JP4995459B2 - モータ - Google Patents
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Description
本発明は、モータに関するもので、詳しくは、ロータコアのステータに面した周部にオーバーハング部が軸方向に突出して形成されたモータに関するものである。
図１は、従来のモータを示した斜視図で、図２は、従来のモータを示した平面図で、図３は、図１のＡ-Ａ線断面図である。
図１ないし図３に示すように、従来のモータは、ロータ２０がステータ１０の内部に所定の空隙Ｇを有して回転自在に設置された内転型モータであり、ステータ１０とロータ２０との電磁気的な相互作用によって、ロータ２０が回転する。
ステータ１０は、リング状に形成されたヨーク１２と、このヨーク１２の内壁に放射状に配置された複数個のティース１４と、これらのティース１４に巻線されて外部電源と接続されたコイル１６と、から構成される。
ここで、ヨーク１２と多数個のティース１４とを合せてステータコアと呼ぶが、このステータコアは、このステータコアと同一の平面を有する多数枚の電気鋼板が積層されて形成される。
ロータ２０は、ステータ１０の内部に所定の空隙Ｇを有して回転自在に配置されたロータコア２２と、このロータコア２２に放射状に装着された多数個のマグネット２４と、から構成される。
ロータコア２２は、このロータコア２２と同一の平面を有する多数枚の電気鋼板が積層されて形成される。
特に、ロータ２０は、ステータ１０と対向する面積が大きいほど、ステータ１０のコイル１６に鎖交する有効磁束量が増加してモータの性能が向上するため、ステータ１０よりも軸方向に長く形成される。これによる効果を、オーバーハング(Overhang)効果という。
ここで、従来のモータがオーバーハング効果を達成するためには、ロータコア２２の外周のみがステータ１０より軸方向に長ければよい。しかしながら、電気鋼板が２次元構造であるため、ロータ２０全体がステータ１０よりも軸方向に長く形成され、性能向上のための製造原価が高くなり過ぎるという問題点があった。
また、従来のモータでは、ロータ２０のオーバーハング効果を達成するために、ステータ１０よりロータ２０を軸方向に長く形成する必要があり、モータの全体の大きさが増加するか、または、モータの全体の大きさが制限される場合、ステータ１０の大きさを相対的に小さくする必要があった。その結果、ステータ１０の鉄損が増加するという逆効果が発生するという問題点があった。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、オーバーハング効果を達成するために、ロータコアのステータに面した周部のみに軸方向にオーバーハング部を突出させたモータを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明によるモータは、ステータと対向して配置されたロータコアと、該ロータコアに装着されたマグネットと、からなるロータを含んで構成され、前記ロータコアには、前記ステータに面した周部に軸方向に突出したオーバーハング部が備えられることを特徴とする。
前記ロータコアは、鉄粉末冶金方法によって成形されることを特徴とする。
前記ロータコアのオーバーハング部は、前記ロータコアの軸方向の両面にそれぞれ備えられることを特徴とする。
前記ロータコアのオーバーハング部は、前記ロータの半径方向に前記マグネットとステータとの間に位置することを特徴とする。
前記マグネットは、前記ロータの半径方向に前記ステータの反対側に向かって膨らんだアーク状の形状を有して形成され、かつ前記ロータコアのステータに面した周りに放射状に装着され、前記ロータコアのオーバーハング部は、各マグネットの両端の間に位置することを特徴とする。
前記ステータは、リング状のヨークと、該ヨークの周りに放射状に配置されてコイルが巻線される多数個のティースと、から構成され、前記ヨークの軸方向の長さは、前記ロータコアの軸方向の長さと前記ロータコアのオーバーハング部の軸方向の長さとの合計と同じであることを特徴とする。
前記ステータは、リング状のヨークと、該ヨークの周りに放射状に配置されてコイルが巻線される多数個のティースと、から構成され、前記ティースのコイルが巻線されるネック部の軸方向の長さは、前記ロータコアの軸方向の長さと前記ロータコアのオーバーハング部の軸方向の長さとの合計より短いことを特徴とする。
前記各ティースのネック部の端に位置して前記ロータと対向するチップ部の軸方向の長さが、前記ティースのネック部の軸方向の長さより長いことを特徴とする。
前記ステータは、リング状のヨークと、該ヨークの周りに放射状に配置されてコイルが巻線される多数個のティースと、から構成され、前記ヨーク及び多数個のティースは、鉄粉末冶金方法によって成形されることを特徴とする。
本発明のモータは、ステータと、該ステータの内部に回転自在に設置され、外周部に軸方向に突出した多数個のオーバーハング部が放射状に備えられたロータコアと、該ロータコアに放射状に装着された多数個のマグネットと、からなるロータと、を含んで構成され、前記ロータコアは、鉄粉末冶金方法によって成形され、前記ロータコアのオーバーハング部は、前記ロータの半径方向に前記ステータと各マグネットとの間に位置し、前記各マグネットは、前記ロータコアの中心に向かって膨らんだアーク状の形状を有して形成され、かつ前記各ロータコアのオーバーハング部を部分的に取り囲むことを特徴とする。
本発明によるモータは、ロータコアのオーバーハング部によるオーバーハング効果と、前記ステータのヨーク及びティースの形状による損失の最小化によって性能が向上するとともに、製造原価が最小化されるという効果がある。
また、前記ロータコア、ステータのヨーク及びティースが鉄粉末冶金方法によって成形されることで、形状設計が容易になるという効果がある。
以下、本発明によるモータの実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明によるモータには、多くの実施形態があり得るが、以下、最も好ましい実施形態について説明する。ただし、モータの基本的な構造は、前述した従来技術と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
図４は、本発明の第１の実施形態によるモータを示した斜視図で、図５は、本発明の第１の実施形態によるモータを示した平面図で、図６は、本発明の第１の実施形態によるモータを示した分解斜視図で、図７は、図４のＢ-Ｂ線断面図である。
図４ないし図７に示すように、本発明の第１の実施形態によるモータは、ロータ５０がステータ６０の内部に所定の空隙Ｇ'を有して回転自在に設置された内転型モータである。
ロータ５０は、ステータ６０の内部に所定の空隙Ｇ'を有して回転自在に設置されたロータコア５２と、このロータコア５２に放射状に装着された多数個のマグネット５４と、から構成される。
ロータコア５２の中心部には、回転軸を挿入するための軸孔５２’が形成される。また、ロータコア５２のステータ６０に面した外周部には、各マグネット５４を軸方向に挿入するためのマグネット挿入孔５２”が形成される。
特に、ロータコア５２は、ステータ６０に面した周部、すなわち、ロータコア５２の外周部から軸方向に突出したオーバーハング部５１を有する。
ロータコア５２のオーバーハング部５１は、ロータ５０が軸方向に対称になるように、ロータコア５２の軸方向の両面にそれぞれ形成される。
ロータコア５２のオーバーハング部５１は、ステータ６０と対向するように、ロータ５０の半径方向にマグネット５４とステータ６０との間に位置する。
ロータコア５２のオーバーハング部５１は、多数個が放射状に配置される。
ロータコア５２の各オーバーハング部５１は、少なくともその一部分５１’がロータ５０の半径方向にステータ６０から遠ざかるほど、その軸方向の長さ５１Ｌが漸次短くなる。
各マグネット５４の軸方向の長さ５４Ｌは、ロータコア５２の軸方向の長さ５２Ｌと同じである。
各マグネット５４は、ロータ５０の半径方向にステータ６０の反対側に向かって、すなわち、ロータ５０の中心に向かって膨らんだアーク状の形状を有する。
このとき、上記の多数個のマグネット５４は、ロータコア５２のオーバーハング部５１と同じ個数だけ備えられる。また、各マグネット５４は、ロータコア５２の各オーバーハング部５１が各マグネット５４の両端の間に位置するように配置される。すなわち、各マグネット５４は、ロータコア５２の各オーバーハング部５１を部分的に取り囲むようになる。
前記のように、オーバーハング部５１を有するロータコア５２は、形状設計が容易になるように鉄粉末冶金方法によって成形される。
ステータ６０は、ロータ５０の外側に所定の空隙Ｇ’を有して配置され、リング状のヨーク６２と、このヨーク６２の内壁に放射状に配置されてコイル６６が巻線される多数個のティース６４と、から構成される。
ヨーク６２の軸方向の長さ６２Ｌは、ロータコア５２の軸方向の長さ５２Ｌとロータコア５２のオーバーハング部５１の軸方向の長さ２Ｘ５１Ｌとの合計と同じである。
ここで、ロータコア５２のオーバーハング部５１の軸方向の長さ２Ｘ５１Ｌは、ロータコア５２のオーバーハング部５１の軸方向の長さのうちの最も長い部分の長さを示す。
各ティース６４は、ステータ６０の半径方向にヨーク６２からロータ５０に向かって突出し、コイル６６が巻線されるネック部６３と、このネック部６３のロータ５０側に面した端部に設けられ、ロータ５０と対向するチップ部６５と、から構成される。
ティース６４のネック部６３の軸方向の長さ６３Ｌは、ロータコア５２の軸方向の長さ５２Ｌとロータコア５２のオーバーハング部５１の軸方向の長さ２Ｘ５１Ｌとの合計より短い。
ティース６４のチップ部６５の軸方向の長さ６５Ｌは、ティース６４のネック部６３の軸方向の長さ６３Ｌよりも長く形成される。特に、ティース６４のチップ部６５の軸方向の長さ６５Ｌは、ロータコア５２の軸方向の長さ５２Ｌとロータコア５２のオーバーハング部５１の軸方向の長さ２Ｘ５１Ｌとの合計と同じである。
ヨーク６２及びティース６４は、ロータコア５２と同様に、形状設計が容易になるように鉄粉末冶金方法によって成形される。
以下に、上記のように構成される本発明によるモータの作用及び効果を説明する。
コイル６６に電流が供給されると、ロータ５０は、ステータ６０との電磁気的な相互作用によって回転する。
ロータコア５２の外周部のみにオーバーハング部５１が備えられるとともに、ロータコア５２のオーバーハング部５１の少なくとも一部５１’がロータ５０の半径方向にステータ６０から遠ざかるほど、その軸方向の長さが漸次短くなるロータコア５２の構造によって、本発明の第１の実施形態によるモータでオーバーハング効果が生ずる。
また、ロータコア５２のオーバーハング部５１が多数個放射状に配置されることで、ロータ５０は、磁気抵抗の差によって一層円滑に回転する。
その理由を説明すると、ロータ５０からステータ６０の方向に鎖交する磁束は、ロータコア５２の円周方向にロータコア５２のオーバーハング部５１が配置された部位で相対的に大きくなり、ロータコア５２のオーバーハング部５１が配置されてない部位で相対的に小さくなるためである。したがって、ロータ５０のオーバーハング部５１は、ステータ６０のティース６４と同様な役割をするため、ロータ５０の上記の両部位間の磁気抵抗の差が大きくなる。
また、マグネット５４がロータコア５２のオーバーハング部５１が配置された部位を部分的に取り囲むように配置されることで、ロータコア５２のオーバーハング部５１によって妨害を受けることなく、ステータ６０と最大限近づけて配置されるため、ロータ５０からステータ６０の方向に鎖交する磁束がロータコア５２から漏洩するのを最小化できる。
また、ステータ６０のヨーク６２の軸方向の長さ６２Ｌは、ロータコア５２の軸方向の長さ５２Ｌとロータコア５２のオーバーハング部５１の軸方向の長さ２Ｘ５１Ｌとの合計と同じであるため、鉄損が最小化される。すなわち、本発明によるモータの大きさが一定である範囲で、ステータ６０のヨーク６２の大きさが最大限に大きく形成される。
また、ステータ６０のティース６４のネック部６３の軸方向の長さ６３Ｌは、ロータコア５２の軸方向の長さ５２Ｌとロータコア５２のオーバーハング部５１の軸方向の長さ２Ｘ５１Ｌとの合計より短いため、ティース６４のネック部６３に磁束が集中する。さらに、上記の理由によって、コイル６６の巻線量が最小化されることで銅損が減少する。
また、ティース６４のチップ部６５の軸方向の長さ６５Ｌは、ロータコア５２の軸方向の長さ５２Ｌとロータコア５２のオーバーハング部５１の軸方向の長さ２Ｘ５１Ｌとの合計と同じであるため、本発明の第１の実施形態によるモータにおけるオーバーハング効果が最大限発揮される。
したがって、上記のように、本発明の第１の実施形態によるモータは、オーバーハング効果、及び損失の減少によって、モータの一定の大きさ内で性能が最大化される経済的な構造を有する。
一方、図８は、本発明の他の実施形態によるモータを示した側断面図であり、この本発明の他の実施形態によるモータは、本発明の第１の実施形態と基本的な構造及び特徴が同じであるため、それに対する詳細な説明を省略する。
図８に示すように、本発明の他の実施形態によるモータは、ロータ１００がステータ１１０の外側に回転自在に設置された外転型モータである。
ロータ１００は、ステータ１１０の外側に所定の空隙１００’を有して回転自在に設置されたリング状のロータコア１０２と、このロータコア１０２に放射状に装着された多数個のマグネット１０４と、から構成される。
特に、ロータコア１０２の内周部には、ロータコア１０２から軸方向に突出した多数個のオーバーハング部１０３が放射状に配置される。
各オーバーハング部１０３には、ロータコア１０２の内周部からロータコア１０２の外周部に向かって半径方向に軸方向の長さが徐々に短くなる部位がある。
各マグネット１０４は、ロータコア１０２の外周部に向かって膨らんだアーク状の形状に形成され、各オーバーハング部１０３を部分的に取り囲んでいる。
ステータ１１０は、円筒状のヨーク１１２と、このヨーク１１２の外壁に放射状に配置されてコイル１１６が巻線された多数個のティース１１４と、から構成される。
ヨーク１１２の軸方向の長さ１１２Ｌは、ロータコア１０２の軸方向の長さ１０２Ｌとオーバーハング部１０３の軸方向の長さ２Ｘ１０３Ｌとの合計と同じである。
各ティース１１４は、ヨーク１１２と連結されてコイル１１６が巻線されたネック部１１５と、このネック部１１５のロータ１００に面した端に備えられてロータ１００と対向するチップ部１１７と、から構成される。
各ティース１１４のネック部１１５の軸方向の長さ１１５Ｌは、ロータコア１０２の軸方向の長さ１０２Ｌとロータコア１０２のオーバーハング部１０３の軸方向の長さ２Ｘ１０３Ｌとの合計より短い。
各ティース１１４のチップ部１１７の軸方向の長さ１１７Ｌは、ロータコア１０２の軸方向の長さ１０２Ｌとロータコア１０２のオーバーハング部１０３の軸方向の長さ２Ｘ１０３Ｌとの合計と同じである。
特に、ロータコア１０２、ヨーク１１２及びティース１１４は、上記のように、３次元の形状設計が容易になるように鉄粉末冶金方法によって成形される。
５０ ロータ
５１ オーバーハング部
５２ ロータコア
５４ マグネット
６０ ステータ
６２ ヨーク
６３ ネック部
６４ ティース部
６５ チップ部
６６ コイル
５１ オーバーハング部
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Claims (8)
- ステータと対向して配置されたロータコアと、該ロータコアに装着されたマグネットと、からなるロータを含んで構成され、
前記マグネットは、前記ロータの半径方向に前記ステータに対して反対側に向かって膨らんだアーク状を有して形成され、前記ロータコアのステータに面した周りに放射状に装着され、
前記ロータコアには、前記ステータに面した前記ロータコアの周部に軸方向に突出したオーバーハング部が備えられ、
前記ロータコアのオーバーハング部は、前記の各マグネットの両端の間に位置することを特徴とするモータ。 - 前記ロータコアは、鉄粉末冶金方法によって成形されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
- 前記ロータコアのオーバーハング部は、前記ロータコアの軸方向の両面にそれぞれ備えられることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
- 前記ロータコアのオーバーハング部は、前記ロータの半径方向に前記マグネットと前記ステータとの間に位置することを特徴とする請求項１に記載のモータ。
- 前記ステータは、リング状のヨークと、該ヨークの周りに放射状に配置されてコイルが巻線される多数個のティースと、から構成され、
前記ヨークの軸方向の長さは、前記ロータコアの軸方向の長さと前記ロータコアのオーバーハング部の軸方向の長さとの合計と同じであることを特徴とする請求項１に記載のモータ。 - 前記ステータは、リング状のヨークと、該ヨークの周りに放射状に配置されてコイルが巻線される多数個のティースと、から構成され、
前記ティースのコイルが巻線されるネック部の軸方向の長さは、前記ロータコアの軸方向の長さと前記ロータコアのオーバーハング部の軸方向の長さとの合計より短いことを特徴とする請求項１に記載のモータ。 - 前記の各ティースのネック部の端に位置して前記ロータと対向するチップ部の軸方向の長さが、前記ティースのネック部の軸方向の長さより長いことを特徴とする請求項６に記載のモータ。
- 前記ステータは、リング状のヨークと、該ヨークの周りに放射状に配置されてコイルが巻線される多数個のティースと、から構成され、
前記ヨーク及び多数個のティースは、鉄粉末冶金方法によって成形されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
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