对应的方式在磁路距离比R较小的区域(R＜0.5)中，磁路距离比R越小，输出OP就越急剧地缩小，在磁路距离比R在此以上(R≥0.5)的区域中，输出OP维持得比较高。

另外，在磁路距离比R进一步增大(R≥1)的区域，输出OP根据磁路距离比R的增大而逐渐降低。该降低比输入电流IC的降低显著，且认为对磁通MF的减少的影响更大。

在磁路距离比R进一步增大(R≥1.5)的区域，能量效率(OP/IC)也降低。

根据这样的特性，通过将磁路距离比R设定于0.5以上且1.5以下(0.5≤R≤1.5)的范围内，能够确保比较高的马达输出OP，抑制效率的降低。

此外，若考虑马达1的小型化，则虽然磁路距离比R越小越好，但是在该方面上，磁路距离比R的下限值0.5的规定很重要，通过将磁路距离比R设为0.5以上，能够确保较高的马达输出OP，抑制效率的降低。

特别是在由轭部31构成闭磁路的情况下，在将马达1小型化的基础上是有利的，若要产生该优点，则缩小磁路距离比R的倾向变得显著，导致马达1的输出OP、效率降低，但通过将磁路距离比R设为下限值0.5以上，则能够确保马达1的输出OP，抑制效率的降低。

而且，在本实施方式中，通过将距离D设为1.5d以下，从而限制两短边部31b间的距离，因此将磁路的距离抑制为较短，磁通MF增大，能够确保较高的马达输出OP，也抑制效率的降低。另外，在此基础上，两长边部31a的外表面间的距离(短边部31b的长度，也是齿形成部位32、32的最远部间的距离)L1设定为转子2的外径d的2.5倍以下(L1≤2.5d)，因此，根据这一点，也能够将磁路的距离抑制为较短，使磁通MF增大，确保较高的马达输出OP，也抑制效率的降低。

轭部31形成闭磁路，因此能够以旋转中心O₁为中心将轭部31在旋转方向上平衡性良好地配置。因此，具有容易使马达1高旋转化、高输出化、高效率化，而且抑制马达1旋转时的振动的产生的优点。

轭部31形成为矩形，因此具有即使将马达1的未图示的壳体形成为对各设备的装配性良好的长方体，也能够空间效率良好地使用壳体内的优点。

本实施方式中，相对于旋转中心O₁点对称的一对齿部33的各前端壁部33a的一缘侧和另一缘侧为不同的突出量，因此齿部33上的磁路在一缘侧和另一缘侧形成为左右不对称。因此，相对于连结轭部31的一对齿形成部位32、32的基准线方向(沿短边部31b延伸的方向的方向)，磁路的方向偏移，容易使马达的扭矩为0的相位和反感应电压为0的相位错开，具有容易确保马达1从停止开始的启动性。

另外，在本实施方式中，绕组线34a配置于远离齿部33的作为周壁部的侧壁部33b、33c的位置，因此磁通还通过绕组线34a的内侧的侧壁部33b、33c的基部(例如，侧壁部33c的缩径部)的角部空间35而流通，该磁通成为与绕组线34a交链的输出，能够抑制绕组线34a的量(抑制马达1的重量增加)，并且有助于马达1的输出提高。

〔第二实施方式〕

(结构)

如图5所示，该单相马达(以下，也简称为马达)101也是具有配置于内侧的转子2和配置于外侧的定子103的内转子型的两极两槽的单相无刷马达。该单相马达101相对于第一实施方式的单相马达1，仅定子103的形状不同。以下，仅对与第一实施方式不同的点进行说明。

定子103与第一实施方式的定子3同样地具有层叠多个薄板(例如钢板)而构成的定子铁芯130和装配于定子铁芯130的线圈134，定子铁芯130与转子2隔开空隙地配置于转子2的外周。

另外，该定子铁芯130具备：从轴向观察相对于旋转中心O₁形成为点对称，且包围转子2的外周的轭部131；以及从轭部131中的隔着转子2而定位的一对齿形成部位132、132分别向转子2突出的一对齿部133、133。

轭部131从轴向观察形成为组合直线状的直线状部131a～131c和曲线状的曲线状部131d而成的大致六边形的环状。齿形成部位132、132设于对置的直线状部131a、131a。两直线状部131a、131a的外表面间的距离(齿形成部位132、132的最远部间的距离)L2设定为转子2的外径d的2.5倍以下(L2≤2.5d)。

各齿部133的形成于其突出方向前端的前端壁部133a以沿着转子2的外周面2a的方式从轴向观察形成为圆弧状。另外，从轴向观察，位于各齿部133的两侧方的侧壁部133b、133c以随着朝向前端行进而彼此分离的方式倾斜。

而且，前端壁部133a的一缘侧的角部133d和另一缘侧的角部133e朝向对置的齿部133设定为不同的突出量。在此，前端壁部133a的一缘侧角部133d突出得比另一缘侧角部133e大。

另外，齿部133的与一缘侧角部133d对应的一缘侧的侧壁部133b平行于与直线状部131a正交的基准方向，或稍微倾斜，与之相对，与另一缘侧角部133e对应的另一缘侧的侧壁部133c的前端相对于基准方向向外倾斜。在此，两角部133d、133e处的侧壁部133b、133c与前端壁部133a所成的角度β1、β2设定为大致相等。

一方的齿部133的角部133d和另一方的齿部133的角部133e相互分离，就转子2的外周面2a中的该角部133d与角部133e之间的区域而言，不存在齿部133，且外周面2a相对于轭部131露出。将该露出的区域设为“特定区域”。

在各齿部133的周围装配有卷绕例如铜制的绕组线134a而成的线圈134。各线圈134连接于交流电源，从一方的齿部133向另一方的齿部133、或者从另一方的齿部133向一方的齿部133，根据交流频率，交替地产生磁通。

当向各线圈134供给交流电时，轭部131成为磁路而流通磁通。另外，在各齿部133的彼此间，产生从一方的齿部133经由转子2流向另一方的齿部133的磁通、或者从另一方的齿部133经由转子2流向一方的齿部133的磁通。

但是，在上述的特定区域(即，转子2的外周面2a中不存在齿部133的区域)中，存在流入转子2的磁通向对置的轭部131泄漏的情况。在单相马达101中，作为该特征性的结构，也在该特定区域将形成于定子铁芯130的轭部131的磁路与转子2的距离(最短距离)D设定为转子2的外径d的0.5倍以上且1.5倍以下(0.5d≤D≤1.5d)。

此外，本实施方式中，距离D设定为转子2的外径d的二分之一(D＝0.5d)。也就是，在本实施方式中，特定区域的轭部131由曲线状部131d构成，曲线状部131d的内壁由以旋转中心O₁为中心的半径d的圆筒面构成。转子2的外周面2a由以旋转中心O₁为中心的半径为0.5d的圆筒面构成，因此转子2的外周面2a与曲线状部131D的内壁面的距离为0.5d(＝d－0.5d)。

(作用及效果)

本实施方式的单相马达101如上所述地构成，在特定区域中，磁路(定子103)与转子2的距离D设定为转子2的外径d的大致0.5倍(D＝0.5d)，因此能够抑制流入转子2的磁通向轭部131泄漏。

由此，能够确保比较高的马达输出OP，也抑制马达101的效率降低。

除此之外，通过与第一实施方式相同的结构，能够得到相同的效果。

另外，在本实施方式中，特定区域中的构成磁路的轭部131为曲线状部131d，转子2的外周面2a与曲线状部131D的内壁面的距离在特定区域的任何地方都是0.5d，因此磁路距离更短，在定子103(特别是定子铁芯130)产生的磁通变大。从这一点出发，也能够确保更高的马达输出OP，另外，还具有将马达101的外形小型化、轻量化的优点。

〔其它〕

在上述的各实施方式中示例了两极两槽的单相无刷马达，但本发明能够应用于两极四槽等两极2n槽(n是自然数)的单相无刷马达。

另外，各实施方式的轭部31、131从轴向观察为矩形或大致六边形的形状，但轭部31、131的轴向观察的形状不限于此，能够形成为圆形或大致圆形等各种形状。

另外，齿部33、133的形状、绕组线34a、134a的配置不限定于各实施方式，可以适当改变。

而且，在上述的各实施方式中示例了闭磁路马达，但也可以考虑将本发明应用于开磁路马达。

Claims (7)

1.一种单相马达，其具备：

转子，其具有永久磁铁；以及

定子，其由定子铁芯及线圈构成，其中，该定子铁芯与上述转子隔开空隙地配置于上述转子的外周且具有与上述转子对置的至少一对齿部，该线圈装配于上述齿部的周围，

上述单相马达的特征在于，

在上述转子的外周且不存在上述齿部的特定区域中，由上述定子铁芯形成的磁路与上述转子的距离设定为上述转子的外径的0.5倍以上。

2.根据权利要求1所述的单相马达，其特征在于，

在上述特定区域中，上述磁路与上述转子的距离设定为上述转子的外径的1.5倍以下。

3.根据权利要求1或2所述的单相马达，其特征在于，

上述定子铁芯具备：轭部，其包围上述转子的外周；以及一对上述齿部，其从上述轭部的隔着上述转子而定位的一对齿形成部位分别向上述转子突出，

上述轭部形成闭磁路。

4.根据权利要求3所述的单相马达，其特征在于，

上述定子铁芯的一对上述齿形成部位的最远部间的距离设定为上述转子的外径的2.5倍以下。

5.根据权利要求3或4所述的单相马达，其特征在于，

上述轭部在上述转子的轴向视角中形成为由一对长边部和一对短边部构成的矩形，

上述齿部分别形成于各上述长边部。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的单相马达，其特征在于，

各个上述齿部的形成于突出方向前端的前端壁部以沿着上述转子的外周的方式形成为弧状，

上述前端壁部的一缘侧与另一缘侧设定为不同的突出量。

7.根据权利要求3～6中任一项所述的单项马达，其特征在于，

卷绕于上述齿部的周围的绕组线位于从上述齿部的周壁面分离的位置。