JP2004147487A - 電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転子及び固定子の各歯部の付近から発生する衝撃力の発生を抑制して振動及び騷音の少ない電気モータを提供する。
【解決手段】電気モータにおいて、複数の歯部２１及びそれら歯部２１に巻回され、印加された電流によって回転磁束を形成するコイル２４を含む固定子２０と、回転軸４００と、該回転軸４００が嵌合される軸挿入孔３１０を有して、固定子２０の内部に回転可能に嵌合された回転子３００と、を含んで構成され、回転子３００には、軸挿入孔３１０を中心に放射状に複数の「Ｖ」又は「Ｕ」字状磁性部材挿入スロット３２０を切削し、該磁性部材挿入スロット３２０には、夫々磁性部材３３０を挿入して固定し、回転子３００の外周面には、前記固定子２０の各歯部２１との空隙を拡大した複数の空隙拡大部５００を形成する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気モータに係るもので、詳しくは、電気モータの回転子の外周面に複数の空隙拡大部を切削形成することで、モータの駆動時発生する騒音を減少し得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ブラシレス直流モータ（Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｍｏｔｏｒ；ＢＬＤＣモータ）は、直流モータのブラシ及び整流子を無くし、電子的な整流機構を装着して機械的又は電気的なノイズを発生させないと共に、低速から高速まで多様な速度のモータの製作が可能であり、多極でも回転トルクが安定的で、寿命の長いモータを簡単に製作し得るという特徴がある。
【０００３】
従来のＢＬＤＣモータは、図５に示したように、内部空間を有し中空円筒状に形成したハウジング本体１１と、該ハウジング本体１１の開口部に覆蓋する覆蓋部１２及びハウジング本体１１の中央の両側に夫々装着したベアリング１３、１４から構成されたハウジング１０と、該ハウジング１０の内部側壁に固定した固定子２０と、該固定子２０の内部に回転可能なように挿入した回転子３０と、該回転子３０の内部に圧入し、各ベアリング１３、１４で回転可能なように嵌合することにより、回転子３０の回転力を外部に伝達する回転軸４０と、を含んで構成されていた。
【０００４】
又、固定子２０は、図６に示したように、内周面に複数の歯部２１が突出し、これら歯部２１間に夫々形成されたスロット２２と、各歯部２１の先端両側に夫々チップ２５が突出し、これらチップ２５の隙間に各スロット２２の開口部２３が夫々形成された固定子コア２６と、これら固定子コア２６の各歯部２１の周囲に夫々巻回されたコイル２４と、を含んで構成される。
【０００５】
又、回転子３０は、中央部に回転軸４０を圧入する軸挿入孔３１が穿孔され、該軸挿入孔３１の外側に（２つの磁気中心が直交するように各磁気中心に対称となる）２つの永久磁石３３を固定するための「Ｖ」形状の磁石挿入スロット３２が回転軸４０を中心に放射状に４個形成された回転子コア３６を積層し、リベット孔３５に挿入したリベットにより締結する。
【０００６】
又、永久磁石３３は、対を成し磁石挿入スロット３２の先端に同じ極性を有するように挿入され、隣接した磁石挿入スロット３２に挿入された永久磁石３３とは違なる極性を有するように装着される。
【０００７】
又、磁石挿入スロット３２先端の半径方向の附近には、永久磁石３３の磁束密度を分散させるために溝３４が切削されている。
【０００８】
このように構成された従来のＢＬＤＣモータは、固定子２０の各歯部２１に巻回したコイル２４に電源回路（図示されず）により順次に電流が印加されると、これら歯部２１のＮ極及びＳ極が交番した極性を有するようになり、固定子２０の歯部２１に隣接した回転子３０の永久磁石３３の磁束により回転子３０を回転するように動作する。
【０００９】
以下、該回転子３０に形成された磁石挿入スロット３２の両先端で同じ極性を有するように挿入された２つの永久磁石３３とこれに隣接する各歯部２１との相互作用に関し、図７に基づいて説明する。
【００１０】
磁石挿入スロット３２の先端でＮ極の極性を有する永久磁石３３と該永久磁石３３と同じ極性であるＮ極の極性を有する歯部２１とが隣接すると、磁力が反発して相互に押す力の斥力が発生する。Ｎ極の極性を有する永久磁石３３と該永久磁石３３の反対極性であるＳ極の極性を有する歯部２１とが隣接する部分では活発な磁束ａが形成されることにより、磁束密度ｂが集中して相互に引き寄せる引力が作用する。
【００１１】
次いで、固定子コア２６に巻回されたコイル２４に流れる電流によって歯部２１の極性が変化し、隣接した永久磁石３３に、斥力又は引力が作用する。該作用が回転子コア２６の接線方向に発生した時、回転子３０に円滑な回転運動が発生する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来のＢＬＤＣモータにおいては、磁石挿入スロット３２の先端で永久磁石３３の極性と違なる極性を有する歯部２１のチップ部分には、磁束密度が集中するピークフラックス（Ｐｅａｋ　Ｆｌｕｘ；ｃ）が発生し、回転子３０の回転運動を妨害する半径方向の衝撃力が発生するという不都合な点があった。
【００１３】
又、固定子２０の各歯部２１のチップ２５の磁束密度の増加により発生する半径方向の衝撃力は、回転子３０の回転運動に振動を発生させることになり、該振動により騷音が発生するという不都合な点があった。
【００１４】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、回転子及び固定子の歯部の附近から発生する衝撃力の発生を抑制して振動及び騷音の少ない電気モータを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る電気モータにおいては、複数の歯部及びそれら歯部に巻回され、印加された電流によって回転磁束を形成するコイルを含む中空円筒状の固定子と、該固定子の内部に嵌合された回転軸と、該回転軸が嵌合される軸挿入孔を有し、固定子の内部に回転可能に嵌合された回転子と、を含んで構成され、該回転子は、軸挿入孔を中心に放射状に複数の「Ｖ」字状磁性部材挿入スロットが形成され、該磁性部材挿入スロットには、夫々磁性部材を挿入し固定し、回転子の外周面には、固定子の歯部との空隙を拡大した複数の空隙拡大部が形成されることを特徴とする。
【００１６】
又、本発明に係る電気モータは、複数の歯部及びそれら歯部に巻回され、印加された電流によって回転磁束を形成するコイルを含む固定子と、回転軸と、該回転軸を嵌合する軸挿入孔を有し、固定子の内部に回転可能に嵌合された回転子と、を含んで構成され、該回転子は、軸挿入孔を中心に放射状に複数の「Ｕ」字状磁性部材挿入スロットを切削し、該磁性部材挿入スロットには、夫々磁性部材を挿入し固定し、回転子の外周面には、固定子の歯部との空隙を拡大する複数の空隙拡大部を形成していることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
【００１８】
本発明に係る電気モータにおいては、図１乃至３に示したように、複数の歯部２１及びそれら歯部２１に巻回され印加された電流によって回転磁束を形成するコイル２４を含む固定子２０と、回転軸４００と、該回転軸４００を嵌合し固定するように軸挿入孔３１０を形成し、固定子２０の内部に回転可能なように圧入した回転子３００と、を含んで構成されている。
【００１９】
又、本発明に係る電気モータは、固定子２０を装着固定すると共に、回転軸４００を回転可能なように回転軸支持部に装着したハウジング１０を含んで構成されている。
【００２０】
又、ハウジング１０は、片側に開放された開口部が切り欠かれ、該開口部が覆蓋部１２を装着すると共に、その中央に回転軸４００の片側が回転可能なように嵌合された回転軸支持部が構成されている。
【００２１】
ここで、回転軸支持部は多様に形成し得るが、通常、ベアリング１３、１４を使用し、回転軸４００は、固定子２０及び回転子３００の相互作用により発生する回転力を外部に伝達する。
【００２２】
又、本発明に係る電気モータは、通常、ＢＬＤＣモータであって、固定子２０の歯部２１には、コイル２４が集中巻線方式により巻回されている。
【００２３】
又、回転子３００は、軸挿入孔３１０を中心に放射状に複数の磁性部材挿入スロット３２０が切削され、それら磁性部材挿入スロット３２０には、夫々磁性部材３３０が挿入されて固定され、回転子３００の外周面には、固定子２０の歯部２１との空隙を拡大する複数の空隙拡大部５００を形成していることを特徴とする。
【００２４】
又、固定子２０は、内周面に複数の歯部２１が突出し、それら歯部２１間には、スロット２２が夫々形成され、それら歯部２１の先端両側に夫々チップ２５を突出すことにより、それらチップの隙間に各スロットの開口部２３が形成された固定子コア２６と、それら固定子コア２６の各歯部２１の周囲に巻回されたコイル２６と、から構成されている。
【００２５】
又、回転子３００は、図２に示したように、中心部に回転軸４００を圧入固定するための軸挿入孔３１０を穿孔し、該軸挿入孔３１０の外側に直交する二つの磁極中心線ｘ−ｘ、ｙ−ｙで夫々対称となるように磁性部材３３０を挿入する四つの「Ｖ」字又は「Ｕ」字状の磁性部材挿入スロット３２０を回転軸４００を中心に放射状に切削した回転子コア３６０が積層されている。又、該回転子コア３６０は、リベット孔３５０に挿入されるリベットにより結合し固定される。
【００２６】
又、磁性部材３３０は、夫々１対の永久磁石であり磁性部材挿入スロット３２０の両先端で同じ極性を有するように磁性部材挿入スロット３２０に挿入され、隣接した磁性部材挿入スロット３２０に挿入された磁性部材３３とは互に違なる極性を有するように挿入し固定される。
【００２７】
又、磁性部材挿入スロット３２０は、本発明の実施例においては、４つから構成されているが、要求される性能によってその数を変更することもできる。
【００２８】
又、磁性部材挿入スロット３２０は、回転軸４００を中心に放射状に配置され、特に、回転軸４００を中心とする半径方向の延長線（ｘ又はｙ）を中心に互に対称となるように形成される。
【００２９】
又、図３に示したように、磁性部材挿入スロット３２０先端の半径方向には、磁性部材３３０の磁束密度を分散させるために溝３４０が切削されている。
【００３０】
又、空隙拡大部５００は、図２及び図３に示したように、磁性部材挿入スロット３２０の両先端間にある外周面の中において、回転子３００の回転方向（図２の時計方向）の磁性部材挿入スロット３２０の先端側に偏って形成されている。
【００３１】
又、空隙拡大部５００は、回転子３００の回転子コア３６０の外周面の中において、一部を直線状に切削されている。
【００３２】
特に、空隙拡大部５００は、図２に示したように、磁性部材３３０を成す２つの永久磁石３３０ａ、３３０ｂの中において、回転する方向に位置する永久磁石３３０ｂに近い方に形成され、好ましくは、回転子３００の外周面の中において、磁性部材挿入スロット３２０の両先端間にある外周面を夫々半面３６０ａ、３６０ｂに分割した時、回転軸４００の回転方向の半面３６０ａに位置することが良い。
【００３３】
以下、このように構成された本発明に係る電気モータの動作に対し、説明する。
【００３４】
固定子２０の各歯部２１に巻回されたコイルに電源回路（図示されず）により順次に電流が印加されると、各歯部２１がＮ極とＳ極との極性を交代に有するようになり、固定子２０の歯部２１に隣接した回転子３００の磁性部材３３０及び磁束により回転子３００が回転する。
【００３５】
次いで、固定子２０の各歯部２１と違なる極性を有する永久磁石３３０を固定した回転子３００の円周面と隣接した場合には、磁性部材３３０の磁束が密に発生して磁束密度が固定子２０各歯部２１のチップ２５部分に集中するようになるが、この時、固定子２０各歯部２１のチップ２５部分に対応する回転子３００の外周面の一部を切削して空隙を拡大した空隙拡大部５００によりピークフラックスの発生による回転子３００の半径方向の衝撃力が低減される。
【００３６】
図４は、本発明に係る電気モータと従来の電気モータとの磁束密度の分布を比較したグラフで、回転子３００の外周面に複数の空隙拡大部５００が形成された本発明に係る電気モータは、回転子３００の回転角による固定子２０の各歯部２１の空隙部分における磁束密度（２）が従来の電気モータの磁束密度（１）に比べてピークフラックスの大きさは低減され、波形は、従来より一層正弦波に近くなっていることが分かる。
【００３７】
従って、磁束密度の集中によるピークフラックスにより回転子の半径方向の衝撃力を低減させることにより、回転子の駆動時に発生する振動及び振動騷音を低減させることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電気モータにおいては、回転子の半径方向に発生する衝撃力を低減させることにより、回転子の駆動時に発生する振動を低減させると共に、該振動による振動騷音を低減させて製品の信頼性を向上し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気モータの構造を示した横断面図である。
【図２】図１の電気モータの回転子のコアを示した幾何学的概念図である。
【図３】図２のＡ部分を拡大した拡大図である。
【図４】本発明に係る電気モータと従来の電気モータとの磁束密度を比較したグラフである。
【図５】従来のＢＬＤＣモータの縦断面図である。
【図６】図５のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図７】図５のモータの磁束密度の概略分布図である。
【符号の説明】
１０…ハウジング
１２…覆蓋部
２０…固定子
２１…歯部
２２…スロット
２３…スロット開口部
２４…コイル
３００…回転子
３１０…軸挿入孔
３２０…磁性部材挿入スロット
３３０…磁性部材
４００…回転軸
５００…空隙拡大部

Claims (19)

1. 複数の歯部及びそれら歯部に巻回され、印加された電流によって回転磁束を形成するコイルを含む固定子と、
   回転軸と、
   該回転軸を嵌合する軸挿入孔を有し、前記固定子の内部に回転可能なように嵌合された回転子と、を含んで構成され、
   前記回転子には、前記軸挿入孔を中心に放射状に複数の「Ｖ」又は「Ｕ」字状磁性部材挿入スロットを切削し、該磁性部材挿入スロットには、夫々永久磁石を挿入し固定し、前記回転子の外周面には、前記固定子の各歯部との空隙を拡大する複数の空隙拡大部を形成することを特徴とする電気モータ。
2. 前記電気モータは、ブラシレス直流モータであることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
3. 前記コイルは、集中巻線方式により前記各歯部に巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
4. 前記空隙拡大部は、前記磁性部材挿入スロットの両先端間に位置した外周面の中において、前記回転子の回転方向の前記磁性部材挿入スロットの先端側に偏って形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
5. 前記コイルは、集中巻線方式により前記各歯部に巻回されていることを特徴とする請求項４に記載の電気モータ。
6. 前記空隙拡大部は、前記回転子の外周面の中において、一部を直線状に切削して形成することを特徴とする請求項４に記載の電気モータ。
7. 前記磁性部材挿入スロットは、前記回転子の半径方向へ延長した延長線を基準として対称になるように形成されることを特徴とする請求項４に記載の電気モータ。
8. 前記回転子は、複数のコアを積層して形成されることを特徴とする請求項４に記載の電気モータ。
9. 前記永久磁石は、１対から構成され、前記磁性部材挿入スロットの両先端が同じ極を有するように挿入されることを特徴とする請求項４に記載の電気モータ。
10. 前記複数の磁性部材挿入スロットの先端は、隣接する磁性部材挿入スロットの先端の磁性とは反対の磁性を有するように前記永久磁石を挿入することを特徴とする請求項４に記載の電気モータ。
11. 前記固定子が装着固定されると共に、前記回転軸を回転可能なように嵌合する回転軸支持部を装着したハウジングを含んで構成されることを特徴とする請求項４〜１０の何れか一項に記載の電気モータ。
12. 前記ハウジングは、片側に開放された開口部を切り欠き、該開口部を覆蓋する覆蓋部が形成されると共に、そのハウジングの中央に前記回転軸の片側に回転可能なように嵌合する回転軸支持部を含んで構成されることを特徴とする請求項１１に記載の電気モータ。
13. 前記磁性部材挿入スロットは、前記回転子の半径方向へ延長した延長線を基準として対称となるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
14. 前記回転子は、複数のコアを積層して形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
15. 前記永久磁石は、１対から構成され、前記磁性部材挿入スロットの両先端が同じ極を有するように挿入されることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
16. 前記複数の磁性部材挿入スロットの先端は、隣接する磁性部材挿入スロットの先端の磁性とは反対の磁性を有するように前記永久磁石を挿入することを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
17. 前記固定子が固定されると共に、前記回転軸を回転可能なように嵌合する回転軸支持部を装着したハウジングを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
18. 前記ハウジングは、片側に開放された開口部を切り欠き、該開口部を覆蓋する覆蓋部が形成されると共に、そのハウジングの中央に前記回転軸の片側に回転可能なように嵌合する回転軸支持部を含んで構成されることを特徴とする請求項１７に記載の電気モータ。
19. 複数の歯部及びそれら歯部に巻回され、印加された電流によって回転磁束を形成するコイルを含む固定子と、
    回転軸と、
    該回転軸を嵌合する軸挿入孔を有して、前記固定子の内部に回転可能なように嵌合した回転子と、を含んで構成され、
    前記回転子には、前記軸挿入孔を中心に放射状に複数の「Ｕ」字状磁性部材挿入スロットを切削し、該磁性部材挿入スロットには、夫々永久磁石を挿入し、固定し、前記回転子の外周面には、前記固定子の各歯部との空隙を拡大する複数の空隙拡大部を切削して形成することを特徴とする電気モータ。

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