JP5683103B2 - ユニバーサルモータ - Google Patents

Description

本発明は、ユニバーサルモータに係り、より詳細には、ユニバーサルモータの固定子に係る。

図５及び６は、典型的な既知のユニバーサルモータを示す。図５は、固定子コア、固定子巻線及び回転子（回転子巻線は省略）を示す断面図であり、一方、図６は、固定子巻線はないがモータを通る磁束路を示す線を伴う同様の図である。このモータは、長方形構成のヨークと、該ヨークの２つの対向する側部から内方に延びる２つの突極とを含む固定子コアを備えている。固定子巻線を形成する２つのコイルが極に巻かれている。コイルに通電したときに、２つの極は、逆極性の２つの磁極を形成し、そして２つの磁束路が形成される。各磁束路は、２つの極を通り、回転子を横切り、ヨークの半分を通る。従って、２つの固定子コイルは、コイルごとに１つづつ、２つの磁極しか形成せず、そして各磁束路は、比較的長い。

そこで、改良されたユニバーサルモータが要望される。

従って、本発明は、その１つの態様において、固定子と、固定子に回転可能に設置された回転子とを備え、固定子は、ヨークと、巻線が巻かれたｎ個の主極と、ｎ個の補助極とを有する固定子コアを備え、主極及び補助極は、ヨークの半径方向内側においてその周囲方向に交互に配列され、そして巻線に通電したときには、主極及び補助極に、各々、ｎ個の主磁極及びｎ個の補助磁極が形成され、各主磁極は、同じ極性を有すると共に、各補助磁極は、主磁極の極性とは逆の同じ極性を有し、ｎは１より大きな整数である、ユニバーサルモータを提供する。

好ましくは、回転子コアの外径Ｄと固定子コアの最小外径Ｙとの比Ｄ／Ｙは、０．７より大きい。

好ましくは、補助極は、巻線が巻かれず、補助磁極は、誘起される磁極である。

好ましくは、ヨークは、主極が延びるところの第１区分と、補助極が延びるところの第２区分とを備え、第１区分は、第２区分より細い。

好ましくは、第２区分に装着穴が形成される。

好ましくは、主極及び補助極はヨークから内方に突出する突極であり、各極は、ヨークから内方に延びるネックと、ネックから延びる極シューとを含み、ヨークと主極の極シューとの間の距離は、ヨークと補助極の極シューとの間の距離より大きい。

好ましくは、補助極に付加的な巻線が巻かれ、付加的な巻線の巻回数は、主極に巻かれた巻線より少ない。

好ましくは、ｎは、２、３又は４に等しい。

好ましくは、主極と回転子コアとの間の半径方向ギャップは、補助極と回転子コアとの間の半径方向ギャップに等しい。

以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。２つ以上の図に現れる同じ構造物、要素又は部品は、一般的に、それらが現れる全ての図において同じ参照番号で示す。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、表現の便宜上及び明瞭化のために選択されたものであって、必ずしも正しいスケールで示されていない。

本発明の好ましい実施形態によるユニバーサルモータの断面平面図である。 図１のモータの磁束路を示す図である。 本発明の第２の実施形態によるユニバーサルモータの断面平面図である。 本発明の第３の実施形態によるユニバーサルモータの断面平面図である。 従来のユニバーサルモータの断面平面図である。 図５のモータの磁束路を示す図である。

本発明によるユニバーサルモータは、固定子と、固定子に対して回転可能に装着された回転子とを備えている。固定子は、固定子コアと、固定子コアに巻かれた固定子巻線とを含む。固定子コアは、ヨークと、固定子巻線のコイルが巻かれたｎ個の主極と、ｎ個の補助極とを含み、主極及び補助極は、ヨークの内側においてその周囲方向に交互に配列される。主極に巻かれたコイルに通電したときには、主極及び補助極に、各々、ｎ個の主磁極及びｎ個の補助磁極が形成される。主磁極の極性は、全て同じであって、補助磁極の極性とは逆である。

図１及び２は、本発明の第１の好ましい実施形態による単相４極ユニバーサルモータを示す。このモータは、固定子１０及び回転子１２を備えている。図１は、固定子コア、固定子巻線及び回転子を示す断面図で、回転子巻線が省略されており、一方、図２は、固定子巻線が省略されたが、モータを通過する磁束路を示す線を伴う同様の図である。

固定子１０は、固定子コア２０と、コイル３０により形成される固定子巻線とを備えている。固定子コア２０は、電気鋼板から型抜きされた複数のラミネーションを一緒に積み重ねることにより形成される。固定子コア２０は、２つの第１区分２２及び２つの第２区分２４が周囲方向に交互に配列されたヨークを備えている。固定子コア２０は、更に、２つの第１区分２２から各々延びる２つの主極２６と、２つの第２区分２４から各々延びる２つの補助極２８とを備えている。主極２６及び補助極２８は、回転子１２を取り巻いている。コイル３０は、主極２６に巻かれている。補助極２８には、コイルが巻かれない。第２区分２４は、図示されたように、装着穴を有する。

図２を参照すれば、主極２６に巻かれたコイル３０に通電したときに、主極２６には、２つの主磁極が各々形成される。両主磁極の極性は、同じである。各主極２６、固定子コアの対応部分、隣接補助極、及び回転子の対応部分には、２つの磁路が形成される。補助極には、２つの誘起磁極が各々形成される。補助磁極の極性は、主磁極の極性とは逆であり、例えば、主極がＮ磁極を形成するときには、補助極がＳ磁極を形成する。従って、固定子１０は、４つの磁極及び４つの磁気回路を形成する。各磁気回路は、固定子コア２０のヨークの２つの側部の半分又はヨークの１／４しか通過しない。従って、各磁気回路の長さは、２つの主極しかもたないモータに比して減少される。

図１に示す好ましい実施形態では、全ての極２６、２８が突極であり、各極は、ヨークから半径方向内方に延びるネックと、ネックから延びる極シュートを含む。即ち、主極２６は、ヨークの第１区分２２にネック３２により接続された極シュー２７を有し、そして補助極２８は、ヨークの第２区分２４にネック３３により接続された極シューを有する。極シューは、回転子１２に向いてそれを取り巻く不連続なカーブ面を協働形成する。周囲方向に、主極２６のネック３２は、補助極２８のネック３３より細くなっている。任意であるが、半径方向に、ヨークの第１区分２２は、ヨークの第２区分２４より細く、そして第１区分２２と主極２６の極シュー２７の周囲方向縁との間の距離は、第２区分２４と補助極２８の極シュー２９の周囲方向縁との間の距離より大きい。このように、第１区分２２と主極２６との間には、固定子巻線のコイル３０を受け入れるための大きなスペースが形成される。巾の広い第２区分２４には、モータのベアリング及びブラシギア（図示せず）を支持する端ブラケットを装着するための穴２５が形成されるのが好ましい。このように、装着穴がヨークの磁路に悪影響を及ぼすことはない。

本発明において、半径方向及び周囲方向は、円形又は円筒形状を有するヨークに限定されない。例えば、本発明の固定子コアの断面は、方形形状、長方形形状、又は他の非円形形状でもよい。

図１に戻ると、回転子１２は、外径Ｄを有する。固定子１０は、最小外径Ｙを有する。外径Ｄと最小外径Ｙとの比Ｄ／Ｙは、０．７より大きいのが好ましい。回転子１２の外径は、回転子コアの外径を意味する。固定子１０の最小外径は、固定子１０の軸方向中心を通過する固定子コア２０の周囲の２点間の線の長さを意味する。回転子１２の外径は、極２６、２８の極シューのカーブ面により形成される円筒の内径より若干小さく、回転子コアが小さなエアギャップを横切って極に向くようにされる。それ故、回転子１２の外径に対する円の内径の比Ｄ：Ｙは、７：１０より大きいが、これは、モータのトルクが回転子の直径に関係しているので、モータにより発生されるトルクが所定サイズの固定子コアに対して高くなることを意味する。

明らかなように、主極と回転子コアとの間の半径方向ギャップは、補助極と回転子コアとの間の半径方向ギャップに等しい。或いは又、主極と回転子コアとの間の半径方向ギャップは、補助極と回転子コアとの間の半径方向ギャップに等しくなくてもよい。

本発明の前記実施形態の補助磁極は、第２ヨーク２４の内側から内方に突出する補助極２８に形成される。従って、補助磁極は、突極である。或いは又、補助磁極は、ヨークの第２区分２４の内側に対して沈下した非突極であってもよい。補助極が突極であるときには、コイル３０より巻回の少ない補助コイルが補助極に巻かれてもよい。

本発明において、各磁束回路は、主磁極及びそれに隣接する補助磁極を通過する。磁束路の長さが減少され、最適化される。従って、本発明のユニバーサルモータは、同じ出力をもつ既知のユニバーサルモータに比して、必要とする固定子コア材料が少なくて済み、材料コストの節減を果たす。

別の実施形態によれば、本発明のユニバーサルモータは、３つのコイルを有する巻線を使用して図３に示す６磁極を形成するか、４つのコイルを使用して図４に示す８磁極を形成するか、又は１より大きな整数をｎとすれば、ｎ個のコイルを使用して２ｎ個の磁極を形成することができる。

本発明の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」並びにその変化は、各々、ここに述べたアイテムの存在を特定するために包括的な意味で使用され、付加的なアイテムの存在を除外するものではない。

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。

１０：固定子
１２：回転子
２０：固定子コア
２２：ヨークの第１区分
２４：ヨークの第２区分
２６：主極
２７、２９：極シュー
２８：補助極
３０：コイル
３２、３３：ネック
Ｄ：回転子の外径
Ｙ：固定子の最小外径

Claims (10)

1. 固定子と、固定子に回転可能に設置された回転子とを備え、
   固定子は、ヨークと、巻線が巻かれたｎ個の主極と、ｎ個の補助極とを有する固定子コアを備え、主極及び補助極は、ヨークの半径方向内側においてその周囲方向に交互に配列され、そして
   巻線に通電したときには、主極及び補助極に、各々、ｎ個の主磁極及びｎ個の補助磁極が形成され、２ｎ個の磁気回路が形成され、各主磁極は、同じ極性を有すると共に、各補助磁極は、主磁極の極性とは逆の同じ極性を有し、ｎは１より大きな整数であり、各磁気回路は、１つの主磁極と、１つの隣接する補助磁極と、回転子及びヨークのそれらの磁極に対応する部分とを通過し、それにより、磁気回路の長さが短くなり且つ回転子によって発生されるトルクが増大する、ユニバーサルモータ。
2. 回転子の外径Ｄと固定子コアの最小外径Ｙとの比Ｄ／Ｙは、０．７より大きい、請求項１に記載のモータ。
3. 補助極は、巻線が巻かれず、補助磁極は、誘起される磁極である、請求項１又は２に記載のモータ。
4. ヨークは、主極が延びるところの第１区分と、補助極が延びるところの第２区分とを備え、第１区分は、第２区分より細い、請求項１、２又は３に記載のモータ。
5. 第２区分に装着穴が形成される、請求項４に記載のモータ。
6. 主極及び補助極は、ヨークから内方に突出する突極であり、各極は、ヨークから内方に延びるネックと、ネックから延びる極シューとを含み、ヨークと主極の極シューとの間の距離は、ヨークと補助極の極シューとの間の距離より大きい、請求項１から５のいずれかに記載のモータ。
7. 補助極に付加的な巻線が巻かれ、付加的な巻線の巻回数は、主極に巻かれた巻線より少ない、請求項６に記載のモータ。
8. ｎは、２、３又は４に等しい、請求項１から７のいずれかに記載のモータ。
9. 主極と回転子コアとの間の半径方向ギャップは、補助極と回転子コアとの間の半径方向ギャップに等しい、請求項１から８のいずれかに記載のモータ。
10. 補助極のネックは、主極のネックよりも広い、請求項６に記載のモータ。

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