JP3205347U - 単相アウターロータ型モータ及びそのロータ - Google Patents
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Abstract
【課題】ロータの死点位置を効果的に回避することができる、単層アウターロータ型モータ及びそのロータを提供する。【解決手段】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備える。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、複数の歯とを含む。歯の遠位端には歯先端24が形成される。隣接する2つの歯先端の間にはスロット開口部30が形成される。ロータは、ハウジングと、ハウジングの内側に取り付けられた永久磁石54とを含む。永久磁石は、円周方向に閉じたリング状に配置され、円周方向に沿った複数の磁極を形成する。ステータの外側面34と永久磁石の内側面56との間には対称で不均一な隙間62が形成される。スロット開口部の円周方向幅Dは、隙間の最小幅Gminの5倍未満又はこれと等しい。【選択図】図25
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、エアコン等の出力の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、モータのコギングトルクを低減して、ロータが停止した際に死点位置になるのを回避することが望まれている。
従って、ロータの死点位置を効果的に回避することができる、アウターロータ型モータ及びそのロータに対する要望がある。
1つの態様において、本考案は、単相アウターロータ型モータ用のロータを提供し、ロータは、ハウジングと、ハウジングの内側に付着された永久磁石とを含む。永久磁石は、円周方向に沿って複数のセクションを含む、円周方向に閉じたリングである。各セクションは磁極を形成する。永久磁石の隣接するセクションは極性が異なる。永久磁石の各セクションは軸方向に対称な構造であり、永久磁石の各セクションの内側面とロータの中心軸との間の距離は、内壁面の円周方向の両側部から中央部に向かって徐々に変化する。
好ましくは、永久磁石の各セクションの内壁面とロータの中心軸との間の距離は、内壁面の円周方向の両側部から中央部に向かって漸減する。
好ましくは、永久磁石の各セクションの内壁面は、平坦面である。
好ましくは、永久磁石の内側面は、集合的に正多角形を形成する。
別の態様において、本考案は、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を提供する。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外向きに延びる複数の歯とを含み、歯の各々は、ヨークに結合された歯本体と、該歯本体の遠位端に形成された歯先端とを含む。ロータは、ハウジングと、ハウジングの内側に取り付けられ、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る。ロータの磁極の内側面とステータの歯先端の外側面との間には不均一な隙間が形成される。モータが非通電の場合、ロータは、ステータコアの歯先端に作用する少なくとも1つの永久磁石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。
好ましくは、スロット開口部が隣接する2つの歯先端の間に形成され、スロット開口部の円周方向幅は、ステータとロータとの間の最小隙間の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幅は、ステータとロータとの間の最小隙間の3倍未満又はこれと等しい。
好ましくは、歯先端は、幅が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つの歯先端の対向するウイング部は、スロット開口部の一方を定める。各スロット開口部に隣接する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変形されて内側に曲がる。
好ましくは、傾けられたウイング部には切断溝が形成され、巻線を巻き付けた後、傾けられたウイング部は、変形されて内側に曲がり切断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、本考案は、単相アウターロータ型モータを提供し、モータは、ステータと、ステータを取り囲むロータとを備える。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一体的に半径方向外向きに延びる複数の歯とを含む。歯の各々の遠位端には歯先端が形成される。隣接する2つの歯先端の間にはスロット開口部が形成される。ロータは、ハウジングと、ハウジングの内側に付着された永久磁石とを含む。永久磁石は、円周方向に閉じたリングを形成する。永久磁石は、円周方向に沿った複数の磁極を形成する。ステータの外側面と永久磁石の内側面との間には対称で不均一な隙間が形成される。ロット開口部の円周方向幅は、隙間の最小幅の5倍未満又はこれと等しい。
好ましくは、ステータの歯先端の外壁面は共通の円筒面に配置され、ロータの永久磁石の内壁面は正多角形を形成する。
好ましくは、スロット開口部の円周方向幅は、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よりも大きい。
さらに別の態様において、本考案は、単相モータを備える電気装置を提供する。モータは、ステータと、該ステータを取り囲むロータとを備える。ロータは、ハウジングと、該ハウジングの内側に取り付けられたリング状永久磁石とを含む。リング状永久磁石は、円周方向に沿って複数のセクションを備え、各セクションは永久磁極を形成し、永久磁石の隣接するセクションは極性が異なり、永久磁石の各セクションは対称構造を有する。永久磁石の各セクションの内側面とロータの中心軸との間の距離は、内側面の中央部から円周方向の両側部に向かって漸増する。
従来のアウターロータ型モータと比較して、モータのステータの歯先端の外側面とロータの磁極の内側面との間に不均一な隙間が形成されるので、ロータが死点位置で停止することが阻止され、モータが通電される場合に、ロータが上手く起動することが保証される。加えて、スロット開口部の円周方向幅は、隙間の最小幅の5倍未満又はこれに等しく、これによりコギングトルクを効果的に低減することができる。
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の外周面は、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の内周面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の内周面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の円周方向の側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の隣接する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、磁極の内周面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の外周面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の内周面56は、歯先端24の外周面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の内周面56と歯先端24の外周面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の内周面56は、ステータ10の外周面34と同軸の円筒面に配置される。ステータ10の外周面34及びロータ50の内周面56は、均一な隙間62を定める。歯先端24は、外周面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。理解できるように、この実施形態では、ステータ10の各歯先端24は、狭いスロット開口部によって円周方向に互いに離間することができる。
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の内周面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の内周面56と歯先端24の外周面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
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 (19)
- 単相アウターロータ型モータ用のロータであって、
ハウジングと、
前記ハウジングの内側に付着された永久磁石と、
を備え、
前記永久磁石は、円周方向に沿って複数のセクションを含む、円周方向に閉じたリングであり、前記セクションの各々は磁極を形成し、前記永久磁石の隣接するセクションは極性が異なり、前記永久磁石の各セクションは対称構造を有し、前記永久磁石の各セクションの内側面と前記ロータの中心軸との間の距離は、前記内側面の円周方向の両側部から中央部に向かって徐々に変化する、単相アウターロータ型モータ用のロータ。 - 前記永久磁石の各セクションの前記内側面と前記ロータの中心軸との間の前記距離は、前記内壁面の前記円周方向の両側部から前記中央部に向かって漸減する、請求項1に記載の単相アウターロータ型モータ用のロータ。
- 前記永久磁石の各セクションの前記内側面は平坦面である、請求項1又は2に記載の単相アウターロータ型モータ用のロータ。
- 前記永久磁石の前記内側面は、集合的に正多角形を形成する、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ロータ。
- 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、該ステータコアの周りに巻き付けられた巻線とを含み、前記ステータコアは、ヨークと、該ヨークの外側縁から外向きに延びる複数の歯とを含み、前記歯の各々は、前記ヨークに結合された歯本体と、該歯本体の遠位端に形成された歯先端とを含み、前記巻線は前記歯本体に巻き付けられており、
前記ロータは、前記ステータを取り囲み、該ロータは、
ハウジングと、
前記ハウジングの内側に取り付けられ、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、
前記ロータの前記磁極の内側面と前記ステータの前記歯先端の外側面との間には不均一な隙間が形成され、前記モータが非通電の場合、前記ロータは、前記ステータコアの前記歯先端に作用する前記少なくとも1つの永久磁石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、単相アウターロータ型モータ。 - スロット開口部が隣接する2つの歯先端の間に形成され、前記スロット開口部の円周方向幅は、前記ステータと前記ロータとの間の最小隙間の5倍未満又はこれと等しい、請求項5に記載の単相アウターロータ型モータ。
- 前記スロット開口部の円周方向幅は、前記ステータと前記ロータとの間の最小隙間の3倍未満又はこれと等しい、請求項5に記載の単相アウターロータ型モータ。
- 前記歯先端の幅は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は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が前記スロット開口部の一方を定め、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が、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変形されて内側に曲がる、請求項6又は7に記載の単相アウターロータ型モータ。
- 前記傾けられたウイング部には切断溝が形成され、前記巻線を巻き付けた後、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断溝が狭くなるか又は除去される、請求項8に記載の単相アウターロータ型モータ。
- 前記複数の永久磁極は、前記円周方向に沿って複数のセクションを含むリング状永久磁石で作られており、前記セクションの各々は磁極を形成し、前記永久磁石の隣接するセクションは極性が異なり、前記永久磁石の各セクションは対称構造を有し、前記永久磁石の各セクションの内壁面と前記ロータの中心軸との間の距離は、前記内壁面の円周方向の両側部から中央部に向かって徐々に変化する、請求項5から9のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ。
- 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、該ステータコアの周りに巻き付けられた巻線とを備え、前記ステータコアは、ヨークと、該ヨークの外側縁から一体的に半径方向外向きに延びる複数の歯とを含み、該歯の各々の遠位端には歯先端が形成され、隣接する2つの歯先端の間にはスロット開口部が形成されており、
前記ロータは前記ステータを取り囲み、該ロータは、ハウジングと、該ハウジングの内側に付着された永久磁石とを含み、前記永久磁石は、円周方向に閉じたリングを形成し、前記永久磁石は、前記円周方向に沿って複数の磁極を形成し、前記ステータの外側面と前記永久磁石の内側面との間には対称で不均一な隙間が形成され、前記スロット開口部の円周方向幅は、前記隙間の最小幅の5倍未満又はこれと等しい、単相アウターロータ型モータ。 - 前記ステータの前記歯先端の外側面は、共通の円筒面に配置され、前記ロータの前記永久磁石の内側面は、正多角形を形成する、請求項11に記載の単相アウターロータ型モータ。
- 前記スロット開口部の前記円周方向幅は、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11又は12に記載の単相アウターロータ型モータ。
- 前記隙間の前記最小幅に対する最大幅の比率は2よりも大きい、請求項11から13のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ。
- 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、該ステータを取り囲むロータとを備え、
前記ロータは、
ハウジングと、
前記ハウジングの内側に取り付けられ、円周方向に沿って複数のセクションを備えたリング状永久磁石と、
を備え、前記セクションの各々は永久磁極を形成し、前記永久磁石の隣接するセクションは極性が異なり、前記永久磁石の各セクションは対称構造を有し、
前記永久磁石の各セクションの内側面と前記ロータの中心線との間の距離は、前記内側面の中央部から円周方向の両側部に向かって漸増する、電気機器。 - 前記ステータは、ステータコアと、該ステータコアの周りに巻き付けられた巻線とを含み、前記ステータコアは、ヨークと、該ヨークの外側縁から外向きに延びる複数の歯とを含み、前記歯の各々は、前記ヨークに結合された歯本体と、該歯本体の遠位端に形成された歯先端とを含み、前記ロータの前記永久磁石の内側面と前記ステータの前記歯先端の外側面と間には対称で不均一な隙間が形成される、請求項15に記載の電気機器。
- 巻付スロットが隣接する2つの歯先端の間に形成され、前記巻線は前記歯本体の周りに巻き付けられ、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、前記スロット開口部の円周方向幅は、前記ステータと前記ロータとの間の最小隙間の5倍未満又はこれと等しい、請求項16に記載の電気機器。
- 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15に記載の電気機器。
- 前記ロータによって駆動される減速装置をさらに備えた洗濯機又は乾燥機である、請求項15に記載の電気機器。
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