JP3191239U - 電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの回転中心により近い位置に重心を有するように巻線が巻回されたロータを有するＤＣモータのロータ及び電気モータを提供する。【解決手段】電気モータのためのロータは、鉄のコア及び当該鉄のコアに巻回された巻線を有する。巻線のコイルを収容するために、歯と歯の間にはスロットが形成される。巻線には、ロータの半径方向に配置される複数の巻線層が含まれる。各巻線層には複数のコイル３１−３５，４１−４５が含まれ、各層のコイル３１−３５，４１−４５はロータの周方向において複数の歯２０−２９に巻回される。巻線層の全体的な重心は、実質的にロータの幾何学的な中心に位置する。したがって巻線全体の重心は実質的にロータの幾何学的な中心に位置し、これにより、巻線の重心とロータの幾何学的な中心との間のずれに起因する不安定な回転によって生じるノイズを防止する。【選択図】図３

Description

本考案は、電気モータに関し、より具体的にはＤＣモータのロータに関する。

図１は、既存の技術の電気モータのロータを示している。このロータには、１０個の歯が設けられている。歯と歯の間にはスロットが設けられ、ここに歯に巻回される巻線が収容される。巻線には、対応する歯に巻回されるワイヤの多数のコイル（１０−１９）が含まれる。各コイルは、２つの歯に巻回される。各コイルの端部はそれぞれの隣のコイルの端部にオーバーラップしている。図２は、ロータのコイル（１０−１９）の重心（Ｏ１０−０１９）の分布のグラフを示している。第１のコイル１０の重心（Ｏ１０）はロータの幾何学的な中心に最も近く、最後のコイル１９の重心（Ｏ１９）はロータの幾何学的な中心から最も遠くに巻回され、巻線全体の重心は、ロータの幾何学的な中心からシフトしている。この巻回方法を使用すると、巻線の重心がロータの幾何学的な中心から逸脱し、回転中にロータが偏位する傾向を生じ、不均衡な回転によるノイズが発生する恐れがある。

よって、ロータの回転中心により近い位置に重心を有するように巻線が巻回されたロータを有するＤＣモータが要求されている。

上記課題は、本考案において、巻線を形成するコイルがオーバーラップしない方法で配置される、複数の巻線層を有するようにロータに巻線を巻回することによって解決される。

したがって、第一の観点として、本考案は、鉄のコア及び当該鉄のコアに巻回された巻線を含み、前記鉄のコアは複数の歯及び歯と歯の間に配置されたスロットを含み、前記巻線はロータの半径方向に配置された複数の巻線層を含み、各巻線層は複数のコイルを含み、前記各巻線層のコイルはロータの周方向における対応する歯に巻回され、巻線全体の重心は本質的にロータの幾何学的な中心に位置していることを特徴とするロータを提供する。

好ましくは、各巻線層の重心は、本質的にロータの幾何学的な中心に位置する。

好ましくは、各巻線層に含まれるコイルは、ロータの半径方向においてオーバーラップせず、各巻線層に含まれるコイルコイルの重心はロータの周方向における同心円上に均等に分布している。

好ましくは、前記巻線は偶数個の巻線層を含み、各巻線層に含まれるコイルは偶数個の歯に巻回される。

好ましくは、前記巻線は、内側の巻線層及び外側の巻線層を含み、１つの巻線層に含まれる２つの隣接するコイルの重心と、前記２つの隣接するコイルの最も近くにある他の巻線層のコイルの重心は、二等辺三角形を形成する。

好ましくは、前記内側の巻線層及び前記外側の巻線層のそれぞれは５個のコイルを有し、各コイルは２つの歯に巻回され、それにより同じ層では各コイルの重心をつなぐ線は正５角形となる。

別の選択肢として、前記巻線は、奇数個の巻線層を含み、各巻線層に含まれるコイルは奇数個の歯に巻回されている。

好ましくは、前記巻線は、内側の巻線層、中間の巻線層、そして外側の巻線層を有し、各巻線層には４個のコイルが含まれ、各コイルは３つの歯に巻回され、これにより同じ巻線層に含まれる各コイルの重心を結ぶ線は正方向となる。

好ましくは、前記歯はロータの半径方向に延在し、前記歯と歯の間に形成されたスロットは巻線のコイルを受け入れ、各スロットの寸法及び形状は実質的に同じであり、各歯の寸法及び形状は実質的に同じである。

好ましくは、ロータの歯の数はコイルの総数と同一である。

第二の観点として、本考案は、ステータ及び当該ステータに対して回転するロータを含み、前記ステータには４つの交互に配置された永久磁石の磁極が含まれ、前記ロータには整流子、鉄のコア、当該コアに巻回された巻線が含まれ、前記整流子には１０個の整流子セグメントが含まれ、前記鉄のコアには１０個の歯と隣接する歯と歯の間に形成され前記巻線を受け入れる１０個のスロットが含まれ、前記巻線にはロータの半径方向に配置された少なくとも２つの巻線層が含まれ、各巻線層には複数のコイルが含まれ、各巻線層に含まれるコイルはロータの周方向において順番に複数の対応する歯に巻回され、各巻線ユニットの両端は２つの対応する整流子セグメントに直接接続され、前記巻線全体の重心は実質的に前記ロータの幾何学的な中心に位置していることを特徴とする電気モータを提供する。

好ましくは、ロータは、前述のロータである。

既存技術の電気モータのロータの端面図である。 図１のロータの巻線の重心の分布を示したグラフである。 本考案の一実施形態の電気モータのロータの端面図である。 図３のロータの巻線の重心の分布を示したグラフである。 図３のロータの巻線のダイアグラムである。 ロータの別の巻線のダイアグラムである。 本考案の他の実施形態のロータの端面図である。 図７のロータの巻線の重心の分布を示したグラフである。

以下で、例示のみを目的とする本考案の好ましい実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。図中、２つ以上の図に現れる等しい構造、要素又はパーツには、一般に同じ符号を使用する。図に示されている部品や特徴部の寸法は、表示の便宜及び明確のための寸法とされており、必ずしも実際の寸法とは一致しない。

本考案の好ましい実施形態である電気モータ、特に永久磁石ブラシ付き直流（ＰＭＤＣ）モータのためのロータには、シャフト、当該シャフトに固定された鉄のコア、そして鉄のコアに巻回された巻線が含まれる。鉄のコアには、いくつかの歯と、歯と歯の間に設けられたスロットが含まれる。巻線には、ロータの半径方向に配置されたコイルの複数の層が含まれ、各層にはいくつかのコイルが含まれている。各層のコイルは、ロータの周方向において対応する歯に巻回され、これにより巻線全体の重心は実質的にロータの幾何学的な中心に位置する。

図３は、本考案の第１の好ましい実施形態の電気モータのロータを例示しており、これには鉄のコア及び巻線が含まれている。鉄のコアは、１０個の歯（２０−２９）、及び隣り合う歯の間に形成され巻線のコイルを受け入れる１０個のスロットが含まれる。歯（２０−２９）は、ロータの半径方向に延在するのが好ましい。各スロットは、実質的に同一の形状であり、すべてのスロットは内側の部分より外側の部分の方が大きい。各歯は実質的に同一の寸法及び形状である。鉄のコアの重心は、実質的にロータのコアの幾何学的な中心、すなわちロータの幾何学的な中心に位置しており、これはまたシャフトの軸に対応する。

巻線は、内側の巻線層と外側の巻線層を含んでおり、各層は５個のコイル（３１−３５、４１−４５）を有しており、各層のコイルはロータの半径方向において互いにオーバーラップしない。各コイルは、偶数個の歯に巻回され、本実施形態では２個の歯に巻回されている。外側の巻線層の各コイルは、内側の巻線層の隣り合うコイルから周方向に１つ分の位置だけシフトされている。

図４のグラフは、図３のロータのコイルの重心の分布を示している。各巻線層の重心（Ｏ３１−Ｏ３５、Ｏ４１−Ｏ４５）からロータの幾何学的な中心までの距離は同じである。すなわち、内側の巻線層におけるすべてのコイル（３１−３５）の重心（Ｏ３１−Ｏ３５）は、ロータの周方向における同心円上に均等に分布しており、外側の巻線層におけるすべてのコイル（４１−４５）の重心（Ｏ４１−Ｏ４５）はロータの周方向における別の同心円上に均等に分布している。これら２つの同心円は、ロータの回転中心とも同心である。各巻線層の重心は実質的にロータの幾何学的な中心に位置しており、したがって巻線全体の重心もまた実質的にロータの幾何学的な中心に位置している。この実施形態では、１つの巻線層における２つの隣接するコイル（例えばＯ３１とＯ３２）の重心から別の巻線層における最も近いコイル（例えばＯ４１）の重心を結ぶ線は、二等辺三関係を形成する。すなわち、これら３つのコイルの重心は二等辺三角形の頂点となる。

図５は、図３のロータを含む永久磁石直流モータの巻線のダイアグラムである。このダイアグラムには、整流子セグメント及びステータの磁極が含まれる。モータには、ステータ及びこのステータに対して回転可能なロータが含まれ、ステータには交互に配置された４つの永久磁石の磁極が含まれる。永久磁石の磁極は、ロータの周囲に配置され、ロータのコア及び巻線に対向している。ロータは整流子を含んでおり、整流子は、巻線との電気的接触のためのいくつかの整流子セグメント（ａ−ｊ）を含んでいる。本考案では、巻線のすべてのコイル（３１−３５、４１−４５）を１つの連続したコイルで巻いてもよい。均圧線（equalizer wire:同じ電位を有する整流子セグメントを短絡させる導体）はなく、各コイルの２つの端部は２つの対応する整流子セグメントに直接接続されている。

図６は、本考案のロータに線を巻くための別の方法を例示している。この実施形態では、すべてのコイル（３１−３５、４１−４５）は１本のワイヤで巻回されているが、同電位の整流子セグメントの間に均圧線が存在する。

図７は、本考案の別の実施形態のロータの端面図である。図８は、図７のロータのコイルの重心の分布を示すグラフである。この実施形態では、巻線には、内側の巻線層、中間の巻線層、そして外側の巻線層が含まれ、各巻線層のコイルは奇数個の歯に巻回されている。この実施形態では、ロータのコアは１２個の歯を有している。各巻線層には４つのコイル（５１−５４、６１−６４、７１−７４）が含まれ、各コイルは３個の歯に巻回されている。同じ層では、コイル（５１−５４、６１−６４、７１−７４）の重心（Ｏ５１−Ｏ５４、Ｏ６１−Ｏ６４、Ｏ７１−Ｏ７４）を結ぶ線が正方形を形成し、各巻線層の重心は実質的にロータの幾何学的な中心に位置している。

１又は複数の好ましい実施形態を参照して本願考案を説明したが、種々の変更が可能であることが当業者によって理解されるだろう。したがって、本考案の範囲は実用新案登録請求の範囲の記載によって決定されるべきである。

例えば、鉄のコアが１６個の歯を含んでいて、巻線が４つの層に分割され、各コイルが４つの歯に巻回されるように設けることもできる。

本願の明細書及び実用新案登録請求の範囲において、「含む（comprise）」、「含む（include）、「含む（contain）、「有する（have）」及びこれらの活用語は、対象物の存在を述べる包括的な意味で用いられており、付加的な事項の存在を排除するものではない。

Claims (12)

1. 鉄のコア及び当該鉄のコアに巻回された巻線を含み、前記鉄のコアは複数の歯及び歯と歯の間に配置されたスロットを含み、前記巻線はロータの半径方向に配置された複数の巻線層を含み、各巻線層は複数のコイルを含み、前記各巻線層のコイルはロータの周方向における対応する歯に巻回され、巻線全体の重心は本質的にロータの幾何学的な中心に位置していることを特徴とするロータ。
2. 各巻線層の重心は、本質的にロータの幾何学的な中心に位置していることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 各巻線層に含まれるコイルは、ロータの半径方向においてオーバーラップせず、各巻線層に含まれるコイルコイルの重心は、ロータの周方向における同心円上に均等に分布していることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ。
4. 前記巻線は偶数個の巻線層を含み、各巻線層に含まれるコイルは偶数個の歯に巻回されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のロータ。
5. 前記巻線は、内側の巻線層及び外側の巻線層を含み、１つの巻線層に含まれる２つの隣接するコイルの重心と、前記２つの隣接するコイルの最も近くにある他の巻線層のコイルの重心は、二等辺三角形を形成することを特徴とする請求項４に記載のロータ。
6. 前記内側の巻線層及び前記外側の巻線層のそれぞれは５個のコイルを有し、各コイルは２つの歯に巻回され、それにより同じ層では各コイルの重心をつなぐ線は正５角形となることを特徴とする請求項５に記載のロータ。
7. 前記巻線は、奇数個の巻線層を含み、各巻線層に含まれるコイルは奇数個の歯に巻回されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のロータ。
8. 前記巻線は、内側の巻線層、中間の巻線層、そして外側の巻線層を有し、各巻線層には４個のコイルが含まれ、各コイルは３つの歯に巻回され、これにより同じ巻線層に含まれる各コイルの重心を結ぶ線は正方向となることを特徴とする請求項７に記載のロータ。
9. 前記歯はロータの半径方向に延在し、前記歯と歯の間に形成されたスロットは巻線のコイルを受け入れ、各スロットの寸法及び形状は実質的に同じであり、各歯の寸法及び形状は実質的に同じであることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載のロータ。
10. ロータの歯の数はコイルの総数と同一であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載のロータ。
11. ステータ及び当該ステータに対して回転するロータを含み、前記ステータには４つの交互に配置された永久磁石の磁極が含まれ、前記ロータには整流子、鉄のコア、当該コアに巻回された巻線が含まれ、前記整流子には１０個の整流子セグメントが含まれ、前記鉄のコアには１０個の歯と隣接する歯と歯の間に形成され前記巻線を受け入れる１０個のスロットが含まれ、前記巻線にはロータの半径方向に配置された少なくとも２つの巻線層が含まれ、各巻線層には複数のコイルが含まれ、各巻線層に含まれるコイルはロータの周方向において順番に複数の対応する歯に巻回され、各巻線ユニットの両端は２つの対応する整流子セグメントに直接接続され、前記巻線全体の重心は実質的に前記ロータの幾何学的な中心に位置していることを特徴とする電気モータ。
12. 前記ロータは請求項２乃至１０のいずれかに記載のロータであることを特徴とする請求項１１に記載の電気モータ。

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