JP2017060391A - 単相永久磁石モータ - Google Patents

Abstract

【課題】新規な単相永久磁石モータを提供する。【解決手段】本発明は、ステータコア及び永久磁石ロータを含む単相永久磁石モータを提供する。ステータコアは、末端部分と、末端部分から延びる２つのアーム部分とを含む。各アーム部分は、末端部分に連結された連結アームと、連結アームの遠位端に形成された極爪とを含む。２つの極爪は収容空間を定める。ロータは、ステータコアの収容空間内に回転可能に配置される。ロータは、磁性材料で作製されていたロータコアと、ロータコアに取り付けた少なくとも１つの永久磁石とを含む。【選択図】図５

Description

本発明は、単相モータに関し、詳細には、単相永久磁石モータのステータコアに関する。

単相永久磁石モータは、通常、ステータコア、ステータ巻線及び永久磁石ロータを含む。ステータコアは、略Ｕ字形であり、一対の磁極アームを含む。磁極アームの遠位端に一対の磁極が形成される。永久磁石ロータは、ステータコアの磁極間に回転可能に配置される。永久磁石ロータは、回転軸と、回転軸にオーバモールドプロセスを使用して固定された永久磁石部材とを含む。本発明は、新規な単相永久磁石モータを提供する。

従って、本発明は、ステータコアと永久磁石ロータとを含む単相永久磁石モータを提供する。ステータコアは、末端部分と、末端部分から延びる２つのアーム部分とを含む。各アーム部分は、末端部分に連結された連結アームと、連結アームの遠位端に形成された極爪とを含む。２つの極爪は収容空間を定める。永久磁石ロータは、ステータコアの収容空間に回転可能に配置される。ロータは、磁性材料で作製されたロータコアと、ロータコアに取り付けた少なくとも１つの永久磁石とを含む。

好ましくは、永久磁石は、ロータコアの外壁面に取り付けられる

好ましくは、ロータは、永久磁石を包み込む成形ホルダをさらに備える。

好ましくは、成形ホルダは、射出成形によって一体形成される。

好ましくは、２つの極爪は離間してそれらの間にスロット開口部が形成され、スロット開口部の幅は、ステータコアとロータとの間に形成された空隙の４倍未満である。

好ましくは、２つの極爪は離間してそれらの間にスロット開口部が形成され、スロット開口部の幅は、ステータコアとロータの間とに形成された最小空隙の２倍未満である。

好ましくは、各極爪は、連結アームから他方の極爪に向かって延びる壁部分を含み、２つの極爪の２つの壁部分は、反対方向に延びてそれらの間にスロット開口部を定める。

好ましくは、２つの極爪はロータを取り囲む弧状極面を形成し、各磁極の弧状極面は内向きに窪んで起動溝を形成し、起動溝は極爪の中心軸線からオフセットし、２つの起動溝は、円周方向に沿って１８０度だけ離間する。

好ましくは、ロータのロータコアは、中空かつ円筒状であり、回転軸を受け入れるための中心貫通穴を定める。

好ましくは、少なくとも１つの永久磁石は２つの離間した永久磁石を含み、成形ホルダは、永久磁石の外壁面を覆う外側リングと、２つの永久磁石の間の空間を埋める２つの側版とを有し、側板は外側リングに一体的に連結される。

好ましくは、永久磁石の内壁面はロータコアに取り付けられ、外壁面は、円弧面と、円弧面の２つの端部に形成された２つの平面とを含み、外壁面の円弧面は内壁面と同軸であり、内壁面と外壁面の２つの平面との間に２つの接続壁面が形成され、２つの接続壁面は同一平面上にある。

好ましくは、接続壁面は平面に垂直であり、２つの永久磁石の同じ側部の平面は同一平面上にある。

好ましくは、末端部分及びアーム部分は、それぞれ複数の積層体を積み重ねることにより形成されて機械的に連結され、アーム部分及び末端部分の一方は係止溝を形成し、アーム部分及び末端部分の他方は係止ブロックを形成し、係止ブロックは、係止溝に係合してアーム部分と末端部分とを連結する。

本発明の１つの実施形態による単相永久磁石モータを示す。 図１に示すモータのステータコアの分解組立図である。 図１に示すモータの永久磁石ロータの分解組立図である。 図１に示すモータの永久磁石の平面図である。 図１に示すモータの平面図である。

各図は縮尺通りではなく、同様の構造又は機能の要素は、図全体を通して例示の目的で、概して同じ符号で示される点に留意されたい。各図は、好ましい実施形態の説明を容易にすることだけを意図する点にも留意されたい。各図は、説明された実施形態の全ての態様を示すものではなく、本開示の範囲を限定しない。

図１には、本発明の１つの実施形態による単相永久磁石モータが示される。モータは、ステータコア１０と、ステータコア１０の周りに巻き付けた巻線（図示せず）と、ステータコア１０内に回転可能に配置された永久磁石ロータ１２とを含む。この実施形態では、ステータコア１０は、略Ｕ字形であり、ロータは、ステータコア１０に定めたロータ収容空間内に収容することが好ましい。ステータコア１０は一対の磁極を形成し、それらは、ロータ１２の磁極と相互作用し、ロータ１２を押し進めて回転させる、各図には、モータの一部、例えば、巻線、巻線の電流を制御するための制御回路、モータハウジング等が示されていないが、それらは公知の単相永久磁石モータと同様に構成することができる。

ステータコア１０は、フェライトなどの軟磁性材料から作製することができる。図２及び図５を参照すると、ステータコア１０は、末端部分１４と、末端部分１４から外向きに垂直に延びる磁極アーム１６とを含む。この実施形態では、末端部分１４と磁極アーム１６とは、別個に形成され、次いで機械的な連結部によって互いに連結されており、これにより巻線の巻付けが容易になる。末端部分１４には、２つの係止溝１８が形成される。磁極アーム１６は外向きに突出しており、対応する係止ブロック２０を形成する。係止ブロック２０は、それぞれ係止溝１８に軸方向に沿って挿入され、磁極アーム１６を末端部分１４に連結する。好ましくは、係止ブロック２０はダブテール形状であり、係止溝１８は係止ブロック２０と係合する形状とされ、結果的に係止ブロック２０と係止溝１８との間の連結が強化され、それらの間の係合解除を防止するようになっている。別の実施形態では、係止溝１８は磁極アーム１６に形成することができ、係止ブロック２０はこれに対応して末端部分１４に形成され、磁極アーム１６と末端部分１４とは、同様に連結されてステータコア１０を形成する。

末端部分１４及び磁極アーム１６の各々は、ケイ素鋼板などの複数の積層体を積み重ねて作製することが好ましい。各図は、積層体を積み重ねた後の末端部分１４及び磁極アーム１６の全体形状を示すだけであり、多数の積層の特定の構造を示すものではない。積層体の組付けを容易にするため、各積層体には対応する組付穴２２が形成される。この実施形態では、組付穴２２は凹形の止まり穴であり、積層体には止まり穴に対応する突出部が形成される。積層体を積み重ねる際に、１つの積層体の突出部は、隣接する積層体の組付穴に係合され、それらの間に機械的な連結部が形成される。末端部分１４及び磁極アーム１６は、それぞれこの方法によって形成される。

磁極１６は、２つの別個のアーム部分２４を含む。２つのアーム部分２４は、互いに平行に配置されかつ離間して、実質的に対称な構造を有する。各アーム部分２４は細長い形状であり、連結アーム２６と、連結アーム２６の遠位端に形成された２つの極爪２８とを含む。２つの連結アーム２６は互いに平行に配置される。各連結アーム２６の末端部分１４に向かう端面は、外向きに突出して、かかる１つ係止ブロック２０を形成する。末端部分１４は、全体として直方体の形態であり、２つの側部に係止溝１８が形成され、２つの連結アーム２６の係止ブロック２０に連結する。２つの極爪２８は、末端部分１４から離れて位置し、ステータコア１０の一対の磁極として機能する。巻線に通電すると、磁極が反対の極性を有するように極性化される。２つの極爪２８は、互いに対向及び離間し、協働してロータ１２を収容するための空間３０を定める。２つの極爪２８の対向する内側面は、窪んだ２つの弧状極面３２を形成する。弧状極面３２は、空間３０を取り囲み、ロータ１２の外側面に対面及び離間し、その間に空隙が形成される。

この実施形態では、各極爪２８は略Ｃ字形であり、２つの円周方向側部は、それぞれ連結アーム２６に対して横方向外向きに突出して２つの壁部分３４を形成する。壁部分３４は、末端部分１４と略平行であり、２つの連結アーム２６の間の空間に位置する。好ましくは、壁部分３４の延在長さは、各連結アーム２６の間の空間の幅の半分よりも小さい。従って、アーム部分２４の組み立て後、２つの極爪２８の壁部分３４は、それらの間に小さなスロット開口部３６を形成した状態で互いに向かい合う。スロット開口部３６は、２つの連結アーム２６の間の空間の中間に対面するように位置する。スロット開口部３６の幅は、連結アーム２６間の空間の幅よりもはるかに小さく、結果として弧状極面３２の円周方向の不連続部の幅が、既存の磁極構造と比較して著しく減少しており、それによりコギングトルクが効果的に低下し、ロータ１２が円滑に回転して騒音が減少する。

好ましくは、スロット開口部３６の幅は、ステータコア１０とロータ１２との間の空隙の４倍未満である。より好ましくは、スロット開口部３６の幅は、空隙の幅の２倍未満である。加えて、２つのスロット開口部３６の幅は異なることができ、すなわち、弧状極面３２は、円周方向に沿って異なる位置及び異なる幅で中断することができる。この場合、弧状極面３２における不連続部の最小幅は、弧状極面３２とロータ１２との間の空隙の幅の３倍未満であり、これにより最大限、磁気漏れが低減すると同時にコギングトルクが低下する。

好ましくは、弧状極面３２には内向きに窪んだ起動溝３８が形成される。起動溝３８は、極爪２８の中心軸線Ｘ（図５）から所定の角度だけオフセットする。この実施形態では、２つの起動溝３８は、それぞれ２つの極爪２８上に設けられる。一方の起動溝３８は、対応する一方の極爪２８の内側端において壁部分３４に隣接して配置され、他方の起動溝３８は、対応する他方の極爪２８の外側端において壁部分３４に隣接して配置される。２つの起動溝３８は、円周方向に沿って１８０度だけ離間する。弧状極面３２及びロータ１２は、起動溝３８の領域で最大の空隙を有し、モータが電源オフとなりロータの回転が停止した場合に、ロータ１２の極軸線が極爪２８の中心軸線Ｘから所定の角度だけオフセットし、ロータが死点で停止するのを防止して、通電時にモータがうまく始動することを保証する。

また、図３から図５を参照すると、永久磁石ロータ１２は、回転軸６２、回転軸６２に固定されたロータコア４２、及びロータコア４２に取り付けられた２つの永久磁石４４を含む。

好ましくは、ロータコア４２は、フェライトのような軟磁性材料で作られおち、全体的に円筒の形態である。好ましくは、ロータコア４２は、その中心に回転軸が貫通することを可能にする貫通穴４８を定める。２つの永久磁石４４は、ロータコア４２の外壁面に取り付けられかつ対称に配置される。２つの永久磁石４４は、円周方向で互いに離間する。２つの永久磁石４４は、半径方向に磁化されて反対の極性を有する。本実施形態では、各永久磁石４４は、略半環形状であり、円周方向でロータコア４２のほぼ半円周を覆う。永久磁石４４は、半径方向の外壁面５０と、半径方向の内壁面５２と、外壁面５０と内壁面５２とを接続する２つの同一平面にある接続壁面５４とを含む。好ましくは、外壁面５０及び内壁面５２は互いに同軸上にあり、内壁面５２はロータコア４２の外壁面へ取り付けられる。外壁面５０は、円弧面５６と、円弧面５６の２つの円周方向端から接続壁面５４に延びる２つの平面５８とを含む。ロータ１２と同軸の円弧面５６は、永久磁石４４の弧状極面として機能する。２つの平面５８は、互いに平行に配置され、接続壁面５４に接続して位置決めを容易にする。

２つの永久磁石４４の接続壁面５４は、互いに対向しかつ互いに平行に配置される。２つの永久磁石４４の接続壁面５４は互いに離間する。２つの永久磁石４４の２つの円弧面５６は、ロータ１２と同軸の円筒面上に位置する。２つの永久磁石４４の同じ側での２つの平面５８は同一平面上にある。

本発明による単相永久磁石モータのロータの永久磁石４４は、磁気伝導性のロータコア４２に固定され、これによりロータの磁界強度を高くすること、従ってモータの出力密度を増大させることができる。

好ましくは、ロータは成形ホルダ４６をさらに含み、成形ホルダ４６は、永久磁石４４を包み込んで永久磁石４４とロータコア４２との間の接続強度を強化する。成形ホルダ４６は、射出成形によって形成することができる。成形プロセスにおいて、ロータコア４２及び永久磁石４４を金型内に配置し、プラスチックを金型に注入してロータコア４２及び永久磁石４４の周りに成形ホルダ４６を形成し、結果としてロータ１２を１つの部品に仮組み立てする。このようなロータ１２の形成は容易である。成形ホルダ４６は、永久磁石４４の全ての外壁面５０を覆い、永久磁石４４とロータコア４２との間の隙間を塞ぐ。成形ホルダ４６は、永久磁石４４を取り囲む外側リング６０と、２つの永久磁石４４の間の隙間を塞ぐ２つの側板６４とを含む。外側リング６０の外側面は、ロータコア４２と同軸の概して標準的な円筒面である。側板４６は、外側リング４４に一体的に連結した外側端と、ロータコア４２の外壁面へ一体的に連結した内側端とを有し、２つの永久磁石４４を分離する。

本発明の上記の実施形態では、ステータコア１０の２つの極爪２８は、外向きに延びて壁部分３４を形成し、各壁部分３４は、狭いスロット開口部３６を定め、それによって可能な限り磁気漏れを効果的に減少させると同時にコギングトルクを低下させる。永久磁石ロータ１２はロータコア４２を含み、永久磁石４４はロータコア４２の外側面に固定され、これによってロータの磁界強度が高くなり、ひいてはモータの出力密度が増大する。加えて、ロータ１２のロータコア４２及び永久磁石４４は、成形ホルダ４６によって一体に連結されるので、ロータ１２を１つの部品に仮組み立てすることができ、ロータ１２の組み立て及び輸送が容易になる。

本発明は、１つ又はそれ以上の好ましい実施形態を参照して説明されるが、当業者であれば種々の修正が可能であることを理解されたい。従って、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照することによって決定される。

１０ ステータコア
１２ 永久磁石ロータ
１４ 末端部分
２４ アーム部分
２６ 連結アーム
２８ 極爪
３０ 空間
３２ 弧状極面
３４ 壁部分
３６ スロット開口部
３８ 起動溝
４２ ロータコア
４４ 永久磁石
４６ 成形ホルダ
Ｘ 中心軸線

Claims (13)

1. 単相永久磁石モータであって、
   末端部分と、前記末端部分から延びる２つのアーム部分とを含むステータコアであって、前記各アーム部分が、前記末端部分に連結された連結アームと前記連結アームの遠位端に形成された極爪とを有し、前記２つの極爪が収容空間を定める、ステータコアと、
   前記ステータコアの前記収容空間に回転可能に配置された永久磁石ロータであって、前記永久磁石ロータが、ロータコアと、前記ロータコアに取り付けられた少なくとも１つの永久磁石とを含み、前記ロータコアが磁性材料で作製される、永久磁石ロータと、
   を備える、単相永久磁石モータ。
2. 前記永久磁石は、前記ロータコアの外壁面に取り付けられる、請求項１に記載の単相永久磁石モータ。
3. 前記ロータは、前記永久磁石を包み込む成形ホルダをさらに備える、請求項１又は２に記載の単相永久磁石モータ。
4. 前記成形ホルダは、射出成形によって一体形成される、請求項３に記載の単相永久磁石モータ。
5. 前記２つの極爪は、離間してそれらの間にスロット開口部が形成され、前記スロット開口部の幅は、前記ステータコアと前記ロータとの間に形成された空隙の４倍未満である、請求項１から４のいずれかに記載の単相永久磁石モータ。
6. 前記２つの極爪は、離間してそれらの間にスロット開口部が形成され、前記スロット開口部の幅は、前記ステータコアと前記ロータとの間に形成された最小空隙の２倍未満である、請求項１から５のいずれかに記載の単相永久磁石モータ。
7. 前記極爪の各々は、前記連結アームから他方の極爪に向かって延びる壁部分を含み、前記２つの極爪の２つの壁部分は、反対方向に延びてそれらの間にスロット開口部を定める、請求項１から６のいずれかに記載の単相永久磁石モータ。
8. 前記２つの極爪は、前記ロータを取り囲む弧状極面を形成し、前記磁極の各々の前記弧状極面は、内向きに窪んで起動溝を形成し、前記起動溝は、前記極爪の中心軸線からオフセットし、前記２つの起動溝は、円周方向に沿って１８０度だけ離間する、請求項１から７のいずれかに記載の単相永久磁石モータ。
9. 前記ロータの前記ロータコアは、中空かつ円筒状であり、回転軸を受け入れるための中心貫通穴を定める、請求項３に記載の単相永久磁石モータ。
10. 前記少なくとも１つの永久磁石は２つの離間した永久磁石を含み、前記成形ホルダは、前記永久磁石の外壁面を覆う外側リングと、前記２つの永久磁石の間の空間を埋める２つの側版とを有し、前記側板は前記外側リングに一体的に連結される、請求項３に記載の単相永久磁石モータ。
11. 前記永久磁石の内壁面は前記ロータコアに取り付けられ、外壁面は、円弧面と、前記円弧面の２つの端部に形成された２つの平面とを含み、前記外壁面の前記円弧面は、前記内壁面と同軸であり、前記内壁面と前記外壁面の前記２つの平面との間に２つの接続壁面が形成され、前記２つの接続壁面は同一平面上にある、請求項１０に記載の単相永久磁石モータ。
12. 前記接続壁面は前記平面に垂直であり、前記２つの永久磁石の同じ側の前記平面は同一平面上にある、請求項１１に記載の単相永久磁石モータ。
13. 前記末端部分及び前記アーム部分は、それぞれ複数の積層体を積み重ねることによって形成されて機械的に連結され、前記アーム部分及び前記末端部分の一方は係止溝を形成し、前記アーム部分及び前記末端部分の他方は係止ブロックを形成し、前記係止ブロックは、前記係止溝に係合してアーム部分と末端部分とを連結する、請求項１から１２のいずれかに記載の単相永久磁石モータ。