JP2017077161A - ブラシレスモータ - Google Patents
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Abstract
【課題】小型でエネルギー変換効率の高いブラシレスモータを提供する。【解決手段】ブラシレスモータが、ステータ及びロータを含む。ステータは、ステータコアと、2つの巻線とを含む。ステータコアは、ヨークと、2つの対向する第1の歯と、2つの第2の歯とを含む。巻線は、2つの第1の歯にそれぞれ巻き回される。第2の歯には、巻線が巻かれない。第1の歯と第2の歯は、交互に配置される。ロータは、第1の歯及び第2の歯の磁極片によって協働的に囲まれた空間内に受け入れられる。ロータの外周面と、第1の歯及び第2の歯のそれぞれの磁極片との間には空隙が形成される。各空隙は、半径方向厚さが不均一である。【選択図】図4
Description
本発明は、モータの分野に関し、特にブラシレスモータに関する。
ブラシレスモータは、小型、高信頼性、長寿命及び低騒音という利点があるため広く使用されている。ブラシレスモータのステータは、各々がステータ極を形成する複数のステータ歯を有するステータコアと、ステータ歯にそれぞれ巻き回された巻線とを含む。一般に、所定のサイズのモータでは、ステータ歯の数が多ければ多いほど、隣接するステータ歯間の磁路が短くなり、モータ動作中の鉄損が低下し、エネルギー変換効率が高くなる。しかしながら、ステータ歯の数が多いと巻線材料の消費量が増し、より多くの空間を占め、用途によっては制約されることも多い。
従って、小型でエネルギー変換効率の高いブラシレスモータが望まれている。
ブラシレスモータが、ステータ及びロータを含む。ステータは、ステータコアと、2つの巻線とを含む。ステータコアは、ヨークと、2つの対向する第1の歯と、2つの第2の歯とを含む。巻線は、2つの第1の歯にそれぞれ巻き回される。第2の歯には、巻線が巻かれない。第1の歯と第2の歯は、交互に配置される。ロータは、第1の歯及び第2の歯の磁極片によって協働的に囲まれた空間内に受け入れられる。ロータの外周面と、第1の歯及び第2の歯のそれぞれの磁極面との間には、空隙が形成される。各空隙は、半径方向厚さが不均一である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1及び図2に示すように、本発明のブラシレスモータ500は、ステータ100と、ステータ100に対して回転自在なロータ200とを含む。
ステータ100は、ステータコア101と、ステータコア101に取り付けられたいくつかの取り付けブラケット112と、取り付けブラケット112にそれぞれ巻き回されたいくつかの巻線102と、ステータコア101に取り付けられた第1の支持ブラケット109及び第2の支持ブラケット110とを含む。ステータコア101は、磁性導電材料で作製される。第1の支持ブラケット109及び第2の支持ブラケット110は、ロータ200の回転軸201を支持するようにステータコア101の2つの軸方向側部にそれぞれ取り付けられる。具体的には、ステータコア101は、締結具111が貫通できる貫通穴を有する。第1の支持ブラケット109及び第2の支持ブラケット110は、これらの間にステータコア101を挟装固定するように軸方向締結具111によって接続される。第1の支持ブラケット109及び第2の支持ブラケット110の各々は、一体形成部材であることが好ましい。第1の支持ブラケット109及び第2の支持ブラケット110は、軸受109b、110bをそれぞれ取り付けるための環状ハブ109a、110aを含む。軸受109b、110bは、ロータ200がステータ100に対して回転できるようにロータ200の回転軸201を支持するために使用される。
第1の実施形態
図3に示すように、この実施形態のブラシレスモータは単相ブラシレスモータである。ステータコア101は、ヨーク103と、2つの対向する第1の歯104と、2つの対向する第2の歯105とを含む。ヨーク103は、2つの第1の歯104がそれぞれ従属する2つの弓形の側壁103aと、2つの第2の歯105がそれぞれ従属する2つの平坦な側壁103bとを含む。弓形の側壁103a及び平坦な側壁103bは、端部同士が交互に接続されて環状構造を形成する。2つの弓形の側壁103a及び2つの平坦な側壁103bは、製造を容易にするために一体形成される。当然ながら、2つの弓形の側壁103a及び2つの平坦な側壁103bは、別個に形成することもできる。
図3に示すように、この実施形態のブラシレスモータは単相ブラシレスモータである。ステータコア101は、ヨーク103と、2つの対向する第1の歯104と、2つの対向する第2の歯105とを含む。ヨーク103は、2つの第1の歯104がそれぞれ従属する2つの弓形の側壁103aと、2つの第2の歯105がそれぞれ従属する2つの平坦な側壁103bとを含む。弓形の側壁103a及び平坦な側壁103bは、端部同士が交互に接続されて環状構造を形成する。2つの弓形の側壁103a及び2つの平坦な側壁103bは、製造を容易にするために一体形成される。当然ながら、2つの弓形の側壁103a及び2つの平坦な側壁103bは、別個に形成することもできる。
この実施形態では、第1の歯104と弓形の側壁103aとが別個に形成される。第1の歯104の各々は、対応する一方の弓形の側壁103aに凹凸係合構造で接続される。凹凸係合構造は、第1の歯104の端部に形成された蟻ほぞ状凸部121と、弓形の側壁103a内に定められた蟻溝状凹部122とを含む。蟻ほぞ状凸部121は、蟻溝状凹部122に係合して、第1の歯104と弓形の側壁103aとを係止接続する。第1の歯104は、各弓形の側壁103aとそれぞれ一体形成することもできると理解されたい。第2の歯105と平坦な側壁103bとは、それぞれ一体形成される。或いは、第1の歯104と弓形の側壁103aが別個に形成され、第2の歯105と平坦な側壁103bも別個に形成される。
図4に示すように、各取り付けブラケット112は、上側ブラケット部分113及び下側ブラケット部分114を含む。上側ブラケット部分113及び下側ブラケット部分114は、それぞれ第1の歯104のうちの一方の歯の2つの対向する軸端に、第1の歯104の2つの軸端面をそれぞれ覆うように取り付けられる。上側ブラケット部分113は、上側ボビング(upper bobbing)113aと、上側ボビング113aの半径方向外端部から上側ボビング113aの両側に沿って延びる2つのL字形の保護板113bとを含む。下側ブラケット部分114は、下側ボビング(lower bobbing)114aと、下側ボビング114aの半径方向外端部から下側ボビング114aの両側に沿って延びる2つのL字形の保護板114bとを含む。巻線102は、上側ボビン部分113a及び下側ボビン部分114aにそれぞれ巻き回され、取り付けブラケット112によってステータコア101から絶縁分離される。
巻線102は、2つの第1の歯104のみに巻かれて、同じ極性の2つの主ステータ極を形成する。2つの第2の歯105には巻線102が巻かれずに、主極の極性とは逆の極性の2つの補助極を形成する。2つの第1の歯104と2つの第2の歯105とがヨーク103の円周方向に沿って交互に配置されるので、主極と補助極が交互に配置されるようになる。従って、この実施形態のモータ500は、たった2つの巻線120で4つのステータ極を形成することにより、モータ500の効率を高めながらコストを削減することができる。また、第2の歯105には巻線が巻かれないので、第2の歯105の長さが短くなり、従って空間を節約することもできる。
各第1の歯104は、円周方向に沿ってそれぞれ反対方向に延びる2つの主磁極片104a、104bを含み、各第2の歯105は、円周方向に沿ってそれぞれ反対方向に延びる2つの補助磁極片105a、105bを含む。主磁極片104a、104bの半径方向厚さは、その延びる方向に沿って次第に減少する。補助磁極片105a、105bの半径方向厚さも、その延びる方向に沿って次第に減少する。隣接する主磁極片の遠位端と補助磁極片の遠位端は互いに分離されて、これらの間にスロット開口部106を定める。スロット開口部106は、磁気漏れを低減してモータ500の出力密度を増加させることにより、モータ50の動作効率を高めることができる。
このモータは単相ブラシレスモータであるため、第1の歯104及び第2の歯105の各々は、ロータ200に面する位置決め溝108を定める。各第1の歯104の位置決め溝108は、2つの主磁極片104a、104b間に位置し、第1の歯104の円周方向中心線上に位置することが好ましい。各第2の歯105の位置決め溝108は、2つの補助磁極片105a、105b間に位置し、第2の歯105の円周方向中心線上に位置することが好ましい。各位置決め溝108は、円弧形の断面を有する。位置決め溝108を設けることにより、モータ500が死点位置で停止するのを効果的に防ぎ、従ってモータ50の起動能力を高めることができる。さらに、位置決め溝108を第1の歯104及び第2の歯105の円周方向中心線に配置すると、モータ500に双方向起動能力が与えられる。
ロータ200は、2つの第1の歯104の主磁極片104a、104bと、2つの第2の歯105の補助磁極片105a、105bとによって協働的に定められた空間内に受け入れられる。ロータ200の外周面は、同じ円上に位置する。ロータ200の外周面と、第1の歯104及び第2の歯105のそれぞれの磁極面との間には、ロータ200がステータ100に対して回転できるように空隙107が形成される。これらの磁極面は、ロータ200に面する各第1の歯104の主磁極片104a、104b、及び各第2の歯105の補助磁極片105a、105bの端面である。
この実施形態では、空隙107の各々が不均一な厚みを有するとともに、第1の歯104及び第2の歯105のうちの対応する歯の中心線に関して非対称であることにより、モータ500は、逆の起動方向において異なる起動能力を有するようになる。具体的には、各第1の歯104の主磁極片104a及び104bの円周方向長さは互いに等しい。主磁極片104aの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である。主磁極片104bの磁極面は、ロータ200の外周面から偏心し、すなわち主磁極片104bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心からオフセットされる。また、主磁極片104aの半径方向厚さは、主磁極片104bの半径方向厚さよりも大きい。各第2の歯105の補助磁極片105a及び105bの円周方向長さは互いに等しい。補助磁極片105aの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である。補助磁極片105bの磁極面は、ロータ200の外周面から偏心し、すなわち補助磁極片105bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心からオフセットされる。また、補助磁極片105aの半径方向厚さは、補助磁極片105bの半径方向厚さよりも大きい。不均一な厚みの非対称な空隙107を設けることによってコギングトルク曲線が変化し、従ってモータ500の性能を最適化することができる。
別の実装では、各第1の歯104の主磁極片104a及び104bの円周方向長さが互いに等しい。各第1の歯104の主磁極片104a及び104bの磁極面は、同じ円周面上には位置するがロータ200の外周面から偏心し、すなわち主磁極片104a及び104bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心からオフセットされる。各第2の歯105の補助磁極片105a及び105bの円周方向長さは互いに等しい。各第2の歯105の補助磁極片105a及び105bの磁極面は、同じ円周面上には位置するがロータ200の外周面から偏心し、すなわち補助磁極片105a及び105bの各磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心からオフセットされる。従って、空隙107は不均一な厚みを有し、第1の歯104及び第2の歯105のうちの対応する歯の中心線に関して非対称である。
さらに別の実装では、各第1の歯104の主磁極片104a及び104bの円周方向長さが互いに等しくない。各第1の歯104の主磁極片104a及び104bの磁極面は、同じ円周面上には位置するがロータ200の外周面から偏心し、すなわち主磁極片104a及び104bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心からオフセットされる。各第2の歯105の補助磁極片105a及び105bの円周方向長さは互いに等しくない。各第2の歯105の補助磁極片105a及び105bの磁極面は、同じ円周面上には位置するがロータ200の外周面から偏心し、すなわち補助磁極片105a及び105bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心からオフセットされる。従って、空隙107は不均一な厚みを有し、第1の歯104及び第2の歯105のうちの対応する歯の中心線に関して非対称である。
スロット開口部106は、空隙107の最小半径方向厚さの4倍以下の幅を有し、この結果、モータ500の動作が安定して信頼性が高くなり、起動能力が強くなる。スロット開口部106の幅は、空隙107の最小半径方向厚さよりも大きく、空隙107の最小半径方向厚さの3倍以下であることが好ましい。
図5を参照すると、この実施形態では、ロータ200が、回転軸201と、回転軸201に固定されたロータコア202と、ロータコア202の外周面に取り付けられた複数の永久磁石203と、保持部材204とを含む。保持部材204は、ロータコア202の周囲に取り付けられて永久磁石203をきつく取り囲み、従って永久磁石203が緩まないように保持する。この実施形態では、永久磁石203の数が4である。永久磁石203は、ロータコア202と同じ曲率の円弧形であり、半径方向厚さが等しいことが好ましい。
図6に、別のロータ200の構造を示す。上記の第1の実施形態とは異なり、保持部材204は、樽状の主要部分205と、主要部分205の両軸端にそれぞれ接続された2つの接続部分206とを含む。主要部分205は、永久磁石203をきつく取り囲み、2つの接続部分206は、回転軸201に接続される。保持部材204は、永久磁石203、ロータコア202及び軸201にオーバーモールドされた一体形成部材であることが好ましい。
第2の実施形態
図7を参照すると、この実施形態は、主に空隙107の各々が均一な厚みを有し、第1の歯104及び第2の歯105のうちの対応する歯の中心線に関して対称である点で第1の実施形態と異なる。従って、コギングトルク及び起動角を規定通りに設計することができ、両方向に同じ起動能力がモータ500に与えられる。
図7を参照すると、この実施形態は、主に空隙107の各々が均一な厚みを有し、第1の歯104及び第2の歯105のうちの対応する歯の中心線に関して対称である点で第1の実施形態と異なる。従って、コギングトルク及び起動角を規定通りに設計することができ、両方向に同じ起動能力がモータ500に与えられる。
具体的には、各第1の歯104の主磁極片104a及び104bの円周方向長さは互いに等しい。各第1の歯104の主磁極片104a及び104bの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である同じ円周面上に位置し、すなわち主磁極片104a及び104bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心と一致する。各第2の歯105の補助磁極片105a及び105bの円周方向長さは互いに等しい。各第2の歯105の補助磁極片105a及び105bの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である同じ円周面上に位置し、すなわち補助磁極片105a及び105bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心と一致する。
この実施形態では、主磁極片104a、104b及び補助磁極片105a、105bの磁極面が、ロータ200の外周面と同心である同じ円上に位置し、従って全ての空隙127が不均一であって厚みが等しい。
図8及び図9を参照すると、この実施形態では、ロータ200が、回転軸201と、回転軸201に固定されたロータコア202と、ロータコア202に埋め込まれた複数の永久磁石203とを含む。この実施形態では、永久磁石203の数が4である。図8に示すように、各永久磁石203は、その円周方向中心から2つの円周方向端部にかけて次第に減少する不均一な軸方向厚さを有する円弧形である。永久磁石の厚みは、均一な軸方向厚さを有することもできると理解されたい。図9に示すように、永久磁石203は、厚みが均一な正方形の永久磁石とすることもできると理解されたい。
図9には、別のロータ200構造を示している。ロータ200は、主に永久磁石203が均一な厚みの正方形である点で図8のロータ200と異なる。
第3の実施形態
図10を参照すると、この実施形態は、主に各空隙107が均一な厚みを有し、第1の歯104及び第2の歯105のうちの対応する歯の中心線に関して非対称である点で第1の実施形態及び第2の実施形態と異なる。
図10を参照すると、この実施形態は、主に各空隙107が均一な厚みを有し、第1の歯104及び第2の歯105のうちの対応する歯の中心線に関して非対称である点で第1の実施形態及び第2の実施形態と異なる。
具体的には、各第1の歯104の主磁極片104aの円周方向長さは、第1の歯104bの主磁極片104bの円周方向長さよりも大きい。各第1の歯104の主磁極片104a及び104bの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である同じ円周面上に位置し、すなわち主磁極片104a及び104bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心と一致する。各第2の歯105の補助磁極片105aの円周方向長さは、第2の歯105bの補助磁極片105bの円周方向長さよりも大きい。各第2の歯105の補助磁極片105a及び105bの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である同じ円周面上に位置し、すなわち補助磁極片105a及び105bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心と一致する。
各第1の歯104の主磁極片104a及び104bの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である同じ円周面上に位置し、すなわち主磁極片104a及び104bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心と一致する。各第2の歯105の補助磁極片105a及び105bの円周方向長さは互いに等しい。各第2の歯105の補助磁極片105a及び105bの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である同じ円周面上に位置し、すなわち補助磁極片105a及び105bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心と一致する。空隙107が均一な厚みを有して非対称であることにより、モータ500のコギングトルクを最適化できるとともに、モータ500に一方向の起動能力が与えられる。
ロータ200の構造は、図8のロータ200の構造と同様であり、従って本明細書では繰り返さない。モータ500は、図5及び図6に示すロータ200を使用することもできると理解されたい。
第4の実施形態
図11を参照すると、第2の実施形態とは異なり、位置決め溝108が、均一な厚みの非対称な空隙107が形成されることによってモータ50に一方向の起動能力が与えられるように、対応する第1の歯104及び第2の歯105の円周方向中心からオフセットされる。
図11を参照すると、第2の実施形態とは異なり、位置決め溝108が、均一な厚みの非対称な空隙107が形成されることによってモータ50に一方向の起動能力が与えられるように、対応する第1の歯104及び第2の歯105の円周方向中心からオフセットされる。
第5の実施形態
図12及び図13を参照すると、第3の実施形態とは異なり、ステータコア101が、軸方向に積み重なった第1のステータコア積層体101a及び第2のステータコア積層体101bを含む。第1のステータコア積層体101a及び第2のステータコア積層体101bの磁極片は、全てが同じ円周方向長さを有するわけではない。従って、第1のステータコア積層体101a及び第2のステータコア積層体101bは、スロット開口部106が円周方向にジグザグ状に配置される。例えば、第1のステータコア積層体101aの磁極片106aは、第2のステータコア積層体101bの磁極片106b上に積み重なっているが、その円周方向長さは磁極片106bの円周方向長さよりも小さい。
図12及び図13を参照すると、第3の実施形態とは異なり、ステータコア101が、軸方向に積み重なった第1のステータコア積層体101a及び第2のステータコア積層体101bを含む。第1のステータコア積層体101a及び第2のステータコア積層体101bの磁極片は、全てが同じ円周方向長さを有するわけではない。従って、第1のステータコア積層体101a及び第2のステータコア積層体101bは、スロット開口部106が円周方向にジグザグ状に配置される。例えば、第1のステータコア積層体101aの磁極片106aは、第2のステータコア積層体101bの磁極片106b上に積み重なっているが、その円周方向長さは磁極片106bの円周方向長さよりも小さい。
第1のステータコア積層体101aでは、各歯の2つの磁極片(例えば、第1の歯104の主磁極片104a、104b、又は第2の歯105の補助磁極片105a及び105b)の円周方向長さが等しくないことが好ましい。第2のステータコア積層体101bの各歯(例えば第1の歯104、第2の歯105)の2つの磁極片の円周方向長さも等しくない。第1のステータコア積層体101aは、180度回転した後には第2のステータコア積層体101bに変化し、すなわち第1のステータコア積層体101a及び第2のステータコア積層体101bは、製造を容易にするために同一構造を有することがさらに好ましい。積み重ねた際には、第1のステータコア101aの各第1の歯104の円周方向中心及び各第2の歯105の円周方向中心が、第2のステータコア101bの各第1の歯104の円周方向中心及び各第2の歯105の円周方向中心に対してモータ500の軸方向に整列し、この結果、スロット開口部106がジグザグ状に配置されて、磁気漏れを避けると同時にモータ500のコギングトルクを減少させる。第1のステータコア積層体101a及び/又は第2のステータコア積層体101aの各歯の2つの磁極片の長さが等しくないことにより、非対称な空隙107が形成されると理解されたい。また、様々な応用における異なる要件を満たすために、空隙107の厚みは均一にすることも、或いは第1の実施形態で説明したような様々な形で不均一にすることもできる。
この実施形態では、ステータコア101内で、第1のステータコア積層体101aの1つの層と、第2のステータコア積層体101bの1つの層とが交互に積み重なる。複数の第1のステータコア積層体101aを複数の第2のステータコア積層体101bと交互に積み重ねることもできると理解されたい。
第6の実施形態
図14及び図15を参照すると、この実施形態のステータコア101は、軸方向に積み重なった第1のステータコア積層体101a及び第2のステータコア積層体101bを含む。
図14及び図15を参照すると、この実施形態のステータコア101は、軸方向に積み重なった第1のステータコア積層体101a及び第2のステータコア積層体101bを含む。
ステータコア101の磁極面は、半径方向にジグザグ状になっている。例えば、第1のステータコア積層体101aでは、第1の歯の主磁極片104aの方が主磁極片104bよりもロータ200の近くまで延び、第2の歯の補助磁極片105aの方が補助片105bよりもロータ200の近くまで延びる。一方、第2のステータコア積層体101bでは、第1の歯の主磁極片104bの方が主磁極片104aよりもロータ200の近くまで延び、第2の歯の補助磁極片105bの方が補助片105aよりもロータ200の近くまで延びる。
第1のステータコア積層体101aは、180度回転した後には第2のステータコア積層体101bに変化し、すなわち第1のステータコア積層体101a及び第2のステータコア積層体101bは、製造を容易にするために同一構造を有することが好ましい。積み重ねた際には、第1のステータコア101aの各第1の歯104の円周方向中心及び各第2の歯105の円周方向中心が、第2のステータコア101bの各第1の歯104の円周方向中心及び各第2の歯105の円周方向中心に対してモータ500の軸方向に整列し、この結果、磁極面がジグザグ状に配置される。第1のステータコア積層体101a及び/又は第2のステータコア積層体101aの各歯の2つの磁極片がロータ200から異なる距離だけ離れることにより、非対称で不均一な空隙107が形成されると理解されたい。
この実施形態では、ステータコア101内で、第1のステータコア積層体101aの1つの層と、第2のステータコア積層体101bの1つの層とが交互に積み重なる。複数の第1のステータコア積層体101aを複数の第2のステータコア積層体101bと交互に積み重ねることもできると理解されたい。
第7の実施形態
図16を参照すると、この実施形態では、第1の実施形態とは異なり、第2の歯105と平坦な側壁103bも別個に形成される。第2の歯105の各々は、対応する一方の平坦な側壁103bに凹凸係合構造で接続される。凹凸係合構造は、第1の歯104の端部に形成された蟻ほぞ状凸部121と、弓形の側壁103a内に定められた蟻溝状凹部122とを含む。蟻ほぞ状凸部123は、蟻溝状凹部124に係合して、第2の歯105と平坦な側壁103bとを係止接続する。
図16を参照すると、この実施形態では、第1の実施形態とは異なり、第2の歯105と平坦な側壁103bも別個に形成される。第2の歯105の各々は、対応する一方の平坦な側壁103bに凹凸係合構造で接続される。凹凸係合構造は、第1の歯104の端部に形成された蟻ほぞ状凸部121と、弓形の側壁103a内に定められた蟻溝状凹部122とを含む。蟻ほぞ状凸部123は、蟻溝状凹部124に係合して、第2の歯105と平坦な側壁103bとを係止接続する。
主磁極片104a、104bの各々は、隣接する補助磁極片105a、105bに、主磁極片104a、104b及び補助磁極片105a、105bよりも大きな磁気抵抗を有する磁気ブリッジ116を通じて接続される。主磁極片10a、104bと補助磁極片105a、105bとの間の磁気ブリッジ116は、スロット開口部106を含む設計に比べてモータ500の動作時の振動及び騒音を低減することができる。また、第1の歯104と第2の歯105との間の相対的位置が保持されるので、巻線102の組み立ても容易になる。
各磁気ブリッジ116の半径方向外側面には、軸方向に延びる溝117が定められる。各磁気ブリッジ116における軸方向に延びる溝117の数は奇数である。この実施形態では、軸方向に延びる溝117の数が3である。軸方向に延びる3つの溝は、磁気ブリッジ116の円周方向に間隔を置いて配置される。溝117の各々の断面はU字形である。溝117を設けることにより、磁気ブリッジ116の磁気抵抗を高めることができる。
ロータ200は、内側環状部分119によって定められた空間内に受け入れられる。ロータ200の外周面は、同じ円上に位置する。1つの実施形態では、各第1の歯104の2つの主磁極片104a、104bが互いに対称であり、2つの主磁極片の磁極面とロータ200の外周面とが互いに同心であり、各第2の歯105の2つの補助磁極片105a、105bが互いに対称であり、2つの補助磁極片の磁極面とロータ200の外周面とが互いに同心であることにより、各第1の歯104の2つの主磁極片104a、104bとロータ200との間、及び各第2の歯105の2つの補助磁極片105a、105bとロータ200との間に、それぞれ対称な空隙107が形成される。
別の実施形態では、各第1の歯104の2つの主磁極片104a、104bが互いに対称であり、2つの主磁極片104a、104bの磁極面とロータ200の外周面とが互いに偏心し、すなわち2つの主磁極片104a、104bの磁極面に関連する円の中心がロータ200の回転中心からオフセットされ、各第2の歯105の2つの補助磁極片105a、105bが互いに対称であり、2つの補助磁極片105a、105bの磁極面とロータ200の外周面とが互いに偏心し、すなわち2つの補助磁極片105a、105bの磁極面に関連する円の中心がロータ200の回転中心からオフセットされる。従って、各第1の歯104の2つの主磁極片104a、104bとロータ200との間、及び各第2の歯105の2つの補助磁極片105a、105bとロータ200との間には、それぞれ不均一な厚みの非対称な空隙107が形成される。
ロータ200は、図5、図6、図8及び図9に示す上述した構造のうちのいずれかとすることができる。
第8の実施形態
図17を参照すると、第7の実施形態とは異なり、磁気ブリッジ116に、軸方向に延びる溝117の代わりに軸方向に延びる貫通穴118が定められる。貫通穴118を設けることにより、同様に磁気抵抗を高めることができる。各磁気ブリッジ116における貫通穴118の数は奇数である。この実施形態では、貫通穴118の数が3である。貫通穴118は、磁気ブリッジ116の円周方向に沿って間隔を置いて配置される。各貫通穴118のうちの中央の穴は切り欠き106と連通し、両側の穴よりも直径が大きい。この結果、磁気ブリッジ116の中間部分が最大磁気抵抗を有するようになる。
図17を参照すると、第7の実施形態とは異なり、磁気ブリッジ116に、軸方向に延びる溝117の代わりに軸方向に延びる貫通穴118が定められる。貫通穴118を設けることにより、同様に磁気抵抗を高めることができる。各磁気ブリッジ116における貫通穴118の数は奇数である。この実施形態では、貫通穴118の数が3である。貫通穴118は、磁気ブリッジ116の円周方向に沿って間隔を置いて配置される。各貫通穴118のうちの中央の穴は切り欠き106と連通し、両側の穴よりも直径が大きい。この結果、磁気ブリッジ116の中間部分が最大磁気抵抗を有するようになる。
第9の実施形態
図18及び図19を参照すると、主磁極片104a、104bの各々は、隣接する補助磁極片105a、105bに、主磁極片104a、104b及び補助磁極片105a、105bよりも大きな磁気抵抗を有する磁気ブリッジ116を通じて接続される。一方で、ステータコア101は、各磁気ブリッジ116に隣接して1又は2以上の切り欠き106を定める。各切り欠き106の両軸端の少なくとも一方は、対応する1つの磁気ブリッジ116によって閉じられる。従って、ロータの磁気ブリッジ116の軸方向厚さは、例えば主磁極片104a、104b及び補助磁極片105a、105bなどの、ステータコア101の他の部分の軸方向厚さよりも小さい。
図18及び図19を参照すると、主磁極片104a、104bの各々は、隣接する補助磁極片105a、105bに、主磁極片104a、104b及び補助磁極片105a、105bよりも大きな磁気抵抗を有する磁気ブリッジ116を通じて接続される。一方で、ステータコア101は、各磁気ブリッジ116に隣接して1又は2以上の切り欠き106を定める。各切り欠き106の両軸端の少なくとも一方は、対応する1つの磁気ブリッジ116によって閉じられる。従って、ロータの磁気ブリッジ116の軸方向厚さは、例えば主磁極片104a、104b及び補助磁極片105a、105bなどの、ステータコア101の他の部分の軸方向厚さよりも小さい。
具体的には、ステータコア101は、軸方向に積み重なった第1のステータコア積層体101a及び第2のステータコア積層体101bを含む。第1のステータコア101aの各第1の歯104の円周方向中心及び各第2の歯105の円周方向中心は、第2のステータコア101bの各第1の歯104の円周方向中心及び各第2の歯105の円周方向中心に対してモータ500の軸方向にそれぞれ整列する。第1のステータコア積層体101aでは、第1のステータコア積層体101aの各第1の歯104の2つの主磁極片104a、104bと、第1のステータコア積層体101aの隣接する第2の歯105の補助磁極片105a、105bとの間に、それぞれ切り欠き106が定められる。第2のステータコア積層体101bの各第1の歯104の2つの主磁極片104a、104bは、隣接する第2の歯105の補助磁極片105a、105bにそれぞれ接続される。
この実施形態では、各第1の歯104の主磁極片104a及び104bの円周方向長さが互いに等しい。主磁極片104aの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である。主磁極片104bの磁極面は、ロータ200の外周面から偏心し、すなわち主磁極片104bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心からオフセットされる。各第2の歯105の補助磁極片105a及び105bの円周方向長さは互いに等しい。補助磁極片105aの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である。補助磁極片105bの磁極面は、ロータ200の外周面から偏心し、すなわち補助磁極片105bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心からオフセットされる。従って、空隙107の各々は不均一な厚みを有し、第1の歯104及び第2の歯105のうちの対応する歯の中心線に関して非対称であることにより、モータ500は、逆の起動方向において異なる起動能力を有するようになる。
各磁気ブリッジ116の半径方向外側面には、軸方向に延びる溝117が定められる。各磁気ブリッジ116における軸方向の軸方向に延びる溝117の数は奇数である。この実施形態では、軸方向に延びる溝117の数が3である。軸方向に延びる3つの溝は、磁気ブリッジ116の円周方向に間隔を置いて配置される。溝117の各々の断面はU字形であることが好ましい。各磁気ブリッジ116の軸方向に延びる溝のうちの少なくとも1つは、磁気ブリッジ116に隣接する切り欠き106に連通する。
この実施形態では、ステータコア101内で、第1のステータコア積層体101aの1つの層と、第2のステータコア積層体101bの1つの層とが交互に積み重なる。複数の第1のステータコア積層体101aを複数の第2のステータコア積層体101bと交互に積み重ねることもできると理解されたい。
第10の実施形態
図20及び図21を参照し、図7を参照すると、この実施形態は、主に空隙107の各々が均一な厚みを有し、第1の歯104及び第2の歯105のうちの対応する歯の中心線に関して非対称であることにより、モータ500が逆の起動方向において異なる起動能力を有するようになる点で第1の実施形態と異なる。各第1の歯104の主磁極片104aの円周方向長さは、第1の歯104bの主磁極片104bの円周方向長さよりも大きい。各第1の歯104の主磁極片104a及び104bの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である同じ円周面上に位置し、すなわち主磁極片104a及び104bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心と一致する。各第2の歯105の補助磁極片105aの円周方向長さは、第2の歯105bの補助磁極片105bの円周方向長さよりも大きい。各第2の歯105の補助磁極片105a及び105bの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である同じ円周面上に位置し、すなわち補助磁極片105a及び105bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心と一致する。
図20及び図21を参照し、図7を参照すると、この実施形態は、主に空隙107の各々が均一な厚みを有し、第1の歯104及び第2の歯105のうちの対応する歯の中心線に関して非対称であることにより、モータ500が逆の起動方向において異なる起動能力を有するようになる点で第1の実施形態と異なる。各第1の歯104の主磁極片104aの円周方向長さは、第1の歯104bの主磁極片104bの円周方向長さよりも大きい。各第1の歯104の主磁極片104a及び104bの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である同じ円周面上に位置し、すなわち主磁極片104a及び104bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心と一致する。各第2の歯105の補助磁極片105aの円周方向長さは、第2の歯105bの補助磁極片105bの円周方向長さよりも大きい。各第2の歯105の補助磁極片105a及び105bの磁極面は、ロータ200の外周面と同心である同じ円周面上に位置し、すなわち補助磁極片105a及び105bの磁極面に関連する円の中心は、ロータ200の回転中心と一致する。
図22に示すように、ステータコア101内では、第1のステータコア積層体101aの1つの層と、第2のステータコア積層体101bの1つの層とが交互に積み重なることができる。複数の第1のステータコア積層体101aを複数の第2のステータコア積層体101bと交互に積み重ねることもできると理解されたい。
ロータ200は、図5、図6、図8及び図9に示す上述した構造のうちのいずれかとすることができる。
第11の実施形態
図23及び図24を参照すると、この実施形態は、主に磁気ブリッジ116に、軸方向に延びる溝117の代わりに軸方向に延びる貫通穴118が定められる点で第1の実施形態と異なる。貫通穴118を設けることにより、同様に磁気抵抗を高めることができる。各磁気ブリッジ116における貫通穴118の数は奇数である。この実施形態では、貫通穴118の数が3である。貫通穴118は、磁気ブリッジ116の円周方向に沿って間隔を置いて配置され、貫通穴118のうちの中央の穴の直径は、両側の穴よりも直径が大きい。この結果、磁気ブリッジ116の中間部分が最大磁気抵抗を有するようになる。
図23及び図24を参照すると、この実施形態は、主に磁気ブリッジ116に、軸方向に延びる溝117の代わりに軸方向に延びる貫通穴118が定められる点で第1の実施形態と異なる。貫通穴118を設けることにより、同様に磁気抵抗を高めることができる。各磁気ブリッジ116における貫通穴118の数は奇数である。この実施形態では、貫通穴118の数が3である。貫通穴118は、磁気ブリッジ116の円周方向に沿って間隔を置いて配置され、貫通穴118のうちの中央の穴の直径は、両側の穴よりも直径が大きい。この結果、磁気ブリッジ116の中間部分が最大磁気抵抗を有するようになる。
第12の実施形態
図25及び図26を参照すると、この実施形態は、主に磁気ブリッジ116に、軸方向に延びる溝117の代わりに軸方向に延びる貫通穴118が定められる点で第1の実施形態と異なる。貫通穴118を設けることにより、同様に磁気抵抗を高めることができる。各磁気ブリッジ116における貫通穴118の数は奇数である。この実施形態では、貫通穴118の数が3である。貫通穴118は、磁気ブリッジ116の円周方向に沿って間隔を置いて配置され、貫通穴118のうちの中央の穴の直径は、両側の穴よりも直径が大きい。この結果、磁気ブリッジ116の中間部分が最大磁気抵抗を有するようになる。
図25及び図26を参照すると、この実施形態は、主に磁気ブリッジ116に、軸方向に延びる溝117の代わりに軸方向に延びる貫通穴118が定められる点で第1の実施形態と異なる。貫通穴118を設けることにより、同様に磁気抵抗を高めることができる。各磁気ブリッジ116における貫通穴118の数は奇数である。この実施形態では、貫通穴118の数が3である。貫通穴118は、磁気ブリッジ116の円周方向に沿って間隔を置いて配置され、貫通穴118のうちの中央の穴の直径は、両側の穴よりも直径が大きい。この結果、磁気ブリッジ116の中間部分が最大磁気抵抗を有するようになる。
図27に示すように、ステータコア101内では、第1のステータコア積層体101aの1つの層と、第2のステータコア積層体101bの1つの層とが交互に積み重なることができる。複数の第1のステータコア積層体101aを複数の第2のステータコア積層体101bと交互に積み重ねることもできると理解されたい。
1又は2以上の好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明したが、当業者であれば様々な修正が可能であると理解すべきである。従って、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照して決定すべきである。
Claims (10)
- ブラシレスモータであって、
ステータと、
ロータと、
を備え、
前記ステータは、ステータコアと、2つの巻線とを有し、前記ステータコアは、
ヨークと、
前記ヨークに接続されて前記巻線が巻き回された2つの対向する第1の歯と、
前記ヨークに接続されて巻線が巻き回されていない2つの第2の歯と、
を有し、前記第1の歯及び前記第2の歯は、前記ヨークの円周方向に沿って交互に配置され、前記第1の歯の各々は、前記円周方向に沿ってそれぞれ反対方向に延びる2つの主磁極片を含み、前記第2の歯の各々は、前記円周方向に沿ってそれぞれ反対方向に延びる2つの補助磁極片を含み、
前記ロータは、前記2つの第1の歯の前記主磁極片と、前記2つの第2の歯の前記補助磁極片とによって囲まれた空間内に回転自在に受け入れられ、前記ロータの外周面と、前記第1の歯及び前記第2の歯のそれぞれの磁極片との間に空隙が定められ、該空隙の各々は、半径方向厚さが均一である、
ことを特徴とするブラシレスモータ。 - 前記主磁極片と、隣接する補助磁極片との間に、前記ステータコアを貫通して軸方向に延びる複数のスロット開口部が定められ、前記主磁極片と、前記隣接する補助磁極片とは、前記スロット開口部によって分断され、前記スロット開口部の各々は、前記空隙の最小半径方向厚さよりも大きく該空隙の該最小半径方向厚さの4倍よりも小さな幅を有する、
請求項1に記載のブラシレスモータ。 - 前記主磁極片は、隣接する補助磁極片に、前記主磁極片及び前記補助磁極片の磁気抵抗よりも大きな磁気抵抗を有する磁気ブリッジを通じて接続される、
請求項1に記載のブラシレスモータ。 - 各第1の歯の前記主磁極片の前記磁極面は、前記ロータの前記外周面から偏心した同じ円周面上に位置し、各第2の歯の前記補助磁極片の前記磁極面は、前記ロータの前記外周面から偏心した同じ円周面上に位置する、
請求項1、2又は3に記載のブラシレスモータ。 - 各第1の歯の前記2つの主磁極片のうちの少なくとも一方の主磁極片の前記磁極面は、前記ロータの前記外周面から偏心し、各第2の歯の前記2つの補助磁極片のうちの少なくとも一方の補助磁極片の前記磁極面は、前記ロータの前記外周面から偏心する、
請求項1、2又は3に記載のブラシレスモータ。 - 前記第1の歯及び前記第2の歯の各々は、前記ロータに面する位置決め溝を定め、該位置決め溝は、前記第1の歯及び前記第2の歯の一方の中心線上に位置する、
請求項1から5のいずれかに記載のブラシレスモータ。 - 前記第1の歯及び前記第2の歯の各々は、前記ロータに面する位置決め溝を定め、該位置決め溝の各々は、前記第1の歯又は前記第2の歯のうちの対応する歯の円周方向中心からオフセットされる、
請求項1から5のいずれかに記載のブラシレスモータ。 - 前記ステータコアは、積み重なった第1のステータコア積層体及び第2のステータコア積層体を含み、異なるステータコア積層体を用いて形成された前記ステータコアの前記磁極面は、半径方向にジグザグ状に配置される、
請求項1に記載のブラシレスモータ。 - 前記第1のステータコア積層体及び前記第2のステータコア積層体は同一の構造を有し、前記第1のステータコア積層体と前記第2のステータコア積層体との間に180度の配向差が存在する、
請求項8に記載のブラシレスモータ。 - 前記第1の歯と前記ヨークは別個に形成され、前記第1の歯の各々は、凹凸係合構造を用いて前記ヨークに動作可能に接続され、前記凹凸係合構造は、前記第1の歯の端部に形成された蟻ほぞ状凸部と、前記ヨークの内側面に配置されて前記蟻ほぞ状凸部に係合するように適合された蟻溝状凹部とを含む、
請求項1に記載のブラシレスモータ。
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