JP2008131665A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータの効率の低下を防止することが目的とされる。
【解決手段】モータ１は、界磁子２と、電機子１１，１２とを備える。界磁子２は磁極面２４１，２４２をそれぞれ外周側及び内周側の表面に複数ずつ有する。電機子１１は、ティース１１１の複数を有し、界磁子２の外周側に配置される。電機子１２は、ティース１２１の複数を有し、界磁子２の内周側に配置される。ティース１１１の方向９３に対する断面の面積のうち最小の面積の、ティース１２１の方向９４に対する断面の面積のうち最小の面積に対する比率は、磁極面２４１の面積の磁極面２４２の面積に対する比率と略同一である。
【選択図】図１

Description

本発明はモータに関し、特に二つの電機子を有するモータに関する。

従来から、二つの電機子を有するモータが提案されている。具体的には、環状を呈する界磁子に対して、内周側及び外周側のそれぞれに電機子が設けられる。かかる技術は、例えば特許文献１に開示されている。

その他、本発明に関連する技術が特許文献２に開示されている。

特開２００２−３６９４６７号公報 特開２００２−３３５６５８号公報

しかし、従来の技術では、電機子に鎖交する磁束の流れが阻害されるおそれがある。具体的には、鎖交する磁束の磁束密度が電機子内において部分的に高くなる可能性がある。磁束密度が部分的に高くなると、その部分での磁気抵抗が高くなり、当該磁束の流れが阻害される。上記二つの電機子のいずれか一方で磁束の流れが阻害されると、他方に流れる磁束にも影響する。すなわち、他方の磁束の流れも阻害され、延いてはモータの効率が低下する。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、モータの効率の低下を防止することが目的とされる。

この発明の請求項１にかかるモータは、所定の軸（９２）の周りで環状を呈し、第１及び第２の磁極面（２４１，２４２）をそれぞれ外周側及び内周側の表面に複数ずつ有する界磁子（２）と、前記界磁子の前記外周側に配置される第１の電機子（１１）と、前記界磁子の前記内周側に配置される第２の電機子（１２）とを備え、前記第１の磁極面及び前記第２の磁極面はそれぞれ単一の極性を呈し、前記第１の電機子は、前記所定の軸の周りで環状に配置され、それぞれ前記界磁子に前記外周側から対向する第１のティース（１１１）の複数と、前記第１のティースのそれぞれに巻回される第１の巻線（１１３）とを有し、前記第２の電機子は、前記所定の軸の周りで環状に配置され、それぞれ前記界磁子に前記内周側から対向する第２のティース（１２１）の複数と、前記第２のティースのそれぞれに巻回される第２の巻線（１２３）とを有し、一の前記第１のティース（１１１）についての前記外周側から前記内周側へと向かう方向（９３）に対する断面の面積のうち最小である第１の面積（Ｌ１ａ×Ｌ１ｂ）の、一の前記第２のティース（１２１）についての前記内周側から前記外周側へと向かう方向（９４）に対する断面の面積のうち最小である第２の面積（Ｌ２ａ×Ｌ２ｂ）に対する比率は、一の前記第１の磁極面（２４１）の面積（Ｌ２４１ａ×Ｌ２４１ｂ）の、一の前記第２の磁極面（２４２）の面積（Ｌ２４２ａ×Ｌ２４２ｂ）に対する比率と略同一である。

この発明の請求項２にかかるモータは、請求項１記載のモータであって、前記第１の面積（Ｌ１ａ×Ｌ１ｂ）は前記第２の面積（Ｌ２ａ×Ｌ２ｂ）以上である。

この発明の請求項１または請求項２にかかるモータによれば、第１及び第２の巻線のそれぞれに鎖交する磁束の磁束密度を、ほぼ同一にすることができる。よって、ティースでの磁気抵抗がほぼ同じなり、以ってモータの効率の低下が防止される。

図１及び図２は、本発明にかかるモータ１を概念的に示す。図１では、モータ１の中心軸である所定の軸９２に直交する断面が、図２では、図１に示される位置Ａ−Ａでの断面が、それぞれ示されている。

モータ１は、界磁子２と、電機子１１，１２とを備える。界磁子２は、コア２２、磁石２１及び磁極面２４１，２４２を有する。

コア２２は、所定の軸９２の周りで周方向９５に沿って環状を呈する。この内容は、界磁子２が所定の軸９２の周りで環状を呈すると把握できる。

磁石２１は、コア２２に設けられ、所定の軸９２に沿って延在する。磁石２１は、コア２２に埋め込まれても良いし（図１及び図２）、コア２２の電機子１１，１２側のそれぞれの表面２２ａ，２２ｂの少なくともいずれか一方に設けられても良い。なお、界磁子２は、環状の磁石２１のみで構成されても良い。

磁極面２４１は、界磁子２の外周側の表面２ａに複数設けられ、磁極面２４２は、界磁子２の内周側の表面２ｂに複数設けられる。磁極面２４１，２４２のいずれの一も、単一の極性を呈する。

磁石２１がコア２２に埋め込まれた界磁子２（図１）を用いて具体的に説明する。磁石２１が所定の軸９２の周りで環状に配置されている。界磁子２の表面２ａであるコア２２の外周側の表面２２ａに、磁極面２４１の複数が設けられている。界磁子２の表面２ｂであるコア２２の内周側の表面２２ｂに、磁極面２４２の複数が設けられている。磁極面２４１のいずれの一についても、当該一の磁極面２４１は、磁極面２４１の一つと対向している。そして、対向する磁極面２４１，２４２は互いに異なる極性を呈する。周方向９５に沿って隣接する磁極面２４１も互いに異なる極性を呈する。すなわち、周方向９５に沿って隣接する磁極面２４２は互いに異なる極性を呈する。

磁極面２４１，２４２についてより詳細に説明する。界磁子２は、図１に示されるように空隙２３を更に有している。空隙２３は、磁石２１の周方向９５についての両端２１ａ，２１ｂのいずれにも設けられており、当該端２１ａ，２１ｂから界磁子２の表面２ｂ近傍まで延びている。空隙２３は、周方向９５に沿って隣接する磁石２１同士での磁束の短絡を防止する。なお、図１では磁石２１の端２１ａ，２１ｂが、界磁子２の表面２ａ近傍に位置するので、空隙２３は端２１ａ，２１ｂから界磁子２の外周側には延びていない。しかし例えば、磁石２１ａ，２１ｂが表面２ａから内周側へと離れて位置する場合には、空隙２３は端２１ａ，２１ｂから表面２ａ近傍まで延びても良い。

空隙２３を設けることで、界磁子２の表面２ａのうち、ある一つの磁石２１の外周側にあって当該磁石２１に設けられた空隙２３の間の部分全体が磁極面２４１であって、単一の極性を呈する。当該極性は、当該磁石が自身の外周側の表面に呈する極性と同じである。

同様に界磁子２の表面２ｂのうち、ある一つの磁石２１の内周側にあって当該磁石２１に設けられた空隙２３の間の部分全体が磁極面２４２であって、単一の極性を呈する。当該極性は、当該磁石が自身の内周側の表面に呈する極性と同じである。

図１では、界磁子２の極数が４の場合が示されているが、極数が４より大きい場合であっても上述したのと同様にしてモータを得ることができる。

例えば、磁石２１がコア２２の表面２２ａ，２２ｂに設けられたモータにおいては、表面２２ａに設けられた複数の磁石２１の外周側の表面がそれぞれ磁極面２４１であり、表面２２ｂに設けられた複数の磁石２１の内周側の表面がそれぞれ磁極面２４２である。

また、界磁子２を磁石２１のみで構成した場合には、磁石２１の外周側の表面のうち単一の極性を呈する複数の部分がそれぞれ磁極面２４１であり、内周側の表面のうち単一の極性を呈する複数の部分がそれぞれ磁極面２４２である。

電機子１１は、ティース１１１の複数、ヨーク１１２及び巻線１１３を有し、界磁子２の外周側に配置される。ヨーク１１２は、所定の軸９２の周りで環状を呈する。

ティース１１１のそれぞれは、所定の軸９２の周りで環状に配置され、ヨーク１１２に対して内周側から連結され、そして界磁子２に対して外周側から対向する。

巻線１１３は、ティース１１１のそれぞれに巻回される。なお、ティース１１１に巻回される巻線１１３のそれぞれの接続には、スター結線やデルタ結線などが採用できる。また、巻線１１３のティース１１１への巻き方には、集中巻や分布巻などが採用できる。

電機子１２は、ティース１２１の複数、ヨーク１２２、巻線１２３を有し、界磁子２の内周側に配置される。ヨーク１２２は、所定の軸９２の周辺に位置する。

ティース１２１のそれぞれは、所定の軸９２の周りで環状に配置され、ヨーク１２２に対して外周側から連結され、そして界磁子２に対して内周側から対向する。

巻線１２３は、ティース１２１のそれぞれに巻回される。なお、ティース１２１に巻回される巻線１２３のそれぞれの接続には、スター結線やデルタ結線などが採用できる。また、巻線１２３のティース１２１への巻き方には、集中巻や分布巻が採用できる。

界磁子２と電機子１１，１２との関係について説明する。一のティース１１１についての方向９３に対する断面のうち面積が最小のもの（断面Ｂ１）の面積Ｓ１は、所定の軸９２に沿う方向９１から見た断面Ｂ１の方向９３に対する幅Ｌ１ａ（図１）と、断面Ｂ１の方向９１についての長さＬ１ｂ（図２）との積Ｌ１ａ×Ｌ１ｂで表される。なお方向９３は、界磁子２の外周側から内周側へと向かう。

一のティース１２１についての方向９４に対する断面のうち面積が最小のもの（断面Ｂ２）の面積Ｓ２は、方向９１から見た断面Ｂ２の方向９４に対する幅Ｌ２ａ（図１）と、断面Ｂ２の方向９１についての長さＬ２ｂ（図２）との積Ｌ２ａ×Ｌ２ｂで表される。なお方向９４は、界磁子２の内周側から外周側へと向かう。

磁極面２４１の面積Ｓ２４１は、方向９１から見て磁極面２４１に沿う方向についての、当該磁極面２４１の長さＬ２４１ａ（図１）と、磁極面２４１の方向９１についての長さＬ２４１ｂ（図２）との積Ｌ２４１ａ×Ｌ２４１ｂで表される。

磁極面２４２の面積Ｓ２４２は、方向９１から見て磁極面２４２に沿う方向についての、当該磁極面２４２の長さＬ２４２ａ（図１）と、磁極面２４２の方向９１についての長さＬ２４２ｂ（図２）との積Ｌ２４２ａ×Ｌ２４２ｂで表される。

面積Ｓ１の面積Ｓ２に対する比率は、面積Ｓ２４１の面積Ｓ２４２に対する比率と略同一である。

上述したモータ１によれば、巻線１１３，１２３のそれぞれに鎖交する磁束の磁束密度を、ほぼ同一にすることができる。よって、ティース１１１，１２１での磁気抵抗がほぼ同じとなり、以ってモータ１の効率の低下が防止される。なお、ティース１１１の長さＬ１ａは、ティース１２１の長さＬ２ａ以上であることが望ましい。

図１に示されるモータ１であって、周方向９５に隣接する磁極面２４１が互いに異なる極性を呈する場合について、具体的に説明する。なお、磁石２１を介して対向する磁極面２４１，２４２は互いに異なる極性を呈し、磁極面２４１，２４２のそれぞれに流出入する磁束の量は等しい。

磁極面２４１のうちＮ極を呈するものから流れる磁束は、当該磁極面２４１に対向しているティース１１１へと流れて、巻線１１３に鎖交する。そして、当該磁束の多くは、ヨーク１１２、及び周方向９５において当該ティース１１１に隣接するティース１１１をこの順に介して、その隣接するティース１１１に対向している磁極面２４１のうちＳ極を呈するものへと流れる。

しかし、Ｎ極を呈する磁極面２４１から、上記隣接するティース１１１まで流れた磁束であっても、磁石２１を介して当該磁極面２４１に対向する磁極面２４２（Ｓ極）へと流れ、Ｓ極を呈する磁極面２４１には流れないものが存在する場合がある。以下では、このように流れる磁束を短絡磁束という。

この場合、巻線１１３には磁極面２４１から流れる磁束の殆どが鎖交する。しかし、短絡磁束の分だけ、巻線１２３に鎖交する磁束の量が巻線１１３に鎖交する磁束の量よりも小さくなる。そして、磁極面２４１の面積Ｓ２４１の、磁極面２４２の面積Ｓ２４２に対する比率が大きくなるほど、短絡磁束の量が多くなりやすい。

短絡磁束を考慮すれば、巻線１１３に流れる磁束の量の、巻線１２３に流れる磁束の量に対する比率は、面積Ｓ２４１の面積Ｓ２４２に対する比率にほぼ等しくなる。よって、面積Ｓ１の面積Ｓ２に対する比率を、面積Ｓ２４１の面積Ｓ２４２に対する比率にほぼ等しくすることで、巻線１１３，１２３のそれぞれに鎖交する磁束の磁束密度を、ほぼ同一にすることができる。

短絡磁束が殆どない場合には、巻線１１３に流れる磁束の量と、巻線１２３に流れる磁束の量とはほぼ等しくなるので、面積Ｓ１と面積Ｓ２とをほぼ等しくすることで、巻線１１３，１２３のそれぞれに鎖交する磁束の磁束密度を、ほぼ同一にすることができる。短絡磁束が殆どない場合として、例えば図３に示されるように、空隙２３の延びる方向を調節して面積Ｓ２４１を面積Ｓ２４１とほぼ同一とした場合が考えられる。

次に、磁石２１がコア２２の表面２２ａ，２２ｂのそれぞれに設けられたモータについて説明する。短絡磁束が殆どない場合には、巻線１１３に流れる磁束の量は、表面２２ａに設けられた磁石２１の外周側の表面である磁極面２４１で生じる磁束の量にほぼ等しい。巻線１２３に流れる磁束の量は、表面２２ｂに設けられた磁石２１の内周側の表面である磁極面２４２で生じる磁束の量にほぼ等しい。

そうすると、磁極面２４１，２４２での磁束密度が等しい場合には、巻線１１３に流れる磁束の量の、巻線１２３に流れる磁束の量に対する比率は、面積Ｓ２４１の面積Ｓ２４２に対する比率にほぼ等しくなる。よって、面積Ｓ１の面積Ｓ２に対する比率を、面積Ｓ２４１の面積Ｓ２４２に対する比率にほぼ等しくすることで、巻線１１３，１２３のそれぞれに鎖交する磁束の磁束密度を、ほぼ同一にすることができる。

本発明にかかるモータ１を概念的に示す断面図である。 本発明にかかるモータ１を概念的に示す断面図である。 本発明にかかるモータ１を概念的に示す断面図である。

符号の説明

２ 界磁子
１１，１２ 電機子
９２ 所定の軸
９３，９４ 方向
１１１，１２１ ティース
１１３，１２３ 巻線
２４１，２４２ 磁極面
Ｌ１ａ，Ｌ２ａ 幅
Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂ，Ｌ２４１ａ，Ｌ２４１ｂ，Ｌ２４２ａ，Ｌ２４２ｂ 長さ

Claims (2)

1. 所定の軸（９２）の周りで環状を呈し、第１及び第２の磁極面（２４１，２４２）をそれぞれ外周側及び内周側の表面に複数ずつ有する界磁子（２）と、
   前記界磁子の前記外周側に配置される第１の電機子（１１）と、
   前記界磁子の前記内周側に配置される第２の電機子（１２）と
   を備え、
   前記第１の磁極面及び前記第２の磁極面はそれぞれ単一の極性を呈し、
   前記第１の電機子は、
   前記所定の軸の周りで環状に配置され、それぞれ前記界磁子に前記外周側から対向する第１のティース（１１１）の複数と、
   前記第１のティースのそれぞれに巻回される第１の巻線（１１３）と
   を有し、
   前記第２の電機子は、
   前記所定の軸の周りで環状に配置され、それぞれ前記界磁子に前記内周側から対向する第２のティース（１２１）の複数と、
   前記第２のティースのそれぞれに巻回される第２の巻線（１２３）と
   を有し、
   一の前記第１のティース（１１１）についての前記外周側から前記内周側へと向かう方向（９３）に対する断面の面積のうち最小である第１の面積（Ｌ１ａ×Ｌ１ｂ）の、一の前記第２のティース（１２１）についての前記内周側から前記外周側へと向かう方向（９４）に対する断面の面積のうち最小である第２の面積（Ｌ２ａ×Ｌ２ｂ）に対する比率は、一の前記第１の磁極面（２４１）の面積（Ｌ２４１ａ×Ｌ２４１ｂ）の、一の前記第２の磁極面（２４２）の面積（Ｌ２４２ａ×Ｌ２４２ｂ）に対する比率と略同一である、
   モータ。
2. 前記第１の面積（Ｌ１ａ×Ｌ１ｂ）は前記第２の面積（Ｌ２ａ×Ｌ２ｂ）以上である、請求項１記載のモータ。

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