JP3205346U - 単相アウターロータ型モータ及びそのステータ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクを効果的に低減することができるアウターロータ型モータ及びそのステータを提供する。【解決手段】単相アウターロータ型モータ及びそのステータが提供される。ステータ１０は、ヨークと、複数の歯とを有するステータコア１２を含む。各歯は、歯本体及び歯先端を含む。隣接する２つの歯本体の間に巻付スロットが形成される。隣接する２つの歯先端の間にスロット開口部が形成される。歯先端は歯本体を越えて突出する。歯先端のステータに向かい合う少なくとも一部の内側面に切込溝が形成され、歯先端の切込溝の外側の部分を外側に傾けてスロット開口部が広くすること、及び内側に変形させてスロット開口部を狭くすることができる。【選択図】図１

Description

本考案は、単相モータ、特に単相アウターロータ型モータに関する。

通常、単相モータは、洗濯機、食器洗浄機、冷蔵庫、エアコン等の始動負荷が小さな家庭用電気機器で使用される。ステータとロータとの相対的な位置の観点から、単相モータは、インナーロータ型モータとアウターロータ型モータとに分類される。単相アウターロータ型モータでは、文字通り、ステータが内側に配置され、ロータがステータを取り囲み、ロータに負荷を直接組み込むことができる。単相アウターロータ型モータでは、ステータはロータの内側に配置されるので、ステータの大きさが制限される。巻線の巻き付けを容易にするためにステータの各歯の間には大きな幅のスロット開口部が形成されるので、モータは大きなコギングトルクを有することになり、これは回転中のロータ安定性に影響を及ぼすと共に騒音を発生する。

従って、コギングトルクを効果的に低減することができる、アウターロータ型モータ及びそのステータに対する要望がある。

１つの態様において、ステータコアを備える単相アウターロータ型モータ用のステータが提供される。ステータコアは、ヨークと、ヨークの外側縁から半径方向外向きに延びる複数の歯とを備える。各歯は、ヨークに結合された歯本体と、歯本体の遠位端に形成された歯先端とを含む。隣接する２つの歯本体の間に巻付スロットが形成される。隣接する２つの歯先端の間にスロット開口部が形成される。歯先端は、円周方向の幅が歯本体の幅よりも大きく、歯本体を越えて円周方向に突出する。歯先端のステータと向かい合う少なくとも一部の内側面に切込溝が形成され、歯先端の切込溝の外側の部分は、スロット開口部を広げるために外側に傾けること、及びスロット開口部を狭くするために内側に傾けることができる。

好ましくは、歯先端の切込溝の外側の部分は、変形角度が１５°から６０°である。より好ましくは、歯先端の切込溝の外側の部分は、変形角度が２０°から４５°である。

好ましくは、切込溝は、歯先端と歯本体との間の接続領域に形成される。

好ましくは、切込溝は、歯本体に隣接しかつ歯本体から離間して配置される。

好ましくは、切込溝は、歯先端の各々に形成される。

好ましくは、歯先端には１つの切込溝のみが形成され、歯先端の片側は、歯先端を曲げてステータコアを形成する前に外側に傾けられる。

好ましくは、複数の歯のうちの半分の歯先端には切込溝が形成され、複数の歯のうちの他の半分の歯先端には切込溝が形成されず、切込溝を備えた歯先端と切込溝を備えていない歯先端は、円周方向に間隔をあけて交互に配置される。

好ましくは、歯先端の切込溝の数は２であり、２つの切込溝は、歯本体の反対側に配置され、歯先端の両側部は、歯先端を内側に曲げてステータコアを形成する前に、外側に傾けられる。

好ましくは、ステータは、ステータコアの周りに巻き付けられた巻線をさらに備え、歯先端の切込溝の外側の部分は、巻線をステータコアに巻き付ける前に外側に傾けられ、歯先端の傾けられた部分は、巻線をステータコアに巻き付けた後に内側に曲げられてステータコアが形成される。

別の態様において、単相アウターロータ型モータ用のステータが提供され、ステータは、ステータコアと、ステータコアの周りに巻き付けられた巻線とを含む。ステータコアは、ヨークと、ヨークの外側縁から半径方向外側に延びる複数の歯とを備える。歯の各々は、ヨークに結合された歯本体と、歯本体の遠位端に形成された歯先端とを含む。巻線は歯本体の周りに巻き付けられる。歯先端の幅は歯本体の幅よりも大きい。歯先端の円周方向の両側部は、歯本体を越えて延びて２つのウイング部をそれぞれ形成する。隣接する２つの歯先端の向かい合うウイング部の間にスロット開口部が形成される。スロット開口部の各々に隣接する２つのウイング部の少なくとも一方は、巻線を巻き付ける前に外側に傾けられ、傾けられたウイング部は、巻線を巻き付けた後に内側に曲げられてステータコアが形成される。

好ましくは、複数の歯のうちの半分の歯先端の各々のウイング部は両方が外側に傾けられ、複数の歯のうちの他の半分の歯先端のウイング部は何れも外側に傾けられず、傾けられたウイング部を備えた歯先端と傾けられたウイング部を備えていない歯先端とは、円周方向に間隔をあけて交互に配置される。好ましくは、巻線を巻き付ける前に、歯先端の各々のウイング部の一方は外側に傾けられ、歯先端の各々のウイング部の他方は外側に傾けられず、傾けられたウイング部の全ては、歯本体の同じ側に配置される。

好ましくは、傾けられたウイング部には切込溝が形成され、巻線を巻き付けた後に、傾けられたウイング部は、変形されて内側に曲がり切込溝が狭くなるか又は除去される。

さらに別の態様において、単相アウターロータ型モータが提供され、モータは、上述したステータと、ステータを取り囲むロータとを備える。ハウジングの内側に少なくとも１つの永久磁石が配置されて複数の磁極が形成され、磁極の内側面が歯先端の外側面に向かい合いかつ半径方向に離間され、これらの間に間隙が形成される。スロット開口部の円周方向の幅は、隙間の最小幅の５倍未満又はこれと等しい。

好ましくは、スロット開口部の円周方向の幅は、隙間の最小幅の３倍未満又はこれと等しい。

好ましくは、隙間の最小幅に対する最大幅の比率は２より大きい。

好ましくは、円周方向に間隔をあけて等間隔に配置された複数の永久磁石が存在し、永久磁石の各々は、極弧係数が０．７よりも大きい。

従来のアウターロータ型モータと比較して、本考案のモータのステータの歯先端は、ステータコアの成形前に外側に傾けられるので、各歯先端の間の間隔が広くなり巻き付けが容易になる。巻き付け終了後に、歯先端は変形されて内側に曲がり、隣接する歯先端の間に狭いスロット開口部が形成され、コギングトルクを効果的に低減させることができる。従って、モータは、低騒音で滑らかに作動することができる。

本考案の１つの実施形態によるアウターロータ型モータのステータを示す。 図１の平面図である。 図１のステータのステータコアを示す。 図３の平面図である。 形成前の図３のステータコアを示す。 図５の平面図である。 第２の実施形態によるステータのステータコアを示す。 形成前の図７のステータコアを示す。 第３の実施形態によるステータのステータコアを示す。 形成前の図９のステータコアを示す。 第４の実施形態によるステータのステータコアを示す。 形成前の図１１のステータコアを示す。 第５の実施形態によるステータのステータコアを示す。 形成前の図１３のステータコアを示す。 第６の実施形態によるステータのステータコアを示す。 第７の実施形態によるステータのステータコアを示す。 第８の実施形態によるステータのステータコアを示す。 第９の実施形態によるステータのステータコアを示す。 本考案の１つの実施形態によるアウターロータ型モータのロータを示す。 第２の実施形態によるロータを示す。 第３の実施形態によるロータを示す。 第４の実施形態によるロータを示す。 第５の実施形態によるロータを示す。 図１から図４のステータと図１８のロータとによって形成されたモータを示す。 図２４のボックスＸの拡大図であり、明確化のために磁力線が削除されている。 図２４のモータが死点位置にある場合の位置関係を示す。 図１から図４のステータと図２１のステータとによって形成されたモータを示す。 図９から図１０のステータと図２０のロータとによって形成されたモータを示す。 図９から図１０のステータと図２３のロータとによって形成されたモータを示す。 図１８のステータと図１９のロータとによって形成されたモータを示す。 図１７のステータと図１８のロータとによって形成されたモータを示す。 電気機器で使用される本考案のモータ１を示す図である。

本考案の技術的解決法及び結果を詳細に説明するために、本考案の好ましい実施形態は、以下に添付図面を参照して説明される。

単相アウターロータ型モータは、ステータと、ステータを取り囲むロータとを含む。ステータ及びロータは、様々な異なる構造とすることができ、異なるステータ及びロータを組み合わせると、特性が異なるモータを得ることができる。図１から図１６は、ステータの複数の実施形態を例示し、図１７から図２１は、ロータの複数の実施形態を例示し、図２２から図２８は、上記ステータ及びロータによって形成された複数のモータが例示される。各図面は、単に参照及び例示を目的とすることを理解されたい。本考案のステータ及びロータは、図示の実施形態に限定されるものではなく、また、ステータ及びロータによって形成されたモータは、図示の実施形態に限定されるものではない。

図１から図４は、第１の実施形態によるステータ１０を示す。この実施形態では、ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコア１２の周りに配置された絶縁ブラケット１４と、絶縁ブラケット１４の周りに巻き付けられた巻線１６とを含む。

ステータコア１２は、ケイ素鋼板のような磁気伝導性材料を積み重ねることによって形成される。ステータコア１２は、環状ヨーク１８と、ヨーク１８の外側端から一体に半径方向外向きに延びる複数の歯２０とを含む。歯２０は、ヨーク１８の円周方向に沿って等間隔で配置される。各歯２０は、ヨーク１８に結合した歯本体２２と、歯本体２２の遠位端に形成された歯先端２４とを含む。歯本体２２は直線状に延びる。歯本体２２は、環状ヨーク１８の半径方向に沿って延びることが好ましい。２つの隣接する歯本体２２の間に巻付スロット２６が形成される。巻付スロット２６は概して扇形であり、ヨーク１８から半径方向外向きに漸増する幅を有する。歯先端２４は、全体的に円弧状であり、概して円周方向に沿って延び、歯本体２２に対してほぼ対称である。歯先端２４の各々は、歯２０の歯本体２２の中心を通過するモータの半径に対して対称であることが好ましい。円周方向において、歯先端２４の幅は歯本体２２の幅よりも大きく、歯先端２４の円周方向の両側には、歯本体２２を越えて延びる２つのウイング部２８がそれぞれ形成される。この実施形態では、隣接する歯先端２４のウイング部２８の間に狭いスロット開口部３０が形成される。

歯先端２４の各々は、歯本体２２に向かい合う内側面３２と、ロータ５０に向かい合う外側面３４とを含む。外側面３４は円弧面であることが好ましい。歯先端２４の外側面３４は、ステータ１０の外側面として機能し、ステータ１０のヨーク１８と同軸のほぼ同じ円筒面に配置される。歯先端２４の内側面３２には切込溝３６が形成される。この実施形態では、本体２２に隣接しかつこれから離間した、２つのウイング部２８に対称に配置された２つの切込溝３６が存在する。各切込溝３６は、半径方向、即ち歯先端２４の厚さ方向に沿って延び、歯先端２４の内側面３２に広がる。切込溝３６の深さは、切込溝３６における歯先端２４の厚さのほぼ半分であり、切込溝３６は磁路に大きな影響を及ぼさない。

巻線１６は、歯本体２２に巻き付けられ、歯先端２４の内側に位置する。巻線１６、歯本体２２、及び歯先端２４の内側面３２は、絶縁ブラケット１４によって別々に分離される。通常、絶縁ブラケット１４は、巻線１６の短絡を防止するために、プラスチック材料から作られる。図５及び図６に示すように、ステータコア１２に巻線を巻き付ける前に、歯先端２４の切込溝３６の外側の部分は、外側に傾けられ、隣接する歯先端２４の間の間隔を広げるようになっており、巻線１６は、歯本体２２に好都合に巻き付けることができる。巻き付け終了後に、歯先端２４の外側面３４は、内向きに押し付けて、歯先端２４を変形させて歯本体２２に向かって湾曲させ、円弧状の外側面３４を形成する。この工程中に、各歯先端２４の間の間隔が減少して、スロット開口部３０が狭くなり、狭いスロット開口部３０が形成され、さらに切込溝３６が狭くなるか又はスリット形状になる場合もある。好ましくは、歯先端２４の切込溝３６の外側の部分での変形前と変形後のこの部分の角度、即ち変形角度は、１５°から６０°の範囲にある。より好ましくは、歯先端２４の切込溝３６の外側部分の変形角度は、２０°から４５°の範囲にある。

同じ大きさのステータに関して、ステータ１０のステータコア１２の歯先端２４は、巻線を巻き付ける前に外側に傾けられるので、巻線の巻き付けが容易になる。巻付工程の終了後に、歯先端２４を変形させて内側に曲げる。一段打抜きによって形成したケイ素鋼板を積み重ねることによって形成される従来のステータコア構造と比較すると、歯先端２４の円周方向の幅はより大きくなり、歯先端２４の間のスロット開口部３０の幅は非常に小さくなり、好ましくは従来のステータコア構造のスロット開口部３０の幅の半分又はそれ未満になり、これによりコギングトルクが効果的に低減される。切込溝３６は、歯先端２４の内側への曲げ変形を容易にするために形成され、一部の実施形態において、歯先端２４の材料自体がある程度の変形能力を有する場合には切込溝３６を省略できることを理解されたい。

図７は、第２の実施形態によるステータ１０のステータコア１２を示し、上記ステータコアとは異なっており、この実施形態の歯先端２４の各々は、両ウイング部２８の一方にのみ切込溝３６が形成される。各図に示される向きを例に取ると、各切込溝３６は、対応する歯本体２２の反時計回り側のウイング部２８に形成される。図８に示すように、形成前に、歯本体２２の反時計回り側にある歯先端２４のウイング部２８だけがステータコア１２の外側に傾けられる。歯先端２４の同じ側にある全てのウイング部２８を傾けるので、各々の傾けられたウイング部２８と、隣接する歯先端２４の傾けられていないウイング部２８とは円周方向で互いにオフセットし、隣接するウイング部２８の間には同様に大きな間隔が存在し、巻き付けが容易になる。巻付工程の終了後、傾けられたウイング部２８を内側に曲げると、隣接するウイング部２８の間の間隔が減少し、狭いスロット開口部３０が形成されてコギングトルクが低減される。

図９は、第３の実施形態によるステータ１０のステータコア１２を示し、上記の実施形態と比較すると、第３の実施形態のステータコア１２は、ウイング部２８と歯本体２２との接続領域に切込溝３６が形成される点で相違し、図１０に示すように、巻き付け前に２つのウイング部２８の一方だけが外側に傾けられる。従って、ステータコアの形成前に、切込溝３６は大きな深さを有すること、歯先端２４はより大きな傾斜角を有すること、各歯先端２４の間の距離をより大きくすることができるので、巻き付けをより好都合に行うことができる。加えて、ウイング部２８と歯本体２２との各接続領域の両方に切込溝３６を形成することができ、巻き付け前に両方のウイング部２８を外側に傾けることができることを理解されたい。

図１１から図１４は、別の２つの実施形態によるステータ１０のステータコア１２を示し、これらは、一部の歯先端２４に切込溝３６が形成されるが、他の歯先端には切込溝３６が形成されない点で相違する。切込溝付きの歯先端２４は、切込溝がない歯先端２４と交互に配置される。好ましくは、切込溝３６付きの歯先端２４の切込溝３６は、２つのウイング部２８のそれぞれに形成される。ステータコアの形成前に、両方のウイング部２８を外側に傾けると、切込溝３６がない隣接の歯先端との間の間隔がより大きくなり、巻き付けが容易になる。図１１及び図１２に示すように、切込溝３６は、ウイング部２８と歯本体２２との接続領域のそれぞれに形成することができる。代替的に、図１３及び図１４に示すように、切込溝３６は、ウイング部２８の中間部に形成して歯本体２２から離すこともできる。

上記の実施形態では、ステータコア１２の歯先端２４のウイング部２８は、巻き付け前に外側に傾けられ、巻き付け後に変形されて内側に曲がる。従って、巻線１６の巻き付けが容易になり、ステータコアを最終形成した後、歯先端の円周方向の幅はより大きくなってより小さなスロット開口部３０を形成することができ、これによりコギングトルクが低減される。実際、各スロット開口部３０の反対側のウイング部２８の一方を外側に傾ける限り、同じステータコア１２の各歯先端２４における２つのウイング部の一方だけを又は両方を外側に傾けること、又は２つのウイング部の両方を外側に傾けないことが可能である。上記の目的は、傾けられたウイング部及び傾けられないウイング部を、図示した実施形態に限定されない様々な適切なパターンで組み合わせることによって実現できる。上述の様々な実施形態では、ステータコア１２の歯先端２４は、円周方向に沿って不連続であり、これにより各歯先端の間に狭いスロット開口部３０が形成される。他の実施形態では、歯先端２４は、円周方向に沿って互いに接続することができ、結果的にコギングトルクが最小になる。

図１５及び図１６は、別の２つの実施形態によるステータ１０のステータコア１２を示す。これらの２つの実施形態では、隣接する歯先端２４の間に磁気ブリッジ３８が形成される。磁気ブリッジ３８は、歯先端２４を一体的に接続して集合的に閉じた環状輪郭部を形成するようになっている。好ましくは、閉じた環状輪郭部は、磁気ブリッジ３８の位置で半径方向厚さが最小である。より好ましくは、磁気ブリッジ３８の内側面には１又は２以上の軸方向に延びる溝４０が形成される。図示のように、磁気ブリッジ３８の各々には、円周方向に沿って等間隔に配置された複数の溝４０が形成される。巻き付けを行なうために、歯先端は、歯本体２２との間の接続領域で分離することができる（図１５に示す）。従って、巻付工程の終了後、歯先端２４によって集合的に形成された環状輪郭部は、軸方向に沿って歯本体２２の周りで再び接続され、ステータコア１２を形成する。図１６に示す実施形態では、歯本体２２は、ヨーク１８との間の接続領域で分離され、巻付工程の終了後、ヨーク１８は歯本体２２の内部で組み立てられ、ステータコア１２が形成される。

図１７及び図１８は、別の２つの実施形態によるステータコア１２を示す。これらの２つの実施形態のステータコア１２の構造は、それぞれ図１５及び図１６の実施形態と概して同じであるが、歯先端２４の外周面３４が、ウイング部２８に配置されかつ歯先端２４の中心から外れた位置決め溝４２を備える点で相違しており、歯先端２４は、歯２０の歯本体２２の中心を通るモータの半径に対して非対称である。

図１９から図２３は、本考案の様々な実施形態によるロータ５０を示す。ロータ５０は、ハウジング５２と、ハウジング５２の内側に付着された１つ又は複数の永久磁石５４とを含むアウターロータである。永久磁石５４の外壁面は、ハウジング５２に付着され、これは接着剤で配置すること、又はインサート成形によって一体に結合することができる。永久磁石５４の内側面５６は、内部にステータ１０を取り付けるための間隔を定める。この間隔のサイズは、ステータ１０よりもわずかに大きく、ステータ１０とロータ５０との間には隙間が形成される。

図１９は、第１の実施形態によるロータ５０を示す。この実施形態では、永久磁石５４は、ハウジング５２の円周方向に沿って等間隔に配置された複数の分割磁石を含み、隣接する２つの永久磁石５４の間の各々に隙間が形成される。永久磁石５４の各々は、ロータ５０の１つの永久磁極として機能し、隣接する磁極は反対の極性を有する。この実施形態では、永久磁石５４の各々は円環の一部であり、ステータ１０に対向する永久磁石５４の内側面５６は円弧面である。全ての永久磁石５４の内側面５６は、ロータ５０の内側面を形成し、ロータ５０と同軸の同じ円筒面に配置される。上述のステータの何れか１つをロータ５０に取り付けた場合、ステータ１０の歯先端２４の外側面とロータ５０の永久磁石５４の内側面５６との間の半径方向距離は、円周方向に沿って一定であり、結果的にステータ１０及びロータ５０の間には実質的に均一な隙間が形成される。

好ましくは、永久磁石５４の各々の極弧係数、すなわち３６０度をロータの極数Ｎで割った商に対する永久磁極５４のスパン角度αの比率（つまり、α：３６０／Ｎ）は、０．７よりも大きく、これはモータのトルク特性を改善して、モータ効率を向上させることができる。モータのステータ１０及びロータ５０の様々な実施形態では、永久磁石５４の数は歯２０の数と同じであり、すなわちステータ１０及びロータ５０の磁極は同じである。図示のように、８個の永久磁石５４及び８個の歯２０があり、８個の磁石５４はロータ５０の８個の磁極を形成し、８個の歯２０はその間に８個の巻付スロット２６を定めて、協働的に８極かつ８スロット形式のモータを形成する。他の実施形態では、ステータ１０の歯２０の数は、ロータ５０の永久磁石５４の数と倍数関係にすることができる。例えば、歯２０の数は、永久磁極５４の数の２倍又は３倍にできる。好ましくは、ステータ１０の巻線１６は、電気的に接続され、単相ブラシレス直流モータドライバによって単相直流電流が供給されて、単相直流ブラシレスモータを形成する。別の実施形態では、本考案のデザインは、単相永久磁石同期モータにも適用できる。

図２０から図２３は、複数の他の実施形態によるロータ５０を示す。これらの実施形態では、磁石５４の内壁面５６は円筒状円弧面ではなく、ステータ１０が取り付けられた後、ステータ１０とロータ５０との間に不均一な隙間が形成される。これらの実施形態は以下で詳しく説明する。

図２０は、第２の実施形態によるロータ５０を示す。第２の実施形態では、永久磁石５４は、厚さ方向に沿って延びる中心線に対して対称である。永久磁石５４の厚さは、永久磁石５４の円周方向中央部から円周方向の両側部まで漸減する。ステータ１０に向かい合う各永久磁石５４の内側面５６は、ステータの半径方向外側面の接線方向と平行に延びる平坦面である。永久磁石５４の各々は永久磁極を形成する。図２０に示す半径方向断面では、永久磁石５４の内側面は、それぞれ正多角形の各辺に位置付けられる。従って、永久磁極５４とステータ１０との間に形成された隙間は、対称で不均一な隙間である。隙間のサイズは、永久磁石５４の円周方向中央部に対応する位置で最小値を有し、最小値の位置から永久磁石５４の２つの円周方向側部に向かって漸増する。対称で不均一な隙間を備えることで、モータが電源オフとなった場合に、死点位置から外れた位置でのロータ５０の位置決めが容易になり、モータ５０の始動の際にロータを上手く起動させることができる。

図２１は、第３の実施形態によるロータ５０を示し、主として、永久磁石５４が円周方向に閉じたリング形状の一体構造である点で図２０の実施形態とは相違する。リング形状の永久磁石５４は、円周方向に複数のセクションを含む。各セクションは、ロータ５０の１つの磁極として機能し、隣接するセクションは極性が異なる。図２０のロータ５０の各永久磁石５４と同様に、永久磁石５４の各セクションは、厚さが円周方向中央部から円周方向の両側部まで漸減する。ステータ１０に向かい合う各セクションの内側面５６は平坦面である。図２１に示す半径方向断面では、永久磁石５４の全てのセクションは、協働してロータ５０の正多角形の内側面を形成する。図２０の実施形態と同様に、永久磁石５４の各磁極とステータ１０の外側面との間に形成された隙間は、対称で不均一な隙間である。

図２２は、図２０の実施形態に類似した第４の実施形態によるロータ５０を示し、ロータ５０は、円周方向に間隔をあけて配置された複数の永久磁石５４を含み、各永久磁石５４は、平坦な内壁面５６を有する。上記の実施形態とは異なり、この実施形態では、永久磁石５４は非対称構造であり、厚さは、一方の円周方向側部から他方の円周方向側部に向かって漸増し、他方の円周方向側部に隣接する位置から漸減する。永久磁石５４の厚さは、円周方向中央から外れた位置で最大となり、永久磁石５４の円周方向の両側部では厚さが異なっている。永久磁石５４の内側面５６の２つの端部側面とロータ５０の中心とを間の結ぶ線は、不二等辺三角形を形成する。従って、ステータ１０と組み合わせた後、ステータ１０とロータ５０との間には非対称で不均一な隙間が形成される。非対称で不均一な隙間を備えることで、モータが電源オフとなった場合に、死点位置から外れた位置でのロータ５０の位置決めが容易になり、モータ５０の始動の際にロータを上手く起動させることができる。

図２３は、第５の実施形態によるロータ５０を示す。この実施形態では、ロータ５０は、ハウジング５２と、ハウジング５２の内側に付着された複数の永久磁石５４及び磁性部材５８とを含む。磁性部材５８は、強磁性体又は希土類磁石のような硬磁性材料、もしくは鉄のような軟磁性材料から作ることができる。永久磁石５４及び磁性部材５８は、円周方向に間隔をあけて交互に配置され、１つの磁性部材５８が隣接する２つの永久磁石５４の間に挿入される。この実施形態では、永久磁石５４は、ほぼ正方形断面を有する柱形状である。隣接する２つの永久磁石５４の間には、円周方向の幅が永久磁石５４の幅よりも非常に大きい間隔が形成される。従って、磁性部材５８は、円周方向幅が永久磁石５４よりも大きく、その幅は、永久磁石５４の幅の数倍とすることができる。

磁性部材５８は、その中心を通るロータ半径に対して対称である。磁性部材５８の厚さは、円周方向中心／中央から円周方向の両側部まで漸減する。磁性部材５８の最小厚さ、即ち円周方向側部での厚さは、実質的に永久磁石５４の厚さと同じである。ステータ１０に向かい合う磁石部材５８の内周面６０は、ステータ１０の外側面の接線方向と平行に延びる平坦面である。従って、永久磁石５４の内周面５６及び磁性部材５８の内周面６０は、集合的に、ロータ５０の半径方向断面において対称な多角形であるロータ５０の内側面を形成する。ロータ５０をステータ１０に組み合わせた後、ステータ１０とロータ５０との間に形成される隙間は、対称で不均一な隙間である。好ましくは、永久磁石５４は、円周方向に沿って磁化される、すなわち永久磁石５４の円周方向側壁面が対応する極性を有するように分極される。隣接する２つの永久磁石５４は、反対の極性方向を有する。つまり、互いに対向する隣接する２つの永久磁石５４の２つの表面は、同じ極性を有する。従って、隣接する２つの永久磁石５４の間の磁性部材５８に対応する極性が付与され、隣接する２つの磁性部材５８は異なる極性を有する。

上記のステータ１０及びロータ５０の異なる組み合せから特性が異なるモータを得ることができ、その一部を以下に例示する。

図２４は、図１から図４に示した第１の実施形態のステータ１０と、図２０に示したロータ５０とによって形成されたモータを示す。ステータ１０の各歯先端２４は円周方向に離間してスロット開口部３０を形成し、歯先端２４の外側面３４は同じ円筒面に配置され、ステータ１０は外側面全体が円形である。ロータ５０の永久磁石５４は円周方向に離間し、ステータ１０と向かい合う永久磁石５４の内側面５６は平坦面であり、ロータ５０は内側面全体が正多角形である。ステータ１０の外側面３４とロータ５０の内側面５６とは、半径方向に離間して隙間６２を形成する。隙間６２は、半径方向の幅が永久磁極５４の円周方向に沿って変化する対称で不均一な隙間であり、永久磁極５４の中心線に対して対称である。隙間６２の半径方向の幅は、永久磁石５４の内側面５６の円周方向中央から円周方向側部に向かって漸増する。

図２５を同様に参照すると、永久磁石５４の内側面５６の円周方向中央と、歯先端２４の外側面３４との間の半径方向距離は、隙間６２の最小幅Ｇｍｉｎであり、永久磁石５４の内側面５６の円周方向側部と歯先端２４の外側面３４との間の半径方向距離は、隙間６２の最大幅Ｇｍａｘである。好ましくは、隙間の最小幅Ｇｍｉｎに対する最大幅Ｇｍａｘの比率は、１．５よりも大きく、すなわちＧｍａｘ：Ｇｍｉｎ＞１．５である。より好ましくは、Ｇｍａｘ：Ｇｍｉｎ＞２である。好ましくは、スロット開口部３０の幅Ｄは、隙間６２の最小幅Ｇｍｉｎの５倍よりも大きくない、即ち、Ｄ≦５Ｇｍｉｎである。より好ましくは、スロット開口部３０の幅Ｄは、隙間６２の最小幅Ｇｍｉｎと等しいが又はこれよりも大きいが、隙間６２の最小幅Ｇｍｉｎの３倍未満又はこれと等しい、即ちＧｍｉｎ≦Ｄ≦３Ｇｍｉｎである。

図２４及び図２６を参照すると、モータの非通電時、ロータ５０の永久磁石５４は、ステータ１０の歯２０を引き付ける引力を生じる。図２４及び図２６は、ロータ５０を異なる位置で示す。具体的に、図２６は、死点位置にあるロータ５０（すなわち、ロータ５０の磁極の中央がステータ１０の歯先端２４の中央と整列している）を示す。図２４は、初期位置にあるロータ５０（すなわち、モータへの非通電時又は電源遮断時におけるロータ５０の停止位置）を示す。図２４及び図２６に示すように、ロータ５０が死点位置にある場合、ステータ１０を通過するロータ５０の磁極によって生成される磁場の磁束はΦ１であり、ロータ５０が初期位置にある場合、ステータ１０を通過するロータ５０の磁極によって生成される磁場の磁束はΦ２である。Φ２＞Φ１であり、Φ２の経路はΦ１の経路よりも短く、Φ２の磁気抵抗はΦ１の磁気抵抗未満であり、モータへの非通電時に、ロータ５０は初期位置に位置決めすることができるので、図２６に示す死点位置に停止するのを回避し、結果的に、モータに通電する場合にロータ５０の起動失敗を回避できる。

図２４を参照すると、この初期位置では、ステータの歯先端の中心線は、隣接する２つの磁極５４の中心線よりも隣接する２つの磁極５４の間の中立領域の中心線により近い。好ましくは、ステータ１０の歯２０の歯先端２４の中心線は、隣接する２つの永久磁極５４の間の中立領域の中心線に整列する。この位置は、死点位置から最も遠くに外れており、モータに通電する場合に、ロータの起動失敗を有効に回避することができる。初期位置では、現実の摩擦等の他の要因によって、歯先端２４の中心線が、隣接する２つの永久磁石柱５４の間の中立領域の中心線から、例えば０から３０度といった角度で外れる可能性があるが、初期位置は、それでも死点位置から遠く離れている。本考案の上記の実施形態では、ロータ５０は、ステータの歯先端２４に作用するロータ５０の永久磁石５４によってもたらされる漏れ磁場によって、死点位置から外れた初期位置に位置決めすることができる。永久磁石５４によってもたらされる漏れ磁束は、歯本体２２及び巻線１６を通過しない。このように構成された単相永久磁石ブラシレスモータのコギングトルクは、効果的に抑制することができ、モータの効率及び性能が向上する。実験によれば、このように構成された単相永久磁石ブラシレスモータのコギングトルクの最大値は、８０ｍＮｍ未満であることが分かる（定格トルクは１Ｎｍ、定格回転速度は１０００ｒｐｍ、ステータコアの積層高さは３０ｍｍである）。

図２７は、図１から図４に示した第１の実施形態のステータ１０と、図２１に示した第３の実施形態のロータ５０とによって形成されたモータを示す。ステータ１０の各歯先端２４は、円周方向に離間してスロット開口部３０を形成し、歯先端２４の外側面３４は同じ円筒面に配置される。ロータ５０の永久磁石５４は、円周方向に互いに接続された複数のセクションを含み、各セクションは、ロータ５０の１つの磁極として機能し、磁極の内壁面５６は平坦面であり、ロータ５０全体の内側面は正多角形である。ステータ１０及びロータ５０の間には対称で不均一な隙間６２が形成され、隙間６２の幅は、磁極の円周方向の両側部から円周方向中央部に向かって漸増し、磁極の円周方向中央で最大幅Ｇｍａｘであり、円周方向側部で最小幅Ｇｍｉｎである。ロータ５０が静止している場合、各歯端２４の中心は、永久磁石５４の２つの対応するセクションの接合部と整列し、これにより死点位置を回避してロータ５０の再起動が容易になる。

図２８は、図９及び図１０に示した第３の実施形態のステータ１０と、図２２に示した第４の実施形態のロータ５０とによって形成されたモータを示す。ステータ１０の歯先端２４は、円周方向に離間してスロット開口部３０を形成し、歯先端２４の外壁面３４は同じ円筒面に配置される。ロータ５０の永久磁石は、厚さが円周方向に沿って不均一な非対称構造である。ロータ５０の永久磁石５４の内壁面５６は、歯先端２４の外壁面３４の接線方向に対して所定角度だけ傾斜しており、永久磁石５４の内壁面５６と歯先端２４の外壁面３４との間には不均一で非対称な隙間６２が形成される。隙間６２の幅は、最初に永久磁石５４の一方の円周方向側部から他方の円周方向側部に向かって漸減し、次いで漸増する。図示の向きを例にとると、隙間６２は、永久磁石５４の時計回り側に最大幅Ｇｍａｘを有し、隙間６２の最小幅Ｇｍｉｎは、永久磁石５４の反時計回り側に隣接するがそこから外れた位置にある。

図２９は、図９及び図１０に示した第３の実施形態のステータ１０と、図２３に示した第５の実施形態のロータ５０とによって形成されたモータを示す。ステータ１０の歯先端２４は、円周方向に離間してスロット開口部３０を形成し、歯先端２４の外側面３４は、同じ円筒面に配置される。ロータ５０は、永久磁石５４と、円周方向に間隔をあけて交互に配置された磁性部材５８とを含む。永久磁石５４の内側面５６及び磁性部材５８の内側面６０は、集合的にロータ５０の多角形の内側面を形成する。ステータ１０とロータ５０との間には対称で不均一な隙間６２が形成され、そのサイズは、磁性部材５８の円周方向中央部から円周方向の両側部まで漸減し、永久磁石５４に対応する位置で最大幅Ｇｍａｘに達する。ロータ５０は、各々が永久磁極５４、隣接する２つの磁性部材５８、及び対応する歯先端２４を通過する漏れ磁束回路によって初期位置に位置決めできる。初期位置において、永久磁石５４の中心は、歯先端２４の中心と半径方向に整列し、永久磁石５４は、ステータ１０に円周方向の力を付与するのでロータ５０の起動が容易になる。

図３０は、図１７に示したステータ１０と、図１９に示したロータ５０とによって形成されたモータを示す。ステータ１０の歯先端２４は、円周方向で互いに接続され、ステータ１０の外側面全体、即ち歯先端２４の外側面３４は円筒面である。ロータ５０の内側面、即ち永久磁石５４の内壁面５６は、ステータ１０の外壁面３４と同軸の円筒面に配置される。ステータ１０の外壁面３４及びロータ５０の内壁面５６は、均一な隙間６２を定める。歯先端２４は、外壁面３４に位置決め溝４２を備えた非対称構造であり、ロータ５０が静止した場合、隣接する２つの永久磁石５４の間の領域の中心線は、ステータ１０の歯２０の歯先端２４の中心線に対して所定角度だけ偏ることが保証される。好ましくは、ロータが静止した場合、ステータ１０の位置決めスロット４２は、ロータ５０の隣接する２つの永久磁石５４の中心線と整列し、モータが通電される毎にロータ５０を上手く起動できる。

図３１は、図１５に示した第６の実施形態のステータ１０と、図２０に示した第２の実施形態のロータ５０とによって形成されたモータを示す。ステータ１０の歯先端２４は円周方向に互いに接続され、ステータ１０の外側面全体は円筒面である。ロータ５０の永久磁石５４の内壁面５６は、ステータ１０の外側面の接線方向と平行に延びる平坦面である。永久磁石５４の内壁面５６と歯先端２４の外壁面３４との間には、対称で不均一な隙間６２が形成される。隙間６２の幅は、永久磁石５４の円周方向中央から円周方向の両側部に向かって漸減し、永久磁石５４の円周方向中央で最小幅Ｇｍｉｎであり、円周方向の両側部で最大幅Ｇｍａｘである。

図３２は、別の実施形態による電気機器４に用いられた本考案のモータ１を示す。電気機器４は、モータのロータ軸２１によって駆動されるインペラ３を備える、レンジフード、換気ファン又はエアコンとすることができる。電気機器４は、モータのロータ５０によって駆動される減速装置３を備え、洗濯機又は乾燥機とすることもできる。

図１から図１１の各ステータ１０は、実質的に構造及び特性が同じであり、狭いスロット開口部を形成すること又はスロット開口部が無い場合もあり、さらにロータ５０と組み合わせる際に同じ機能をもたらすために置き換えできることを理解されたい。加えて、ステータとロータとの間に形成される種々の間隙に応じて、さらにステータ及びロータ構造の対称性及び非対称性に応じて、適切な回路を設計してモータが通電される場合にロータ５０を上手く始動できるようになっている。ステータ１０とロータ５０との組み合わせは、上述の実施形態に限定されないことを理解されたい。本考案の精神から逸脱しない様々な修正は、本考案の範囲内に属する。従って、本考案の範囲は、以下の請求項を参照することで決定される。

１０ ステータ
１２ ステータコア
１６ 巻線
１８ ヨーク
２０ 歯
２２ 歯本体
２４ 歯先端
２６ 巻付スロット
２８ ウイング部
３０ スロット開口部
３２ 内側面
３４ 外側面
５０ ロータ
５２ ハウジング
５４ 永久磁石
５６ 内側面

Claims (24)

1. ステータコアを備える単相アウターロータ型モータ用のステータであって、
   前記ステータコアは、
   ヨークと、
   前記ヨークの外側縁から外向きに延びる複数の歯と、
   を備え、前記歯の各々は、
   前記ヨークに結合された歯本体であって、隣接する２つの歯本体の間に巻付スロットが形成された歯本体と、
   前記歯本体の遠位端に形成された歯先端と、
   を含み、
   スロット開口部が前記隣接する２つの歯先端の間に形成され、前記歯先端は、円周方向の幅が前記歯本体の幅よりも大きく前記円周方向で前記歯本体を越えて突出し、前記ステータと向かい合う前記歯先端の少なくとも一部の内側面には切込溝が形成され、前記歯先端の前記切込溝の外側の部分は、スロット開口部を広くするために外側に傾けること、及び前記スロット開口部を狭くするために内側に傾けることができる、ステータ。
2. 前記歯先端の前記切込溝の外側の前記部分は、変形角度が１５°から６０°である、請求項１に記載の単相アウターロータ型モータ用のステータ。
3. 前記歯先端の前記切込溝の外側の前記部分は、変形角度が２０°から４５°である、請求項１に記載の単相アウターロータ型モータ用のステータ。
4. 前記切込溝は、前記歯先端と前記歯本体との間の接続領域に形成される、請求項１から３のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ用のステータ。
5. 前記切込溝は、前記歯本体に隣接しかつ前記歯本体から離間して配置される、請求項１から３のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ用のステータ。
6. 前記切込溝は、前記歯先端の各々に形成される、請求項１から３のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ用のステータ。
7. 前記歯先端には１つの切込溝のみが形成され、前記歯先端の片側は、前記歯先端を曲げて前記ステータコアを形成する前に、外側に傾けられる、請求項１から３のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ用のステータ。
8. 前記複数の歯のうちの半分の前記歯先端には前記切込溝が形成され、前記複数の歯のうちの他の半分の前記歯先端には前記切込溝が形成されず、前記切込溝を備えた前記歯先端と前記切込溝を備えていない前記歯先端とは、円周方向に間隔をあけて交互に配置される、請求項１から３のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ用のステータ。
9. 前記歯先端の前記切込溝の数は２であり、前記２つの切込溝は、前記歯本体の反対側に配置され、前記歯先端の両側部は、前記歯先端を内側に曲げて前記ステータコアを形成する前に、外側に傾けられる、請求項１から３のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ用のステータ。
10. 前記ステータは、前記ステータコアの周りに巻き付けられた巻線をさらに備え、前記歯先端の前記切込溝の外側の前記部分は、前記巻線の前記ステータコアへの巻き付け前に外側に傾けられ、前記歯先端の前記傾けられた部分は、前記巻線の前記ステータコアへの巻き付け後に内側に曲げられて前記ステータコアを形成する、請求項１から３のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ用のステータ。
11. ステータコアを備える単相アウターロータ型モータ用のステータであって、
    前記ステータコアは、
    ヨークと、
    前記ヨークの外側縁から延びる複数の歯であって、前記歯の各々が、前記ヨークに結合された歯本体と前記歯本体の遠位端に形成された歯先端とを含み、前記歯先端の幅が、前記歯本体の幅よりも大きく、前記歯先端の円周方向の両側部が、前記歯本体を越えて延びて２つのウイング部をそれぞれ形成し、前記隣接する２つの歯先端の隣接するウイング部間にスロット開口部が形成される、複数の歯と、
    前記歯本体の周りに巻き付けられた巻線と、
    を含み、
    スロット開口部の各々に隣接する２つのウイング部の少なくとも一方は、前記巻線を巻き付ける前に外側に傾けられ、前記傾けられたウイング部は、前記巻線を巻き付けた後に内側に曲げられて前記ステータコアを形成する、ステータ。
12. 前記複数の歯のうちの半分の前記歯先端の各々の前記ウイング部の両方が外側に傾けられ、前記複数の歯のうちの他の半分の前記歯先端の前記ウイング部は何れも外側に傾けられず、前記傾けられたウイング部を備えた前記歯先端と前記傾けられたウイング部を備えてない前記歯先端とは、円周方向に間隔をあけて交互に配置される、請求項１１に記載の単相アウターロータ型モータ用のステータ。
13. 前記巻線を巻き付ける前に、前記歯先端の各々の前記ウイング部の一方は外側に傾けられ、前記歯先端の各々の前記ウイング部の他方は外側に傾けられず、前記傾けられたウイング部の全ては、前記歯本体の同じ側に配置される、請求項１１に記載の単相アウターロータ型モータ用のステータ。
14. 前記傾けられたウイング部には切込溝が形成され、前記巻線を巻き付けた後に、前記傾けられたウイング部は、変形されて内側に曲がり前記切込溝が狭くなるか又は除去される、請求項１１に記載の単相アウターロータ型モータ用のステータ。
15. ステータ及びロータを備えた単相アウターロータ型モータであって、
    前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアに巻き付けられた巻線とを含み、前記ステータコアが、ヨークと、前記ヨークの外側縁から外側に延びる複数の歯とを含み、前記歯の各々は、
    前記ヨークに接続された歯本体であって、隣接する２つの歯本体の間に巻付スロットが形成された歯本体と、
    前記歯本体の遠位端に形成された歯先端であって、前記隣接する２つの歯先端の間にスロット開口部が形成され、前記歯先端が、円周方向の幅が前記歯本体の幅よりも大きく、前記円周方向で前記歯本体を越えて突出して２つのウイング部をそれぞれ形成し、スロット開口部が、前記隣接する２つの歯先端の２つの隣接するウイング部の間に形成され、前記ステータに向かい合うスロット開口部の各々の反対側の２つの隣接するウイング部の少なくとも一方の内側面に切込溝が形成され、前記巻線を巻き付ける前に、スロット開口部を広げるために前記歯先端の前記切込溝の外側の前記部分を外側に傾けること、及び前記巻線を巻き付けた後に、前記スロット開口部を狭くするために前記歯先端の前記傾けられた部分を変形させて内側に曲げることができる、歯先端と、
    を含み、
    前記ロータは、前記ステータを取り囲み、ハウジングと、該ハウジングの内側に配置されて複数の磁極を形成する少なくとも１つの永久磁石とを含み、前記磁極の内側面が、前記歯先端の外側面に対向しかつ半径方向に離間してこれらの間に間隙を形成するようになっており、前記スロット開口部の円周方向の幅は、前記隙間の最小幅の５倍未満又はこれと等しい、
    ことを特徴とするモータ。
16. 前記スロット開口部の前記円周方向の前記幅は、前記隙間の前記最小幅の３倍未満又はこれと等しい、請求項１５に記載の単相アウターロータ型モータ。
17. 前記隙間の前記最小幅に対する前記最大幅の比率は２より大きい、請求項１５又は請求項１６に記載の単相アウターロータ型モータ。
18. 前記円周方向に間隔をあけて等間隔に配置された複数の永久磁石が存在し、前記永久磁石の各々は、極弧係数が０．７よりも大きい、請求項１５から１７のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ。
19. 各磁極に対応する前記隙間の半径方向の幅は、前記磁極の中間部から円周方向の側部に向かって漸増する、請求項１５から１８のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ。
20. 単相モータを備える電気機器であって、
    前記モータは、ステータとロータとを備え、
    前記ステータは、
    複数の歯と前記歯に巻き付けられた巻線とを備えたステータコアであって、前記歯の各々は、歯本体と、前記歯本体の遠位端から円周方向に延びる歯先端とを含み、前記歯先端の円周方向の両側部が、前記歯本体を越えて延びて２つのウイング部をそれぞれ形成し、隣接する２つの歯先端の隣接するウイング部の隣接する端部の間にスロット開口部が形成されたステータコアと、
    前記歯本体の周りに巻き付けられた巻線と、
    を含み、
    前記ロータは、前記ステータを取り囲むヨークと、ハウジングの内側に配置され複数の磁極を形成する少なくとも１つの永久磁石とを備え、前記磁極の前記内側面が前記歯先端の前記外側面と向かい合ってこれらの間に間隙が形成されるようになっており、
    前記スロット開口部の各々に隣接する２つのウイング部の少なくとも一方は、前記巻線を巻き付ける前に、前記スロット開口部を広げて傾けられたウイング部を形成するために外側に傾けることができ、前記傾けられたウイング部は、前記巻線を巻き付けた後に、前記スロット開口部を狭くするために内側に変形させることができる、電気機器。
21. 前記モータが非通電の場合、前記ロータは、前記ステータの前記歯先端に作用する前記磁極が引き起こす漏れ磁場によって、初期位置に位置決めすることができる、請求項２０に記載の電気機器。
22. 前記狭いスロット開口部の前記円周方向の幅は、前記隙間の最小半径方向幅の５倍未満又はこれに等しい、請求項２０又は請求項２１に記載の電気機器。
23. 前記ロータによって駆動されるインペラをさらに備えるレンジフード、エアコン又は換気ファンである、請求項２０に記載の電気機器。
24. 前記ロータによって駆動される減速装置をさらに備える洗濯機又は乾燥機である、請求項２０に記載の電気機器。

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