JP2006311665A - モータ及びモータ用固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】
起動時に所定の回転方向に確実に回転するモータ及びモータ用固定子を提供する。
【解決手段】
モータを、Ｍ個の固定子磁極１６に集中的に巻回した固定子巻線６を有する固定子２と、ほぼ等間隔に着磁されたＰ個の永久磁石極９を有する回転子３とを備え、かつ永久磁石極数Ｐ，固定子磁極数Ｍとを同数とし、固定子２は、軸方向に伸びた高さの異なる周壁
１６を有するものとする。さらに、固定子は圧粉鉄心で一体に成型したものとし、固定子の周壁の形状を周方向の左右に伸びた突極とほぼ同一形状とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ及びモータ用固定子に関するものである。

永久磁石極数Ｐと固定子磁極数Ｍが同数である単相モータは、起動性を良くするため、固定子外径と回転子内径のギャップを回転方向側が狭く反回転側が広くなるような構成としている。この構成は、特開平１１−３３２１９３号公報に開示されている。

また、特開２００３−１０２１５６号公報では、固定子外径と回転子内径のギャップを均一にして、固定子突極の回転子に面した端部に肉厚部を設け、肉厚部の高さを回転方向に徐々に高する構成が開示されている。

特開平１１−３３２１９３号公報 特開２００３−１０２１５６号公報

例えば、冷蔵庫などの家電用に単相モータを提供するためには、高効率で低振動・低騒音である必要がある。

しかしながら、特許文献１では、固定子外径と回転子内径のギャップが回転側と反回転側でギャップが異なっている。平均ギャップが広いモータとなり、トルクの低下やモータ効率が低下する課題がある。

一方、特許文献２では、固定子突極の回転子に面した端部に高さが異なる肉厚部を設ける構成としている。しかしながら、肉厚部を有するコアを積層してなる固定子は、肉厚部がある分、回転中に生じる電流切り替え時の加振力が増加し、積層鋼鈑間の振動が発生しやすい課題がある。この振動を押さえるため、固定子或いは、固定子と巻線をワニス処理や樹脂モールドで一体に固着して、上記課題を解決する手法がある。しかし、作業工程が増加し、コストアップになる等の課題がある。また、肉厚部を有するコアの製作が新たに追加され、コストの上昇と、従来固定子との組み合わせにより、作業性が低下する課題が新たに発生する。

このように上記技術は、固定子を工夫して高効率で低騒音・低振動の単相モータを提供する技術については開示されていない。

また、磁石数と固定子磁極数が同じモータの場合、起動時に所定の回転方向に起動しない場合があるという課題がある。

従って、本発明の一つの目的は、高効率・低騒音のモータ及びモータ用固定子を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、起動時に所定の回転方向に確実に回転するモータ及びモータ用固定子を提供することにある。

本発明の一つの特徴は、モータをＭ個の固定子磁極に集中的に巻回した固定子巻線を有する固定子と、ほぼ等間隔に着磁されたＰ個の永久磁石極を有する回転子とを備え、かつ永久磁石極数Ｐ，固定子磁極数Ｍとを同数とし、固定子は、軸方向に伸びた高さの異なる周壁を有するものとした点にある。

また、本発明の他の特徴は、モータをＭ個の固定子磁極に集中的に巻回した固定子巻線を有する固定子と、ほぼ等間隔に着磁されたＰ個の永久磁石極を有する回転子とを備え、かつ永久磁石極数Ｐ，固定子磁極数Ｍとを同数とし、固定子は、圧粉鉄心で一体に成型されているものとした点にある。

また、本発明の他の特徴は、モータ用固定子を、軸方向に伸びた高さの異なる周壁を有するものとした点にある。

また、本発明の他の特徴は、モータ用固定子を、固定子巻線と、珪素鋼鈑等の薄板を積層した第１の固定子と圧粉鉄心により前記第１の固定子部と一体に成型されている第２の固定子部とを有したものとした点にある。

なお、本発明のその他の特徴は、本願明細書の発明を実施するための最良の形態欄で説明する。

本発明によれば、所定の回転方向に確実に起動でき、均一ギャップにもかかわらず、確実な起動性を図ることができるモータ及びモータ用固定子を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照し説明する。本実施例は集中巻固定子を有する単相モータにおいて、特に、永久磁石極数Ｐと固定子磁極数Ｍが同数で、低トルクリプル，低振動・低騒音で高効率である単相モータに関するものである。

図１は、本発明による一実施例の単相モータを示す断面図である。図２は、図１に示した、本発明による一実施例の単相モータを示す平面図である。図３は、固定子と永久磁石のみを示した断面図である。図４は、本発明による一実施例の単相モータの腰部を示す構成図である。図１〜図４を同時に参照し構成について説明する。

図１乃至図４に示す単相モータ１は、固定子２と回転子３とからなる。固定子２は、圧粉鉄心で一体に構成された固定子鉄心５と２相の集中巻された固定子巻線６で構成され、カバー４に取り付けられる。回転子３は、カップ状の磁性材からなるホルダー７と、ホルダー７の内周部に配置されている固定子鉄心５と空隙部８を介して対向するリング状の例えば、４極に着磁されたフェライト系のゴム製永久磁石９とよりなる。ホルダー７は、ブッシュ１０に嵌合又はコーキング、かしめ等で固定され、ブッシュ１０はシャフト１１のローレット部１２に圧入されている。カバー４には、永久磁石９の軸方向端面と対向する基板１３が取り付けられる。基板１３には、永久磁石９の磁極位置を検出するホール素子１４が配置される。回転子３のシャフト１１は、カバー４に固着されたスリーブ４１が挿入されている軸受け１５を介して配置される。

図２は、本発明の単相モータの固定子と回転子の径方向断面図で、回転子３の永久磁石９は４極に着磁されている例を示す。

固定子２は、円環状ヨーク５１に径方向に配置した４個の固定子磁極５２と、永久磁石９の周方向に前記固定子磁極５２の先端から左右に張り出したポールピース５３からなる。前記左右のポールピースの張り出し量は同一で、軸方向に伸びた、ポールピース５３とほぼ同形状の周壁部１６，１７を有している。互いに隣接する固定子磁極５２間には、なすび形状のスロットが形成され、固定子磁極５２には固定子巻線６が集中的に巻回される。

図３は、図２に示した単相モータの固定子鉄心５と永久磁石のみを取り出して示した断面図を示している。上記ポールピース５３とほぼ同形状に構成されている周壁部１６，
１７は、軸方向に伸びており、永久磁石の高さＴ１に対し、周壁の高さＴ２を含めた固定子鉄心の高さＴ３は、ほぼ同じかそれ以下に設定されている。

図４は、周壁の構成について示した詳細図である。図４（ａ）は、ポールピース５３部を拡大して示した平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した、平面図をＰ部から見たポールピースと周壁部１６，１７の側面図である。高さの異なる周壁部１６，１７は、左右に伸びたポールピース５３とほぼ同形状に構成されており、周壁部１６は回転方向の先端からポールピース５３のほぼ中央までほぼ一定に構成し、周壁部１７は、ポールピース５３のほぼ中央から反回転方向に徐々に低くなる構成としている。本実施例が適用される単相モータは回転方向が一方向である。突極数と永久磁極数が等しい単相モータの場合、一般のモータのように固定子と回転子のギャップが均一であると、回転子は、固定子突極と永久磁石磁極の磁気中心で静止し、電流を流しても左右どちらにも回転することができない。本実施例では、このような構成とすることにより、回転子３の静止時において、永久磁石９の極間２３を隣り合うポールピース５３間の中間２４に対して、回転方向にΔＲだけずらすことができる。このため、固定子巻線６に電流を流すことで、所定の回転方向に確実に起動でき、均一ギャップにもかかわらず、確実な起動性を図ることができる。

また、本実施例の別の効果を説明する。一般の固定子鉄心は、珪素鋼板などの薄板（例えば、厚さ０.５mm ）を積層して構成される。電流切替時は、固定子鉄心の磁束の急な変化により、積層した薄板間で振動が発生する。本実施例では、固定子鉄心５を圧粉鉄心による一体成型する方法、言い換えれば磁性粉末を一体に射出成型する方法で構成しているため、電流切り替え時に発生する、積層コアの振動による振動・騒音も発生しないため、低振動・低騒音の単相モータを提供できる。なお、本実施例では、周壁部１７の高さを直線的に低くする構成としたが、図４（ｃ）の様に曲線状に形成しても良い。また、固定子の外形が左右非対称、すなわちギャップが回転方向側が狭く、反回転側が広くなるようなポールピース５３の外径形状を周壁部の高さの形状に採用しても良い。この場合、従来技術で得られた、起動性を維持して、モータ特性を向上することができる。

また、本実施例によれば、周壁部と永久磁石が相対しているため、永久磁石からの鎖交磁束を増加させることができる。鎖交磁束が増えるとトルクが増える。同じトルクを得ようとすると、電流を小さくすることができるので、高効率とすることができる。周壁部
１６，１７は、永久磁石９の磁束を集磁する効果もあり、モータの小型化，高効率化が図れる。

図５は、本発明の他の実施例を示す固定子鉄心５と永久磁石９の断面図を示す。本実施例では、固定子鉄心５の内径を異ならせたことを特徴としている。すなわち、反基板側の内径をＤ１、基板側の内径をＤ２とした時、Ｄ１＜Ｄ２としている。この場合、固定子鉄心５とスリーブ（図示せず）の接触面積が小さくなるため、固定子鉄心５で生じた振動がスリーブからカバーに伝わりにくくなり、機器に組込み時の振動騒音を低減できる効果が得られる。内径Ｄ２で生じた、空隙部に緩衝剤などを配しても良い。また、内径Ｄ１の軸方向高さＨ４と内径Ｄ２の軸方向高さＨ５は、Ｈ４＜Ｈ５が好ましいが、必ずしも拘ることはない。

図６は、本発明の他の実施例を示す固定子鉄心５と永久磁石９の断面図を示す。本実施例では、圧粉鉄心の一体固定子５と珪素鋼鈑などの薄板を積層した積層鉄心５４を組み合わせたことを特徴としている。この場合、積層鉄心５４の外径は同心円状とし、本発明の周壁部１６，１７を有する一体固定子５で固着することにより、積層鉄心５４は、一体固定子５で圧着され、コア間の振動を低減することができる。

図７は、本発明の他の実施例を示す固定子鉄心５と永久磁石９の断面図を示す。図７
（ａ）に示した本実施例では、圧粉鉄心の一体固定子５と珪素鋼鈑などの薄板を積層した積層鉄心５４を組み合わせ、積層鉄心５４の内径Ｄ３を一体固定子５の内径Ｄ１より、小さくしたことを特徴としている。この場合、図８で示した他の実施例と同様の効果が得られる。更に、図７（ｂ）の様に一体固定子５と積層鉄心５４が対向する一体固定子５の面に、例えば、積層鉄心５４と一体固定子５を同芯円状に固定できる位置決め機構２５を設けても良い。具体的には、位置決め機構２５の内側の径をスリーブ４１（図示せず）の外径に合わせ、外側の径を積層固定子５４の内径に合わせると良い。この機構の他の手段としては、積層鉄心５４の固定子磁極５２に設けられている半抜き部（図示せず）を利用する等、特に、限定するものではない。

図８は、本発明の他の実施例を示す固定子鉄心５と永久磁石９の断面図を示す。本実施例では、一体固定子５の内径部が凹部１８を有する凹凸形状とすることを特徴としている。この場合、図８で示した他の実施例と同様の効果が得られると共に、スリーブ（図示せず）との固着力が、図５及び図８に示した他の一実施例より向上し、ファン自身やファンが組み込まれた機器の振動・衝撃などによる固定子の脱落等の故障が無くなり、耐久性,信頼性を向上できる効果が得られる。また、モータの定格に応じて、図５及び図８に示した他の一実施例と組み合わせても良い。この場合、固定子鉄心からスリーブへの振動伝達は、更に低減する。

以上の実施例では、ポールピース５３の周壁部１６，１７を軸方向の一方に設けた例で説明したが、図４（ｄ）の様に、周壁１６ａ，１７ａを他の一方に設け、軸方向に対し周壁部（１６，１７，１６ａ，１７ａ）をポールピース５３の両方に形成しても良い。この場合、周壁部（１６，１７，１６ａ，１７ａ）の高さを一方に設けた時の高さの半分程度に設定すると、固定子鉄心５の全体高さが変化しないので好ましい。

次に、図９を用いて、本発明の各実施例における単相モータを用いたファンモータについて説明する。図９は、本発明の各実施例における単相モータを用いたファンモータの断面図である。ファンモータは、ベンチュリ１９から脚２０が伸びスリーブ４１を有するカバー４を支える構造となっている。カバー４，スリーブ４１及び回転子３で囲まれた部分には、固定子２，基板１３が配置されいる。羽根２１と一体形成されている回転子３、及びシャフト１１は軸受１５で支持されている。このようなファンモータは、汎用としては、ＯＡ機器等の冷却用として用いられる。また、家電用として冷蔵庫用庫内ファンとして、冷蔵庫内の攪拌用として用いられている。

以上の説明では、固定子突極数を４個、永久磁石磁極数を４個の例で示したが、固定子突極数が６個、永久磁石磁極数が６個等のように、固定子突極数Ｍと永久磁石磁極数Ｐが同数であれば良い。

また、回転子として外転型構造のものとして説明したが、回転子３を内側に、固定子２を外側に配置した内転型構造でも良いものである。

更に、永久磁石の材質は、プラスチック製マグネット，セグメントタイプのマグネット等任意選択可能であることは言うまでもない。

以上説明したように、本実施形態による単相モータは、固定子と回転子のギャップが均一で最小ギャップを確保できるため、モータ効率が向上し、更に、固定子を圧粉鉄心で一体構成しているため、固定子自身の振動がなくなり、低振動・低騒音の単相モータを提供できる。

本発明の一実施形態による単相モータの全体構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態による単相モータを示す平面図である。 本発明の一実施形態による単相モータにおける固定子と回転子の断面図である。 （ａ）は、ポールピース５３部を拡大して示した平面図である。（ｂ）は、図４（ａ）に示した、平面図をＰ部から見たポールピースと周壁部１６，１７の側面図である。 本発明の他の実施例を示す固定子鉄心と永久磁石の断面図を示す。 本発明の他の実施例を示す固定子鉄心と永久磁石の断面図を示す。 本発明の他の実施例を示す固定子鉄心と永久磁石の断面図を示す。 本発明の他の実施例を示す固定子鉄心と永久磁石の断面図を示す。 本発明の各実施例における単相モータを用いたファンモータの断面図である。

符号の説明

１…単相モータ、２…固定子、３…回転子、５…固定子鉄心、６…固定子巻線、９…永久磁石、１６，１７…周壁部、１９…ベンチュリ、２０…脚、２１…羽根、２３…永久磁石の極間、２４…隣合うポールピースの中間、５１…円環状ヨーク、５２…固定子磁極、５３…ポールピース、５４…積層固定子鉄心、Ｄ…固定子鉄心の内径、Ｈ…周壁部の高さ。

Claims (12)

1. Ｍ個の固定子磁極に集中的に巻回した固定子巻線を有する固定子と、ほぼ等間隔に着磁されたＰ個の永久磁石極を有する回転子とを備え、かつ永久磁石極数Ｐ，固定子磁極数Ｍとを同数としたモータにおいて、前記固定子は、軸方向に伸びた高さの異なる周壁を有することを特徴とするモータ。
2. Ｍ個の固定子磁極に集中的に巻回した固定子巻線を有する固定子と、ほぼ等間隔に着磁されたＰ個の永久磁石極を有する回転子とを備え、かつ永久磁石極数Ｐ，固定子磁極数Ｍとを同数としたモータにおいて、前記固定子は、圧粉鉄心で一体に成型されていることを特徴とするモータ。
3. 請求項１において、前記固定子の周壁の形状は、固定子の周方向に左右に伸びた突極とほぼ同一形状であることを特徴とするモータ。
4. 請求項１において、前記固定子の周壁の高さは、回転子の反回転方向側に徐々に低くなっていることを特徴とするモータ。
5. 請求項１において、前記固定子の内径部は、基板側の内径に対し、反基板側の径を小さくしたことを特徴とするモータ。
6. 請求項５において、前記固定子の内径部の軸方向の厚みを、基板側の厚みを反基板側の厚みより大きくしたことを特徴とするモータ。
7. 請求項１において、前記固定子は珪素鋼鈑等の薄板を積層した第１の固定子と圧粉鉄心により前記第１の固定子部と一体に成型されている第２の固定子部とを有することを特徴とするモータ。
8. 請求項７において、前記第１の固定子部の内径を前記第２の固定子部の内径より小さくしたことを特徴とするモータ。
9. 請求項８において、前記第１の固定子部に、前記第１の固定子部と前記第２の固定子部とを同心円状に固定する、位置決め機構を設けたことを特徴とするモータ。
10. 請求項１或いは７において、前記第１の固定子部あるいは前記第２の固定子部の内径に凹凸を有する空隙部を設けたことを特徴とするモータ。
11. 軸方向に伸びた高さの異なる周壁を有することを特徴とするモータ用固定子。
12. 固定子巻線と、珪素鋼鈑等の薄板を積層した第１の固定子と圧粉鉄心により前記第１の固定子部と一体に成型されている第２の固定子部とを有することを特徴とするモータ用固定子。
    

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