JP3745691B2 - スケルトン型無整流子電動機 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スケルトン型無整流子電動機に係るもので、詳しくは、漏洩磁束(leakage flux)が小さく、可動特性(maneuverability)及び効率を向上し得るスケルトン型無整流子電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術によるスケルトン型無整流子電動機では、図９に示すように、回転子１１１と、該回転子１１１が空隙を有して収容される固定子１２１と、回転子１１１の回動及び制御を行うための駆動制御回路（図示されず）を含むＰＣＢ(Printed Circuit Board)１５１と、固定子１２１の側方に結合されてＰＣＢ１５１が収納されたＰＣＢカバー１５３とを備え、回転子１１１は円筒型の永久磁石に構成されて中心に回転軸１１２が嵌合されている。
【０００３】
また、固定子１２１は、図１２に示すように、回転子１１１が収容される第１回転子収容部１２５ａ及び第２回転子収容部１２５ｂが一緒にほぼ円状に穿孔形成された固定子コア１２３と、該固定子コア１２３に係合されるボビン１２７と、該ボビン１２７の外周面に巻線されて交番に電源が印加されるコイル１２９とを包含して構成されている。
【０００４】
固定子コア１２３は回転子１１１が挿合された状態で外方側に配設され、該回転子１１１の磁極(magnetic pole)の位置によって相互交番に磁極が形成される第１回転子収容部１２５ａ及び第２回転子収容部１２５ｂがそれぞれ一緒に穿孔形成された第１固定子コア１２４ａと、ボビン１２７を貫通して第１固定子コア１２４ａに係合されることで磁路(magnetic path)を形成する第２固定子コア１２４ｂとを備えて、第１固定子コア１２４ａ及び第２固定子コア１２４ｂはそれぞれ複数の鋼板が積層してリベット１３１により締結され、第１固定子コア１２４ａの表面両方側にはそれぞれ貫通孔１３３が穿孔形成されて構成されている。
【０００５】
また、第１回転子収容部１２５ａと第２回転子収容部１２５ｂ間には相互対向して１対の移動止め部１３５が形成されて回転子１１１が初期に回動するときトルクが零の位置で整列されないようにし、回転子１１１の回転軸１１２の両方側には該回転軸１１２を支持する１対のベアリング１３７がベアリングハウジング１３９の内部にそれぞれ収納されている。
【０００６】
また、図９〜図１１に示すように、各ベアリングハウジング１３９は、各ベアリング１３７がそれぞれ収容されるベアリング収容部１４１と、該ベアリング収容部１４１から回転子１１１の外周面方向に所定長さ突成されて、回転子１１１の外周面の一部を覆う延長収容部１４３とから構成されている。
延長収容部１４３の外方側には、第１固定子コア１２４ａの貫通孔１３３に挿合されて、中心にネジ１４７により締結されるボス１４５が形成されている。
【０００７】
また、図１３に示すように、ＰＣＢカバー１５３の表面上部には、回転子１１１の軸中心線の真上の第１回転子収容部１２５ａ及び第２回転子収容部１２５ｂの水平中心線から９０度の位相差を有する位置に、回転子１１１の回転位置を検出する位置検出センサー（未図示）の収容部１５５が装着されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このように構成された従来技術によるスケルトン型無整流子電動機においては、第１回転子収容部１２５ａと第２回転子収容部１２５ｂとが一体に形成されてあるため、連結部位から漏洩磁束(leakage flux)が発生して、有効磁束が減少することで効率が低下するという問題がある。
【０００９】
また、出力を増大するために回転子１１１の外径を増大するときは、増大された回転子１１１の外径に対応して固定子１２１の大きさを増大すべきであるため、製品の小型化を図り得ないという問題がある。
【００１０】
更に、固定子コア１２３から露出される回転子１１１の露出領域を覆うように延長収容部１４３が導体のベアリングハウジング１３９に一体に延長形成されているので、該延長収容部１４３により渦電流損失(eddy current loss)が発生するという問題がある。
【００１１】
更に、初期起動時に有利になるように移動止め部１３５を拡大させると、空隙が相対的に増大されるので、電動機の効率が低下するという問題がある。
更に、位置検出センサーが第１回転子収容部１２５ａ及び第２回転子収容部１２５ｂの水平中心線と９０度になる位置に配置されて、回転位置を検出するようになっているので、回転子１１１の磁極が変更されて、他のコイル１２９に電源が印加するとき、インダクタンス成分によって実質的に印加される電流のピーク値に至るまでの時間が遅延されるという問題がある。
【００１２】
また、従来のスケルトン型無整流子電動機においては、直流電源を利用するようになっているので、比較的高価で大きい直流電源供給装置を別途に設けなければならないという問題がある。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、漏洩磁束を減少して、起動特性及び効率を向上し得るスケルトン型無整流子電動機を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、回転軸が嵌合された回転子と、前記回転子が嵌合されるように、回転子受容部が切削形成された第１及び第２固定子コアと、それら第１、第２固定子コアに係合されたコイル巻線部と、それらコイル巻線部に巻回されたコイルとを包含して形成された固定子とを具備し、前記第１、第２固定子コアは、第１分離空間及び第２分離空間を挟んで相互に分離されて、前記回転子の回転軸を基準に、相互に対向、配設されるスケルトン型無整流子電動機であって、前記回転子受容部は、ほぼ半円状に切削形成された第１回転子受容部及び第２回転子受容部からなり、前記第１及び第２固定子コアは、前記第１分離空間及び第２分離空間に隣接する部分が半径方向外方へ屈曲形成されており、前記第１及び第２固定子コアにおいて半径方向外方へ屈曲形成された部分に第１及び第２回転子受容部の径よりも大きくなるように、それら第１及び第２回転子受容部の半径方向外方側に形成された１対の移動止め部が前記回転子の回転軸を基準に対向させて形成され、前記回転子の回転軸方向の前期コイル巻線部の一方側に駆動制御部が装着されており、該駆動制御部は駆動回路が形成されたＰＣＢの形態であることを特徴とするスケルトン型無整流子電動機を要旨とする。
【００１４】
また、前記固定子においては、前記回転子の外周面と所定空隙を有して該回転子が嵌合されるように、相互対向してほぼ半円状に上部側辺が切削形成された第１回転子受容部及び第２回転子受容部をそれぞれ有する第１固定子コア及び第２固定子コアにより構成されることを特徴とする。
【００１５】
更に、前記第２固定子コアは、下方が細長く所定長さ延長された後、内方側に直角に屈曲されて継続されることでボビンが外周面に係合される屈曲部が屈曲されて、先方端に前記第１固定子コアの先方端の係合溝に係合される係合突条が突成されることを特徴とする。
【００１６】
更に、前記第１固定子コアにおいては、該第１固定子コアの前記第１回転子受容部の外周縁下方に細長く延長された延長部が形成され、該延長部の先方端に係合溝が切削形成されて該係合溝に前記第２固定子コアの係合突条が係合されることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本発明に係るスケルトン型無整流子電動機においては、図１に示すように、中心に回転軸１３が嵌合されて永久磁石として形成された回転子１１と、該回転子１１が回動自在に嵌合される固定子３１と、該固定子３１の側方に形成されて駆動制御回路を有する駆動制御部としてのＰＣＢ５１が収納されたＰＣＢカバー５７と、固定子３１の両方側の回転軸１３の両方端に各ベアリング１２、２２を介して嵌合された各回転軸支持部１４、２１とから構成されている。
【００１８】
そして、図１及び図２に示すように、各回転軸支持部１４、２１においては、両方縁に１対のネジボス１８、２３がそれぞれ突成された皿状に形成され、それらネジボス１８、２３の中心には貫通孔１９、２５が穿孔形成され、各回転軸支持部１４、２１の外方側壁の中心には軸孔を有した外部ボス１４ａ、２１ａが外方向に突成され、それら外部ボス１４ａ、２１ａの内部に各ベアリング１２、２２がそれぞれ挿合されることで、各ベアリング１２、２２に軸支された回転軸１３の両方端が、各外部ボス１４ａ、２１ａの軸孔をそれぞれ貫通して嵌合されるようになっている。
【００１９】
各回転軸支持部１４、２１の両方側に嵌合される回転軸１３の前後両側には、該回転子１１に外部から異物が接近することを防止するために、環状の第１分離部材２６及び第２分離部材２９がそれぞれ嵌合されるが、それら第１分離部材２６及び第２分離部材２９の外周面両方にはＣ字状の溝部を有した固定結合部２７、３０がそれぞれ突成され、それら固定結合部２７、３０間の第１分離部材２６の外周面両方には、後述する第１固定子コア３２と第２固定子コア３５間の第１分離空間３３ｄおよび第２分離空間３３ｅを遮蔽するための遮蔽突条２８が突成され、第１分離部材２６及び第２分離部材２９の内部に固定子１１が挿合されて、後述する第１固定子コア３２および第２固定子コア３５間に挿合されるようになっている。
【００２０】
また、図４に示すように、固定子３１は、回転子１１の外周面と所定空隙を有して該回転子１１が嵌合されるように、相互対向してほぼ半円状に上部側辺が切削形成された第１回転子受容部３３ａ及び第２回転子受容部３６ａをそれぞれ有する第１固定子コア３２及び第２固定子コア３５により構成されている。第２固定子コア３５は、下方が細長く所定長さ延長された後、内方側に直角に屈曲されて継続延長されることで後述するボビン３９が外周面に係合される屈曲部３６ｃが形成されて、先方端に第１固定子コア３２の先方端の後述する係合溝３３ｃに係合される係合突条３６ｄが突成される。
【００２１】
また、第１固定子コア３２においては、該第１固定子コア３２の第１回転子受容部３３ａの外周縁下方に細長く延長された延長部３３ｂが形成され、該延長部３３ｂの先方端に係合溝３３ｃが切削形成されて該係合溝３３ｃに第２固定子コア３５の係合突条３６ｄが係合されるようになっている。
【００２２】
第１及び第２固定子コア３２、３５は、それぞれ鋼板を切断して積層した後リベットにより締結するためのリベット孔３８がそれぞれ穿孔形成され、両方側にネジ孔３７がそれぞれ穿孔形成されて、ここに、各回転支持部１４、２１の各ネジボス１８、２３がネジにより螺合されることで、第１固定子コア３２及び第２固定子コア３５は、各第１及び第２回転子受容部３３ａ、３６ａ間に第１、第２分離空間３３ｄ、３３ｅを維持しながら相互対向して配設されるようになって、漏洩磁束を抑制することができる。
【００２３】
また、第１回転子受容部３３ａ及び第２回転子受容部３６ａがそれぞれ切削形成される第１固定子コア３２と第２固定子コア３５間の第１分離空間３３ｄ及び第２分離空間３６ｅに近接されるそれら第１固定子コア３２及び第２固定子コア３５の外周縁が半径方向外方に屈曲延長して形成される各移動止め部３３ｅ、３６ｆは、０．３〜１ｍｍの幅を有して相互対向して形成され、それら第１固定子コア３２の移動止め部３３ｅ及び第２固定子コア３５の移動止め部３６ｆは、回転子１１の回転軸１３を中心として、第１及び第２回転子受容部３３ａ、３６ａの一方端から回転子１１の回転方向に所定中心角（Ｑ＝１０〜２０°）を有して、それら第１及び第２回転子受容部３３ａ、３６ａの半径よりも大きく形成することで、固定子の大きさを拡大せずに、第１、第２分離空間３３ｄ、３６ｅと、第１及び第２固定子コア３２、３５の移動止め部３３ｅ、３６ｆのみを利用して、電動機の出力を増大することができる。
【００２４】
また、図４に示すように、縦方向中心線ＬVと４５°をなすように磁極中心線ＬMを構成することで、第１及び第２分離空間３３ｄ、３６ｅにより、各移動止め部３３ｅ、３６ｆを大きくすることなく、磁極中心線ＬMと線方向中心線ＬVとのなす角を大きくして、電動機の効率を低下することなく、電動機の初期起動特性を向上することができる。
【００２５】
また、図６及び図７に示すように、第２固定子コア３５の屈曲部３６ｃにはボビン３９が係合され、該ボビン３９の外周面には第１コイル４０ａ及び第２コイル４０ｂがそれぞれ巻回され、ボビン３９の側方には回転子１１を制御するための制御部を有するＰＣＢ５１が収納されたＰＣＢカバー５７が装着されている。
【００２６】
また、図８に示すように、ＰＣＢ５１においては、回転子１１の回動を制御する駆動回路５２と、使用電源に連結されて交流電源を減圧させるＡＣキャパシタ５４と、該ＡＣキャパシタ５４により減圧された電源を整流する整流回路５５とから構成され、ＰＣＢカバー５７の上方には回転子１１の回転位置を検出する位置検出センサー（図示されず）が収納されるセンサー収納部５９が形成されている。
【００２７】
センサー収納部５９は、コイルに電源が供給されるとき、インダクタンス成分によって実質的に印加する電流がピーク値に到着することが遅延することを勘案して回転子１１の磁極を予め感知し得るように、縦中心線ＬVから回転子１１の回転方向と反対方向に１０〜２０°の中心角離れた位置に装着する。
【００２８】
また、図２に示すように、ＰＣＢ５１に一方側が連結されて他方側は回転子１１の回転軸１３と平行にボビン３９の下方にＡＣキャパシタ５４が突成され、該ＡＣキャパシタ５４は外部から供給される使用電源をほぼ１／５〜１／１０に減圧させる。
【００２９】
このように構成された本発明に係る回転子１１は、第１分離空間３３ｄ及び第２分離空間３６ｅと、第１移動止め部３３ｅ及び第２移動止め部３６ｆによって、初期起動が有利に、回転方向を沿って電動機の縦中心線ＬVから４５°の回転角を有したポイントに磁極の中心線が整列される。且つ、ＡＣキャパシタ５４は外部から供給された電源を減圧してこれを整流回路５５が整流して、第１コイル４０ａまたは第２コイル４０ｂに供給する。
【００３０】
次いで、位置検出センサー（未図示）により回転子１１の磁極の位置が検出されると、駆動回路５２により検出されることで第１コイル４０ａまたは第２コイル４０ｂに直流電源が供給され、よって、回転子１１が回動される。
一方、第１及び第２分離部材２６、２９は、外部から異物質が回転子１１に接近することを遮断し、第１分離材料２６の遮蔽突条２８が第１分離空間３３ｄ及び第２分離空間３６ｅに近接されることで、異物質がそれら各分離空間３３ｄ、３６ｅに吸入されることが防止される。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るスケルトン型無整流子電動機においては、第１回転子受容部及び第２回転子受容部が相互分離されるように固定子を構成してあるため、漏洩磁束による有効磁束の損失を抑制して効率を向上し得るという効果がある。
固定子を大きく構成することなく、只、第１及び第２分離空間のみを回転子の回転方向の固定子に切削形成することで、製品の縮小化を図り得るという効果がある。
【００３２】
また、固定子から突出された回転子の表面を導体を用いて覆うことなく、不導体の分離部材を用いて覆うようになってあるため、渦電流の発生を防止して、異物質の侵入を防止し得るという効果がある。
【００３３】
また、コイルに印加する電源の遅延を考慮して、回転子の位置が検出されるように位置検出センサーを配置することで、回転子の回動に対応して磁束を形成して、効率を向上し得るという効果がある。
【００３４】
また、使用電源を減圧するＡＣキャパシタと整流をする整流回路とをＰＣＢに一緒に収納することで、直流電源供給のための附帯設備を省いて製品の縮小化を図り得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスケルトン型無整流子電動機の構成を示した分解斜視図である。
【図２】図１の側断面図である。
【図３】図１の組立状態を示した側面図である。
【図４】本発明に係る固定子コアを示した正面図である。
【図５】図２の（Ａ）部拡大図である。
【図６】本発明に係るＰＣＢカバーを示した平面図である。
【図７】本発明に係る感知センサーの装着位置を示したＰＣＢカバーの側面図である。
【図８】本発明に係るＰＣＢ回路のブロック図である。
【図９】従来技術によるスケルトン型無整流子電動機の構成を示した概略縦断面図である。
【図１０】図９の組立状態を示した側面図である。
【図１１】図９のＢ部拡大図である。
【図１２】従来の固定子コアを示した側面図である。
【図１３】従来のＰＣＢカバーを示した側面図である。
【図１４】従来のＰＣＢカバーを示した平面図である。
【符号の説明】
１１…回転子
１２…ベアリング
１３…回転軸
１４…回転軸支持部
１４ａ…外部ボス
１８…ネジボス
１９…貫通孔
２０…ネジ
２１…回転軸支持部
２１ａ…外部ボス
２２…ベアリング
２３…ネジボス
２５…貫通孔
２６…第１分離部材
２７…固定結合部
２８…遮蔽突条
２９…第２分離部材
３０…固定結合部
３１…固定子
３２…第１固定子コア
３３ａ…第１回転子収容部
３３ｂ…延長部
３３ｃ…係合溝
３３ｄ…第１分離空間
３３ｅ…移動止め部
３５…第２固定子コア
３６ａ…第２回転子収容部
３６ｃ…屈曲部
３６ｄ…係合突条
３６ｅ…第２分離空間
３６ｆ…移動止め部
３７…ネジ孔
３８…リベット孔
３９…ボビン
４０ａ…第１コイル
４０ｂ…第２コイル
５１…ＰＣＢ
５２…駆動回路
５４…ＡＣキャパシタ
５５…整流回路
５７…ＰＣＢカバー
５９…センサー収納部
１５１…ＰＣＢ
１５５…センサー収納部

Claims (6)

  1. 回転軸が嵌合された回転子と、
    前記回転子が嵌合されるように、回転子受容部が切削形成された第１及び第２固定子コアと、それら第１、第２固定子コアに係合されたコイル巻線部と、それらコイル巻線部に巻回されたコイルとを包含して形成された固定子とを具備し、
    前記第１、第２固定子コアは、第１分離空間及び第２分離空間を挟んで相互に分離されて、前記回転子の回転軸を基準に、相互に対向、配設されるスケルトン型無整流子電動機であって、
    前記回転子受容部は、ほぼ半円状に切削形成された第１回転子受容部及び第２回転子受容部からなり、
    前記第１及び第２固定子コアは、前記第１分離空間及び第２分離空間に隣接する部分が半径方向外方へ屈曲形成されており、
    前記第１及び第２固定子コアにおいて半径方向外方へ屈曲形成された部分に第１及び第２回転子受容部の径よりも大きくなるように、それら第１及び第２回転子受容部の半径方向外方側に形成された１対の移動止め部が前記回転子の回転軸を基準に対向させて形成され、
    前記回転子の回転軸方向の前期コイル巻線部の一方側に駆動制御部が装着されており、該駆動制御部は駆動回路が形成されたＰＣＢの形態であることを特徴とするスケルトン型無整流子電動機。
  2. 前記第１固定子コア及び第２固定子コアの第１及び第２回転子受容部の上下両方端の外周縁は、それぞれ外方側に屈曲延長して形成されることを特徴とする請求項１記載のスケルトン型無整流子電動機。
  3. 前記第１及び第２回転子受容部の縦中心線を基準に、前記回転子の回転方向の反対側から円周角１０〜２０°離れた位置に、前記回転子の回転位置を検出するセンサーが装着されることを特徴とする請求項１に記載のスケルトン型無整流子電動機。
  4. 前記スケルトン型無整流子電動機は、前記回転子の回転軸方向のコイル巻線部に結合されて、前記回転子を駆動及び制御する駆動制御部が包含され、該駆動制御部は回転位置検出センサーが収納されるセンサー収納部が形成されることを特徴とする請求項３載のスケルトン型無整流子電動機。
  5. 前記回転子の両方側には、前記回転子の回転軸を回動自在に軸支する１対の回転軸支持部と、前記固定子コアと前記回転支持部との間に介在されて固定子コアと前記回転軸支持部とを分離させるための１対の分離部材が更に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のスケルトン型無整流子電動機。
  6. 前記分離部材には、前記各分離空間を遮蔽するための遮蔽突条が突成されてあることを特徴とする請求項５に記載のスケルトン型無整流子電動機。
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