JP2013255380A - モータおよびそれを備えた電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動力を向上しつつ、コギングトルクの低減を図ることができるモータを提供する。
【解決手段】円周方向に複数の磁極を配置したステータ３と、ステータ３に対向して回転自在に配置され、周面に複数の磁石が配置されたロータ４とを備え、ステータ３は板状体を複数積層して形成し、この積層体の少なくとも最外層を含む板状体を軸方向それぞれに曲げた延長部３ｄ、３ｄａ，３ｄｂを形成し、それぞれの延長部３ｄ、３ｄａ，３ｄｂの形状が異なるようにした。これによりステータ３の磁極基部で発生するコギングトルクと、一方の延長部３ｄａにより発生するコギングトルクを、他方の延長部３ｄｂにより発生するコギングトルクを調節することでこれらのコギングトルクを打ち消し合い、モータ２全体のコギングトルクを低減することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータおよびそれを備えた電気機器に関するもので、特にコギングトルクの低減に関するものである。

電気機器、例えば送風機能を備えた機器では、ファンをモータに連結し、このモータの駆動によりファンを回動し、風を所定部分に送っている。このモータは、円周方向に、複数の磁極を第一の所定間隔で配置したステータと、このステータに対向する形で円周方向に配置したロータとを備え、ロータには、周方向に第二の所定間隔ごとに、異極に着磁された磁石を配置した構造となっている。またステータの磁極には、その磁極基部から、磁石と略平行方向に伸ばした延長部を形成し、これにより駆動効率を高めている。

つまり、磁石の幅（シャフトの軸方向）は、より多くの磁束をステータに集めるため、ステータの磁極基部の同方向幅よりも大きくなっているので、ステータの磁極基部から、磁石と略平行方向に伸ばした延長部を形成し、これによりステータの磁極と、磁石との対向面積を大きくし、それにより駆動力を高めようとしているのである。

しかし、駆動力を高めるほど振動・騒音の原因となるコギングトルクは増大するが、延長部で発生するコギングトルクをステータの磁極の磁極基部で発生するコギングトルクで打ち消すことにより、コギングトルクを低減している（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−２４４００４号公報

上述のごとく、ステータの磁極基部から、前記磁石と実質的に平行方向に伸ばした延長部を形成した従来のモータでは、ロータの磁石とステータの磁極との対向面積が大きくなるので、一般的には駆動力を高めることが出来、騒音の原因となるコギングトルクも延長部で発生するコギングトルクを、ステータの磁極基部で発生するコギングトルクで打ち消すことにより、コギングトルクを低減できると考えられていた。

しかしながら、本発明者の検討によれば、延長部を設けただけでは必ずしもコギングトルクの低減を図ることは出来なかった。

つまり、ステータの磁極基部から、磁石と実質的に平行方向に伸ばした延長部を形成した従来のモータでは、対向する磁石からの磁束量がそれにしたがって増加するが、折り曲げ部を構成する板状体の折り曲げ加工の際に起こる加工歪によって、板状体の磁気特性の劣化が起こるため、磁気飽和が発生しやすくなり、その結果、延長部で発生するコギングトルクが増大し、ステータの磁極基部で発生するコギングトルクで打ち消すことが出来なくなり、コギングトルクによって増大する振動・騒音を低減することが出来なくなることを、本発明者は見出した。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、駆動力を向上しつつ、コギングトルクの低減を図ることが可能なモータを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のモータは、円周方向に複数の磁極を配置したステータと、前記ステータに対向して回転自在に配置され、周面に複数の磁石が配置されたロータとを備え、前記ステータは板状体を複数積層して形成し、この積層体の少なくとも最外層を含む板状体を軸方向それぞれに曲げた延長部を形成し、それぞれの前記延長部の形状が異なることを特徴とする。

これによりステータの磁極基部で発生するコギングトルクと、一方の延長部により発生するコギングトルクを、他方の延長部により発生するコギングトルクを調節することでこれらのコギングトルクを打ち消し合い、結果モータ全体のコギングトルクを低減することが出来る。

本発明のモータによれば、モータ全体のコギングトルクを低減することが出来る。

本発明の実施形態１におけるモータの断面図 同モータのステータの斜視図 同モータの磁石側から見たステータ磁極部の対向図 同モータのコギングトルクを示すグラフ （ａ）実施形態１におけるモータのステータ磁極の部分正面図（ｂ）実施形態２におけるモータのステータ磁極の部分正面図 本発明の実施形態３におけるモータのステータ磁極の部分正面図

本発明のモータは、円周方向に複数の磁極を配置したステータと、前記ステータに対向して回転自在に配置され、周面に複数の磁石が配置されたロータとを備え、前記ステータは板状体を複数積層して形成し、この積層体の少なくとも最外層を含む板状体を軸方向それぞれに曲げた延長部を形成し、それぞれの前記延長部の形状が異なることを特徴とする。

一方の延長部の端部と隣り合う磁極の延長部の端部との距離が、他方の延長部における当該距離と異なるようにすることが望ましい。また、一方の前記延長部の軸方向の長さが、他方の延長部の長さと異なるようにしてもよい。

また、前記延長部と前記磁石との距離が一定であることを特徴とする。また前記延長部と前記磁石との距離が、前記延長部の端部に向かうにつれて大きくなるようにしても良い。また前記延長部は、１つの平面で構成されてても良い。

これらによりステータの磁極基部で発生するコギングトルクと、一方の延長部により発生するコギングトルクを、他方の延長部により発生するコギングトルクを調節することでこれらのコギングトルクを打ち消し合い、結果モータ全体のコギングトルクを低減することが出来る。

すなわち、ステータの磁極に、その磁極基部から、磁石と実質的に平行方向に伸ばした延長部を設け、より多くの磁束を集めてモータの駆動力を向上させるために延長部をより大きくするが、対向する磁石からの磁束がそれにしたがって増加する。しかし、折り曲げ部を構成する板状体の折り曲げ加工の際に起こる加工歪によって、板状体の磁気特性の劣化が起こるため、磁気飽和が発生しやすくなり、その結果、延長部で発生するコギングトルクが増大する。しかし、双方向に延長部を設け、なおかつ各方向で延長部の形状が異なることで増大するコギングトルクを打ち消すことが出来る。

以下本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１、図２において、モータ２は、複数の板状体を積層して形成したステータ３と、このステータ３の内周に回転自在に配置した、円柱状のロータ４とを備え、前記ロータ４の中心にはシャフト７が設けられ、外周には所定間隔を置いて複数の磁石５が設けられている。これら複数の磁石５は円周方向において、隣接極が異極となるように、Ｎ極に着磁された磁石５と、Ｓ極に着磁された磁石５が、所定間隔をおいて交互に配置されている（図示せず）。

また、ステータ３の内周側には、複数の磁極３ａが所定間隔で設けられ、各磁極３ａの外方の磁路３ｂ部分には、電磁石用のコイル６が巻回されている。すなわち、コイル６に交流電力を加えることで各磁極３ａを交互に、Ｎ極とＳ極に着磁し、その内周に存在する磁石５との間で吸引力と反発力を発生させ、これがロータ４の回転駆動力となるよう構成されているのである。

ロータ４の回転駆動力を向上するために、シャフトの軸方向における磁石５の幅は、ステータ３の磁極３ａの幅よりも大きくしている。これによりステータ３により多くの磁束を集めことが出来る。

さらに、その磁石５の幅に合せるごとく、ステータ３の各磁極３ａには、その磁極基部３ｃから、磁石５と略平行方向で、シャフトの軸方向（図１での上下方向）に伸ばした延長部３ｄがそれぞれの方向に設けられている。

この延長部３ｄは具体的には、ステータ３を構成する積層された複数の板状体の内、上、下面における最外層の板状体の内周側を、前記磁石５と略平行方向にそれぞれ上、下方向に折り曲げて、上側の延長部３ｄａと、下側の延長部３ｄｂが形成され、この上下の延長部３ｄａ、３ｄｂのそれぞれの形状が異なるようにしている。

上下の延長部３ｄａ、３ｄｂを設けると、磁石５との対向面積が図１のごとく大きくなり、その結果として磁石５からの磁束流入量が多くなり、ロータ４には大きな駆動力が与えられることになる。

しかし、磁石５からの磁束流入量が多くなると、それに応じて騒音の原因となるコギングトルクが増大する。また、上記上、下に伸ばした延長部３ｄａ、３ｄｂの折り曲げ部分は、折り曲げ加工の際に起こる加工歪によって磁気特性の劣化が起こるため、延長部３ｄａ、３ｄｂの幅（軸方向）を大きくするほど、磁気飽和は顕著になりコギングトルクは増大する。

従来ではステータ３の磁極基部３ｃで発生するコギングトルクと、延長部３ｄａ、３ｄｂで発生するコギングトルクを打ち消し、全体のコギングトルクの低減を図っていたが、駆動力を大きくするために、延長部３ｄａ、３ｄｂを大きくすることで、コギングトルクを打ち消せなくなる。

しかし、本発明では、図３に示すように上記上、下に伸ばした延長部３ｄａ、３ｄｂの形状がそれぞれ異なるため、ステータ３の磁極基部３ｃで発生するコギングトルクと上側に伸ばした延長部３ｄａで発生するコギングトルクと重ね合わせたコギングトルクを、打ち消すことの出来るコギングトルクを下側に伸ばした延長部３ｄｂで発生させることにより、駆動力を大きくした場合でも、コギングトルクを低減することが可能となる。

延長部３ｄａ、３ｄｂの形状を様々な形状にすることでコギングトルク波形や大きさを変化させることが出来るが、図３に示すように、上側の延長部３ｄａの横面の端部３ｆと隣り合う延長部３ｄａの端部３ｆの距離である、スロットオープン３ｅａの距離を、下側の延長部３ｄｂにおけるスロットオープン３ｅｂの距離と異なるようにすることで、磁極基部３ｃと上下の延長部３ｄａ、３ｄｂで発生するコギングトルクが互いに打ち消し合い、その結果、モータ２として発生するコギングトルクを低減することが出来る。

図４（ａ）はステータ３の磁極基部３ｃで発生するコギングトルクで、図４（ｂ）は上側の延長部３ｄａで発生するコギングトルクで、図４（ｃ）は下側に伸ばされた延長部３ｄｂで発生するコギングトルクを示している。ステータ３の磁極基部３ｃで発生するコギングトルクと、上、下に伸ばされた延長部３ｄａ、３ｄｂで発生するコギングトルクを重ね合わせることで、図４（ｄ）に示すモータ２全体としてのコギングトルクを低減することが可能となる。

（実施の形態２）
第１の実施の形態では、図５（ａ）に示すように、磁石５と延長部３ｄａ、３ｄｂの距離が一定の場合を示したが、本実施の形態では、図５（ｂ）に示すように、延長部３ｄａ、３ｄｂの磁石５との距離が端部３ｆに向かうにつれ大きくなっていくようにしている。延長部３ｄａ、３ｄｂと磁石５との距離が端部３ｆに向かうにつれ大きくなることで、距離が一定の場合（実施形態１）と比較して、延長部３ｄａ、３ｄｂで発生する磁気飽和を低減することが出来るため、延長部３ｄａ、３ｄｂで発生するコギングトルクが低減できる。

また、図５（ｂ）に示すように延長部３ｄａ、３ｄｂの形状を１つの平面で構成した場合、延長部３ｄａ、３ｄｂを構成する際、折り曲げ部分を直線状にすることで、円弧状に折り曲げる場合（実施形態１）と比較して、板状体の折り曲げ加工の際に起こる加工歪によって板状体の磁気特性の劣化が起こる領域を小さくすることが出来るため、磁気飽和が発生しにくくなり、結果コギングトルクの増加を低減することができる。また、磁気飽和が発生しにくくなることで鉄損を低減することができ、駆動効率の向上も図ることが出来る。

（実施の形態３）
本実施の形態では、図６に示すように、折り曲げる板状体を複数（図面では２枚）としたものである。積層体の最外層を含む複数の板状体を曲げることで、折り曲げ部分に発生する磁気飽和を緩和させることにより、さらに駆動効率の向上を図りつつ、コギングトルクを低減することができるものとなる。

以上のごとく、本発明によればモータの駆動効率を向上させ、なおかつコギングトルクを低減することが出来る。したがって、空調機や洗濯機などの各種電気機器に適用が可能であり、効率の向上および静音性能の向上に貢献できるものである。

２ モータ
３ ステータ
３ａ 磁極
３ｂ 磁路
３ｃ 磁極基部
３ｄ、３ｄａ、３ｄｂ 延長部
３ｅａ、３ｅｂ スロットオープン
３ｆ 端部
４ ロータ
５ 磁石
６ コイル
７ シャフト

Claims (7)

1. 円周方向に複数の磁極を配置したステータと、前記ステータに対向して回転自在に配置され、周面に複数の磁石が配置されたロータとを備え、前記ステータは板状体を複数積層して形成し、この積層体の少なくとも最外層を含む板状体を軸方向それぞれに曲げた延長部を形成し、それぞれの前記延長部の形状が異なることを特徴とするモータ。
2. 一方の延長部の端部と隣り合う磁極の延長部の端部との距離が、他方の延長部における当該距離と異なることを特徴とした請求項１記載のモータ。
3. 一方の前記延長部の軸方向の長さが、他方の延長部の長さと異なることを特徴とした請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記延長部と前記磁石との距離が、一定であることを特徴とした請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ。
5. 前記延長部と前記磁石との距離が、前記延長部の端部に向かうにつれて大きくなることを特徴とした請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ。
6. 前記延長部は、１つの平面で構成されたことを特徴とした請求項５記載のモータ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータを備えた電気機器。

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