JP3583859B2 - Magnet motor stator - Google Patents

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JP3583859B2
JP3583859B2 JP10189796A JP10189796A JP3583859B2 JP 3583859 B2 JP3583859 B2 JP 3583859B2 JP 10189796 A JP10189796 A JP 10189796A JP 10189796 A JP10189796 A JP 10189796A JP 3583859 B2 JP3583859 B2 JP 3583859B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットモータのステータの構造に特徴を有し、特に人力の駆動力をモータの駆動力によって補助する、所謂、アシスト型自転車とも呼ばれる電動自転車に用いるに適したマグネットモータのステータに関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、人力による人力駆動部とモータによる電動駆動部との両方を兼ね備え、人力による駆動力の大きさに応じてモータを駆動し、人力の駆動力をモータの駆動力によって補助する電動自転車が人気を呼んでいる。
【0003】
従来、このような電動自転車は、特開平4−358987号公報(B62M 23/02)に示す如く、人力による駆動系と電動モータによる駆動系とを並列に設け、前記人力による駆動系の駆動力を検出して電動モータの出力を制御するようにしたものが知られている。
【0004】
しかしながら、このような構成では駆動部分が後輪と離れた場所にあるため、駆動力が後輪に伝わるまでに力の損失が大きかったり、後輪に動力を伝えるために、ペダル及び電動モータの縦方向の回転をドライブ軸の横方向の回転に変換し、更に後輪を回転させるために縦方向の回転に変換しなければならず、構成が複雑になるほか、大型化し、更には故障が起こりやすいといった問題点が生じていた。
【0005】
そこでこの問題点を解決するために、本出願人は電動モータで後輪を直接回転させるタイプの電動自転車を提供してきた。
以下、後輪直接駆動タイプの電動自転車の例を図面に基づいて説明する。
【0006】
図3は後輪直接駆動タイプの電動自転車の全体斜視図であり、図中、1は電動自転車本体である。電動自転車本体1には後述するモータ8が備えられており、人力によるトルクの大きさに応じてモータ8の駆動力を変化させ、人力による力をモータ8の力によって補助して走行させるようになっている。
【0007】
電動自転車本体1のフレーム4には前輪2、後輪3、ハンドル13及びサドル21が取付けてあり、前輪2はハンドル13によって操舵されるようになっている。後輪3の回転軸の部分には盤状ケーシング5が設けられている。
【0008】
盤状ケーシング5は回転側ケーシング6と電動自転車本体1に固定される固定側ケーシング7とを備えており、回転側ケーシング6が後輪3と一体になって回転するようになっている。
【0009】
また、盤状ケーシング5にはモータ8が内蔵されており、電動駆動が必要なときに駆動して、後述する人力駆動部10と共に前記回転側ケーシング6を回転させる。この盤状ケーシング5を備える駆動部分が電動駆動部9である。
【0010】
人力駆動部10はペダル11及びチェーン12を備えており、使用者がペダル11を踏むことで、チェーン12を介して前記後輪3を回転させる。この例ではチェーン12を人力の伝達部材としたが、これに限らずチェーン12の代わりにベルト、回転軸等によるものでも構わない。
【0011】
前輪2の操舵をするハンドル13の左右両端にはブレーキレバ14,15が取付けてあり、また前輪2及び後輪3にはブレーキ装置18,19が設けてあり、ブレーキレバ14,15とブレーキ装置18,19とはワイヤ16,17によって連結されている。
【0012】
そして、ブレーキレバ14,15を引くことでワイヤ16,17が引っ張られ、このワイヤ16,17によってそれぞれ前後のブレーキ装置18,19が動作するようになっている。また、ワイヤ16,17の途中にはブレーキスイッチ20が設けてあり、ブレーキレバ14,15を操作したときにモータ8への通電が停止する機構になっている。
【0013】
後輪3上のフレーム4にはモータ8の電源となるバッテリ部22が取付けてある。このバッテリ部22は、フレーム4にスライド着脱可能に取付けられるバッテリケース23と、該バッテリケース23に収納した単一型充電式電池によって構成されており、電源電圧は略24ボルトである。
【0014】
次に、図4、図5に基づき、前記盤状ケーシング5について説明する。
図4は、図3に示した盤状ケーシング5の構成を示す正面図であり、図中、7は電動自転車本体に固定される固定側ケーシングである。
【0015】
固定側ケーシング7には制御基板、放熱板からなる制御部(図示せず)、モータ8、モータ8の出力軸24の出力を伝達する第1プーリ、第2プーリのプーリ組25と最終段プーリ28の3つのプーリ群からなる減速機構26、該減速機構26の各プーリ間及び最終段プーリ28とを連結する伝達ベルト27が配置されている。
【0016】
前記最終段プーリ28は回転側ケーシング6に固定されており、前記モータ8が回転するとモータ8の出力軸24から最終段プーリ28までが伝達ベルト27によって回転し、減速されて最終段プーリ28と共に回転側ケーシング6が回転する。
【0017】
また、最終段プーリ28に連結される第2プーリの小さいほうのプーリには、一方向クラッチ(図示せず)が介入されており、ペダルからの力がかかったときにモータ8を回さないように、即ちペダルが軽いようにしてある。29は後輪の車軸である。
【0018】
図5は前記盤状ケーシング5内のモータ8の配置状態を示す正面図であり、30はステータ、40はマグネット、60は電機子である。
【0019】
しかしながら、この盤状ケーシング5を備える電動駆動部9はサイズ、重量共にかなりのものであり、自転車に用いるものとしてはその軽量、小サイズ化が望まれていた。そして軽量、小サイズ化のために駆動モータの小型化も一つの課題であった。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
永久磁石を界磁とするモータの小型化のためにはBH積の大きい磁石を用い、磁束を大きくとることが有効である。BH積の大きい磁石としては、近年、ネオジウム、鉄、ボロンからなるネオジウム磁石やサマリウムコバルト系磁石などの希土類磁石が知られている。
【0021】
例えば、ネオジウム磁石はBH積では30MGOeあり、フェライトの磁石の約10倍であるが、価格は単位重量当たり約30倍程度になり高価なものである。それでネオジウム磁石は、一般に、モータではブラシレスモータの回転子の界磁に使用されている。
【0022】
従って、モータの小型化のためにネオジウム磁石などの希土類磁石を用いるブラシレスモータを採用することが一つの選択ではあるが、その回路構成の複雑さと価格の面から難があった。
【0023】
そこで希土類磁石をステータに用いて小型化を図りながら、機械的なブラシを有するが、回路構成が簡単な直流モータであるマグネットモータを採用する方が有用である。本発明は、電動自転車等に用いるマグネットモータの小型軽量化を図るものである。
【0024】
【課題を解決するための手段】
【0025】
本発明のマグネットモータのステータは、ステータコアの外形が径の大きい部分と小さい部分があり、ステータコアがケースに圧入セットされるマグネットモータにおいて、ステータコアのケースへの圧入部ステータコア外径のうちで最小の部分であってマグネット磁極の中心となる位置に形成したことを特徴とする。
【0026】
また、モータ特性上必要でない部分を削ることによってモータの小型化と軽量化が可能となる。
【0027】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の請求項1に係るマグネットモータのステータの構成図を示す。図1は、マグネットモータのステータの正面図である。
【0028】
図において、30はマグネットモータのステータ、31は鉄板(珪素鋼板)を積層して形成したマグネットモータのステータコア、40a,40b、41a,41b、42a,42b、43a,43bは平板のマグネットであり、ステータコア31に形成されたマグネット挿入孔に挿入保持される。マグネットはネオジウム磁石等、希土類磁石の強磁石タイプのものであって、2枚のマグネットで1磁極を形成している。この例では4極のステータを構成している。
【0029】
ステータコア31は、外形が径の大きい部分32と小さい部分33を有し、ステータコア31はケース50へ圧入してステータ30を構成する。
【0030】
本発明の請求項1に係るマグネットモータのステータでは、ステータコア31のケース50への圧入部がステータコア外径のうちで最小の部分33とした。
この実施例の場合、ステータコア外径のうちで最小の部分33は4個所あるので、ステータコア31のケース50への圧入個所も4個所となる。
【0031】
このような構成をとることにより、ステータコア31をケース50に圧入する圧入強度を確保するためのケースの肉厚をステータ外径最大値の部分の肉厚よりも厚くできるため、圧入強度を十分にとれる。また、ステータ外径最大値の部分32はケースに圧入しないので、ケースの肉厚を薄くすることができるためセット全体としてステータ30の小型化が可能となる。
【0032】
図2は本発明の請求項2に係るマグネットモータのステータの構成図を示す。図2(A)はマグネットモータのステータの正面図であり、図2(B)はステータの側面図である。
【0033】
図において、図1のものと同一のものについては同一の符号を付している。
30はマグネットモータのステータ、31は鉄板(珪素鋼板)を積層して形成したマグネットモータのステータコア、40a,40b、41a,41b、42a,42b、43a,43bは平板のマグネットであり、ステータコア31の内面側に接着保持される。マグネットはネオジウム磁石等、希土類磁石の強磁石タイプのものであって、2枚のマグネットで1磁極を形成している。この例では4極のステータを構成している。
【0034】
ステータコア31は、外形が径の大きい部分32と小さい部分33を有し、ステータコア31はケース50へ圧入してステータ30を構成する。
【0035】
本発明の請求項2に係るマグネットモータのステータでは、ステータコア31のケース50への圧入部がステータコア外径のうちで最小の部分とし、ケースへの圧入部がマグネット磁極40a,40b、41a,41b、42a,42b、43a,43bの中心、例えば磁極40a,40bとの中心点40pになるように構成する。
【0036】
この実施例の場合、ステータコア外径のうちで最小の部分でマグネット磁極の中心は4個所あるので、ステータコア31のケース50への圧入個所も4個所となる。
【0037】
これにより、マグネット磁極の磁束はマグネットの磁極中心より左右方向に分かれていき、極の中心部分では磁束密度が低くなるため、マグネット磁極の中心はモータ特性上薄くしても問題のない部分になる。従って、ステータのモータ特性上必要でない部分を削り、その部分をケース50への圧入部としているため、ステータ30が小型化でき、セット全体として小型化が可能となり、モータの小型化と軽量化が図られる。
【0038】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、ステータコアをケースに圧入する圧入強度を確保するためのケースの肉厚をステータ外径最大値の部分の肉厚よりも厚くできるため、圧入強度を十分にとれる。また、モータ特性上必要でないケースの肉厚部分を削ることによって、ケースの肉厚を薄くすることができるためセット全体としてステータの小型化が可能となり、モータの小型化と軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の請求項1に係るマグネットモータのステータの構成図。
【図2】本発明の請求項2に係るマグネットモータのステータの構成図。
【図3】電動自転車の全体斜視図。
【図4】盤状ケーシングの構成を示す正面図および側面図。
【図5】盤状ケーシング上でのモータの配置図。
【符号の説明】
1 電動自転車本体
2 前輪3
3 後輪
4 フレーム
5 盤状ケーシング
6 回転側ケーシング
7 固定側ケーシング
8 モータ
9 電動駆動部
10 人力駆動部
11 ペダル
12 チェーン
13 ハンドル
14,15 ブレーキレバ
16,17 ワイヤ
18,19 ブレーキ装置
20 ブレーキスイッチ
21 サドル
22 バッテリ部
23 バッテリケース
24 モータ出力軸
25 プーリ組
26 減速機構
27 伝達ベルト
28 最終段プーリ
29 後輪の車軸
30 ステータ
31 ステータコア
32 ステータコア外径最大部分
33 ステータコア外径最小部分
40〜43 マグネット
50〜53 マグネット挿入孔
60 ケース
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stator of a magnet motor, which is characterized by a structure of a stator of the magnet motor, and is particularly suitable for use in an electric bicycle, which is also called an assist-type bicycle, in which human-powered driving force is assisted by the driving force of the motor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Recently, electric bicycles, which have both a human-powered driving unit and a motor-driven electric driving unit, drive a motor according to the magnitude of the human-powered driving force, and assist the human-powered driving force with the motor driving force, have become popular. Is calling.
[0003]
Conventionally, such an electric bicycle is provided with a drive system using human power and a drive system using an electric motor in parallel, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-35887 (B62M 23/02), and the driving force of the drive system using human power is provided. There is known a device in which the output of the electric motor is detected to detect the output of the electric motor.
[0004]
However, in such a configuration, since the driving portion is located at a position away from the rear wheel, the loss of power is large before the driving force is transmitted to the rear wheel, or the pedal and the electric motor are used to transmit power to the rear wheel. The rotation in the vertical direction must be converted to the rotation in the horizontal direction of the drive shaft, and further to the rotation in the vertical direction in order to rotate the rear wheel. There was a problem that it was likely to occur.
[0005]
Therefore, in order to solve this problem, the present applicant has provided an electric bicycle of a type in which the rear wheel is directly rotated by an electric motor.
Hereinafter, an example of an electric bicycle of a rear wheel direct drive type will be described with reference to the drawings.
[0006]
FIG. 3 is an overall perspective view of a rear-wheel direct drive type electric bicycle, in which 1 denotes an electric bicycle main body. The electric bicycle body 1 is provided with a motor 8 to be described later. The driving force of the motor 8 is changed in accordance with the magnitude of the torque generated by human power, and the motor 8 is driven by assisting the power generated by human power. Has become.
[0007]
A front wheel 2, a rear wheel 3, a handle 13 and a saddle 21 are attached to a frame 4 of the electric bicycle main body 1, and the front wheel 2 is steered by the handle 13. A disk-shaped casing 5 is provided on the rotation shaft of the rear wheel 3.
[0008]
The disc-shaped casing 5 includes a rotating casing 6 and a fixed casing 7 fixed to the electric bicycle main body 1. The rotating casing 6 rotates integrally with the rear wheel 3.
[0009]
Further, a motor 8 is built in the board-shaped casing 5, and is driven when electric driving is required, and rotates the rotation-side casing 6 together with a human-powered driving unit 10 described later. The driving portion including the disc-shaped casing 5 is the electric driving unit 9.
[0010]
The human-powered drive unit 10 includes a pedal 11 and a chain 12. When the user steps on the pedal 11, the rear wheel 3 is rotated via the chain 12. In this example, the chain 12 is a transmission member of human power. However, the present invention is not limited to this.
[0011]
Brake levers 14 and 15 are attached to both left and right ends of a steering wheel 13 for steering the front wheel 2, and brake devices 18 and 19 are provided for the front wheel 2 and the rear wheel 3. 18 and 19 are connected by wires 16 and 17.
[0012]
The wires 16, 17 are pulled by pulling the brake levers 14, 15, and the front and rear brake devices 18, 19 are operated by the wires 16, 17 respectively. A brake switch 20 is provided in the middle of the wires 16 and 17, and the mechanism is such that when the brake levers 14 and 15 are operated, the power supply to the motor 8 is stopped.
[0013]
A battery section 22 serving as a power supply for the motor 8 is attached to the frame 4 on the rear wheel 3. The battery section 22 is composed of a battery case 23 slidably attached to the frame 4 and a single rechargeable battery housed in the battery case 23. The power supply voltage is approximately 24 volts.
[0014]
Next, the board-shaped casing 5 will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a front view showing the configuration of the board-like casing 5 shown in FIG. 3, and in the drawing, reference numeral 7 denotes a fixed casing fixed to the electric bicycle body.
[0015]
The fixed casing 7 includes a control unit (not shown) including a control board and a radiator plate, a motor 8, a first pulley for transmitting an output of an output shaft 24 of the motor 8, a pulley set 25 of a second pulley, and a final-stage pulley. A speed reduction mechanism 26 composed of three pulley groups 28 and a transmission belt 27 that connects between the pulleys of the speed reduction mechanism 26 and the final stage pulley 28 are arranged.
[0016]
The last stage pulley 28 is fixed to the rotating casing 6. When the motor 8 rotates, the portion from the output shaft 24 of the motor 8 to the last stage pulley 28 is rotated by the transmission belt 27, and the speed is reduced and the final stage pulley 28 is rotated. The rotating casing 6 rotates.
[0017]
In addition, a one-way clutch (not shown) is interposed in the smaller one of the second pulleys connected to the final-stage pulley 28, so that the motor 8 is not turned when a force from the pedal is applied. That is, the pedal is light. 29 is a rear wheel axle.
[0018]
FIG. 5 is a front view showing an arrangement state of the motor 8 in the board-shaped casing 5, wherein 30 is a stator, 40 is a magnet, and 60 is an armature.
[0019]
However, the size and weight of the electric drive unit 9 including the disk-shaped casing 5 is considerable, and it has been desired that the electric drive unit 9 be lightweight and small in size for use in bicycles. Another problem was to reduce the size of the drive motor in order to reduce the weight and size.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
In order to reduce the size of a motor using a permanent magnet as a field, it is effective to use a magnet having a large BH product and increase the magnetic flux. In recent years, rare earth magnets such as neodymium magnets made of neodymium, iron, and boron and samarium-cobalt-based magnets are known as magnets having a large BH product.
[0021]
For example, a neodymium magnet has a BH product of 30 MGOe, which is about ten times that of a ferrite magnet, but is about 30 times as expensive per unit weight and is expensive. Thus, neodymium magnets are generally used in motors for the field of the rotor of brushless motors.
[0022]
Therefore, adopting a brushless motor using a rare earth magnet such as a neodymium magnet for downsizing of the motor is one option, but there is a problem in terms of complexity of the circuit configuration and cost.
[0023]
Therefore, it is more useful to employ a magnet motor which is a DC motor having a mechanical brush while having a mechanical brush while reducing the size by using a rare earth magnet for the stator. The present invention aims at reducing the size and weight of a magnet motor used for an electric bicycle or the like.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
[0025]
Magnet motor stator of the present invention, there is a large portion and a small portion of the outer shape of the stator core diameter, the minimum in the magnet motor stator is press set into the case, the press-fit portion of the stator core of the case within the stator core outer diameter And is formed at a position that is the center of the magnet magnetic pole .
[0026]
Further, by cutting off unnecessary parts in terms of motor characteristics, the size and weight of the motor can be reduced.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a configuration diagram of a stator of a magnet motor according to claim 1 of the present invention. FIG. 1 is a front view of the stator of the magnet motor.
[0028]
In the figure, 30 is a stator of a magnet motor, 31 is a stator core of a magnet motor formed by laminating iron plates (silicon steel plates), 40a, 40b, 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b are plate magnets, It is inserted and held in a magnet insertion hole formed in the stator core 31. The magnet is a strong magnet type of a rare earth magnet such as a neodymium magnet, and one magnet is formed by two magnets. In this example, a four-pole stator is configured.
[0029]
The stator core 31 has a portion 32 having a large outer diameter and a portion 33 having a small diameter. The stator core 31 is press-fitted into a case 50 to constitute the stator 30.
[0030]
In the stator of the magnet motor according to claim 1 of the present invention, the press-fit portion of the stator core 31 into the case 50 is the smallest portion 33 of the outer diameter of the stator core.
In the case of this embodiment, since the minimum portion 33 of the outer diameter of the stator core is four, the number of press-fitting points of the stator core 31 into the case 50 is also four.
[0031]
By adopting such a configuration, the thickness of the case for securing the press-fitting strength for press-fitting the stator core 31 into the case 50 can be made thicker than the thickness of the portion of the maximum value of the stator outer diameter. I can take it. Further, since the portion 32 having the maximum value of the outer diameter of the stator is not press-fitted into the case, the thickness of the case can be reduced, so that the stator 30 can be downsized as a whole set.
[0032]
FIG. 2 shows a configuration diagram of a stator of a magnet motor according to claim 2 of the present invention. FIG. 2A is a front view of a stator of the magnet motor, and FIG. 2B is a side view of the stator.
[0033]
In the figure, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
Reference numeral 30 denotes a stator of a magnet motor, 31 denotes a stator core of a magnet motor formed by laminating iron plates (silicon steel plates), and 40a, 40b, 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b denote flat plate magnets. It is adhesively held on the inner surface side. The magnet is a strong magnet type of a rare earth magnet such as a neodymium magnet, and one magnet is formed by two magnets. In this example, a four-pole stator is configured.
[0034]
The stator core 31 has a portion 32 having a large outer diameter and a portion 33 having a small diameter. The stator core 31 is press-fitted into a case 50 to constitute the stator 30.
[0035]
In the magnet motor stator according to claim 2 of the present invention, the press-fit portion of the stator core 31 into the case 50 is the smallest portion of the outer diameter of the stator core, and the press-fit portion into the case is the magnet magnetic poles 40a, 40b, 41a, 41b. , 42a, 42b, 43a, 43b, for example, the center point 40p with the magnetic poles 40a, 40b.
[0036]
In the case of this embodiment, since the center of the magnet pole is four at the smallest part of the outer diameter of the stator core, the stator core 31 is also pressed into the case 50 at four places.
[0037]
As a result, the magnetic flux of the magnet pole is divided in the left and right direction from the center of the magnet pole, and the magnetic flux density is reduced at the center of the pole. . Therefore, a portion unnecessary for the motor characteristics of the stator is cut off, and the portion is used as a press-fit portion into the case 50. Therefore, the stator 30 can be reduced in size, and the entire set can be reduced in size, and the motor can be reduced in size and weight. It is planned.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the thickness of the case for securing the press-fitting strength for press-fitting the stator core into the case can be made larger than the thickness of the portion having the maximum outer diameter of the stator, so that the press-fitting strength can be sufficiently obtained. Also, by reducing the thickness of the case, which is not necessary for the motor characteristics, the thickness of the case can be reduced, so that the stator can be downsized as a whole set, and the motor can be reduced in size and weight. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a stator of a magnet motor according to claim 1 of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a stator of a magnet motor according to claim 2 of the present invention.
FIG. 3 is an overall perspective view of the electric bicycle.
FIG. 4 is a front view and a side view showing a configuration of a board-shaped casing.
FIG. 5 is a layout view of a motor on a board-shaped casing.
[Explanation of symbols]
1 Electric bicycle body 2 Front wheel 3
Reference Signs List 3 rear wheel 4 frame 5 disc-shaped casing 6 rotating casing 7 fixed casing 8 motor 9 electric drive unit 10 manual drive unit 11 pedal 12 chain 13 handle 14, 15 brake lever 16, 17, wire 18, 19 brake device 20, brake switch DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Saddle 22 Battery part 23 Battery case 24 Motor output shaft 25 Pulley set 26 Reduction mechanism 27 Transmission belt 28 Last stage pulley 29 Rear wheel axle 30 Stator 31 Stator core 32 Stator core outer diameter maximum portion 33 Stator core outer diameter minimum portion 40 to 43 Magnet 50-53 Magnet insertion hole 60 Case

Claims (1)

ステータコアの外形が径の大きい部分と小さい部分があり、ステータコアがケースに圧入セットされるマグネットモータにおいて、ステータコアのケースへの圧入部ステータコア外径のうちで最小の部分であってマグネット磁極の中心となる位置に形成したことを特徴とするマグネットモータのステータ。In a magnet motor in which the outer diameter of the stator core has a large diameter portion and a small diameter portion, and the stator core is press-fitted into the case, the press-fit portion of the stator core into the case is the smallest portion of the outer diameter of the stator core and the center of the magnet pole. A stator for a magnet motor, wherein the stator is formed at the following position .
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