JP5441584B2

JP5441584B2 - 電動機

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Publication number: JP5441584B2
Application number: JP2009217730A
Authority: JP
Inventors: 知市野村; 裕史若山; 興起仲
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: JP2011067070A

Description

この発明は、電動機に関し、さらに詳しくは、ハウジングを小型化できる電動機に関する。

近年の電動機は、複数の永久磁石を周方向に配列して成る筒状の回転子と、この回転子の内周側に配置される内周側固定子と、回転子の外周側に配置される外周側固定子とを備えており、これらがハウジングに収容されて構成されている（ダブルステータ構造）。かかる従来の電動機として、特許文献１、２に記載される技術が知られている。

特開平５−３４４６９８号公報特開平７−２５０４５８号公報

この発明は、ハウジングを小型化できる電動機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる電動機は、複数の永久磁石を周方向に配列して成る回転子と、前記回転子の内周側に配置される内周側固定子と、前記回転子の外周側に配置される外周側固定子とを備える電動機であって、前記内周側固定子のスロット数Ｓｉ、スロット外径Ｄｉおよびティース幅Ｔｉと、前記外周側固定子のスロット数Ｓｏ、スロット外径Ｄｏおよびティース幅Ｔｏとが０．９＜Ｓｉ（Ｄｏ・π−Ｔｏ・Ｓｏ）／Ｓｏ（Ｄｉ・π−Ｔｉ・Ｓｉ）＜１．１の関係を有することを特徴とする。

この発明にかかる電動機では、固定子のスロット数Ｓｉ、Ｓｏ、スロット外径Ｄｉ、Ｄｏおよびティース幅Ｔｉ、Ｔｏの関係が適正化されるので、内周側固定子の巻線高さと外周側固定子の巻線高さとを略同一に揃え得る。これにより、ハウジング内の無駄なスペースが減少するので、電動機の小型化および低コスト化を実現できる利点がある。

図１は、この発明の実施の形態にかかる電動機を示す縦断面図である。図２は、図１に記載した電動機を示すＡ−Ａ視断面図である。図３は、図１に記載した電動機の巻線エンド高さを示す説明図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

［電動機］
図１は、この発明の実施の形態にかかる電動機を示す縦断面図である。図２は、図１に記載した電動機を示すＡ−Ａ視断面図である。

この電動機１は、例えば、永久磁石を用いた回転電動機に適用され、特に、単一の回転子に対して一対の固定子が配置されるダブルステータ型の回転電動機に適用される。

この電動機１は、ハウジング２と、シャフト３と、回転子４と、内周側固定子５および外周側固定子６とを備える（図１および図２参照）。

ハウジング２は、ハウジング本体２１と、第一フランジ部２２および第二フランジ部２３と、保持部２４と、一対の軸受２５ａ、２５ｂとを有する。ハウジング本体２１は、円筒形状を有し、ハウジング２の側面部を構成する。第一フランジ部２２は、シャフト３の挿通孔を有する蓋状部材から成り、ハウジング本体２１の一方の開口部を塞いで配置される。第二フランジ部２３は、円盤形状の蓋状部材から成り、ハウジング本体２１の他方の開口部を塞いで配置される。保持部２４は、円筒形状を有し、第二フランジ部２３の片側面に円筒形状の軸を立てて配置される。なお、この実施の形態では、保持部２４が第二フランジ部２３に一体成形されており、第二フランジ部２３がこの保持部２４をハウジング本体２１に挿入しつつハウジング本体２１に設置されている。軸受２５は、保持部２４の内周面に嵌め合わされて配置される。また、一対の軸受２５ａ、２５ｂが保持部２４の軸方向に所定間隔を隔てて配置される。

シャフト３は、電動機１の出力軸を構成する。このシャフト３は、ハウジング２内の保持部２４に挿入され、一対の軸受２５ａ、２５ｂにより回転可能に支持されて、ハウジング２内に収容される。また、シャフト３は、その出力側端部３１を第一フランジ部２２の挿通孔からハウジング２の外部に突出させて配置される。

回転子４は、回転子本体４１と、内周側磁石４２および外周側磁石４３と、リング４４とを有する。回転子本体４１は、円筒形状を有する磁性体である。内周側磁石４２は、永久磁石であり、回転子本体４１の内周面に配置される。このとき、複数の内周側磁石４２が磁極を交互に反転させつつ回転子本体４１の内周方向に配列される。外周側磁石４３は、永久磁石であり、回転子本体４１の外周面に配置される。このとき、複数の外周側磁石４３が磁極を交互に反転させつつ回転子本体４１の外周方向に配列される。また、この実施の形態では、内周側磁石４２および外周側磁石４３が、回転子本体４１の周方向にぞれぞれ１０個ずつ配列されている。リング４４は、環状部材であり、回転子本体４１の一方の端部に固定される。また、リング４４は、シャフト３の外周に嵌め込まれて、シャフト３に固定される。これにより、回転子４とシャフト３とが一体となって回転できる。

内周側固定子５は、積層鉄心５１と、巻線５２とを有する。積層鉄心５１は、複数の磁性体を積層して成る筒状部材であり、その外周面から放射状に突出する複数のティース５３を有する。巻線５２は、積層鉄心５１のティース５３に巻き廻されて配置される。この内周側固定子５は、ハウジング２に収容されて配置される。このとき、積層鉄心５１が保持部２４の外周に嵌め込まれて固定される。また、積層鉄心５１および巻線５２が、回転子本体４１の内周側に位置して、内周側磁石４２に対して所定の隙間を隔てて対向する。

外周側固定子６は、積層鉄心６１と、巻線６２とを有する。積層鉄心６１は、複数の磁性体を積層して成る筒状部材であり、その内周面から放射状に突出する複数のティース６３を有する。巻線６２は、積層鉄心６１のティース６３に巻き廻されて配置される。この外周側固定子６は、ハウジング２に収容されて配置される。このとき、積層鉄心６１がハウジング本体２１の内周に嵌め込まれて固定される。また、積層鉄心６１および巻線６２が、回転子本体４１の外周側に位置して、外周側磁石４３に対して所定の隙間を隔てて対向する。

この電動機１では、外部の電源（図示省略）から内周側固定子５および外周側固定子６に電流が印加されると、回転子４にローレンツ力が作用して、回転子４が回転する。そして、この回転子４と共にシャフト３が回転して、動力が外部に出力される。なお、上記のように、単一の回転子４に対して一対の固定子５、６が配置されるダブルステータ型の電動機１では、回転子４の磁石４２、４３の数および固定子５、６の巻線５２、６２の断面積が増加するため、その出力トルクが向上する。

［スロット数、スロット外径およびティース幅の関係］
ここで、この電動機１では、内周側固定子５のスロット数Ｓｉ、スロット外径Ｄｉおよびティース幅Ｔｉと、外周側固定子６のスロット数Ｓｏ、スロット外径Ｄｏおよびティース幅Ｔｏとが以下の数式（１）の関係を有する（図２参照）。なお、スロットとは、隣り合うティース５３、５３（６３、６３）により囲まれた空間をいう。このスロットには、ティース５３（６３）に巻装された巻線５２が収容される。また、内周側固定子のスロット数Ｓｉおよび外周側固定子のスロット数Ｓｏは、いずれも自然数である。

０．９＜Ｓｉ（Ｄｏ・π−Ｔｏ・Ｓｏ）／Ｓｏ（Ｄｉ・π−Ｔｉ・Ｓｉ）＜１．１ …（１）

かかる構成では、一対の固定子５、６のスロット数Ｓｉ、Ｓｏ、スロット外径Ｄｉ、Ｄｏおよびティース幅Ｔｉ、Ｔｏの関係が適正化されるので、内周側固定子５の巻線高さと外周側固定子６の巻線高さとを略同一に揃え得る。これにより、ハウジング２内の無駄なスペースが減少するので、電動機の小型化および低コスト化を実現できる。

なお、この数式（１）は、以下のように導かれる。まず、内周側固定子５の最大スロット半幅をＲｉとし、外周側固定子６の最大スロット半幅をＲｏとする（図２参照）。これらの最大スロット半幅Ｒｉ、Ｒｏは、巻線５２、６２のエンド高さに等しく（図３参照）、以下の数式（２）および数式（３）により定義される。なお、πは円周率である。

ここで、各固定子５、６の巻線高さが同一となる条件は、内周側固定子５の巻線５２のエンド高さＲｉと、外周側固定子６の巻線６２のエンド高さＲｏとがＲｉ＝Ｒｏの関係を有することである。したがって、以下の数式（４）〜数式（６）が得られる。

さらに、各固定子５、６の巻線エンド高さＲｉ、Ｒｏは、１０％未満の誤差を有しても良い。すなわち、巻線エンド高さＲｉ、Ｒｏが０．９＜Ｒｏ／Ｒｉ＜１．１にあれば良い。これにより、数式（１）が得られる。かかる許容範囲内であれば、内周側固定子５の巻線高さと外周側固定子６の巻線高さとが略同一となり、ハウジング２内の無駄なスペースを適正に減少できる。

例えば、この実施の形態では、内周側固定子５のスロット数Ｓｉと外周側固定子６のＳｏとがＳｉ＜Ｓｏの関係を有している。具体的には、内周側固定子５が９極のティース５３を有しており、これらのティース５３により９つのスロットが形成されている。また、外周側固定子６が１２極のティース６３を有しており、これらのティース６３により１２のスロットが形成されている。そして、各固定子５、６のスロット数Ｓｉ、Ｓｏがかかる関係（Ｓｉ＜Ｓｏ）に設定されることにより、上記の数式（１）の関係を有する構成が実現されている。なお、ティース５３、６３の数およびスロットの数は、これに限定されない。

［効果］
以上説明したように、この電動機１では、固定子５、６のスロット数Ｓｉ、Ｓｏ、スロット外径Ｄｉ、Ｄｏおよびティース幅Ｔｉ、Ｔｏの関係が適正化されるので、内周側固定子５の巻線高さと外周側固定子６の巻線高さとを略同一に揃え得る。これにより、ハウジング２内の無駄なスペースが減少するので、電動機の小型化および低コスト化を実現できる利点がある。あるいは、固定子５、６の巻線エンド部におけるスペースを有効利用できる利点がある。

特に、かかる構成では、巻線５２、６２をティース５３、６３に巻装する工程にて、内周側固定子５の巻線高さと外周側固定子６の巻線高さとを容易に揃え得る利点がある。例えば、上記の数式（１）の関係を設定せずに固定子の巻線エンド高さを揃えるとすると、製造誤差の影響があるため容易ではない。

また、この電動機１では、内周側固定子５のスロット数Ｓｉと、外周側固定子６のスロット数ＳｏとがＳｉ＜Ｓｏの関係を有する。これにより、上記の数式（１）の関係を無理なく構成し得る利点がある。

以上のように、この発明にかかる電動機は、ハウジングを小型化できる点で有用である。

１電動機、２ハウジング、２１ハウジング本体、２２第一フランジ部、２３第二フランジ部、２４保持部、２５軸受、３シャフト、３１出力側端部、４回転子、４１回転子本体、４２内周側磁石、４３外周側磁石、４４リング、５内周側固定子、５１積層鉄心、５２巻線、５３ティース、６外周側固定子、６１積層鉄心、６２巻線、６３ティース

Claims

複数の永久磁石を周方向に配列して成る回転子と、前記回転子の内周側に配置される内周側固定子と、前記回転子の外周側に配置される外周側固定子とを備える電動機であって、
前記内周側固定子と前記外周側固定子の前記回転子の回転軸方向の幅が等しく、
前記内周側固定子のスロットの前記周方向の最大半幅Ｒｉと前記外周側固定子のスロットの前記周方向の最大半幅Ｒｏとが０．９＜Ｒｏ／Ｒｉ＜１．１の関係となるように、前記内周側固定子および前記外周側固定子にそれぞれスロットを形成してある
ことを特徴とする電動機。
前記内周側固定子のスロットの巻線を収納可能であって前記回転子の回転軸から最も遠い領域の前記周方向の幅と、前記外周側固定子のスロットの巻線を収納可能であって前記回転子の回転軸から最も遠い領域の前記周方向の幅が、１０％未満の誤差で略同一となるように、前記内周側固定子および前記外周側固定子にそれぞれスロットを形成してある
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
前記内周側固定子のスロット数Ｓｉ、スロット外径Ｄｉおよびティース幅Ｔｉと、前記外周側固定子のスロット数Ｓｏ、スロット外径Ｄｏおよびティース幅Ｔｏとが０．９＜Ｓｉ（Ｄｏ・π−Ｔｏ・Ｓｏ）／Ｓｏ（Ｄｉ・π−Ｔｉ・Ｓｉ）＜１．１の関係となるように、前記内周側固定子および前記外周側固定子にそれぞれスロットを形成してある
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
前記内周側固定子のスロット数Ｓｉと、前記外周側固定子のスロット数ＳｏとがＳｉ＜Ｓｏの関係を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機。