JP5968357B2

JP5968357B2 - 電動機

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Description

本発明は、電動機に関する。

今の業界において、電動機は、最も広く使用されている動力駆動装置である。電動機は、その機能の違いに基づいて、モーターと発電機に分けることができる。このうち、モーターは電気エネルギーまたは磁気エネルギーを機械エネルギーに転換する特性を有するので、各機械分野で大量且つ広く応用されている。

通常、モーターは、回転子と固定子を備え、回転子と固定子間の磁束分布によって、回転子に回転運動（または移動）を促し、且つ電気エネルギーまたは磁気エネルギーを必要な機械エネルギーに転換する。しかしながら、磁束経路を形成するために、従来のモーターは、複数の固定子凸状歯を配置し、各固定子凸状歯の間の固定子槽内にコイルを巻きつけ、内側回転子に合わせて使用している。しかしながら、このような電動機の欠点は、固定子槽内のコイルは予め巻きつけることができないので、モーターの全体的な生産速度を高めることができず、且つモーターの製造コストが上がってしまう。また、生産製造時にコイルを巻きつけなければならないため、このような配置の固定子槽は各歯部の間に隙間を残し（つまり、各固定子凸状歯の間には固定子槽開口がある）、これらの隙間は回転子の回転時にコギングトルク（Cogging Torque）を生じさせ、回転子の作動がスムーズに実行できなくなる。

詳しく言えば、コギングトルクは主に、回転子と固定子の歯部との間の固定子槽開口がもたらした磁気的吸引力の変化によって引き起こされる。固定子槽のコイルに通電した時、各固定子歯部は互いに対応する磁極を発生し、磁気的吸引力を発生させる。回転子の磁束面が固定子の歯部に面した時、最大の磁気吸引力が発生する。回転子が回転し始めて、磁力線を固定子槽開口に通過させた時（つまり、回転子が固定子の歯部に面する所から歯部に偏向した時）、回転子はこの磁気吸引力に抵抗される。この抵抗力は、即ち、コギングトルクである。このような抵抗力は、モーターをスムーズに回転できなくし、逆起電力が引き起こされ、凸状歯の振動で騒音が引き起こされ、トルクの出力が低下するなどの欠点をもたらす。また、このようなモーターを発電機に応用した場合、発電機が起動した時、コギングトルクは発電機に抵抗を発生させ、発電効率に影響を与える。よって、如何に電動機のコギングトルク及びそれによってもたらされる悪影響を最小化するかが喫緊に改善すべき課題である。

上述したように、従来のコギングトルクを改善する方式は、概ね、電動機における固定子の構造を改良し、例えば、軸方向モーターを採用し、鋳造の方式を利用して固定子凸状歯を生産した後に、これらの固定子凸状歯を組み合わせ、各固定子凸状歯の間の隙間を最小化させる方式を採用している。しかしながら、このような方式はコギングトルクがもたらす影響を最小化にすることができるが、鋳造方式を採用しているため、コストが高いという問題があった。または、径方向モーターを採用し、一組のコイルを複数の固定子凸状歯に交差して巻きつけることもできるが、このような方式はコイルの巻きつけを複雑化させて、生産製造がしづらくなるほか、コイルの長さが長くなることにより、一度に複数の凸状歯を駆動しなければならないので、更に高い駆動電圧が必要であり、仮に、この方式を採用しても、依然としてある程度のコギングトルクが発生する。あるいはまた、電動機をスロットレス式の電動機に改良することもできるが、このような方式は固定子を鋳造する必要をなくするものの、この方式では、電動機における固定子はコイルを交差するように巻きつけて製造する方式を採用しなければならないので、工程が複雑なだけでなく、コストが高いという問題もあった。

よって、如何に予めコイルを巻きつけ、コギングトルクを最小化にし、構造が簡単で、コストが低く、より高効率の電動機を提供するかが、従来から本技術分野の重要な課題となっている。

本発明は、コギングトルクを減少できると共に、磁気損失を低くでき、更に、製造、組み立てが容易で、製造コストの低い電動機を提供することを課題とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る電動機は、回転子と、前記回転子に隣接する固定子とを備え、前記固定子は隣接する少なくとも一つの第一固定子ユニットと少なくとも一つの第二固定子ユニットとから成り、前記第一固定子ユニットは第一本体と、少なくとも一つの第一コイルと、第一凸状歯と、第二凸状歯を有し、前記第一凸状歯と前記第二凸状歯は前記第一本体から突出し、前記第一コイルは前記第一凸状歯、前記第二凸状歯、または前記第一本体のうちの少なくとも一つに設けられ、前記第二固定子ユニットは第二本体と、少なくとも一つの第二コイルと、第三凸状歯と、第四凸状歯を有し、前記第三凸状歯と前記第四凸状歯は前記第二本体から突出し、前記第二コイルは前記第三凸状歯、前記第四凸状歯、または前記第二本体のうちの少なくとも一つに設けられ、前記回転子は前記固定子に相対する回転方向または移動方向を有し、前記第一凸状歯と前記第三凸状歯は、前記回転方向または前記移動方向に沿って隣接設置され、前記第一凸状歯の突出方向及び前記第三凸状歯の突出方向は、それぞれ、前記回転子の径方向と異なる第一角度及び第三角度を挟んでおり、前記第一固定子ユニット及び前記第二固定子ユニットは、前記回転子の左右両側に前記回転方向または前記移動方向に沿って交差設置されるとともに、前記第一凸状歯と前記第三凸状歯は前記回転方向または前記移動方向に沿って隙間なく設置されており、前記第二凸状歯と前記第四凸状歯は隣接して設置され、かつ前記回転方向または前記移動方向に沿って隙間なく設置されており、前記回転子が回転または移動する時、前記回転子のセグメントと前記第一固定子ユニット及び前記第二固定子ユニットの間の有効な垂直磁束面の面積は、実質上変わらないことを特徴とする。
その好ましい実施例においては、隣接する前記第一凸状歯の前端と前記第三凸状歯の前端は連続の磁束面を形成することを特徴とする。
また、その好ましい実施例においては、前記電動機が複数の第一固定子ユニットまたは複数の第二固定子ユニットを有する時、前記複数の第一凸状歯と前記複数の第三凸状歯は隣接して交差設置されることを特徴とする。
このように、本発明の電動機は回転子と固定子を備える。固定子は回転子に隣接し、固定子は、隣接する少なくとも一つの第一固定子ユニットと少なくとも一つの第二固定子ユニットを備える。第一固定子ユニットは第一凸状歯と第二凸状歯を有し、第二固定子ユニットは第三凸状歯と第四凸状歯を有する。回転子は固定子に相対する回転方向または移動方向を有し、第一固定子ユニットの第一凸状歯と第二固定子ユニットの第三凸状歯は、それぞれ回転方向または移動方向に沿って隣接して交差設置される。第一凸状歯の突出方向及び第三凸状歯の突出方向は、それぞれ、回転子の径方向と異なる第一角度及び第三角度を挟む。

更にまた、上記の目的を達成するために、本発明に係る電動機は、回転子と、前記回転子に隣接する固定子とを備え、前記固定子は隣接する少なくとも一つの第一固定子ユニットと少なくとも一つの第二固定子ユニットとから成り、前記第一固定子ユニットは第一本体と、少なくとも一つの第一コイルと、第一凸状歯と、第二凸状歯を有し、前記第一凸状歯と前記第二凸状歯は前記第一本体から突出し、前記第一コイルは前記第一凸状歯、前記第二凸状歯、または前記第一本体のうちの少なくとも一つに設けられ、前記第二固定子ユニットは第二本体と、少なくとも一つの第二コイルと、第三凸状歯と、第四凸状歯を有し、前記第三凸状歯と前記第四凸状歯は前記第二本体から突出し、前記第二コイルは前記第三凸状歯、前記第四凸状歯、または前記第二本体のうちの少なくとも一つに設けられ、前記回転子は前記固定子に相対する回転方向または移動方向を有し、前記第一凸状歯と前記第三凸状歯は前記回転方向または前記移動方向に沿って隣接設置し、前記第一固定子ユニットの形状と前記第二固定子ユニットの形状が異なり、または、前記第一凸状歯の突出長さと前記第三凸状歯の突出長さが異なり、前記第一固定子ユニット及び前記第二固定子ユニットは、前記回転子の左右両側に前記回転方向または前記移動方向に沿って交差設置されるとともに、前記第一凸状歯と前記第三凸状歯は前記回転方向または前記移動方向に沿って隙間なく設置されており、前記第二凸状歯と前記第四凸状歯は隣接して設置され、かつ前記回転方向または前記移動方向に沿って隙間なく設置されており、前記回転子が回転または移動する時、前記回転子のセグメントと前記第一固定子ユニット及び前記第二固定子ユニットの間の有効な垂直磁束面の面積は、実質上変わらないことを特徴とする。
その好ましい実施例においては、隣接する前記第一凸状歯の前端と前記第三凸状歯の前端は連続の磁束面を形成することを特徴とする。
また、その好ましい実施例においては、前記電動機が複数の第一固定子ユニットまたは複数の第二固定子ユニットを有する時、前記複数の第一凸状歯と前記複数の第三凸状歯は隣接して交差設置されることを特徴とする。
このように、本発明の電動機は回転子と固定子を備える。固定子は回転子に隣接し、固定子は隣接する少なくとも一つの第一固定子ユニットと少なくとも一つの第二固定子ユニットを備える。第一固定子ユニットは第一凸状歯と第二凸状歯を有し、第二固定子ユニットは第三凸状歯と第四凸状歯を有する。本発明の回転子は固定子に相対する回転方向または移動方向を有し、第一固定子ユニットの第一凸状歯と第二固定子ユニットの第三凸状歯は回転方向または移動方向に沿って隣接して交差設置される。第一凸状歯の突出長さと第三凸状歯の突出長さは異なる。

更にまた、上記の目的を達成するために、本発明に係る電動機は、回転子と、前記回転子に隣接する固定子とを備え、前記固定子は隣接する少なくとも一つの第一固定子ユニットと少なくとも一つの第二固定子ユニットを有し、前記回転子は前記固定子に相対する回転方向または移動方向を有し、前記第一固定子ユニットと前記第二固定子ユニットは前記回転方向または前記移動方向に沿って隣接して転位設置されるとともに、前記第一固定子ユニットと前記第二固定子ユニットは少なくとも二つの凸状歯をそれぞれ有しており、隣接する前記第一固定子ユニット及び前記第二固定子ユニットの凸状歯は、前記回転方向または前記移動方向に沿って隙間なく設置されており、前記回転子が回転または移動する時、前記回転子のセグメントと前記第一固定子ユニット及び前記第二固定子ユニットの間の有効な垂直磁束面の面積は、実質上変わらないことを特徴とする。
その好ましい実施例においては、前記第一固定子ユニットは少なくとも一つの第一コイルを備え、前記第二固定子ユニットは少なくとも一つの第二コイルを備え、前記第一コイル及び前記第二コイルと前記回転子の径方向との相対設置位置は、それぞれ異なることを特徴とする。
また、その好ましい実施例においては、前記電動機が複数の第一固定子ユニットまたは複数の第二固定子ユニットを有する時、前記複数の第一固定子ユニットと前記複数の第二固定子ユニットは交差設置されることを特徴とする。
このように、本発明の電動機は回転子と固定子を備える。固定子は回転子に隣接し、固定子は隣接する少なくとも一つの第一固定子ユニットと少なくとも一つの第二固定子ユニットを備える。第一固定子ユニットと第二固定子ユニットは回転子の回転方向または移動方向に沿って隣接して交差排列し、第一固定子ユニットと第二固定子は前記方向に沿って転位設置される。

上述したように、本発明に係る電動機は、固定子ユニットの設計または排列の改良によって、コギングトルクを減少させて、磁気損失が低く、構造が簡単で、コストが低く、効率が高いなどの効果を達成させることができる。

本発明の第一実施例に係る固定子を示した立体図である。図１Ａに示した固定子の正面図である。図１Ａに示した固定子の側面図である。本発明の第一実施例に係る電動機の側面図である。本発明の第二実施例に係る固定子を示した立体図である。図２Ａに示した固定子に回転子を合わせて使用した正面図である。本発明の第三実施例に係る固定子を示した立体図である。図３Ａに示した固定子の正面図である。径方向磁束のモーターに応用される本発明の第四実施例に係る電動機を示した立体図である。図４Ａに示した固定子ユニットを示した立体図である。本発明に係る径方向磁束のモーターに応用されるもう一つの実施形態の固定子ユニットを示した立体図である。本発明に係る径方向磁束のモーターに応用される更なる実施形態の固定子ユニットの正面図である。本発明に係る径方向磁束のモーターに応用される更なる実施形態の固定子ユニットの正面図である。従来技術に係る電動機の回転子におけるセグメントの移動時の磁束面変化を示した図である。従来技術に係る電動機の回転子におけるセグメントの移動時の磁束面変化を示した図である。本発明の電動機における回転子のセグメント移動時の磁束面変化を示した図である。本発明の電動機における回転子のセグメント移動時の磁束面変化を示した図である。本発明の第五実施例に係る固定子を示した立体図である。本発明の第六実施例に係る固定子を示した立体図である。本発明の第六実施例に係る固定子のもう一つの実施形態の正面図である。本発明の第七実施例に係る固定子を示した立体図である。本発明の第八実施例に係る二つの円環形固定子ユニットの上面図である。図８Ａに示した二つの円環形固定子ユニットの側面図である。図８Ａに示した二つの円環形固定子ユニットの半円分の断面図である。図８Ｃに示した二つの円環形固定子ユニットの組み立て後の半円分の断面図である。本発明に係る固定子が内側回転子に合わせて使用された場合を示した配置図である。本発明に係る固定子が外側回転子に合わせて使用された場合を示した配置図である。本発明に係る固定子が側方回転子に合わせて使用された場合を示した配置図である。本発明に係る電動機が線形モーターとして構成された例を示す配置図である。本発明に係る電動機が線形モーターとして構成されたもう一つの例を示す配置図である。

以下、図面を参照しながら本発明の電動機における複数の実施例について説明する。このうち同じ構成要素は同じ符号を付して説明する。

図１Ａ〜図１Ｃを同時に参照されたい。図１Ａ〜図１Ｃはそれぞれ本発明の第一実施例に係る固定子の立体図、正面図、及び側面図である。

本発明の第一実施例に係る電動機１は回転子１２と固定子１４を備える。固定子１４は回転子１２に隣接され、且つ固定子１４は隣接する少なくとも一つの第一固定子ユニット１４１と少なくとも一つの第二固定子ユニット１４２を備える。説明の便宜上、図面は単に、二つの第一固定子ユニット１４１と二つの第二固定子ユニット１４２のみを表示し、回転子１２内部の磁石は省略して表示していない。第一固定子ユニット１４１と第二固定子ユニット１４２は交差排列、または転位排列である。また、本実施例の固定子ユニット１４１とそれに隣接する第二固定子ユニット１４２は隙間なく緊密に排列されている。

説明すべきことは、ここで言うところの「隣接」とは、固定子ユニット１４１、１４２が回転子１２の外周縁の回転方向経路に沿って排列されることであり、且つ「隣接」は接触または非接触の排列である。ここで言うところの「転位排列」または「転位設置」は、隣接する固定子ユニット１４１、１４２の幾何学的中心が回転子の径方向、または軸方向、または移動方向に対して転位（misalign）している配置であり、つまり、任意の固定子ユニットの幾何学的中心と回転子の径方向、または軸方向、または移動方向の相対位置は、その隣接する固定子ユニットの幾何学的中心の相対位置と異なっている。更に、ここで言うところの「交差排列」または「交差設置」は、第一固定子ユニット１４１が二つの第二固定子ユニット１４２に挟まれて設置される交錯排列の方式を指す。また、本発明の固定子１４に含まれる固定子ユニットの数量は、これに限定されず、本実施例に開示された第一固定子ユニット１４１と第二固定子ユニット１４２の数は各二つであるが、これに限定されるものではない。その他の実施形態において、複数の第一固定子ユニット１４１と複数の第二固定子ユニット１４２を合わせて使用し、且つ閉鎖経路を形成することもできる（例えば、図１Ｄに示したもの）。

本実施例の第一固定子ユニット１４１と第二固定子ユニット１４２は、それぞれ二つのＬ型の本体である磁気ヨークを備え、各本体の両端にはそれぞれ二つの凸状歯が延伸して形成されている。第一固定子ユニット１４１はＬ型の第一本体１４１Ｃを備え、且つ第一本体１４１Ｃの両端にはそれぞれ第一凸状歯１４１Ａと第二凸状歯１４１Ｂが延伸して形成され、略Ｃ型の磁気ヨークを構成する。また、第二固定子ユニット１４２はＬ型の第二本体１４２Ｃを備え、且つ第二本体１４２Ｃの両端にはそれぞれ第三凸状歯１４２Ａと第四凸状歯１４２Ｂが延伸して形成され、略Ｃ型の磁気ヨークを構成する。

第一固定子ユニット１４１は少なくとも一つのコイル１４１２を更に備え、第二固定子ユニット１４２は少なくとも一つのコイル１４２２を備える。これらの第一固定子ユニット１４１の第一凸状歯１４１Ａは、この第一凸状歯１４１Ａに隣接する第二固定子ユニット１４２の第三凸状歯１４２Ａと隣接して交差設置されている。言わば、間隔排列の交差設置である。

各コイル１４１２、１４２２の設置位置と回転子１２の径方向の相対位置は異なり、コイル１４１２は第一凸状歯１４１Ａ、第二凸状歯１４１Ｂ、または第一本体１４１Ｃのうちの少なくとも一つに巻きつけられ、コイル１４２２は第三凸状歯１４２Ａ、第四凸状歯１４２Ｂ、または第二本体１４２Ｃのうちの少なくとも一つに巻きつけられている。また、本実施例における略Ｃ型の磁気ヨークは軸方向磁束と径方向磁束が混用されているモーターに応用されるのが好ましい。

本実施例では、二つのコイル１４１２がそれぞれ第一凸状歯１４１Ａと第二凸状歯１４１Ｂに巻きつけられ、二つのコイル１４２２がそれぞれ第三凸状歯１４２Ａと第四凸状歯１４２Ｂに巻きつけられたものを例とする。第一凸状歯１４１Ａ及び第三凸状歯１４２Ａに巻きつけられたコイル１４１２、１４２２の相対位置（回転子１２の径方向を相対位置の基準とする）は異なるが、コイル１４１２、１４２２を巻きつけた位置とコイルの数量はこれに限定されず、その他の実施形態において、一つの固定子ユニットを一つのコイルに合わせて使用されることもできる。

上記の内容から分かるように、本発明の第一固定子ユニット１４１と第二固定子ユニット１４２は、各々単独の部材であるので、個別に製作することができ（例えば、プレス成型の金属片から組み立ててなる）、固定子槽と予め残した固定子開口に合わせて使用する必要がない。生産製造時に、コイルをそれぞれ第一固定子ユニット１４１と第二固定子ユニット１４２に巻きつけた後に組み立てる方式、または予めコイルを巻きつけて成形した後に凸状歯をはめる方式を採用することにより、生産速度を高めることができる。

回転子１２は固定子１４に対する回転方向または移動方向（言わば、回転子１２の外周縁が固定子１４に対して移動する方向）を有し、第一固定子ユニット１４１の第一凸状歯１４１Ａと第二固定子ユニット１４２の第三凸状歯１４２Ａはそれぞれ回転方向または移動方向に沿って隣接して設置される。更に、図１Ｂを参考されたい。第一凸状歯１４１Ａの突出方向及び第三凸状歯１４２Ａの突出方向（それぞれ一点鎖線で示す）は、それぞれ、回転子１２の径方向と異なる第一角度θ₁及び第三角度θ₃（本実施例のθ₃は０度であり、即ち、第三凸状歯１４２Ａの突出方向と回転子１２の径方向は平行である）を挟んでいる。また、回転子１２の径方向と同一の角度を挟んでいる前記複数の凸状歯は非連続平面の磁束面を形成することができる。本実施例において、第一凸状歯１４１Ａと第三凸状歯１４２Ａは回転子１２に直面して、それぞれ磁束面を形成している。第一固定子ユニット１４１と第二固定子ユニット１４２のコイルに通電した時、第一凸状歯１４１Ａと第三凸状歯１４２Ａは回転子１２に対して引力または推力を生成することができる。

説明すべきことは、ここで定義される凸状歯の「突出方向」は凸状歯が磁石ヨークから延伸する方向であり、各凸状歯の突出方向は、いずれも回転子１２の径方向と一つの挟み角度を定義することができる。

隣接する第一凸状歯１４１Ａと第三凸状歯１４２Ａは、互いに接触し、または、回転子１２の回転方向または移動方向に沿って実質的に隙間なく設置されている。第二凸状歯１４１Ｂと第四凸状歯１４２Ｂは隣接設置であり、二者は互いに接触し、または、回転子の回転方向もしくは移動方向に沿って実質的に隙間なく設置されている。本実施例を例とすると、第一凸状歯１４１Ａと第三凸状歯１４２Ａは非連続であるが隙間のない磁束面を形成し、第二凸状歯１４１Ｂと第四凸状歯１４２Ｂはもう一つの非連続であるが隙間のない磁束面を形成することができる。

図１Ａと図１Ｃを再度参照されたい。第一固定子ユニット１４１と第二固定子ユニット１４２は、交差排列して平面を形成し、平面上には更に放熱板１６（図１Ｃを参照）を設置することができる。第一固定子ユニット１４１と第二固定子ユニット１４２は、放熱板１６と直接接触することによって、電動機１全体の放熱効率を高めることができる。

また、上記配置により、回転子１２が固定子１４に沿って回転または移動した場合、回転子１２と固定子１４の第一固定子ユニット１４１と第二固定子ユニット１４２の間の垂直磁束面面積は変化しないか、または変化の程度が従来の電動機より低い（例えば、変動量のピークが磁束面面積の平均値より１０％低い）こととなる。つまり、本実施例のものは、コギングトルクを効果的に減少させることにより、電動機全体の効率を高めるとともにエネルギー消費を低減させることができる。

次に、図１Ｄを参考されたい。図１Ｄは本発明の第一実施例に係る電動機１の側面図であり、図１ＤにおけるラインＡＡに沿った断面は図１Ｂに示した形態に類似している。また、図１Ｄから、本発明の各固定子ユニットが回転子１２に対して異なる径方向（一点鎖線で示す）を有することが明確に理解できる。更に、各径方向は、いずれも任意の凸状歯の突出方向と一つの挟み角度を定義することができる。第一固定子ユニットと第二固定子ユニットの相対位置及び関係はここで繰り返して述べない。例示の便宜上、電動機１の回転子１２及びその他の部材はいずれも省略されているが、当業者であれば、この技術を理解し、且つ応用することができる。

本実施例を電動機（例えば、モーター）に応用した時、第一固定子ユニット１４１と第二固定子ユニット１４２は順に閉鎖した円状に排列する。また、図１Ａと図１Ｄから分かるように、第一固定子ユニット１４１と第二固定子ユニット１４２の断面の厚さは均一ではなく（外周縁が比較的厚い）、即ち、回転子１２の軸心（図示されない）に近ければ近くなるほど、固定子ユニット１４１、１４２の厚さは薄くなる。当然のことながら、本発明には、固定子ユニットが直線、曲線、または閉鎖経路に排列された他の実施形態を有することもできる。簡単に述べると、本発明の固定子ユニット１４１、１４２は異なるニーズ、及び異なる排列方式に基づいて、その厚さを調整することにより、同様の効果を達成することができる。

図２Ａと図２Ｂを同時に参照されたい。図２Ａは第二実施例に係る固定子２４の立体図であり、図２Ｂは図２Ａに示された固定子２４が回転子２２に合わせて使用された正面図である。理解及び表示しやすいように、図２Ａの第一固定子ユニット２４１と第二固定子ユニット２４２のコイル２４１２、２４２２は省略してあるが、その巻き付け方式は図２Ｂを参照することができる。図２Ｂは更に、磁石（図示されない）を回転子２２に埋め込み、磁石が高速回転の状況下において、回転子２２から離脱することなく、均一の磁力を提供して電動機を作動させる実施方式を示している。

第一実施例と異なる所は、本実施例の固定子２４の第一固定子ユニット２４１と第二固定子ユニット２４２の前記複数の凸状歯前縁が斜面であることである。つまり、隣接する第一固定子ユニット２４１における第一凸状歯２４１Ａと第二固定子ユニット２４２における第三凸状歯（図示されない）の両者の磁束面は実質上同一平面に位置し、実質上連続する磁束面を形成するようにしてある。同様に、第二凸状歯２４１Ｂと第四凸状歯２４２Ｂの両者の磁束面も、実質上同一平面に位置し、連続する磁束面を形成するようにしてある。

特に、図２Ｂを参照されたい。本実施例の回転子２２における固定子２４に近い一端は楔型であり、更に説明すれば、最大の磁束量を得るために、回転子２２における固定子２４に近い一端には、第一固定子ユニット２４１と第二固定子ユニット２４２の磁束面と平行する断面を配置することができ、且つこの断面は楔型のものに限定されない。

本実施例のその他の部材及びこれらの部材の設置関係は第一実施例のものと類似しているので、ここでは繰り返して述べない。

図３Ａと図３Ｂを参考されたい。図３Ａと図３Ｂはそれぞれ第三実施例に係る固定子３４の立体図と側面図である。説明すべきことは、第３の角度θ₃を表示しやすくするため、図３Ｂでは第二固定子ユニット３４２を前方に表示するが、第二固定子ユニット３４２と第一固定子ユニット３４１との間の位置関係が変わったわけではない。

第二実施例と異なるのは、本実施例の第一固定子ユニット３４１における第一凸状歯３４１Ａの前端の突出方向は第二固定子ユニット３４２における第三凸状歯３４２Ａの前端の突出方向と同一であると同時に、本実施例の第一固定子ユニット３４１における第一凸状歯３４１Ａの突出長さＬ₁は第二固定子ユニット３４２における第三凸状歯３４２Ａの突出長さＬ₂と異なる点である。つまり、第一凸状歯３４１Ａと第三凸状歯３４２Ａの前端がそれぞれ回転子（図示されない）の径方向と挟んだ角度は同一のものであり（いずれも９０度である）、且つ第一凸状歯３４１Ａの前端と第三凸状歯３４２Ａの前端の突出長さは同一のものではない。

また、本実施例の第一固定子ユニット３４１における第一凸状歯３４１Ａと第二固定子ユニット３４２における第三凸状歯３４２Ａは互いに平行である。詳しく言うと、第一凸状歯３４１Ａは第二凸状歯３４１Ｂと対向し、第三凸状歯３４２Ａは第四凸状歯３４２Ｂと対向している。このような配置は軸方向磁束モーターの製造に用いられると同時に、上記実施例のものと類似する効果を達することもできる。

本実施例のその他の部材及びこれらの部材の設置関係は前記実施例のものと類似しているので、ここでは繰り返して述べない。

次に、図４Ａから図４Ｄを参考されたい。図４Ａから図４Ｄはそれぞれ本発明に係る径方向磁束モーターに応用される固定子ユニットの異なる実施形態である。図４Ａは固定子と回転子を合わせて使用し、径方向磁束モーターに応用されたものを示した立体図であり、図４Ｂは図４Ａに示された固定子ユニットの立体図である。図４Ｃから図４Ｄは本発明の第四実施例に係る径方向磁束モーターに応用される固定子ユニットの二つの異なる実施形態である。

まず、図４Ａを参考されたい。本実施例の第一固定子ユニット４４１と第二固定子ユニット４４２は回転子４２の回転方向または移動方向（図の矢印で示される）に沿って互いに隣接設置されると同時に、第一固定子ユニット４４１の凸状歯と第二固定子ユニット４４２の凸状歯は交差設置される。本実施例に開示された第一固定子ユニット４４１と第二固定子ユニット４４２はコ型、または逆Ｕ型（その他の実施形態はＵ型であり、外側固定子モーターに適用される）と称される形状を有する。また、本実施例の固定子ユニットは径方向モーターに応用することができるが、これに限定されるものではない。

本実施例と第二実施例が同一な所は、第一凸状歯の突出方向と、この第一凸状歯に隣接する第三凸状歯の突出方向が異なる点であり、本実施例と第二実施例及び第三実施例の異なる所は、本実施例の第一固定子ユニット４４１及び第二固定子ユニット４４２の本体と回転子４２の径方向の挟み角度が異なり、二つの固定子ユニットの凸状歯の間には角度θ₄が挟まれていることであり、この角度θ₄は０度から１８０度の間にある。また、第一固定子ユニット４４１の第一凸状歯（図示されない）の突出方向と第二凸状歯（図示されない）の突出方向は同一であり（回転子４２の径方向の角度と同一である）、且つ第二固定子ユニット４４２の第三凸状歯（図示されない）の突出方向と第四凸状歯（図示されない）の突出方向は同一である。更に、実質上、第一固定子ユニット４４１と第二固定子ユニット４４２は、前記複数の凸状歯に近い所のみ、互いに隣接して、或は互いに接触している。

次に、図４Ｂから図４Ｄを参考されたい。図４Ｂから図４Ｄは本発明の第四実施例に係る固定子ユニットが異なるコイルの巻き付け方式に合わせて使用された例を示した図である。図４Ｂの第一固定子ユニット４４１と第二固定子ユニット４４２は、それぞれ二つのコイル４４１２、４４２２を二つの凸状歯に巻き付けてある。図４Ｃの実施形態では、第一固定子ユニット４４１と第二固定子ユニット４４２がそれぞれ一つのコイル４４１２、４４２２に合わせて使用されている。図４Ｄは、更に異なったコイルの巻き付け方式を示しており、コイル４４１２、４４２２を巻層の段数が漸進する方式で錐状コイルに巻きつけてある。同一の固定子ユニットにおいて、錐状コイルを設置することにより、固定子ユニット全体の磁束量を増加しつつ、効果的にスペースを利用することができると同時に、より小さい固定子で従来の固定子と同じ効果を達成することによって、電動機を小型化させるという目的を達成することができる。

図４Ｅを参考されたい。図４Ｅは本発明の第四実施例に係る更に異なる実施形態の固定子ユニットを示した図である。図４Ｅの第一固定子ユニット４４１と第二固定子ユニット４４２は同一の形状を有し、互いに隣接すると同時に、両者は交差配置してある。

説明すべきことは、上記実施例と若干異なる部分は、本実施例の凸状歯の実質的な突出方向の定義は、各固定子ユニットの磁石ヨーク本体４４１ｍと、この磁石ヨーク本体４４１ｍから延伸した凸状歯４４１ａの二者の突出方向のベクトル総和として表されることである。

詳しく言うと、第一固定子ユニット４４１の磁石ヨーク本体４４１ｍは突出方向ａ₁を有し、凸状歯４４１ａは突出方向ｂを有し、更に、突出方向ａ₁と突出方向ｂは突出方向のベクトル総和ｃ₁を有する。同様に、第二固定子ユニット４４２の磁石ヨーク本体４４２ｍは突出方向ａ₂を有し、凸状歯（図示されない）は突出方向ｂを有し、更に、突出方向ａ₂と突出方向ｂは突出方向のベクトル総和ｃ₂を有する。よって、本実施例の第一固定子ユニット４４１と第二固定子ユニット４４２の二者の凸状歯の実質の突出方向のベクトル総和はｃ₁とｃ₂であり、且つ突出方向のベクトル総和ｃ₁とｃ₂は異なるものである。つまり、第一固定子ユニット４４１と第二固定子ユニット４４２の凸状歯の実質上の突出方向は、それぞれ回転子４２の径方向と異なる第一角度と第三角度を挟むことになる。

図４Ｆと図４Ｇを参考されたい。図４Ｆと図４Ｇは従来技術の電動機の回転子４２'と凸状歯４４１Ａ'、４４１Ｂ'、４４１Ｃ'、４４１Ｄ'との間の位置関係を表示している。理解しやすいように、図面における従来技術の電動機回転子４２'は、単に、長方形の磁石として表示されているだけで、実際の回転子の形状ではないが、当業者であれば、理解且つ応用できるものである。図４Ｆにおいて、従来技術の電動機の回転子４２'と凸状歯４４１Ａ'、４４１Ｂ'、４４１Ｃ'の間には非連続の有効な垂直磁束面が形成されている。従来技術の電動機の回転子４２'が矢印方向に沿って一つの凸状歯の幅だけ移動した後には、図４Ｇに示したように、従来の電動機の回転子４２'と二つの凸状歯４４１Ｂ'、４４１Ｃ'の間に有効な垂直の磁束面が形成される。簡単に説明すると、効果的な垂直の磁束面の面積の大きさは従来技術の電動機の回転子４２'の移動につれて変動するものであった。

更に、図４Ｈと図４Ｉを参照されたい。図４Ｈと図４Ｉは本発明の一実施例を表示している。図４Ｈと図４Ｉは、複数の凸状歯が緊密に排列された側面図であり、これを明確に説明するために、固定子ユニットの他の部分は省略してある。回転子４２の磁石が図４Ｈの位置にある場合、有効な垂直磁束面は実質上、五つの凸状歯の幅（三つの第一凸状歯４４１Ａと二つの第三凸状歯４４２Ａ）を持つ。回転子４２が横向きの矢印に沿って移動した後、図４Ｉに示されたように、有効な垂直磁束面の幅は依然として、五つの凸状歯の幅（この場合は二つの第一凸状歯４４１Ａと三つの第三凸状歯４４２Ａ）で維持しているので、本実施例の有効な垂直の磁束面積は回転子４２の移動につれて変化することはない。

本実施例のその他の部材及びこれらの部材の設置関係は前記実施例と類似しているので、ここでは繰り返して述べない。

図５を参考されたい。図５は本発明の第五実施例に係る固定子５４の立体図である。第二実施例と類似する所は、本実施例の第一固定子ユニット５４１の第一凸状歯５４１Ａの突出方向と第二固定子ユニット５４２の第三凸状歯（図示されない）の突出方向は異なる点である。また、本実施例の第一固定子ユニット５４１と第二固定子ユニット５４２は、その凸状歯の突出方向が異なるだけでなく、その固定子ユニットの形状と大きさも異なっている（第一実施例から第四実施例の第一固定子ユニットと第二固定子ユニットの形状と大きさはいずれも類似、または同一である）。この配置において、本実施例に係る発明は前記の実施例のものと類似する効果を達することができる。

図６Ａと図６Ｂを参考されたい。図６Ａと図６Ｂは、それぞれ、本発明の第六実施例に係る二つの異なる形態の固定子の立体図と側面図である。

前記実施例のものと異なる所は、本実施例の電動機６は一つの第一固定子ユニット６４１と二つの第二固定子ユニット６４２、６４３を備え、且つ第一固定子ユニット６４１と第二固定子ユニット６４２、６４３はいずれも回転子６２の移動方向または回転方向に沿って隣接排列し、且つ転位設置されている。要するに、本実施例の固定子は三つの固定子ユニットから構成され、且つ隣接する固定子ユニットの間には一つの角度θ₅を挟んでいる。図面に示したように、第一固定子ユニット６４１と第二固定子ユニット６４３、第一固定子ユニット６４１と第二固定子ユニット６４２の挟み角度は同一であるが、これに限定されるものではない。本実施例は三つの異なる方向に向けて設置された固定子ユニットを有するが、これに限定されず、四つまたはそれ以上の異なる方向に向けて設置される固定子ユニットを有することができる。

第四実施例と類似する所は、本実施例の第一固定子ユニット６４１の第一凸状歯と第二凸状歯の突出方向がいずれも同一（回転子６２の径方向とは同一の角度を挟む）であり、且つ凸状歯の前端はいずれも同一平面に位置することである。更に、第二固定子ユニット６４２、６４３の第三凸状歯の突出方向と第四凸状歯の突出方向はいずれも同一（回転子６２の径方向とは同一の角度を挟む）であり、且つ凸状歯の前端はいずれも同一平面に位置することである。本実施例に開示された三つのコイル６４１２、６４２２、６４３２はそれぞれ第一固定子ユニット６４１と二つの第二固定子ユニット６４２、６４３の中段に巻き付けられているが、図４Ｂに示したように、二つのコイルを固定子ユニットに合わせた形式で巻き付けることもできる。また、コイル６４１２、６４２２、６４３２は錐状に巻き付けることもできる（図６Ｂを参照）。

本実施例のその他の部材及びこれらの部材の関係は前記実施例と類似しているので、ここでは繰り返して述べない。

図７を参考されたい。図７は本発明の第七実施例に係る固定子の立体図である。第六実施例と類似する所は、本実施例に係る固定子７４は三つの固定子ユニット（第一固定子ユニット７４１と二つの第二固定子ユニット７４２、７４３）から構成されている点である。第六実施例と異なる所は、本実施例の磁気ヨークはＥ型磁気ヨークであり、Ｕ型磁気ヨークではないが、その他の部材、これらの部材の間の設置関係、及びその磁気ヨークがもたらす効果は、前記実施例のものと類似しているので、ここで繰り返して述べない。

図８Ａ乃至図８Ｄを参考されたい。図８Ａと図８Ｂは本発明の第八実施例の二つの円環形ユニット８３、８４の上面図と側面図であり、図８Ｃは第一固定子ユニット８３と第二固定子ユニット８４の半円分の断面図であり、図８Ｄは図８Ｂの第一固定子ユニット８３（半円のみを表示する）と第二固定子ユニット８４（半円のみを表示する）を組み立てたものを示した図である。

本実施例の第一固定子ユニット８３と第二固定子ユニット８４は二つの単独の円環形の磁気ヨークであり、且つ二つの固定子ユニットの磁気ヨーク本体は複数の円心に向けて延伸すると同時に、軸方向に沿って外側に延伸して傾斜角度を持つ凸状歯を有する。第一固定子ユニット８３を第二固定子ユニット８４と対向転位交差設置すると、二者の凸状歯の末端が交差すると同時に、互いに隣接し、これらの凸状歯の末端断面を利用して一つの円形閉鎖状の連続な磁束面が形成される。また、図８Ｃは図８Ａに示された円環形磁気ヨークを半円に切った後、９０度回転させた状態の断面図であり、図８Ｄは図８Ｃに示された二つの半円形磁気ヨークの凸状歯の末端を交差設置した後、半円形の連続の磁束面を形成した概略図を示す。

また、理解しやすくするため、本実施例のコイルはいずれも省略して図示されていない。実際操作時、各凸状歯にコイルを巻き付け、または予めコイルを巻いてから凸状歯に装着することにより、上記実施例のものと類似する効果を達することができる。また、その他の部材、これらの部材の間の設置関係及び発生する効果は、前記実施例のものと類似しているので、ここでは繰り返して述べない。

最後に、図９Ａ乃至図９Ｅを同時に参考されたい。図９Ａから図９Ｃはそれぞれ本発明の固定子９４を、内側回転子９２（図９Ａを参照）や、外側回転子９２（図９Ｂを参照）、側方回転子９２（図９Ｃを参照）に合わせて使用した実施形態である。図９Ｄは本発明の固定子９４が内側回転子９２に合わせて線形モーターに応用された配置を示した図であり、この場合、回転子９２は縦型である。図９Ｅは本発明の固定子９４が外側回転子９２に合わせて線形モーターに応用されたもう一つの配置を示した図であり、この場合、回転子９２は縦型である。更に、図面には描かれていないが、本発明は永久磁石モーター、リラクタンスモータ、及び誘導モーターに応用されることもできる。

説明を補足すると、図面の理解を容易とするために、本発明の電動機のその他の部材はいずれも省略して表示していないが、本分野の技術者には理解且つ応用できるものである。更に、固定子９４の第一固定子ユニット９４１と第二固定子ユニット９４２は上記任意の実施例に開示された第一固定子ユニットと第二固定子ユニットとすることが可能であり、図面に示された実施形態に限定されるものではない。本発明は、モーターを例とするが、当業者にはこれを理解し、本発明を発電機などに応用することができる。

上記をまとめると、本発明の固定子は単独の固定子ユニットから組み立てられ、これらの固定子ユニットは単独に製造して、コイルを巻き付けた後に組み立てることができる。このような配置は電動機全体の組み立てコストを削減することができ、構造を簡略化し、生産速度を速めることができる。次に、これらの固定子ユニットを隣接設置、交差設置し、且つ凸状歯の間に隙間が生じないように排列し、固定子槽開口を必要とせずに、回転子の回転する時のコギングトルクがもたらす影響を最小に低減させ、且つ磁気損失を最小化することで、電動機の効率を高めることができる。

上記実施例は例示的なものであって、限定するためのものではない。本発明の技術的思想および範囲から逸脱することなく、行われる等価の修正または変更は、いずれも別紙の特許請求の範囲に含まれる。

本発明は以上の如く、固定子ユニットの構成を改良することによって、コギングトルクを減少させることができると共に、磁気損失が低く、構造が簡単で、製造し易く、組み立てが容易で、製造コストの低い電動機として好適に用いられるものである。を提供することができる。

１、２、３、４、６、９電動機
１２、２２、４２、６２、９２回転子
１４、２４、３４、４４、５４、６４、７４、９４固定子
１４１、２４１、３４１、４４１、５４１、６４１、７４１、８３、
９４１第一固定子ユニット
１４１Ａ、２４１Ａ、３４１Ａ、４４１Ａ、５４１Ａ第一凸状歯
１４１Ｂ、２４１Ｂ、３４１Ｂ第二凸状歯
１４１Ｃ第一本体
１４１２、１４２２、２４１２、２４２２、４４１２、４４２２、５４１２、５４２２、６４１２、６４２２、６４３２コイル
１４２、２４２、３４２、４４２、５４２、６４２、６４３、７４２、７４３、８４、９４２第二固定子ユニット
１４２Ａ、３４２Ａ、４４２Ａ第三凸状歯
１４２Ｂ、２４２Ｂ、３４２Ｂ第四凸状歯
１４２Ｃ第二本体
θ₁ 第一角度
θ₃ 第三角度
θ₄、θ₅ 角度
１６放熱板
４２' 従来技術の電動機回転子
４４１Ａ'、４４１Ｂ'、４４１Ｃ' 、４４１Ｄ' 凸状歯
４４１ｍ、４４２ｍ磁気ヨーク本体
４４１ａ凸状歯
ａ₁、ａ₂、ｂ突出方向
ｃ₁、ｃ₂ 突出方向のベクトル総和
ＡＡライン
Ｌ₁、Ｌ₂ 突出長さ

Claims

回転子と、
前記回転子に隣接する固定子とを備え、
前記固定子は隣接する少なくとも一つの第一固定子ユニットと少なくとも一つの第二固定子ユニットとから成り、前記第一固定子ユニットは第一本体と、少なくとも一つの第一コイルと、第一凸状歯と、第二凸状歯を有し、前記第一凸状歯と前記第二凸状歯は前記第一本体から突出し、前記第一コイルは前記第一凸状歯、前記第二凸状歯、または前記第一本体のうちの少なくとも一つに設けられ、
前記第二固定子ユニットは第二本体と、少なくとも一つの第二コイルと、第三凸状歯と、第四凸状歯を有し、前記第三凸状歯と前記第四凸状歯は前記第二本体から突出し、前記第二コイルは前記第三凸状歯、前記第四凸状歯、または前記第二本体のうちの少なくとも一つに設けられ、
前記回転子は前記固定子に相対する回転方向または移動方向を有し、前記第一凸状歯と前記第三凸状歯は、前記回転方向または前記移動方向に沿って隣接設置され、前記第一凸状歯の突出方向及び前記第三凸状歯の突出方向は、それぞれ、前記回転子の径方向と異なる第一角度及び第三角度を挟んでおり、
前記第一固定子ユニット及び前記第二固定子ユニットは、前記回転子の左右両側に前記回転方向または前記移動方向に沿って交差設置されるとともに、
前記第一凸状歯と前記第三凸状歯は前記回転方向または前記移動方向に沿って隙間なく設置されており、前記第二凸状歯と前記第四凸状歯は隣接して設置され、かつ前記回転方向または前記移動方向に沿って隙間なく設置されており、
前記回転子が回転または移動する時、前記回転子のセグメントと前記第一固定子ユニット及び前記第二固定子ユニットの間の有効な垂直磁束面の面積は、実質上変わらないことを特徴とする電動機。
隣接する前記第一凸状歯の前端と前記第三凸状歯の前端は連続の磁束面を形成することを特徴とする請求項１に記載の電動機。
前記電動機が複数の第一固定子ユニットまたは複数の第二固定子ユニットを有する時、前記複数の第一凸状歯と前記複数の第三凸状歯は隣接して交差設置されることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
回転子と、
前記回転子に隣接する固定子とを備え、
前記固定子は隣接する少なくとも一つの第一固定子ユニットと少なくとも一つの第二固定子ユニットとから成り、前記第一固定子ユニットは第一本体と、少なくとも一つの第一コイルと、第一凸状歯と、第二凸状歯を有し、前記第一凸状歯と前記第二凸状歯は前記第一本体から突出し、前記第一コイルは前記第一凸状歯、前記第二凸状歯、または前記第一本体のうちの少なくとも一つに設けられ、
前記第二固定子ユニットは第二本体と、少なくとも一つの第二コイルと、第三凸状歯と、第四凸状歯を有し、前記第三凸状歯と前記第四凸状歯は前記第二本体から突出し、前記第二コイルは前記第三凸状歯、前記第四凸状歯、または前記第二本体のうちの少なくとも一つに設けられ、
前記回転子は前記固定子に相対する回転方向または移動方向を有し、前記第一凸状歯と前記第三凸状歯は前記回転方向または前記移動方向に沿って隣接設置し、前記第一固定子ユニットの形状と前記第二固定子ユニットの形状が異なり、または、前記第一凸状歯の突出長さと前記第三凸状歯の突出長さが異なり、
前記第一固定子ユニット及び前記第二固定子ユニットは、前記回転子の左右両側に前記回転方向または前記移動方向に沿って交差設置されるとともに、
前記第一凸状歯と前記第三凸状歯は前記回転方向または前記移動方向に沿って隙間なく設置されており、前記第二凸状歯と前記第四凸状歯は隣接して設置され、かつ前記回転方向または前記移動方向に沿って隙間なく設置されており、
前記回転子が回転または移動する時、前記回転子のセグメントと前記第一固定子ユニット及び前記第二固定子ユニットの間の有効な垂直磁束面の面積は、実質上変わらないことを特徴とする電動機。
隣接する前記第一凸状歯の前端と前記第三凸状歯の前端は連続の磁束面を形成することを特徴とする請求項４に記載の電動機。
前記電動機が複数の第一固定子ユニットまたは複数の第二固定子ユニットを有する時、前記複数の第一凸状歯と前記複数の第三凸状歯は隣接して交差設置されることを特徴とする請求項４に記載の電動機。
回転子と、
前記回転子に隣接する固定子とを備え、
前記固定子は隣接する少なくとも一つの第一固定子ユニットと少なくとも一つの第二固定子ユニットを有し、
前記回転子は前記固定子に相対する回転方向または移動方向を有し、前記第一固定子ユニットと前記第二固定子ユニットは前記回転方向または前記移動方向に沿って隣接して転位設置されるとともに、
前記第一固定子ユニットと前記第二固定子ユニットは少なくとも二つの凸状歯をそれぞれ有しており、隣接する前記第一固定子ユニット及び前記第二固定子ユニットの凸状歯は、前記回転方向または前記移動方向に沿って隙間なく設置されており、
前記回転子が回転または移動する時、前記回転子のセグメントと前記第一固定子ユニット及び前記第二固定子ユニットの間の有効な垂直磁束面の面積は、実質上変わらないことを特徴とする電動機。
前記第一固定子ユニットは少なくとも一つの第一コイルを備え、前記第二固定子ユニットは少なくとも一つの第二コイルを備え、前記第一コイル及び前記第二コイルと前記回転子の径方向との相対設置位置は、それぞれ異なることを特徴とする請求項７に記載の電動機。
前記電動機が複数の第一固定子ユニットまたは複数の第二固定子ユニットを有する時、前記複数の第一固定子ユニットと前記複数の第二固定子ユニットは交差設置されることを特徴とする請求項７に記載の電動機。