JP3793170B2 - 電気モータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気モータに係るもので、詳しくは、電気モータの回転子の外周面に複数の空隙拡大部を切削形成することで、モータの駆動時発生する騒音を減少し得るものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ブラシレス直流モータ(Brushless Direct Current Motor;BLDCモータ)は、直流モータのブラシ及び整流子を無くし、電子的な整流機構を装着して機械的又は電気的なノイズを発生させないと共に、低速から高速まで多様な速度のモータの製作が可能であり、多極でも回転トルクが安定的で、寿命の長いモータを簡単に製作し得るという特徴がある。
【0003】
従来のBLDCモータは、図5に示したように、内部空間を有し中空円筒状に形成したハウジング本体11と、該ハウジング本体11の開口部に覆蓋する覆蓋部12及びハウジング本体11の中央の両側に夫々装着したベアリング13、14から構成されたハウジング10と、該ハウジング10の内部側壁に固定した固定子20と、該固定子20の内部に回転可能なように挿入した回転子30と、該回転子30の内部に圧入し、各ベアリング13、14で回転可能なように嵌合することにより、回転子30の回転力を外部に伝達する回転軸40と、を含んで構成されていた。
【0004】
又、固定子20は、図6に示したように、内周面に複数の歯部21が突出し、これら歯部21間に夫々形成されたスロット22と、各歯部21の先端両側に夫々チップ25が突出し、これらチップ25の隙間に各スロット22の開口部23が夫々形成された固定子コア26と、これら固定子コア26の各歯部21の周囲に夫々巻回されたコイル24と、を含んで構成される。
【0005】
又、回転子30は、中央部に回転軸40を圧入する軸挿入孔31が穿孔され、該軸挿入孔31の外側に(2つの磁気中心が直交するように各磁気中心に対称となる)2つの永久磁石33を固定するための「V」形状の磁石挿入スロット32が回転軸40を中心に放射状に4個形成された回転子コア36を積層し、リベット孔35に挿入したリベットにより締結する。
【0006】
又、永久磁石33は、対を成し磁石挿入スロット32の先端に同じ極性を有するように挿入され、隣接した磁石挿入スロット32に挿入された永久磁石33とは違なる極性を有するように装着される。
【0007】
又、磁石挿入スロット32先端の半径方向の附近には、永久磁石33の磁束密度を分散させるために溝34が切削されている。
【0008】
このように構成された従来のBLDCモータは、固定子20の各歯部21に巻回したコイル24に電源回路(図示されず)により順次に電流が印加されると、これら歯部21のN極及びS極が交番した極性を有するようになり、固定子20の歯部21に隣接した回転子30の永久磁石33の磁束により回転子30を回転するように動作する。
【0009】
以下、該回転子30に形成された磁石挿入スロット32の両先端で同じ極性を有するように挿入された2つの永久磁石33とこれに隣接する各歯部21との相互作用に関し、図7に基づいて説明する。
【0010】
磁石挿入スロット32の先端でN極の極性を有する永久磁石33と該永久磁石33と同じ極性であるN極の極性を有する歯部21とが隣接すると、磁力が反発して相互に押す力の斥力が発生する。N極の極性を有する永久磁石33と該永久磁石33の反対極性であるS極の極性を有する歯部21とが隣接する部分では活発な磁束aが形成されることにより、磁束密度bが集中して相互に引き寄せる引力が作用する。
【0011】
次いで、固定子コア26に巻回されたコイル24に流れる電流によって歯部21の極性が変化し、隣接した永久磁石33に、斥力又は引力が作用する。該作用が回転子コア26の接線方向に発生した時、回転子30に円滑な回転運動が発生する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来のBLDCモータにおいては、磁石挿入スロット32の先端で永久磁石33の極性と違なる極性を有する歯部21のチップ部分には、磁束密度が集中するピークフラックス(Peak Flux;c)が発生し、回転子30の回転運動を妨害する半径方向の衝撃力が発生するという不都合な点があった。
【0013】
又、固定子20の各歯部21のチップ25の磁束密度の増加により発生する半径方向の衝撃力は、回転子30の回転運動に振動を発生させることになり、該振動により騷音が発生するという不都合な点があった。
【0014】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、回転子及び固定子の歯部の附近から発生する衝撃力の発生を抑制して振動及び騷音の少ない電気モータを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る電気モータにおいては、複数の歯部及びそれら歯部に巻回され、印加された電流によって回転磁束を形成するコイルを含む中空円筒状の固定子と、該固定子の内部に嵌合された回転軸と、該回転軸が嵌合される軸挿入孔を有し、固定子の内部に回転可能に嵌合された回転子と、を含んで構成され、該回転子は、軸挿入孔を中心に放射状に複数の「V」字状磁性部材挿入スロットが形成され、該磁性部材挿入スロットには、夫々磁性部材を挿入し固定し、回転子の外周面には、固定子の歯部との空隙を拡大した複数の空隙拡大部が形成され、前記空隙拡大部は、前記磁性部材挿入スロットの両先端間に位置した外周面の中において、前記回転子の回転方向の前記磁性部材挿入スロットの先端側に偏って形成されることを特徴とする。
【0016】
又、本発明に係る電気モータは、複数の歯部及びそれら歯部に巻回され、印加された電流によって回転磁束を形成するコイルを含む固定子と、回転軸と、該回転軸を嵌合する軸挿入孔を有し、固定子の内部に回転可能に嵌合された回転子と、を含んで構成され、該回転子は、軸挿入孔を中心に放射状に複数の「U」字状磁性部材挿入スロットを切削し、該磁性部材挿入スロットには、夫々磁性部材を挿入し固定し、回転子の外周面には、固定子の歯部との空隙を拡大する複数の空隙拡大部を形成し、前記空隙拡大部は、前記磁性部材挿入スロットの両先端間に位置した外周面の中において、前記回転子の回転方向の前記磁性部材挿入スロットの先端側に偏って形成されることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
【0018】
本発明に係る電気モータにおいては、図1乃至3に示したように、複数の歯部21及びそれら歯部21に巻回され印加された電流によって回転磁束を形成するコイル24を含む固定子20と、回転軸400と、該回転軸400を嵌合し固定するように軸挿入孔310を形成し、固定子20の内部に回転可能なように圧入した回転子300と、を含んで構成されている。
【0019】
又、本発明に係る電気モータは、固定子20を装着固定すると共に、回転軸400を回転可能なように回転軸支持部に装着したハウジング10を含んで構成されている。
【0020】
又、ハウジング10は、片側に開放された開口部が切り欠かれ、該開口部が覆蓋部12を装着すると共に、その中央に回転軸400の片側が回転可能なように嵌合された回転軸支持部が構成されている。
【0021】
ここで、回転軸支持部は多様に形成し得るが、通常、ベアリング13、14を使用し、回転軸400は、固定子20及び回転子300の相互作用により発生する回転力を外部に伝達する。
【0022】
又、本発明に係る電気モータは、通常、BLDCモータであって、固定子20の歯部21には、コイル24が集中巻線方式により巻回されている。
【0023】
又、回転子300は、軸挿入孔310を中心に放射状に複数の磁性部材挿入スロット320が切削され、それら磁性部材挿入スロット320には、夫々磁性部材330が挿入されて固定され、回転子300の外周面には、固定子20の歯部21との空隙を拡大する複数の空隙拡大部500を形成していることを特徴とする。
【0024】
又、固定子20は、内周面に複数の歯部21が突出し、それら歯部21間には、スロット22が夫々形成され、それら歯部21の先端両側に夫々チップ25を突出すことにより、それらチップの隙間に各スロットの開口部23が形成された固定子コア26と、それら固定子コア26の各歯部21の周囲に巻回されたコイル26と、から構成されている。
【0025】
又、回転子300は、図2に示したように、中心部に回転軸400を圧入固定するための軸挿入孔310を穿孔し、該軸挿入孔310の外側に直交する二つの磁極中心線x-x、y-yで夫々対称となるように磁性部材330を挿入する四つの「V」字又は「U」字状の磁性部材挿入スロット320を回転軸400を中心に放射状に切削した回転子コア360が積層されている。又、該回転子コア360は、リベット孔350に挿入されるリベットにより結合し固定される。
【0026】
又、磁性部材330は、夫々1対の永久磁石であり磁性部材挿入スロット320の両先端で同じ極性を有するように磁性部材挿入スロット320に挿入され、隣接した磁性部材挿入スロット320に挿入された磁性部材33とは互に違なる極性を有するように挿入し固定される。
【0027】
又、磁性部材挿入スロット320は、本発明の実施例においては、4つから構成されているが、要求される性能によってその数を変更することもできる。
【0028】
又、磁性部材挿入スロット320は、回転軸400を中心に放射状に配置され、特に、回転軸400を中心とする半径方向の延長線(x又はy)を中心に互に対称となるように形成される。
【0029】
又、図3に示したように、磁性部材挿入スロット320先端の半径方向には、磁性部材330の磁束密度を分散させるために溝340が切削されている。
【0030】
又、空隙拡大部500は、図2及び図3に示したように、磁性部材挿入スロット320の両先端間にある外周面の中において、回転子300の回転方向(図2の時計方向)の磁性部材挿入スロット320の先端側に偏って形成されている。
【0031】
又、空隙拡大部500は、回転子300の回転子コア360の外周面の中において、一部を直線状に切削されている。
【0032】
特に、空隙拡大部500は、図2に示したように、磁性部材330を成す2つの永久磁石330a、330bの中において、回転する方向に位置する永久磁石330bに近い方に形成され、好ましくは、回転子300の外周面の中において、磁性部材挿入スロット320の両先端間にある外周面を夫々半面360a、360bに分割した時、回転軸400の回転方向の半面360aに位置することが良い。
【0033】
以下、このように構成された本発明に係る電気モータの動作に対し、説明する。
【0034】
固定子20の各歯部21に巻回されたコイルに電源回路(図示されず)により順次に電流が印加されると、各歯部21がN極とS極との極性を交代に有するようになり、固定子20の歯部21に隣接した回転子300の磁性部材330及び磁束により回転子300が回転する。
【0035】
次いで、固定子20の各歯部21と違なる極性を有する永久磁石330を固定した回転子300の円周面と隣接した場合には、磁性部材330の磁束が密に発生して磁束密度が固定子20各歯部21のチップ25部分に集中するようになるが、この時、固定子20各歯部21のチップ25部分に対応する回転子300の外周面の一部を切削して空隙を拡大した空隙拡大部500によりピークフラックスの発生による回転子300の半径方向の衝撃力が低減される。
【0036】
図4は、本発明に係る電気モータと従来の電気モータとの磁束密度の分布を比較したグラフで、回転子300の外周面に複数の空隙拡大部500が形成された本発明に係る電気モータは、回転子300の回転角による固定子20の各歯部21の空隙部分における磁束密度(2)が従来の電気モータの磁束密度(1)に比べてピークフラックスの大きさは低減され、波形は、従来より一層正弦波に近くなっていることが分かる。
【0037】
従って、磁束密度の集中によるピークフラックスにより回転子の半径方向の衝撃力を低減させることにより、回転子の駆動時に発生する振動及び振動騷音を低減させることができる。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電気モータにおいては、回転子の半径方向に発生する衝撃力を低減させることにより、回転子の駆動時に発生する振動を低減させると共に、該振動による振動騷音を低減させて製品の信頼性を向上し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電気モータの構造を示した横断面図である。
【図2】図1の電気モータの回転子のコアを示した幾何学的概念図である。
【図3】図2のA部分を拡大した拡大図である。
【図4】本発明に係る電気モータと従来の電気モータとの磁束密度を比較したグラフである。
【図5】従来のBLDCモータの縦断面図である。
【図6】図5のII-II断面図である。
【図7】図5のモータの磁束密度の概略分布図である。
【符号の説明】
10…ハウジング
12…覆蓋部
20…固定子
21…歯部
22…スロット
23…スロット開口部
24…コイル
300…回転子
310…軸挿入孔
320…磁性部材挿入スロット
330…磁性部材
400…回転軸
500…空隙拡大部
Claims (12)
- 複数の歯部及びそれら歯部に巻回され、印加された電流によって回転磁束を形成するコイルを含む固定子と、
回転軸と、
該回転軸を嵌合する軸挿入孔を有し、前記固定子の内部に回転可能なように嵌合された回転子と、を含んで構成され、
前記回転子には、前記軸挿入孔を中心に放射状に複数の「V」又は「U」字状磁性部材挿入スロットを切削し、該磁性部材挿入スロットには、夫々永久磁石を挿入し固定し、前記回転子の外周面には、前記固定子の各歯部との空隙を拡大する複数の空隙拡大部を形成し、前記空隙拡大部は、前記磁性部材挿入スロットの両先端間に位置した外周面の中において、前記回転子の回転方向の前記磁性部材挿入スロットの先端側に偏って形成されることを特徴とする電気モータ。 - 前記電気モータは、ブラシレス直流モータであることを特徴とする請求項1に記載の電気モータ。
- 前記コイルは、集中巻線方式により前記各歯部に巻回されていることを特徴とする請求項1に記載の電気モータ。
- 前記空隙拡大部は、前記回転子の外周面の中において、一部を直線状に切削して形成することを特徴とする請求項1に記載の電気モータ。
- 前記磁性部材挿入スロットは、前記回転子の半径方向へ延長した延長線を基準として対称になるように形成されることを特徴とする請求項1に記載の電気モータ。
- 前記回転子は、複数のコアを積層して形成されることを特徴とする請求項1に記載の電気モータ。
- 前記永久磁石は、1対から構成され、前記磁性部材挿入スロットの両先端が同じ極を有するように挿入されることを特徴とする請求項1に記載の電気モータ。
- 前記複数の磁性部材挿入スロットの先端は、隣接する磁性部材挿入スロットの先端の磁性とは反対の磁性を有するように前記永久磁石を挿入することを特徴とする請求項1に記載の電気モータ。
- 前記固定子が装着固定されると共に、前記回転軸を回転可能なように嵌合する回転軸支持部を装着したハウジングを含んで構成されることを特徴とする請求項1に記載の電気モータ。
- 前記ハウジングは、片側に開放された開口部を切り欠き、該開口部を覆蓋する覆蓋部が形成されると共に、そのハウジングの中央に前記回転軸の片側に回転可能なように嵌合する回転軸支持部を含んで構成されることを特徴とする請求項9に記載の電気モータ。
- 前記固定子が固定されると共に、前記回転軸を回転可能なように嵌合する回転軸支持部を装着したハウジングを含んで構成されることを特徴とする請求項1に記載の電気モータ。
- 前記ハウジングは、片側に開放された開口部を切り欠き、該開口部を覆蓋する覆蓋部が形成されると共に、そのハウジングの中央に前記回転軸の片側に回転可能なように嵌合する回転軸支持部を含んで構成され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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