JP5039348B2 - モータ、及びそれを用いたファン装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを提供する技術に関する。

モータは各種の分野に幅広く使用されている。モータの形態の１つとして、爪形磁極を有するモータがある。例えば、特許文献１、特許文献２にその構成が開示されている。

特開2001-161054号公報 特表2003-513599号公報

先ず、特許文献１では、モータの１相分の固定子は、電流を流す円形状のコイルと、１対の爪形磁極と、コイルの周囲を取り囲んで前記爪形磁路とともに磁路を形成する磁性体とから構成される。

３相モータの場合には、これを３組用いることにより固定子を形成できる。この３組の固定子に３相電圧を印加すると、永久磁石を固定した回転子に回転トルクが発生し、回転子を回転することができる。このモータは従来のモータと比べて、コイルエンドがなく、モータの小型化が図れるという特徴がある。

また、特許文献２では、例えば、３相のモータを構成するのに、特許文献１のように１相分の固定子を３組重ねるのではなく、１組の固定子に３相分のコイルを設けることで、モータを薄型構造としたものが開示されている。

ところで、図１７に示す参考例では、爪形ティースを有する固定子コア８１、８３を向い合せで組合せることにより、１相の固定子の磁路を形成している。固定子コア８１、８３を組合せてできる内部の空間にコイル８２を内蔵して、１相分固定子８０を構成する。図１１に示すように、これに同様の１相分固定子８５，８６を重ねて３相固定子とし、回転子を組合せることにより、３相モータ１００を構成できる。このような爪形磁極を有する固定子コアを、プレス機により磁性粉末体で一体成型する方法は、３次元形状を容易に成形できる特徴がある。

このような磁性粉末体で成型して爪形磁極を有する固定子を構成するモータでは、次のような問題がある。固定子コアを磁性粉末体により一体成型して所定の性能を得るためには、固定子コアの質量密度を高くする必要がある。このためには、一体成型に圧縮力が大きいプレス機を用いることが要求される。特に、大出力のモータを一体成型することは、プレス機の性能から限界がある。

そこで、大出力モータを磁性粉末体により構成するためには、固定子コアを分割した分割コアを一体成型した後、この分割コアを複数用いて固定子に組立てる必要がある。この固定子の組立精度がモータ特性に影響するため、固定子コアの組立精度を向上することが課題である。また、２つの固定子コアを対向して１相分の固定子コアとする場合でも、組立精度の向上は問題となる。

上記課題を解決するに当って、以下のような対応を図るものである。

爪形ティースを有する１対の固定子コアと該爪形ティースに磁束を発生するコイルから構成される１相固定子を複数備えた固定子と、回転軸にトルクを発生する回転子を具備したモータにおいて、固定子コアは同一形状の複数の分割コアを備え、それらの分割コアは凹部とそれに勘合する凸部を備えた構造とする。これにより、同一形状の分割コアを複数用いることで、１つの固定子コアを形成する。この固定子コアを２つ用いて１対とし、コイルを挟んで対向させて組合せることで、１相固定子にする。その際、一方の固定子コアの凹部、凸部が、対向する固定子コアの凸部、凹部にそれぞれ勘合する位置に配置されるように、分割コアの形状を成型する。これにより、容易に固定子を精度良く組立てられる。特に、一方の固定子コアの分割コアが他方の固定子コアの分割コアと互い違いにレンガ積みにしたときに、それぞれの凸部、凹部が勘合する形状とすると、固定子の強度を向上することができる。

また、回転軸を中心として回転する回転子と、回転軸を中心とする同一平面上に平面配置した複数のコイルを挿入する柱状コア部と爪形ティースを有する複数の固定子コアを、対向して形成する固定子とから構成されるモータにおいて、固定子コアは、少なくとも１つの柱状コア部に凹部を有し、少なくとも１つの柱状コアに前記凹部に勘合する凸部を備えた構造とする。対向する固定子コアの柱状コア部において、凹部は凸部に勘合し、凸部は凹部に勘合することで、固定強度と組立精度の向上が得られる。

上述の構成によれば、分割コアの形状を成型するより固定子の組立てやすさの向上、組立精度の向上を図ることができる。

また、上記構成のモータを例えばファン装置に用いると、従来よりも例えば薄型化を図ったファン装置を提供可能となる。

本発明によれば、従来よりも信頼性を向上したモータ、そして、それを用いたファンを提供することが可能となる。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明に特徴的な外転形３相モータの実施例であり、このモータを構成する回転子１０と固定子２０に分けた分解図である。回転子１０は出力を負荷に伝達する回転部材１１、その内部に貼り付けて磁束を発生する円筒形の磁石１３、回転の中心となる回転軸１２から構成される。図１の直線Ａ−Ａ’を中心軸として、回転軸１２と一体になった回転部材１１に磁石１３を内蔵することにより、回転子１０を形成する。

固定子２０は、大別して、モータに電流を流すコイル２２、コイル２２の電流により発生する磁束の磁路を形成する固定子コア２１、２３、固定子を所定の設置場所に取り付けるための固定部材２４、回転軸１２を支える軸受２５から構成される。図１の実施例では、モータの極数を１４極、固定子の爪形ティースの数を１２とした場合について示している。

図１の直線Ｂ−Ｂ’を中心軸としてこれらの部品を組立てると、図２に示すような形状の外転形３相モータの固定子２０を形成する。図１の直線Ａ−Ａ’を中心軸として組立てた回転子１０に、直線Ｂ−Ｂ’を中心軸として組立てた固定子２０を、挿入することにより、外転形３相モータとすることができる。図３には、この外転形３相モータの正面、及び、側面から見たときの断面図を示す。

図１において、固定子コア２１と固定子コア２３は同一形状の成型体であり、対向することにより、固定子コア２１の爪形ティース２１１ａ〜２１１ｆと固定子コア２３の爪形ティース２３１ａ〜２３１ｆが交互に、かつ、相互に、他方の爪形ティースの間に、入れ子状態となる。図２に示すように、爪形ティースの間には空隙が存在する構造となっている。固定子コア２１と固定子コア２３はそれぞれ柱状コア部２１２ａ〜２１２ｃ、２３２ａ〜ｃを備えている。柱状コア部２１２ａ、２３２ａの中央部にはそれぞれ凸部２１３ａ、２３３ａを、柱状コア部２１２ｂ、２３２ｂの中央部には凹部２１４ｂ、２３４ｂを設ける。また、柱状コア部２１２ｃには凸部２１３ｃ、凹部２１４ｃを、柱状コア部２３２ｃには凸部２３３ｃ、凹部２３４ｃをそれぞれ設ける。

次に、固定子コア２１、２３における凸部、凹部の関係について説明する。図３に示した直線Ｃ−Ｃ’を中心軸として正面断面図を考える。柱状コア部２３２ａの凸部２３３ａと柱状コア部２３２ｂの凹部２３４ｂが、直線Ｃ−Ｃ’を中心とした線対称の位置関係になるように配置している。また、柱状コア部２３２ｃの凸部２３３ｃと凹部２３４ｃについても、直線Ｃ−Ｃ’を中心とした線対称となるように配置している。このように配置することで、固定子コア２１と固定子コア２３を対向したとき、固定子コア２１の凸部２１３ａが固定子コア２３の凹部２３４ｂと勘合する。同様に、固定子コア２１の凸部２１３ｃ、凹部２１４ｂ、２１４ｃがそれぞれ固定子コア２３の凹部２３４ｃ、凸部２３３ａ、２３３ｃと勘合する。これにより、固定子コア２１と固定子コア２３は高精度、かつ、高強度で、しかも、容易に組立てを行うことができ、モータ特性の均一性を保持できる効果がある。

なお、固定子コア２１、２３の柱状コア部２１２ｃ、２３２ｃにおける凸部２１３ｃ、２３３ｃ、凹部２１４ｃ、２３４ｃを取除いた簡易な形状としてもよく、組立ての容易性、組立て精度を確保できる。

図４は図１と異なる他の実施例で、固定子３０を６分割構造にしたときの外転形３相モータの例である。図４はその固定子を分解した分解図である。図１の固定子コア２１に対応する固定子コア３１は分割コア３１ａ、３１ｂ、３１ｃに分割する。同様に、図１の固定子コア２３に相当する固定子コア３３は分割コア３３ａ、３３ｂ、３３ｃに分割している。なお、これらの分割コアは全て同一形状であり、磁性粉末体により一体成型すると、安価に製造することができる。それぞれの分割コアは２つの柱状コア部を有し、各柱状コア部には１つずつの凸部と凹部を備える。ここで、分割コア３１ｃの柱状コア部３１２ｃの凸部と凹部は分割コア３３ｃの柱状コア部３３２ｃの凹部３３４ｃと凸部３３３ｃとそれぞれ勘合することで、固定することができる。同様に、柱状コア部３１２ｆの凸部と凹部は分割コア３３ｂの柱状コア部３３２ｅの凹部３３４ｅと凸部３３３ｅとそれぞれ勘合し、固定できる。このように、固定子コア３１の分割コア３１ａ、３１ｂ、３１ｃと固定子コア３３の分割コア３３ａ、３３ｂ、３３ｃを互い違いに、レンガ積み状にする。

図５は、コイル３２ａ〜３２ｆを柱状コア部に挿入して、図４の固定子コアを組み立てたときの外観図である。また、図６に磁石１３と回転部材１１からなる回転子を含めた６分割構造の外転形３相モータの断面図を示す。柱状コア部で強固に勘合するとともに、分割コアをレンガ積み状にすることにより、固定子３０を高精度に、かつ、容易に組立られるので、低コスト化を図ることができる。

図７は図１、図４と勘合の方法が異なる他の実施例である。図４に示す分割コア３３ａの代わりに、分割コア４３ａを用いるものである。分割コア４３ａは、柱状コア部４３２ａ、４３２ｄを有しているが、爪型ティース４３１ａ、４３１ｄを含めて、構造が簡単である特長を有している。図４の実施例と同様に、図７に示した分割コア４３ａと同一形状の分割コアを合計６個用いてレンガ積み状に組合せることにより、図８の断面図に示す６分割構造外転形モータを構成することができる。

図７の分割コアの形状は、一見すると、凹部を持たない構造のように見えるが、凸部である柱状コア部４３２ａ、４３２ｄの間が凹部となっている。この分割コアの部材だけではばらばらになるように考えられるが、以下、この分割コアの形状で強固に勘合することを説明する。図８において、固定子コア４３は分割コア４３ａ、４３ｂ、４３ｃからなる。分割コアの柱状コア部４３２ａは、固定子コア４１の一部を形成する分割コア４１ｂの柱状コア部４１２ｂと一体となって、１つの柱状コア部を構成する。同時に、分割コア４１ｂのもう１つの柱状コア部４１２ｅは分割コア４３ｃの柱状コア部４３２ｆと一体で、他の柱状コア部を構成する。図８に示すように、６つの分割コアでレンガ積み状に組立てると、回転軸に対する周方向に対しては、固定子４０は強度を保持することができる。つまり、図７のような柱状コア部の形状を採用し、レンガ積みすることで、勘合部位を備えたことになる。図７の場合、凹部を持っていないように見えるが、複数の（ここでは、２つの）柱状コア部４３２ａ、４３２ｄにより、他の分割コアを固定する効果がある。従って、この実施例はコアを一体成型するための金型を簡易な形状で作成することができるので、製品の低コスト化に有効である。

図９の実施例は、柱状コア部９３２ａ、９３２ｄの形状が図７の柱状コア部４３２ａ、４３２ｄと異なるが、図７の実施例と同様の考え方であり、固定子として容易に固定することができる。つまり、柱状コア部９３２ａ、９３２ｄの間が凹部となっている。さらに、この実施例では、柱状コア部の下部の形状がコイル形状とほぼ同一であり、コイルを挿入するときの位置決めを容易にすることができるので、モータの組立工数の低減に効果がある。

図１０は図１からず９までの実施例と異なり、内転形３相モータに適用したときの実施例であり、１相固定子５０の外観図である。１相固定子は分割コア５１ａ、５１ｂ、５３ａ、５３ｂ、及び、コイル５２から構成され、それらの４つの分割コアは同一形状をしている。３相モータに組込んだときの断面図は、既に説明した図１１のような断面図になる。

図１２は図１０の１相固定子における分割コア５１ａだけを分解したものである。分割コア５１ａは爪形ティース５１１ａ、５１１ｃ、凸部５１３ａ、５１３ｃ、及び、凹部５１４ａ、５１４ｃを備えている。分割コア５１ａの凸部５１３ａ、凹部５１４ａは分割コア５３ｂの凹部５３４ｂ、凸部５３３ａにそれぞれ勘合する。同様に、分割コア５１ａの凸部５１３ｃ、凹部５１４ｃは分割コア５３ａの凹部５３４ｃ、凸部５３３ｃに勘合するので、１相固定子は分割コアを用いるにもかかわらず、固定することができる。

図１３は図１０と異なる他の実施例で、分割コアの凹部を１つとしたときの１相固定子６０の外観図である。図１４は図１３の分割コア６３ａの外観図であり、外周部の凸部６３３ａ、６３３ｃ、凹部６３４ａを備えている。凹部６３４ａには、分割コア６１ａ、６１ｂのそれぞれ一方の凸部が挿入されることにより、１相固定子として強固に勘合する。本実施例を用いれば、簡略な形状により、組立性と組立精度の優れたモータを製造することができるので、品質の良いモータを安価に提供することができる。

図１５は図１０、図１３と異なり、分割コアの数が８個の場合の実施例で、１相固定子７０の外観図である。図１５は分割コアの数をティースの数と同じにしている。図１６は図１５の分割コア７３ａの形状を示す外観図であるが、爪形ティース７３１ａ、凸部７３３ａ、７３３ｅ、凹部７３４ａを備えている。回転軸から円周方向を見たとき、爪形ティース７３１ａの中心が凹部７３４ａの中心とほぼ一致する構造としている。これにより、８つの分割コアを勘合した際、爪形ティースの間隔はほぼ均一となり、体格が小さいモータで大きいトルクを発生することができる特徴がある。また、分割コアの形状が簡素で、金型の製作が容易であるという効果もある。

次に、上述の実施例のモータを装着したファン装置を図１８に示す。

図３において、ファンフレーム８００に固定されているモータ固定部材８１０には、モータの固定子８２０を取り付ける。回転子８３０には、回転翼８４０が取り付けられており、回転子８３０と一体になって回転する。

回転翼８４０が回転すると、空気等の雰囲気、流体は図１８の上部から下部に流れる構造になっている。

ファン装置の下部には、空気等の雰囲気、流体に含まれて、一緒に流れる粉塵、塵埃等の物質を除去するためのフィルタ８５０を装着する構造になっている。

図１８のファン装置では、上述の実施例のモータを用いることで、従来よりも大型となっても、従来よりも薄型化が比較的容易に図ることが可能となる。

なお、上述の実施例にて説明したのは、３相モータに適用した実施例であるが、２相モータや多相モータに適用できることはいうまでもない。凹部、凸部の形状は方形状の場合について説明したが、当然のことながら、台形状の凹部、凸部で勘合する構造としても良い。また、モータの極数、ティース数、固定子コアの分割数についても限定するものでなく、本発明は広く適用できる。

本発明に特徴的な外転形３相モータの分解図。 図１の外転形３相モータの固定子を組立てた外観図。 図１の外転形３相モータの断面図。 本発明に特徴的な固定子６分割構造の外転形３相モータで、図１と異なる他の実施例を示す固定子の分解図。 図４の外転形３相モータの固定子を組立てた外観図。 図４の外転形３相モータの断面図。 本発明に特徴的な固定子６分割構造の外転形３相モータで、図４とは異なる他の実施例を示す１対の固定子コアの上面図。 図７の固定子６分割構造の外転形３相モータにおける分割コアの外観図。 本発明に特徴的な固定子６分割構造の外転形３相モータで、図４、図７とは柱状コア部の形状が異なる他の実施例を示す１対の固定子コアの上面図。 本発明に特徴的な内転形３相モータの１相分固定子の外観図。 図１０の１相分固定子３組で構成した内転形３相モータの断面図。 図１０の内転形モータにおける１相分固定子のうち、１つの分割コアだけを分解した分解図。 本発明に特徴的な内転形３相モータで、図１０と異なる他の実施例を示す１相分固定子の外観図。 図１２の実施例における分割コアの外観図。 本発明に特徴的な内転形３相モータで、図１０、図１３とは異なる他の実施例を示す固定子コアの外観図。 図１６の内転形３相モータにおける分割コアの外観図。 本発明の実施例を説明するための爪形ティースを有する内転形３相モータの１相分固定子の分解図。 本発明の実施例のモータを用いたファン装置の断面図。

符号の説明

１０：回転子
１１：回転部材
１２：回転軸
１３：磁石
２０、３０、４０：固定子
５０、６０、７０、８０、８５、８６：１相分固定子
１００：モータ
２１、２３、３１、３３、４１、４３：固定子コア
２２、３２、４２、５２、６２、７２：コイル
２４：固定部材
２５：軸受
３１ａ〜ｃ、３３ａ〜ｃ、４１ａ〜ｃ、４３ａ〜ｃ、９３ａ：分割コア
５１ａ〜ｂ、５３ａ〜ｂ、６１ａ〜ｂ、６３ａ〜ｂ、７１ａ〜ｄ、７３ａ〜ｄ：分割コア
２１１、２３１、３１１，３３１、４１１、４３１、９３１：爪形ティース
２１２、２３２、３１２、３３２、４１２、４３２、９３２：柱状コア部
２１３、２３３、３１３、３３３、５１３、５３３、６３３、７３３：凸部
２１４、２３４、３１４、３３４、５１４、５３４、６３４、７３４：凹部
４、８、１２、２０、３０、４０：１相分固定子
１３、１４：磁界遮断材
１５：結線部
１６：回転子
２１、２２：従来の固定子コア
２０、３０、４０：従来の１相分固定子
５１、５２、２４：爪形磁極
８００：ファンフレーム
８１０：モータ固定部材
８２０：固定子
８３０：回転子
８４０：回転翼
８５０：フィルタ

Claims (7)

1. 爪形ティースを有する１対の固定子コアと該爪形ティースに磁束を発生するコイルから構成される１相固定子を複数備えた固定子と、
   回転軸にトルクを発生する回転子を具備したモータにおいて、
   前記固定子コアは同一形状の複数の分割コアに分けられ、該分割コアは凹部とそれに勘合する凸部を備え、
   一方の固定子コアを構成する前記分割コアの凹部に、対となる他方の固定子コアを構成する複数の前記分割コアの凸部を挿入して前記固定子を形成することを特徴とするモータ。
2. 爪形ティースを有する１対の固定子コアと該爪形ティースに磁束を発生するコイルを設けた１相固定子を複数備えた固定子と、
   回転軸にトルクを発生する回転子を具備したモータにおいて、
   前記固定子コアは同一形状の複数の分割コアを備え、該分割コアは少なくとも１つ以上の凹部と複数の凸部を備え、
   一方の固定子コアを構成する前記分割コアの凹部に、対となる他方の固定子コアを構成する複数の前記分割コアの凸部を挿入して前記固定子を形成することを特徴とするモータ。
3. 請求項１または２記載のモータにおいて、
   前記爪形ティースの中心と前記凹部の中心とを結んだ線が前記回転軸に向かう方向となることを特徴とするモータ。
4. 請求項２記載のモータにおいて、
   前記凸部は分割コアの端部に、前記凹部は分割コアのほぼ中央部に配置したことを特徴とするモータ。
5. 請求項１または２記載のモータにおいて、
   一方の固定子コアを構成する前記分割コアと、対となる他方の固定子コアを構成する前記分割コアは、互い違いにレンガ積みにすることを特徴とするモータ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のモータにおいて、
   前記分割コアは粉末鉄心を圧縮成型することにより成形したことを特徴とするモータ。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のモータと
   前記モータの回転子に取り付けられる回転翼と、
   前記回転翼の回転によって前記モータの回転軸方向に流れる流体が含む物体を除去するフィルタと、
   前記モータの固定子を取り付けるモータ固定部材と、
   前記フィルタ、前記モータ固定部材とを支持するファンフレームと
   を有することを特徴とするファン装置。

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