JP2006087287A - 磁束集中型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 円周方向に着磁された永久磁石を同一極性が対向する方向に配置する磁束集中型構造にすることで、表面付着型モータに比べて磁束の漏洩を減少するとともに、同一体積の表面付着型モータに比べてトルクを向上できる磁束集中型モータを提供する。
【解決手段】 リング状に形成され、放射状に配置された複数のティース５３にコイル５５が巻線されたステータ５０と、ステータ５０の内側に位置され、円周方向に着磁された複数個のマグネット６５を同一極性が対向する方向に配置してステータ５０との作用により回転するロータ６０と、を含んで磁束集中型モータを構成する。ロータ６０は、リング状コア６１と、コア６１からステータ５０側に突設された複数個のティース６３と、各ティース６３の間に配置されたマグネット６５を有し、コア６１とティース６３の接続部分には磁束障壁６１ａを設けてマグネット６５の磁束の外部への漏洩を防止する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、洗濯機などを駆動するモータに関するもので、詳しくは、内転型モータ構造による磁束集中型モータに関するものである。

一般に、永久磁石モータは、磁気回路構成によって表面付着型と埋め込み型とに分類される。

ここで、通常、洗濯機駆動用直結モータには、外転型の表面付着型永久磁石モータが使用される。

図１及び図２は、洗濯機駆動用モータであって、従来の表面付着型永久磁石モータの一種である外転型モータを示した分解斜視図及び平面構成図である。

表面付着型永久磁石モータは、ロータ２０をステータ１０の外側に設置した構造であって、ステータ１０と、ステータ１０の外側に、半径方向に所定のエアギャップを有して回転自在に設置されたロータ２０と、から構成される。

ステータ１０は、リング状のコア１２と、リング状のコア１２の外周面に、所定のスロット１４を置いて円周方向に相互離隔された複数個のティース（歯部）１５と、各ティース１５に集中巻方式で巻線されて外部電源と連結されたコイル１７と、から構成される。

ロータ２０は、磁束通路であるバックヨークを形成する筒状部が設けられた円盤状のロータフレーム２２と、ロータフレーム２２の筒状部の内周面に、コイル１７に電流が流れたときに電磁気的な相互作用により回転するように、交互のＮ極及びＳ極が半径方向に着磁される複数のマグネット２５と、から構成される。

このような表面付着型永久磁石モータにおいて、ステータ１０は、コア１２の取付ホール１３を通して洗濯機の外槽に固着され、ロータ２０は、ロータフレーム２２の中央部で洗濯機の内槽またはパルセータにシャフトにより連結されて組み立てられる。

表面付着型永久磁石モータは、ステータ１０の磁束がなす磁極とロータ２０の磁束がなす磁極との相対的な位置によって磁気抵抗の差がないので、非突極性のロータが構成される。図３は、ロータ２０の相対的な位置による磁束分布を示した図である。

一方、このような従来の表面付着型永久磁石モータは、逆起電力を増加するために、ロータ２０をステータ１０の積層長さよりも大きく設置する。これをオーバハング(overhang：張り出し)というが、オーバハングは、ステータ１０の巻線と鎖交するマグネットの磁束を所定量だけ増加して逆起電力を向上する役割をする。

表面付着型永久磁石モータにおいて、ロータ２０のオーバハングの長さによって逆起電力の発生は増加するが、オーバハングの長さが所定以上になると、それ以上増加せずに同等な水準に維持される。これは、表面付着型モータの構造的な原因によって、オーバハングの長さが増加しながら、巻線と鎖交せずにその他の部分に漏洩される磁束量が増加するためである。

図４は、従来の表面付着型永久磁石モータにおけるオーバハングの長さによるステータのティースの磁束密度を示したグラフであり、図示したように、ティースの磁束密度は、オーバハングの長さが増加するにつれて所定程度は増加するが、オーバハングの長さが約６mm以上であると、それ以上増加せずに飽和される。これは、オーバハングの長さが増加しながら、ティースを通過する有効磁束以外の部分に漏洩される磁束量が増加したためである。

したがって、このような従来の表面付着型永久磁石モータは、ステータ１０の巻線と鎖交するマグネットの磁束を所定量だけ増加することで、逆起電力を向上するオーバハングを構成するが、オーバハングの長さが所定以上になると、その効果が喪失されて逆起電力の増加が限界に達するという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、円周方向に着磁された永久磁石を、同一極性が対向する方向に配置する磁束集中型構造にすることで、表面付着型モータに比べて磁束の漏洩を減少するとともに、同一体積の表面付着型モータに比べてトルクを向上できる磁束集中型モータを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の磁束集中型モータは、リング状に形成され、放射状に配置された複数のティースにコイルが巻線されたステータと、ステータの内側に位置され、円周方向に着磁された複数個のマグネットを同一極性が対向する方向に配置してステータとの作用により回転するロータと、を含むことを特徴とする。

ステータは、リング状のコアと、リング状のコアの内周面からこのコアの中心方向に突出された複数個のティースと、各ティースに巻線されて外部電源と接続されたコイルと、を含む。

ステータのコアの外周面には、ステータ取付用ホールが形成される。

ロータは、リング状のコアと、このコアからステータ側に放射状に突出された複数個のティースと、各ティースの間に配置される複数個のマグネットと、を含む。

ロータのコアまたはコアとティースとの連結部分には、マグネットの磁束が外部に漏洩されることを遮断する磁束障壁が備わる。

磁束障壁は、コアとティースとの連結部分に形成されたピンホール、ティースからコア側に形成されたバリアホール、コアの各ティースの連結部分に形成されたブリッジホールのうち少なくとも何れか一つにより構成される。

ロータのコアは、スパイラルコア工法により製造される。

ロータのコアには、鉄心積層のためのガイドホールが形成される。

本発明の磁束集中型モータは、円周方向に着磁されたマグネットを、同一極性が対向する方向に配置する磁束集中型ロータが構成されるため、磁束の漏洩を縮小することにより、従来の同一体積の表面付着型永久磁石モータに比べてトルクを向上することができ、同一のトルクで生産する場合は、費用節減ができると共に、製品の小型化を実現できるという効果がある。

また、本発明は、マグネットの磁束漏洩を最大限防止するために、ロータコアに磁束障壁を設置するため、モータのトルク向上により全体的な性能を向上できるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図５は、本発明による磁束集中型モータを示した平面構成図である。

本発明による磁束集中型モータは、図５に示したように、リング状に形成され、内周面に突設された複数のティース５３にコイル５５が巻線されたステータ５０と、ステータ５０の内側に位置され、円周方向に着磁されたマグネット６５を、同一極性が対向する方向に配置してステータ５０のコイル５５との作用により回転するロータ６０と、から構成される。

ステータ５０は、外郭を形成するリング状のコア５１と、リング状のコア５１の内周面からロータ６０側に、コア５１の中心に向って突出された複数個のティース５３と、各ティース５３に巻線されて外部電源と接続されたコイル５５と、を含んで構成される。

コア５１の外周面には、後方に開放された構造のステータ取付用ホール５１ａが形成される。

ロータ６０は、リング状のコア６１と、コア６１からステータ５０側に放射状に突出された複数個のティース６３と、各ティース６３の間に配置される複数個のマグネット６５と、を含んで構成される。

コア６１は、ロータ６０の中心で回転シャフトが固定されるロータフレーム６６に結合固定される。

ここで、磁束がステータ側でなく中心方向に漏洩されることを防止し、磁束の漏洩による急激なトルク低下を防ぐために、ロータ６０には、コア６１またはコア６１とティース６３との連結部分に磁束障壁が備わる。

すなわち、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明による磁束集中型モータにおける磁束障壁形成の多様な実施形態を示した主要部の詳細図であり、図６（ａ）によると、磁束障壁は、コア６１とティース６３との連結部分に形成された円状のガイドホール６１ａと、ティース６３から前記コア６１側に形成された四角形状のバリアホール６３ａと、バリアホール６３ａの両側でコア６１とティース６３とを連結するブリッジ６１ｂと、から構成される。

また、図６（ｂ）によると、磁束障壁は、コア６１とティース６３との連結部分に形成された円状のガイドホール６１ａにより構成される。

また、図６（ｃ）によると、磁束障壁は、コア６１とティース６３との連結部分に形成された円状のガイドホール６１ａと、コア６１の各ティース６３を連結するブリッジ６１ｂに形成された小型の四角形状のブリッジホール６１ｃと、から構成される。

一方、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）の符号６１ａは、コア６１をスパイラルコア工法により製造するとき、積層を容易にするためにガイドピンなどを挿入するガイドホールであり、６３ｂは、鉄心積層時、ティース６３を積層方向にずれなしに整列させる孔である。

以下、このように構成された本発明による磁束集中型モータの作用を説明する。

従来の表面付着型永久磁石モータは、図７（ａ）に示したように、マグネットが半径方向Ａに着磁された構造を有する反面、本発明による磁束集中型モータは、図７（ｂ）に示したように、マグネットが円周方向Ｂに着磁されて同一極性が対向する方向に配置された磁束集中型ロータ構造を有する。

一方、図８は、本発明のマグネット６５の下部をつなぐブリッジ６１ｂの厚さによるトルク及びトルクリップル特性を示した図であり、図示されたように、ブリッジ６１ｂの厚さを０.５mmから３.０mmに増加した場合、トルクが約５０%程度に減少することが分かる。したがって、本発明では、マグネット６５の磁束漏洩を最小化するために、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）で説明したように、ガイドホール６１ａ、ブリッジホール６１ｃ及びバリアホール６３ａを適切に形成することにより、磁束障壁を最適に設計することができる。

図９は、従来のモータと本発明のモータの回転数によるトルクを比較して示したグラフであり、図示されたように、本発明のモータは、従来の同一の積層及び体積の表面付着型永久磁石モータと対比して、トルクが全体的に向上したことが分かる。すなわち、従来のモータは、初期回転時に３１４[kg・cm]である反面、本発明のモータは、３４６[kg・cm]であってトルクが向上したことが分かる。

したがって、本発明のモータが同一トルクの負荷に適用される場合、モータの積層減少及び巻線量低減などによりモータの製作費用を全体的に節減することができる。また、同一トルクの発生時、積層減少などによる小型化が可能であるため、本発明のモータが適用されるドラム洗濯機などの設計自由度が高くなり、容量拡大も容易になる。

従来の表面付着型永久磁石モータを示した分解斜視図である。 従来の表面付着型永久磁石モータを示した平面構成図である。 従来の表面付着型永久磁石モータにおけるロータの相対的な位置による磁束分布を示した詳細図である。 従来の表面付着型永久磁石モータにおけるオーバハングの長さによる磁束密度を示したグラフである。 本発明による磁束集中型モータを示した平面構成図である。 （ａ）から（ｃ）は本発明による磁束集中型モータにおける磁束障壁形成の多様な実施形態を示した主要部の詳細図である。 （ａ）は従来のマグネットの磁化方向を示した参考図、（ｂ）は本発明のマグネットの磁化方向を示した参考図である。 本発明による磁束集中型モータにおけるロータのブリッジ厚さによる特性変化を示したグラフである。 従来のモータ及び本発明のモータの回転数によるトルクを比較して示したグラフである。

符号の説明

５０ ステータ
５１ コア
５３ ティース
５５ コイル
６０ ロータ
６１ コア
６１ａ ガイドホール
６１ｂ ブリッジ
６１ｃ ブリッジホール
６３ ティース（歯部）
６３ａ バリアホール
６５ マグネット

Claims (10)

1. リング状に形成され、放射状に配置された複数のティースにコイルが巻線されたステータと、
   前記ステータの内側に位置され、円周方向に着磁された複数個のマグネットを同一極性が対向する方向に配置して前記ステータとの作用により回転するロータと、を含むことを特徴とする磁束集中型モータ。
2. 前記ステータは、リング状のコアと、前記リング状のコアの内周面からこのコアの中心方向に突出された複数個のティースと、前記各ティースに巻線されて外部電源と接続されたコイルと、を含むことを特徴とする請求項１記載の磁束集中型モータ。
3. 前記コアの外周面には、ステータ取付用ホールが形成されていることを特徴とする請求項２記載の磁束集中型モータ。
4. 前記ロータは、リング状のコアと、該コアから前記ステータ側に放射状に突出された複数個のティースと、前記各ティースの間に配置される複数個のマグネットと、を含むことを特徴とする請求項１記載の磁束集中型モータ。
5. 前記コアまたはコアとティースとの連結部分には、前記マグネットの磁束が外部に漏洩されることを遮断する磁束障壁が備わることを特徴とする請求項４記載の磁束集中型モータ。
6. 前記磁束障壁は、前記コアと前記ティースとの連結部分に形成されたピンホールであることを特徴とする請求項５記載の磁束集中型モータ。
7. 前記磁束障壁は、前記ティースから前記コア側に形成されたバリアホールであることを特徴とする請求項５記載の磁束集中型モータ。
8. 前記磁束障壁は、前記コアの各ティースの連結部分に形成されたブリッジホールであることを特徴とする請求項５記載の磁束集中型モータ。
9. 前記コアは、スパイラルコア工法により製造されることを特徴とする請求項４記載の磁束集中型モータ。
10. 前記コアには、鉄心積層のためのガイドホールが形成されていることを特徴とする請求項９記載の磁束集中型モータ。

Images