JPH02231949A - 回転電力機 - Google Patents

回転電力機

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JPH02231949A
JPH02231949A JP5269989A JP5269989A JPH02231949A JP H02231949 A JPH02231949 A JP H02231949A JP 5269989 A JP5269989 A JP 5269989A JP 5269989 A JP5269989 A JP 5269989A JP H02231949 A JPH02231949 A JP H02231949A
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JP
Japan
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magnetic path
magnetic pole
magnetic
stator
rotor
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JP5269989A
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English (en)
Inventor
Joji Ochi
越智 譲次
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Daikin Industries Ltd
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Daikin Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は電動機や発電機等の回転電力機に関するもの
である。
(従来の技術) 例えば実開昭61−178095号公報に記載されてい
る空気調和機の室内機においては、内装するクロスフロ
ーファンを駆動するための電動機として直流ブラシレス
モー夕を採用し、固定子を室内機のフレームに対して固
定すると共に、回転子を、上記クロスフローファンのフ
ァンロータの側面に直結する構成として、装置の小形化
を図る試みがなされている。
ところで上記直流ブラシレスモークの形式としては、回
転子が固定子の外周を囲う、いわゆるアウターロー夕方
式と、回転子と固定子とが軸方向に対面する、いわゆる
アキシャルギャップ方式とがあるが、アウターロー夕方
式のモータにおいては回転子の形状が大きくなり、した
がって重量が大きくなるために、ファンロータとの軸心
のずれがわずかに生じた場合にも大きな振動が生じると
いう問題がある。一方、アキシャルギャップ方式のモー
タにおいて、例えば固定子を、鉄心とこの鉄心に巻装さ
れるコイルとで構成する場合、上記鉄心は、回転子に対
して所定のエアギャップをおいて対面すると共に周状に
設けられる複数の磁極部と、各磁極部からそれぞれ反回
転子側に軸方向に延びると共にコイルの巻装される複数
の磁路部とを有する形状に構成される。しかしながらこ
の構成においては、鉄心の外周形状よりもさらに外方に
、各N路部に巻装されるコイルの占める専有空間が必要
となって径方向の寸法が大きくなり、この結果、例えば
空気調和機の室内機の薄形化を充分には図れないという
問題がある。
そこで本出願人は、例えば固定子を構成する鉄心の磁路
部を径方向に放射状に延びる形状にすると共に、各磁路
部の径方向外方端側を軸方向に突出させて磁極部を形成
し、そして上記各磁路部にそれぞれコイルを巻装する構
成を先に提案した(平成1年1月26日付特許出願参照
)。この場合、各コイルは磁極部よりも径方向内方の磁
路部に巻装されるので、コイルが鉄心の外周よりもさら
に外方に位置することはなく、したがって、より小形化
することが可能となる。
(発明が解決しようとする課題) 上記の固定子鉄心においては、コイルよりも外方に設け
られる各磁極部に対しては、例えば巻線作業時における
線材の挿通隙間以外には形状的な制約がなく、したがっ
て周方向に隣合う磁極部間の隙間を巻線作業時に必要な
空間程度とし、これにより各磁極部の断面積を極力大き
くする構成とすることによって、各磁極部へ収束する磁
束の量を増加させ、また磁路抵抗を小さくすることが可
能となる。しかしながらこの場合、回転駆動時に例えば
コギングが大きくなって、充分に良好な回転性能が得ら
れないという問題が生じる。それば、回転子側の隣合う
異極の境界が、上記固定子側の隣合う磁極部間に位置し
たときに、固定子鉄心内部を各磁極部から磁路部へと至
る磁束、すなわち回転力を誘起する有効磁束の他に、隣
合う磁極部間の隙間を介する磁束、すなわち漏洩磁束が
増大し、このような漏洩磁束は回転を停止させようとす
る力として作用するために、コギングを伴う回転状態と
なるのである。また上記のような漏洩磁束を生じる結果
、有効磁束が低下し、これにより回転力が低下するとい
う問題もある。
この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、上記のように径方向放射状に延びる磁路部と、各磁
路部の径方向外方端側から軸方向に延びる磁極部とを有
する鉄心を設ける構成において、その性能の向上を図り
得る回転電力機を提供することにある。
(課題を解決するための手段) そこでこの発明の第1請求項記載の回転電力機は、回転
子3と固定子6との各磁極部を軸方向に対面させると共
に、上記回転子3と固定子6との少なくとも一方6を、
鉄心11と、この鉄心11の複数の磁路部13・・13
にそれぞれ巻装されるコイル12・・12とで構成して
成る回転電力機であって、上記磁路部13・・13を径
方向に放射状に延びる形状に形成すると共に、各磁路部
13・・13の各径方向外方端側をそれぞれ軸方向に突
出させて磁極部14・・14を設け、周方向に隣合う各
磁極部14、14間における隙間を、先端面側より磁路
部13・・13側が大きくなるべく構成している。
また第2請求項記載の回転電力機は、第1請求項記載の
回転電力機において、板状の鉄心構成部材31に、放射
状に延びる複数の磁路形成部33・・33と、各磁路形
成部33・・33の各径方向外方端側から略直角に曲げ
加工される折曲部34・・34とを設けると共に、上記
各折曲部34・・34における磁路形成部33・・33
側の周方向幅を先端側の周方向幅より小さくし、上記鉄
心構成部材31を複数積層して上記鉄心11を構成して
いる。
(作用) 上記第1請求項記載の回転電力機においては、各磁極部
14が、その先端面側と磁路部13側(以下、基端側と
言う)とで異なる形状で構成される。すなわち先端面側
は、磁極部14を通して極力多くの磁束景を収束させる
ために必要な断面積を有する形状とし、そして基端側は
、隣合う磁極部14との間に上記先端面側よりも大きな
隙間が形成される形状としている。したがって、上記基
端側での隣接する磁極部14への漏洩磁束が低減し、磁
路部13へと至る有効磁束量が増加する。
また上記第2請求項記載の回転電力機においては、鉄心
構成部材31の磁路形成部33・・33の積層領域で鉄
心11の磁路部13が、また鉄心構成部材31の折曲部
34・・34の積層領域で鉄心IIの磁極部14がそれ
ぞれ構成されるが、上記磁路部13から磁極部14への
磁束の流れの方向に沿って、各鉄心構成部材31により
一体的な磁束の径路が構成されることとなるので、鉄損
の原因となる渦電流が生じにくくなり、これによって磁
路部13を通過する有効磁束量がさらに増加する。
(実施例) 次にこの発明の回転電力機の具体的な実施例について、
図面を参照しつつ詳細に説明する。
第3図は、空気調和機の室内機に内装されたクロスフロ
ーファンの要部組立断面図であり、ファンロータ1の一
方の側板2に、この発明を適用して直流ブラシレスモー
クとして構成した第1実施例のファンモータが連結ざれ
ている。すなわち直流ブラシレスモークの回転子3を構
成するリング状鉄板より成るヨーク4と、異方性フエラ
イトより成るリング状の永久磁石5とを上記側板2に順
次貼着することによって、回転子3をファンロータ1に
直結すると共に、上記永久磁石5と軸方向に対面する位
置に、後述する固定子6を配設している。
上記側板2の端面には、その径方向内方に同心位置決め
板7が固着されており、上記ヨーク4と永久磁石5とは
、各内周面を上記同心位置決め板7の外周に嵌合させて
固着することによって、側板2との同心性が与えられて
いる。さらに上記側板2にはその軸心位置に、上記同心
位置決め板7を貫通して右方へと延びる回転支軸9が立
設されている。この回転支軸9の基端部にはローレット
加工が施されており、この基端部が上記側板2に埋込み
成形されている。なお回転子3側の磁極部を構成する上
記永久磁石5は、その右端面において周方向にN,S,
N,Sの4極の着磁状態となされている。
一方、上記固定子6は、電気鉄板を積層して構成した鉄
心11とこの鉄心11に巻装したコイル12とから構成
されている。上記鉄心11は、第1図及び第2図に示す
ように、径方向に延びると共に上記コイル12の巻装さ
れる磁路部13と、この磁路部13の径方向外周側で上
記永久磁石5側に突出すると共に、その先端面が永久磁
石5と対面する固定子磁極部(以下、磁極部と略記する
)14とを有する形状となされている。
第4図及び第5図には、上記磁路部13を構成する位置
に位置する一枚の第lm板15の形状を示しており、こ
の第1鋼板15は、中心側のリング状部16と、このリ
ング状部16から径方向外方に放射状に延びる6本の磁
路形成部l7・・l7と、各磁路形成部17・・17の
先端側の突極部18・・18とから成る形状にプレスに
よる打抜き成形で作成される。これらの第1鋼板15を
複数積層し、上記磁路形成部l7の積層領域、すなわち
磁路部13にそれぞれコイルl2が巻装されることとな
る。なお二〇巻装作業時に、コイル12の外方へのずれ
を生じさせないために、上記各突極部18・・18の周
方向幅一bを、上記磁路形成部17の幅よりもわずかに
大きくして、コイル12が係止される段差部を形成して
いる。
一方、第6図及び第7図には、上記各突極部18上にさ
らに積層される第2綱板19の形状を示している。この
第2鋼板l9の所定枚数の積層体で上記した磁極部14
が構成されるが、この場合、各突極部18上にそれぞれ
積層される第2綱板19の周方向幅Wiは、突極部l8
側から先端部へ至る程、大きくなるように構成している
。例えばそれぞれN枚の第2sI板19を積層し、第2
図のように、最先端の端面位置に位置する第2#8板1
9の周方向幅をーtとして各磁極部14を構成する場合
には、上記最先端位置から突極部l8に向かってi枚目
の第2綱板19の周方向幅Wiを、Wi=Wt − (
 i  1 ) X (Wt−Wb) /Nでそれぞれ
求め、したがって突極部18側に至る程、漸次小さくな
る形状としている。この結果、第1図に示されているよ
うに、周方向に隣合う磁極部14、14間の隙間は、先
端面側より磁路部13側に至る程広がる形状となってい
る。
なお第4図に示されているように、上記第1鋼板l5に
おける各突極部18・・18の略中心位置、及びリング
状部16内における同一円周上6箇所の位置と、第6図
の上記第2綱板19の略中心位置とには、第8図に示す
断面V字突起20が■形ボンチをプレスで押し込むこと
でそれぞれ形成されている。上記第1、第2鋼板15、
19を積層する際に、同図の仮想線で示すように、各V
字突起20は隣接する鋼板におけるV字突起の切り残し
跡としての開口を通して隣接するV字突起20に順次密
着することとなるが、この際に上記開口位置でカシメ状
態となって相互に固定されるようになされている。なお
第3図において最右端に位置する第1綱板15において
はV字突起は形成されておらず、これに隣接する第1綱
板15のv字突起20が嵌入する矩形の開口穴が各V字
突起の位置に穿設されている。
上記のように鉄心11を構成した後、各磁路部13・・
13にそれぞれコイル12・・12を巻装することによ
って、固定子6が構成される。従来のアキシャルギャッ
プモータにおける固定子での巻線は、巻線を施す磁路部
が軸方向に延びる構成であるために特殊な巻線機を必要
としたが、上記においては、アウターロー夕方式のモー
タの固定子と同じ方式で巻けるので、一般的な巻線機に
よって行うことができる。また上記のように、各コイル
12・・12を、磁極部14よりも径方向内方で放射状
に延びる磁路部13に巻き付ける構成であることから、
固定子鉄心の外周形状よりもさらに外方にコイルが突出
するということがなく、より専有空間を小さく、したが
ってより小形化し得るものとなっている。
上記構成の固定子6は、第3図に示しているように、空
気調和機の室内機のフレーム22に固着されたモータケ
ーシング23内に固定される。この際に、上記固定子6
の径方向外周面を囲繞する弾性体より成る固定子側防振
部材24を介して固定する。さらに上記固定子6の軸心
貫通孔内には、軸受25を収納した軸受ケース26が、
その右端側小径部を圧入することにより取付けられる。
上記軸受ケース26は合成ゴム等の弾性体で構成されて
いる。そして上記軸受25に、前記したファンロータ1
の側板2側から延びる回転支軸9を挿通させることによ
って、このファンロータ1側を回転自在に支持すると共
に、上記軸受25の内輪の左端面と前記同心位置決め板
7との間に配設された間座27によって、軸方向に相互
に対面する永久磁石5と固定子6との間に所定のエアー
ギャップが与えられた組立状態となされている。
なお第3図に示すように、鉄心11とモータケーシング
23の垂直面との間の空間部に、直流ブラシレスモー夕
の制御回路を有する回路基板28を配設している。この
回路基板28には、パワートランジスタQの他、コンデ
ンサ、抵抗、制111Ic等の電子部品がマウントされ
ており、それらの電子部品のうちパワートランジスタQ
やコンデンサ等の背高のものは横倒しにしてマウントす
ることによって、収納空間を極力小さくなるようにして
いる。また上記回路基板28に対面させて放熱板29を
配設し、発熱量の大きなパワートランジスタQの放熱面
を上記放熱板29に密着させている。
さらに上記鉄心11の磁極部14の径方向内方の空間に
は、磁場検出素子としてのホール素子Hの取着された基
板30を配設している。上記ホール素子Hによって、永
久磁石5からの磁場強度の変化により回転子3の回転位
置が検出される。
上記構成のファン装置においては、ホール素子Hによる
回転子3の回転位置の検出信号を受けて、所定のタイミ
ングで制御ICにより駆動信号が発生され、これにより
各コイル12・・12へのillが周期的に制御されて
固定子6側に回転磁界が発生される。この回転磁界によ
って回転子3及びファンロータ1が回転駆動される。
このような回転駆動状態において、上記装置では特にコ
ギングが低減され、したがって振動の少ない運転状態を
維持し得るものとなっている。これは、前記した磁極部
14の形状によって、永久磁石5から固定子6に作用す
る磁束分布特性が従来とは異なるものとなっているため
であり、第9図(a)に上記装置における磁束分布の模
式図を、また第9図(b)に、各固定子磁極部14゛ 
 ・・14゛を、その先端から磁路部13゛に至るまで
同一の周方向幅で構成した従来装置における磁束分布の
模式図をそれぞれ示している。
まず第9図(b)を参照して従来装置での磁束分布につ
いて説明する。同図は、回転子3”の永久磁石5゛と、
これに軸方向に対面する固定子6”とを径方向外方より
軸心に向かう方向で見た場合の部分的な平面展開図であ
り、図のように永久磁石5゛におけるN,Sの隣合う異
極の境界が、固定子6゛側の隣合う磁極部14゜、14
゛間に位置する場合に、磁極部14’ 、14”間の隙
間を介して大きな漏洩磁束を生じるものとなっている。
この漏洩磁束は、回転子3゜の回転を停止させる力とし
て作用し、このため上記の相対位置となる毎に停止力が
作用することから、コギングを伴いながらの回転状態と
なっている。
一方、上記実施例の装置においては、前記のように、隣
合う磁極部14、14間には先端側よりも磁路部13側
程、大きくなる隙間形状で構成されているために、第9
図(a)に示しているように、上記の漏洩磁束は先端側
でわずかに生じるのみで、殆どの磁束はコイル12の巻
装される各磁路部13、13を介する径路で鉄心11内
を通過する。
第10図(a)には、上記実施例の装置における鉄心1
1を通過する磁束量の測定結果を示している。
横軸は、回転子3の回転角であり、永久磁石5における
異極の境界が隣合う磁極部14、14間に位置する回転
角度位置を基準位置0度としている。
図中破線は磁極部14先端位置での測定量であり、実線
は磁路部13での測定量であって、両者の差が漏洩磁束
の量を示すものとなる。また上記した従来装置における
同様な測定結果を第10図(b)に示しており、この従
来装置での測定結果に比べて、上記実施例の装置では漏
洩磁束が大きく減少していることが明らかであり、この
結果、従来装置で生じていたコギングが低減され、した
がって回転がスムーズで音や振動の小さな低騒音、低振
動での運転が行われるものとなっている。また上記のよ
うに漏洩磁束量が低下する結果、各磁路部13を通過す
る磁束量が増加し、これにより回転力が太き《なって、
例えば負荷変動等に対しても安定した回転駆動状態が維
持される。
さらに上記のようなファンロータ1は軸方向長さが長く
、また金属材料に比べて剛性の小さな合成樹脂材料で構
成されているために、中央部側が外方へと偏心するよう
なそりを伴う回転振れを生じ易く、従来は、この回転振
れによる振動が室内機のフレームに伝播して装置全体の
振動を生じるものとなっていたが、上記実施例において
は、ファンロータ1、回転支軸9、軸受25、固定子6
、モータケーシング23、フレーム22へと至る伝播径
路上に、軸受ケース26と固定子側防振部材24との各
弾性体より成る防振部材を介装した構成となされており
、これによりフレーム22への振動の伝播量が低減され
、さらに低騒音、低振動の運転を行い得るものともなっ
ている。
第11図には、この発明を適用して構成した第2実施例
のファンモー夕を連結したクロスフローファンの要部組
立断面図を示している。この第2実施例の装置は、鉄心
11の構成を除いて、上記第1実施例と略同一であるの
で、同一機能部に同一の番号を付して説明を省略する。
この第2実施例の装置における鉄心11を構成する電気
鉄板より成る薄板状の鉄心構成部材31の形状を、第1
2図及び第13図に示している。
この鉄心構成部材31は、図のように、中心側のリング
状部32と、このリング状部32から径方向外方に放射
状に延びる6個の磁路形成部33・・33と、各磁路形
成部33・・33の先端側における幅広部を直角に曲げ
成形した折曲部34・・34とから成る形状に構成され
ている。なお上記折曲部34の形状については、後で詳
しく説明する。そして上記折曲部34・・34の内径を
板厚のほぼ2倍の寸法差で順次変化させて複数の鉄心構
成部材31を作成し、これらを相互に積層することによ
って、第14図及び第15図に示す固定子鉄心11を構
成している。
第16図には、一枚の上記鉄心構成部材31の展開図、
すなわち各折曲部34・・34を曲げ加工する前の形状
を示している。この鉄心構成部材31をN枚積層して、
第14図及び第15図に示すように、上記折曲部34・
・34の積層領域で構成される磁極部14・・14の形
状が、内径Din、外径Dou t、軸方向長LO、幅
一〇となるように構成する場合に、個々の鉄心構成部材
31に対して、第16図に示している曲げ半径Di、折
曲部34の径方向長Li、折曲部34の最先端位置にお
ける幅Wiを順次変化させることが必要であり、第15
図において右端からi枚目の鉄心構成部材31において
は、 Di=Dout − 2 X i X tLi=Lo−
iXt (但し、tは積層時の隙間も加味した板厚)また、幅旧
については、折曲げ後に直径Diの円周に沿う曲率で曲
げ加工した形状が上記磁極部14の幅一〇となることか
ら、 引一DiXθi ・・・(1) (但し、θi  =arcsin (Wo/Di) r
ad )で計算して、それぞれの鉄心構成部材31・・
31の形状を求める。なお第14図に示すように、内周
側の鉄心構成部材31での折曲部14の周方向幅は、周
方向に隣合う磁極部14、14間に必要な最小隙間、す
なわちオープンロフトSOを確保するために、上記一〇
よりも小さく構成することが必要となる場合には、 θi = ( tt / 6 ) −arcsin (
So/Di)として上記(1)式からWiを求める。
そして上記折曲部34の形状に対しては、第16図のよ
うに、さらに磁路形成部33側(以下、基端側と言う)
の幅一i゜を上記最先端部の幅Wiよりも小さくしてい
る。すなわち上記実施例の場合には、磁路形成部33の
幅をTとするときに、一i゜=引−(旧一T)/2 とし、幅Wiの最先端部軸域の長さdは、例えば1閣程
度と極力短くして、この領域から幅Wi”の基端例の領
域へと半径R = (Wi−T) / 4の円周に沿う
曲線で連なる外周形状としている。
上記の各鉄心構成部材31・・31を積層して構成され
る鉄心11は、第15図に示されているように、周方向
に隣合う磁極部14、14間に、先端側を除いて基端部
側に大きな隙間を有する形状となるために、前記第1実
施例と同様に、隣合う磁極部14、14間での漏洩磁束
が大きく低減され、したがって回転駆動時のコギングが
低減され、低騒音、低振動の運転を行うことができる。
さらに上記においては、個々の鉄心構成部材31で、そ
れぞれ磁路形成部33から磁極部14を構成する折曲部
34まで磁束の流れの方向に一体的に構成されているの
で、鉄損の原因となる渦電流が生じにくくなり、これに
より回転力を誘起する有効磁束密度が大きくなるので、
さらに回転力が向上すると共に、効率の良いモータとな
る。
なお第11図に示されているように、鉄心11は、その
右端側に径方向外方端を曲げ成形せずに、磁極部14よ
りも外方へ突出する鉄心構成部材をさらに積層して構成
しており、上記突出部を、固定子側防振部材24の内面
に形成している環状溝に嵌入させることによって、鉄心
11の軸方向の位置決めを与えている。
以上、この発明の具体的な実施例について、クロスフロ
ーファンを駆動する直流ブラシレスモーク形式のファン
モータとしての構成を例に挙げて説明したが、この発明
はその他の形式の電動機、さらに発電機にも適用するこ
とが可能であり、また回転子側、或いは回転子と固定子
との双方を鉄心構造とする場合にもこの発明を適用して
構成することが可能である。
(発明の効果) 上記のようにこの発明の第1請求項記載の回転電力機に
おいては、隣合う磁極部間の隙間を介する漏洩磁束が低
減されることから、例えば電動機においては、コギング
の小さな回転を行わせることが可能になると共に、より
大きな回転力が得られることとなって、回転性能が向上
する。
また第2請求項記載の回転電力機においては、さらに鉄
損の原因となる渦電流が生じにくい鉄心構造となるので
、例えば回転性能等がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明を適用して構成した第1実施例のファ
ンモー夕における固定子を構成する鉄心の縦断面図、第
2図は第1図の■−■線矢視図、第3図は上記ファンモ
ータが組込まれたファン装置の要部組立断面図、第4図
は上記鉄心の磁路部を構成する第1鋼板の正面図、第5
図は第4図のV−V線矢視断面図、第6図は上記鉄心の
磁極部を構成する第2綱板の拡大正面図、第7図は第6
図の■一■線矢視断面図、第8図は第6図の■■線矢視
断面図、第9図(a)[有])はそれぞれ上記第1実施
例のファンモータ及び従来装置における各固定子鉄心で
の磁束分布の説明図、第10図(a)@はそれぞれ上記
第1実施例のファンモータ及び従来装置における各固定
子鉄心での磁束量の測定データ、第11図はこの発明の
第2実施例におけるファンモー夕を有するファン装置の
要部組立断面図、第12図は上記第2実施例の装置にお
ける鉄心構成部材の正面図、第13図は第12図のxm
−x■線矢視断面図、第14図は上記第2実施例の装置
における固定子鉄心の正面図、第15図は第14図のx
v−xv線矢視断面図、第16図は上記鉄心構成部材の
展開図である。 3・・・回転子、6・・・固定子、11・・・鉄心、1
2・・・コイル、13・・・磁路部、14・・・磁極部
、31・・・鉄心構成部材、33・・・磁路形成部、3
4・・・折曲部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、回転子(3)と固定子(6)との各磁極部を軸方向
    に対面させると共に、上記回転子(3)と固定子(6)
    との少なくとも一方(6)を、鉄心(11)と、この鉄
    心(11)の複数の磁路部(13)・・(13)にそれ
    ぞれ巻装されるコイル(12)・・(12)とで構成し
    て成る回転電力機であって、上記磁路部(13)・・(
    13)を径方向に放射状に延びる形状に形成すると共に
    、各磁路部(13)・・(13)の各径方向外方端側を
    それぞれ軸方向に突出させて磁極部(14)・・(14
    )を設け、周方向に隣合う各磁極部(14)(14)間
    における隙間を、先端面側より磁路部(13)・・(1
    3)側が大きくなるべく構成していることを特徴とする
    回転電力機。 2、板状の鉄心構成部材(31)に、放射状に延びる複
    数の磁路形成部(33)・・(33)と、各磁路形成部
    (33)・・(33)の各径方向外方端側から略直角に
    曲げ加工される折曲部(34)・・(34)とを設ける
    と共に、上記各折曲部(34)・・(34)における磁
    路形成部(33)・・(33)側の周方向幅を先端側の
    周方向幅より小さくし、上記鉄心構成部材(31)を複
    数積層して上記鉄心(11)を構成していることを特徴
    とする第1請求項記載の回転電力機。
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