WO2019186615A1 - ステータ、電動機、電気掃除機、及び手乾燥装置 - Google Patents

Abstract

ステータ（２）は、周方向に配列された４つの分割コア（２０）を有する。分割コア（２０）は、一組の継手部（２１２）を有するヨーク部（２１ａ）と、ティース部（２１ｂ）とを有する。ティース部（２１ｂ）の先端（２１３）の形状は、非対称的である。ティース部（２１ｂ）の側面とステータ（２）の径方向内側におけるヨーク部（２１ａ）の側面とが成す角度θ１［度］は、９０度＜θ１＜１８０度を満たす。

Description

ステータ、電動機、電気掃除機、及び手乾燥装置

　本発明は、電動機のステータに関する。

　一般に、電動機のステータへの巻線の巻回を容易にするため、複数の分割コアで構成されたステータコアが用いられている。ステータへの巻線の巻回が容易になると、ステータコイルの密度を高めることができ、モータ効率が向上する。例えば、特許文献１に開示された電動機では、ステータコアが１２個のコア構成体に分割されており、このため、この電動機は、１２個のティース部を有する。

特開２００５－１１７８４４号公報

　しかしながら、通常、電動機の磁極の数及びステータのティース部の数が増加するほど、電動機に入力される電流の電気周波数が増加する。これにより、電動機に入力される電流の波形が荒くなり、電動機の制御性（例えば、ロータの回転制御）が悪化する。したがって、例えば、１万ｒｐｍ以上の高回転での電動機の制御性を高めるためには、磁極の数及びティース部の数はできるだけ少なくすることが望ましい。そのため、磁極の数及びティース部の数が少ない電動機であって、なお且つステータへの巻線の巻回が容易な分割コアを備えた電動機が求められている。

　本発明の目的は、ステータへの巻線の巻回を容易にし、且つ制御性の高いステータを提供することである。

　本発明のステータは、電動機のロータの外側に配置されるステータであって、前記ロータの回転軸を中心とする周方向に配列された４つの分割コアを備え、前記分割コアは、ティース部と、前記ティース部から前記ステータの径方向外側に向けて長さを持つ一組の継手部を有するヨーク部とを有し、前記ロータの前記回転軸と直交する平面において、径方向における前記ティース部の先端の形状は、非対称的であり、前記ティース部の側面と前記ステータの径方向内側における前記ヨーク部の側面とが成す角度θ１［度］は、９０度＜θ１＜１８０度を満たす。

　本発明によれば、ステータへの巻線の巻回を容易にし、且つ制御性の高いステータを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る電動機の構造を概略的に示す平面図である。 分割コアの構造を概略的に示す平面図である。 ステータコアの構造を概略的に示す平面図である。 分割コアの構造を概略的に示す平面図である。 分割コアの構造を概略的に示す平面図である。 分割コアの構造を概略的に示す平面図である。 ティース部の先端の形状と絶縁部の形状との関係を示す図である。 絶縁部の第１部分の厚みと絶縁部の第２部分の厚みとの関係を示す図である。 絶縁部の第１部分の厚みと絶縁部の第２部分の厚みとの関係を示す図である。 巻線の巻回によって絶縁部に生じる応力を示す図である。 カシメで固定されたステータを有する電動機の構造を概略的に示す平面図である。 カシメで固定されたステータコアを有する分割コアの構造を概略的に示す平面図である。 フレームをさらに備えた電動機の構造を示す平面図である。 電動機の他の例を示す平面図である。 ロータの磁極数ごとの、電動機の回転数［ｒｐｓ］と電動機に入力される電流の電気周波数［Ｈｚ］との関係を示す図である。 実施の形態１に係る電動機に入力される電流の波形を示す図である。 比較例としての８個の磁極を持つ電動機に入力される電流の波形を示す図である。 比較例１としての電動機の構造を概略的に示す平面図である。 比較例１としての電動機の分割コアの構造を概略的に示す平面図である。 比較例１としての電動機の分割コアに巻線を巻回する工程の一例を示す図である。 比較例２としての電動機の構造を概略的に示す平面図である。 比較例２としての電動機の分割コアの構造を概略的に示す平面図である。 比較例３としての電動機の構造を概略的に示す平面図である。 比較例３としての電動機の分割コアの構造を概略的に示す平面図である。 フレーム内に配置された比較例３に係る電動機を示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る電気掃除機を概略的に示す側面図である。 本発明の実施の形態３に係る手乾燥装置としてのハンドドライヤーを概略的に示す斜視図である。

実施の形態１．
　各図において、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面における電動機１の構造及び電動機１の構成要素の構造を示す。
　図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機１の構造を概略的に示す平面図である。矢印Ｄ１は、ロータ３の回転軸Ａｘを中心とする、ステータ２及びステータコア２１の周方向を示す。矢印Ｄ１は、ロータ３の回転軸Ａｘを中心とするロータ３の周方向も示す。以下、矢印Ｄ１で示される方向を単に「周方向」ともいう。図１において、絶縁部２２は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面における断面の形状で示されている。
　図２は、分割コア２０の構造を概略的に示す平面図である。図２において、絶縁部２２及び巻線２６は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する断面の形状で示されている。他の図でも絶縁部２２及び巻線２６は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する断面の形状で示される。矢印Ｄ２は、ステータ２、ステータコア２１、及びロータ３の径方向（以下、単に「径方向」ともいう）を示す。矢印Ｄ２１は「径方向内側」を示し、矢印Ｄ２２は「径方向外側」を示す。
　図３は、ステータコア２１の構造を概略的に示す平面図である。
　図４から６は、分割コア２０の構造を概略的に示す平面図である。

　電動機１は、ステータ２と、ロータ３とを有する。電動機１は、例えば、永久磁石同期電動機である。

　電動機１は、例えば、単相インバータで駆動される。電動機１が単相インバータで駆動する場合、例えば、３相インバータに比べてスイッチング回数を減らすことができ、高速回転時のスイッチングロスを減らすことができる。高速回転時では電気周波数が上がり、スイッチング回数が増えるため、特に高速回転時では単相インバータを用いる利点が得られる。

　インバータにおけるスイッチング回数が少ない場合、電動機１に入力される電流の波形が歪み、その電流の高調波成分によってステータ２における鉄損が大きくなる。そのため、ステータ２のステータコア２１の材料として、電磁鋼板の代わりにアモルファス金属などの材料を用いることが望ましい。これにより、ステータ２における鉄損の発生を低減し、モータ効率の悪化を抑制することができる。

　ステータ２は、少なくとも１つのステータコア２１と、少なくとも１つの絶縁部２２と、複数の分割面２３と、位置センサ４と、少なくとも１つの巻線２６とを有する。ステータ２は、エアギャップを介してロータ３の外側に配置されている。ロータ３は、エアギャップを介してステータ２の内側に配置されている。絶縁部２２は、ステータコア２１を絶縁する。ステータコア２１、具体的には、ティース部２１ｂには、絶縁部２２を介して巻線２６が巻回されている。したがって、少なくとも１つの巻線２６は、絶縁部２２に巻回されている。巻線２６は、例えば、集中巻でティース部２１ｂの周囲に巻回されている。

　ステータ２（具体的には、複数のステータコア２１）は、複数のヨーク部２１ａと、複数のティース部２１ｂとを有する。ステータコア２１は、例えば、複数のアモルファス金属又は複数の電磁鋼板が積層されることにより形成される。

　絶縁部２２は、互いに隣接する２つのティース部２１ｂ間に形成された領域であるスロット部２７に配置されている。具体的には、絶縁部２２は、ステータコア２１の側面に固定されている。絶縁部２２は、例えば、絶縁性樹脂で形成されている。

　ステータコア２１の外周面２４は円弧状に形成されている。具体的には、外周面２４は、径方向における最も外側に形成されているヨーク部２１ａの外周面である。

　ロータ３は、複数の永久磁石を有し、複数の磁極を形成する。本実施の形態では、ロータ３は、４つ磁極を持つ。

　位置センサ４は、例えば、ロータ３からの磁界を検出するホール素子を有する。これにより、位置センサ４は、ロータ３からの磁界を検出することができる。位置センサ４は、周方向におけるティース部２１ｂの隣に配置されている。具体的には、位置センサ４は、互いに隣り合う２つのティース部２１ｂの間において、少なくとも１つの絶縁部２２で固定されている。例えば、位置センサ４は絶縁部２２に形成された凹部に取り付けられている。これにより、電動機１のサイズを小型化することができる。位置センサ４は、互いに隣接する２つの絶縁部２２で固定されていてもよい。

　位置センサ４を用いてロータ３からの磁界を検出し、ロータ３の回転位置（具体的には、位相）を検出することにより、電動機１の制御を容易にすることができる。さらに、位置センサ４は、２つのティース部２１ｂの間に固定されているので、電動機１のサイズが大きくなることを抑制し、電動機１のサイズを小型にすることができる。

　分割コア２０の構造について以下に説明する。
　図１に示されるように、ステータ２は、周方向に配列された複数の分割コア２０を有する。本実施の形態では、ステータ２は、周方向に配列された４つの分割コア２０によって形成されている。

　ステータ２は、ティース部２１ｂの数と同じ数に分割されている。すなわち、ステータ２は、４つの分割コア２０に分割されている。したがって、ステータ２は、４つのヨーク部２１ａと、４つのティース部２１ｂとを有する。

　各分割コア２０は、ステータコア２１と、絶縁部２２とを有する。各ステータコア２１は、１つのヨーク部２１ａと、ヨーク部２１ａから径方向に延在する１つのティース部２１ｂと、２つの分割面２３とを有する。各分割面２３は、各ステータコア２１の各ヨーク部２１ａの周方向における端部に形成されている。図３に示される分割端部２３ａは、各分割面２３の径方向内側の端部である。

　各分割コア２０において、絶縁部２２がステータコア２１に取り付けられており、少なくとも１つの巻線２６が絶縁部２２に巻回されている。したがって、絶縁部２２及び少なくとも１つの巻線２６は、分割コア２０の構成要素でもある。

　ヨーク部２１ａは、少なくとも一組のバックヨーク部２１１と少なくとも一組の継手部２１２とを有する。各継手部２１２は、ティース部２１ｂから径方向外側に向けて長さを持ち、各バックヨーク部２１１は、各継手部２１２から径方向内側に向けて長さを持つ。具体的には、各バックヨーク部２１１は、周方向に延在している。ティース部２１ｂは、ヨーク部２１ａから径方向内側に向けて延在している。

　ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、ティース部２１ｂ及び一組の継手部２１２はＹ字形状である。これにより、ステータコア２１の材料を低減することができる。さらに、ステータコア２１、具体的には、ヨーク部２１ａの表面積を増加させることができるので、電動機１の熱を効率的に電動機１の外部に放出させることができる。継手部２１２及びバックヨーク部２１１が直線的に形成されていてもよい。この場合、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、ヨーク部２１ａ及びティース部２１ｂの全体がＹ字形状である。さらに、ヨーク部２１ａは、バックヨーク部２１１を有さず、一組の継手部２１２のみを有してもよい。この場合も、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、ヨーク部２１ａ及びティース部２１ｂの全体がＹ字形状である。

　図３に示されるように、ティース部２１ｂの側面２１ｃと径方向内側におけるヨーク部２１ａの側面２１ｄとが成す角度θ１［度］は、９０度＜θ１＜１８０度を満たす。ヨーク部２１ａの側面２１ｄは、具体的には、継手部２１２の側面でもある。すなわち、ティース部２１ｂの側面２１ｃと径方向内側における継手部２１２の側面２１ｄとが成す角度θ１［度］は、９０度＜θ１＜１８０度を満たす。ティース部２１ｂの側面２１ｃは、径方向に延在する面であり、言い換えると、径方向に直交する方向におけるティース部２１ｂの両側の面である。ヨーク部２１ａの側面２１ｄは、ティース部２１ｂの側面２１ｃに隣接している。

　角度θ１［度］が９０度＜θ１＜１８０度のとき、ティース部２１ｂへの巻線２６の巻回を容易にすることができる。その結果、電動機１を小型化することができると共に、巻線２６の密度を高めることができる。

　ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、径方向（具体的には、径方向内側）におけるティース部２１ｂの先端２１３の形状は、非対称的である。これにより、ロータ３の磁極数が４のとき、すなわち、ロータ３の磁極数がティース部２１ｂの数と一致している場合、ステータ２とロータ３との間のエアギャップの大きさの違いにより、ロータ３が停止している間、ロータ３の磁極中心は、図３に示される直線Ａ１よりも右側（すなわち、ロータ３の回転方向の下流側）に位置する。これにより、電動機１の起動時にステータ２から磁界をロータ３へ与えることで、ロータ３の回転方向を一方向（具体的には、上流側から下流側）に定めることができる。仮に、ティース部２１ｂの先端２１３の形状が周方向に対称的であり且つエアギャップが周方向において一定である場合、ロータ３が停止している間、ロータ３の磁極中心は直線Ａ１上に位置する。この場合、ステータ２からロータ３へ磁界を与えると、ロータ３が逆回転する場合がある。

　図３に示される例では、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、ステータコア２１の中心を通る直線Ａ１を基準として、先端２１３の左側と右側とで先端２１３の形状が異なる。すなわち、先端２１３の形状は、ロータ３の回転方向の上流側と下流側とで異なる。図３に示される例では、ロータ３の回転方向の上流側は直線Ａ１の左側であり、下流側は直線Ａ１の右側である。

　ロータ３の回転方向の上流側における先端２１３は、直線状に延在している。一方、ロータ３の回転方向の下流側における先端２１３は、ロータ３の外周面に沿って円弧状に湾曲している。したがって、ロータ３の回転方向の上流側におけるステータ２とロータ３との間のエアギャップは、下流側よりも大きい。すなわち、ステータ２とロータ３との間のギャップは、周方向における一方の側（すなわち、下流側）よりも他方の側（すなわち、上流側）の方が大きい。

　さらに、ティース部２１ｂの先端部の下流側の厚みｔ３は、上流側の厚みｔ４よりも厚い。ティース部２１ｂの先端部は、周方向に延在している。厚みｔ３は、ティース部２１ｂの先端部の下流側端部の径方向における厚みである。厚みｔ４は、ティース部２１ｂの先端部の上流側端部の径方向における厚みである。通常、ステータのティース部において、ロータからの磁束は、エアギャップが小さいティース部の下流側に集中して流れる。この場合、ティース部の先端部の下流側端部では磁束密度が大きくなり、その下流側端部において鉄損が増加する。一方、図３に示される例では、ティース部２１ｂの先端部の下流側の厚みｔ３は、上流側の厚みｔ４よりも厚いので、ティース部２１ｂの先端部の下流側における磁束密度の増加を抑制し、鉄損の増加を抑制できる。

　ただし、先端２１３の形状が非対称的であれば、先端２１３の形状は、本実施の形態に限定されない。

　図４に示されるように、絶縁部２２は、一組の第１部分２２１と一組の第２部分２２２とを有する。一組の第１部分２２１は、互いに分離されていてもよく、互いに一体化されていてもよい。一組の第２部分２２２も、互いに分離されていてもよく、互いに一体化されていてもよい。

　図４に示されるように、第１部分２２１は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面におけるティース部２１ｂの両側に配置されている。すなわち、第１部分２２１は、ティース部２１ｂの側面２１ｃに面している。第１部分２２１は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において径方向と直交する方向に延在する。第１部分２２１は、側面２２ｄを有する。側面２２ｄは、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において径方向と直交する方向に延在する。

　第２部分２２２は、ティース部２１ｂ及び継手部２１２に面している。具体的には、第２部分２２２は、ヨーク部２１ａの側面２１ｄ及びティース部２１ｂの側面２１ｃに面している。第２部分２２２は、ヨーク部２１ａの側面２１ｄ及びティース部２１ｂの側面２１ｃを絶縁する。したがって、絶縁部２２は、ヨーク部２１ａ及びティース部２１ｂを絶縁する。第２部分２２２は、バックヨーク部２１１に面していてもよい。

　図５に示されるように、ティース部２１ｂに固定された絶縁部２２の側面２２ａとヨーク部２１ａに固定された絶縁部２２の側面２２ｂとが成す角度θ２［度］は、９０度＜θ２＜１８０度を満たす。側面２２ｂは、側面２２ａに隣接している。

　角度θ２［度］が９０度＜θ１＜１８０度を満たすとき、ティース部２１ｂへの巻線２６の巻回を容易にすることができる。その結果、電動機１を小型化することができると共に、巻線２６の密度を高めることができる。

　図６に示されるように、分割端部２３ａは、直線Ｌ１よりも径方向外側に位置する。直線Ｌ１は、ヨーク部２１ａとティース部２１ｂとの境界である。すなわち、直線Ｌ１は、ヨーク部２１ａの側面２１ｄとティース部２１ｂの側面２１ｃとの境界である。

　同様に、周方向における絶縁部２２の端部である端部２２ｃは、直線Ｌ１よりも径方向外側に位置する。これにより、巻線２６の巻回を容易にするという利点を得ることができ、ステータコイルの密度を高めることができる。

　図７は、ティース部２１ｂの先端２１３の形状と絶縁部２２（具体的には、第１部分２２１）の形状との関係を示す図である。
　角度α１は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、ティース部２１ｂの先端２１３の径方向と直交する方向における両端Ｅ１と回転軸Ａｘとを通る２直線Ｌ２が成す角度である。角度α２は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、一組の第１部分２２１の径方向と直交する方向における両端Ｅ２と回転軸Ａｘとを通る２直線Ｌ３が成す角度である。この場合、角度α１及びα２の関係は、α２＞α１である。端Ｅ２は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、径方向と直交する方向における側面２２ｄの端である。

　ステータ２がα２＞α１を満たすとき、絶縁部２２（具体的には、第１部分２２１）が径方向と直交する方向に延在する。すなわち、絶縁部２２（具体的には、第１部分２２１）が、ティース部２１ｂの先端２１３よりも径方向と直交する方向に長くなるように、絶縁部２２（具体的には、第１部分２２１）を形成することができる。すなわち、第１部分２２１の側面２２ｄがティース部２１ｂの先端２１３よりも径方向と直交する方向に長くなるように、絶縁部２２（具体的には、第１部分２２１）を形成することができる。これにより、巻線２６をより多く絶縁部２２に巻回することができ、巻線２６を側面２２ｄで支持することができる。

　図８及び図９は、絶縁部２２の第１部分２２１の厚みと絶縁部２２の第２部分２２２の厚みとの関係を示す図である。
　図９に示されるように、絶縁部２２の第１部分２２１の厚みｔ２は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、直線Ｌ５の方向における第１部分２２１の最大厚みである。図９に示されるように、直線Ｌ５は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、接点Ｃ４及び巻線２６の中心Ｃ３を通る直線である。巻線２６の中心Ｃ３は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、第１部分２２１と当接している巻線２６の中心である。接点Ｃ４は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、第１部分２２１と当接している巻線２６と第１部分２２１との接点である。

　図９に示されるように、絶縁部２２の第２部分２２２の厚みｔ１は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、直線Ｌ４の方向における第２部分２２２の最小厚みである。図９に示されるように、直線Ｌ４は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、接点Ｃ２及び巻線２６の中心Ｃ１を通る直線である。巻線２６の中心Ｃ１は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、第２部分２２２と当接している巻線２６の中心である。接点Ｃ２は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、第２部分２２２と当接している巻線２６と第２部分２２２との接点である。

　図８及び図９に示される例において、第１部分２２１の最大厚みｔ２と第２部分２２２の最小厚みｔ１との関係は、ｔ２＞ｔ１を満たす。

　図１０は、巻線２６の巻回によって絶縁部２２に生じる応力Ｆを示す図である。
　ステータ２が、ｔ２＞ｔ１を満たすとき、ステータコア２１で支持されていない絶縁部２２の部分、すなわち、絶縁部２２の第１部分２２１の剛性を、絶縁部２２の第２部分２２２と同様に維持することができる。言い換えると、ステータ２が、ｔ２＞ｔ１を満たすとき、巻線２６の巻回によって第１部分２２１に生じる応力Ｆに対する剛性を高めることができる。これにより、絶縁部２２の第１部分２２１の変形を防止することができる。

　図８から図１０では、ティース部２１ｂの右側に配置された絶縁部２２における最大厚みｔ２と第２部分２２２の最小厚みｔ１との関係のみを示しているが、ティース部２１ｂの左側に配置された絶縁部２２においても、右側の絶縁部２２における最大厚みｔ２と第２部分２２２の最小厚みｔ１との関係、すなわち、ｔ２＞ｔ１を有してもよい。この場合、左側の絶縁部２２も上述の右側の絶縁部２２の効果を有する。

　図１１は、カシメで固定されたステータ２を有する電動機１の構造を概略的に示す平面図である。
　図１２は、カシメで固定されたステータコア２１を有する分割コア２０の構造を概略的に示す平面図である。
　図１１及び図１２に示されるカシメ部２５は、カシメで固定された部分である。

　図１１及び図１２に示されるように、ステータコア２１を形成する複数のアモルファス金属又は複数の電磁鋼板は、カシメ部２５においてカシメで固定されてもよい。図１１に示される電動機１及び図１２に示される分割コア２０において、カシメ部２５以外の構造は、図１から図１０に示される電動機１及び分割コア２０とそれぞれ同じである。

　カシメを用いることにより、ステータコア２１の形状が安定し、分割面２３の形状を安定させることができる。これにより、例えば、焼き嵌めによって電動機１にフレーム５（図１３）を嵌めるときに、分割面２３で分割コア２０がばらけることを防止することができる。

　図１３は、フレーム５をさらに備えた電動機１の構造を示す平面図である。図１３において、フレーム５は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面における断面の形状で示されている。
　フレーム５は、電動機１のステータ２を覆う。フレーム５は、例えば、円筒形である。フレーム５の内周面に接触する接触部分は、円弧状に形成されたヨーク部２１ａ（具体的には、バックヨーク部２１１）の外周面２４である。外周面２４は、円弧状に形成されているので、面接触でフレーム５に接触する。これにより、フレーム５内においてステータ２の固定が安定し、ステータ２の形状が維持されやすいという利点が得られる。

　ヨーク部２１ａとフレーム５との間にはスペース６が存在する。具体的には、ヨーク部２１ａの継手部２１２とフレーム５との間にスペース６が存在する。これにより、電動機１の熱を、スペース６から電動機１の外部へ放出しやすくすることができる。その結果、電動機１の温度上昇を低減することができ、電動機１の効率を向上させることができる。

　図１４は、電動機１の他の例を示す平面図である。
　図１４に示される電動機１は、位置センサ４を有していない。すなわち、位置センサ４を持たない電動機１においても、上述の電動機１の構造を採用することができ、図１に示される電動機１と同じ効果を有する。さらに、位置センサ４を用いない場合、各分割コア２０において、絶縁部２２の一組の第１部分２２１の最大厚みｔ２を大きくすることができ、巻線２６の応力Ｆに対する一組の第１部分２２１の両方の剛性をさらに高めることができる。

　実施の形態に係る電動機１の効果についてさらに以下に説明する。
　図１５は、ロータの磁極数ごとの、電動機の回転数［ｒｐｓ］と電動機に入力される電流の電気周波数［Ｈｚ］との関係を示す図である。具体的には、図１５は、電動機の磁極の数を変更した場合における、電動機の回転数と電気周波数との関係を示す図である。図１５において、ｆ１は、本実施の形態に係る電動機１における回転数と電気周波数との関係を示す。ｆ２は、６個の磁極及び６個のティース部を持つ電動機における回転数と電気周波数との関係を示す。ｆ３は、８個の磁極及び８個のティース部を持つ電動機における回転数と電気周波数との関係を示す。ｆ４は、１０個の磁極及び１０個のティース部を持つ電動機における回転数と電気周波数との関係を示す。

　図１６は、実施の形態１に係る電動機１に入力される電流の波形を示す図である。
　図１７は、比較例としての８個の磁極を持つ電動機に入力される電流の波形を示す図である。図１６及び図１７に示される波形は、ロータ３が１回転する間に電動機１に入力される電流の波形であり、これらの波形のキャリア周波数は互いに同じである。

　図１５に示されるように、電動機に入力される電流の電気周波数は、磁極の数が増えるほど増加する。例えば、磁極の数が４個から８個になると、回転数１０００ｒｐｓにおいて電気周波数が２倍になる。したがって、図１７に示されるように、キャリア周波数を一定にしたとき、４磁極を持つ電動機１（図１６）に対して、８磁極を持つ電動機に入力される電流の波形が荒くなる。電流の波形が荒くなるほど電動機の制御性（例えば、ロータの回転制御）が悪化する。したがって、例えば、１万ｒｐｍ以上の高回転で電動機を駆動させるためには、磁極の数はできるだけ少なくし、且つ電気周波数を下げることが望ましい。これにより、電動機の制御性が改善される。

　上述のように、電動機１の制御性を改善するため、本実施の形態に係る電動機１では、ロータ３は４つの磁極を持ち、ステータ２は４つのティース部２１ｂを持つ。これにより、６極以上の磁極を持つ電動機に比べて、１万ｒｐｍ以上で駆動する場合でも制御性を高めることができる。

　さらに、電動機１が単相インバータで駆動する場合、例えば、３相インバータに比べてスイッチング回数を減らすことができ、高速回転時のスイッチングロスを減らすことができる。

　各ヨーク部２１ａは、バックヨーク部２１１と継手部２１２とから形成されている。継手部２１２は、ティース部２１ｂから径方向外側に向けて長さを持ち、バックヨーク部２１１は、継手部２１２から径方向内側に向けて長さを持つ。これにより、巻線２６によって形成されるステータコイルの領域を広くすることができる。

　図１８は、比較例１としての電動機１ａの構造を概略的に示す平面図である。
　図１９は、比較例１としての電動機１ａの分割コア２０ａの構造を概略的に示す平面図である。
　図２０は、分割コア２０ａに巻線２６を巻回する工程の一例を示す図である。

　比較例１に係る電動機１ａは、本実施の形態に係る電動機１と同様に４つの磁極を持ち、４つのティース部１２１ｂを持つ。電動機１ａは、４つの分割コア２０ａを有する。ティース部１２１ｂは、電動機１のティース部２１ｂに対応し、ティース部２１ｂと同じ構造を持つ。電動機１ａにおいて、ヨーク部１２１ａの構造が実施の形態に係る電動機１のヨーク部２１ａと異なる。具体的には、ティース部１２１ｂの側面１２１ｃと径方向内側におけるヨーク部１２１ａの側面１２１ｄとが成す最大角度θ３は、９０度よりも小さい。

　ティース部には、通常、ノズルを用いて巻線を巻回する。ステータが複数のコアに分割されていない場合、ノズルをティース間のスロット部に挿入する必要があるため、ステータコイルの密度が高くなるように巻線を巻回することが困難である。一方、本実施の形態では、ステータ２が複数のコアに分割されているので、ノズルを用いて各ティース部２１ｂに巻線２６を容易に巻回することができ、ステータコイルの密度を高めることができる。ただし、位置センサ４の位置ずれを防ぐため、位置センサ４の近くには巻線２６を巻回しない方が望ましい。

　しかしながら、図１８及び図１９に示される電動機１ａでは、最大角度θ３は、９０度よりも小さいので、図２０に示されるように、分割端部２３ａが直線Ｌ１よりも径方向内側に位置する。これにより、ノズル３０の動作をヨーク部１２１ａが阻害し、特にティース部１２１ｂの径方向外側の部分に巻線２６を巻回することが困難である。これに対し、本実施の形態に係る電動機１では、角度θ１［度］は、９０度＜θ１＜１８０度を満たす。これにより、本実施の形態に係る電動機１では、分割端部２３ａが、直線Ｌ１よりも径方向外側に位置するように分割コア２０を形成することができ、巻線２６の巻回を容易にするという利点が得られる。

　図２１は、比較例２としての電動機１ｂの構造を概略的に示す平面図である。
　図２２は、比較例２としての電動機１ｂの分割コア２０ｂの構造を概略的に示す平面図である。
　比較例２に係る電動機１ｂは、２つの磁極を持ち、２つのティース部２２１ｂを持つ。電動機１ｂは、２つの分割コア２０ｂを有する。電動機１ｂにおいて、ヨーク部２２１ａの構造が実施の形態に係る電動機１のヨーク部２１ａと異なる。具体的には、ティース部２２１ｂの側面２２１ｃと径方向内側におけるヨーク部２２１ａの側面２２１ｄとが成す最大角度θ４は、９０度よりも小さい。

　したがって、比較例１に係る電動機１ａと同様に、電動機１ｂでも最大角度θ４は、９０度よりも小さいので、巻線の巻回を行う際に、ノズル３０の動作をヨーク部２２１ａが阻害し、特にティース部２２１ｂの径方向外側の部分に巻線を巻回することが困難である。

　図１５に基づいて説明したように、電動機１の制御性を考慮すると、磁極及びティース部の数は小さい方が望ましいが、巻線の巻回を考慮すると、磁極の数及びティース部の数はそれぞれ４つであることが望ましい。磁極の数及びティース部の数がそれぞれ４つの場合でも、比較例１に係る電動機１ａのように、最大角度θ３が９０度よりも小さい場合、巻線２６の巻回を困難にする。

　そこで、本実施の形態では、電動機１は、４つの磁極を持ち、４つのティース部２１ｂを持ち、且つ、角度θ１［度］は、９０度＜θ１＜１８０度を満たす。これにより、電動機１の制御性を高めることができ、巻線２６の巻回を容易にするという利点を得ることができ、ステータコイルの密度を高めることができる。

　さらに、本実施の形態では、各継手部２１２は、ティース部２１ｂから径方向外側に向けて長さを持ち、各バックヨーク部２１１は、各継手部２１２から径方向内側に向けて長さを持つ。これにより、図６に示されるように、分割端部２３ａが、直線Ｌ１よりも径方向外側に位置するように分割コア２０を形成することができるので、巻線２６の巻回を容易にすることができる。

　さらに、図７に示されるように、ステータ２はα２＞α１を満たす。すなわち、絶縁部２２の第１部分２２１は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において径方向と直交する方向に延在する。これにより、絶縁部２２の第１部分２２１で巻線２６を支持することができ、巻線２６が崩れるのを防ぐことができる。

　さらに、第１部分２２１を径方向と直交する方向に長く形成することにより、巻線２６の巻き数を増加させることができる。しかしながら、径方向と直交する方向に第１部分２２１が長くなるほど、巻線２６の巻回によって生じる応力Ｆに対する剛性が低下する。

　図８から図１０に示されるように、第１部分２２１の最大厚みｔ２と第２部分２２２の最小厚みｔ１との関係がｔ２＞ｔ１を満たすとき、巻線２６の巻回によって生じる応力Ｆに対する剛性を高めることができる。これにより、ステータコア２１で支持されていない絶縁部２２の部分、すなわち、絶縁部２２の第１部分２２１の変形を防止することができる。

　位置センサ４は、互いに隣り合う２つのティース部２１ｂの間において、絶縁部２２で固定されている。これにより、電動機１のサイズを小型化することができる。

　図２３は、比較例３としての電動機１ｃの構造を概略的に示す平面図である。
　図２４は、比較例３としての電動機１ｃの分割コア２０ｃの構造を概略的に示す平面図である。
　比較例３に係る電動機１ｃは、本実施の形態に係る電動機１と同様に、４つの磁極を持ち、４つのティース部３２１ｂを持つ。電動機１ｃは、４つの分割コア２０ｃを有する。電動機１ｃにおいて、ヨーク部３２１ａの構造が実施の形態に係る電動機１のヨーク部２１ａと異なる。具体的には、ヨーク部３２１ａが径方向と直交する方向に直線的に形成されている。電動機１ｃでは、ティース部３２１ｂの側面３２１ｃと径方向内側におけるヨーク部３２１ａの側面３２１ｄとが成す角度θ５は、９０度である。したがって、上述の実施の形態に係る電動機１と同様に、電動機１ｃの制御性を高めることができ、巻線の巻回を容易にすることができ、巻線の密度を高めるという利点を得ることができる。

　図２５は、フレーム５内に配置された比較例３に係る電動機１ｃを示す平面図である。
　フレーム５は円筒形のフレームである。図２５に示されるように、電動機１ｃにおいて、フレーム５の内周面に接触する接触部分２４ｃが、点接触でフレーム５に接触する場合、フレーム５内においてステータ２ｃ（すなわち、４つ分割コア２０ｃ）の固定が安定せず、ステータ２ｃの形状が維持されにくい。

　図１３に示されるように、上述の実施の形態に係る電動機１では、フレーム５の内周面に接触する接触部分は、円弧状に形成されたヨーク部２１ａ（具体的には、バックヨーク部２１１）の外周面２４である。外周面２４は、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において円弧状に形成されているので、面接触でフレーム５に接触する。これにより、フレーム５内においてステータ２の固定が安定し、ステータ２の形状が維持されやすいという利点が得られる。

　さらに、ロータ３の回転軸Ａｘと直交する平面において、ティース部２１ｂ及び一組の継手部２１２はＹ字形状である。これにより、ステータコア２１の材料を低減することができる。さらに、ステータコア２１、具体的には、ヨーク部２１ａの表面積を増加させることができるので、電動機１の熱を効率的に電動機１の外部に放出させることができる。

　図１３に示されるように、ステータ２がフレーム５内で固定される場合、ヨーク部２１ａとフレーム５との間にはスペース６が存在する。これにより、電動機１の熱を、スペース６から電動機１の外部へ放出しやすくすることができる。その結果、電動機１の温度上昇を低減することができ、電動機１の効率を向上させることができる。

実施の形態２．
　図２６は、本発明の実施の形態２に係る電気掃除機８（単に「掃除機」ともいう）を概略的に示す側面図である。
　電気掃除機８は、本体８１と、集塵部８２（集塵器ともいう）と、ダクト８３と、吸引ノズル８４と、把持部８５とを有する。

　本体８１は、吸引力（具体的には、気流）を発生させる電動送風機８１ａと、排気口８１ｂとを有する。

　電動送風機８１ａは、ファン８１１と、ファン８１１を回転させる電動機８１０とを有する。電動機８１０は、実施の形態１に係る電動機１（各変形例を含む）である。電動機８１０が駆動すると、ファン８１１が回転し、気流が生じる。ファン８１１は、例えば、羽根とこの羽根に固定されたシャフトとを有し、このシャフトは電動機８１０に固定されている。電動送風機８１ａは、電動機８１０を駆動することにより発生する吸引力を用いて塵埃を集塵部８２に送り込む。

　集塵部８２は、本体８１に取り付けられている。ただし、集塵部８２は、本体８１の内部に備えられていてもよい。例えば、集塵部８２は、塵埃と空気とを分離するフィルタを有する容器である。吸引ノズル８４は、ダクト８３の先端に取り付けられている。

　電気掃除機８の電源がオンになると、電力が電動送風機８１ａに供給され、電動送風機８１ａが駆動する。電動送風機８１ａが駆動している間、電動送風機８１ａによって発生された吸引力によって塵埃が吸引ノズル８４から吸引される。ファン８１１の回転によって生じた気流は吸引ノズル８４及びダクト８３において合成される。吸引ノズル８４から吸引された塵埃は、ダクト８３を通り、集塵部８２に集められる。吸引ノズル８４から吸引された空気は、電動送風機８１ａを通り、排気口８１ｂから電気掃除機８の外部に排出される。

　実施の形態２に係る電気掃除機８は、実施の形態１で説明した電動機１（各変形例を含む）を有するので、実施の形態１で説明した効果と同様の効果を有する。

　さらに、実施の形態２に係る電気掃除機８によれば、電動機８１０の制御性（例えば、ロータの回転制御の精度）を高めることができ、その結果、電気掃除機８の制御性（例えば、吸引制御の精度）を改善することができる。

実施の形態３．
　図２７は、本発明の実施の形態３に係る手乾燥装置としてのハンドドライヤー９を概略的に示す斜視図である。
　手乾燥装置としてのハンドドライヤー９は、筐体９１と、電動送風機９４とを有する。筐体９１は、少なくとも１つの吸気口９２と、少なくとも１つの送風口９３とを有する。電動送風機９４は、筐体９１の内部に固定されている。

　電動送風機９４は、ファン９４１と、ファン９４１を回転させる電動機９４０とを有する。電動機９４０は、実施の形態１に係る電動機１（各変形例を含む）である。電動機９４０が駆動すると、ファン９４１が回転し、気流が生じる。ファン９４１は、例えば、羽根とこの羽根に固定されたシャフトとを有し、このシャフトは電動機９４０に固定されている。電動送風機９４は、気流を発生させることにより空気の吸引及び送風を行う。具体的には、電動送風機９４は、吸気口９２を介して筐体９１の外部の空気を吸引し、送風口９３を介して筐体９１の外部に空気を送る。

　ハンドドライヤー９の電源がオンになると、電力が電動送風機９４に供給され、電動送風機９４が駆動する。電動送風機９４が駆動している間、ハンドドライヤー９の外部の空気が吸気口９２から吸引される。吸気口９２から吸引された空気は、電動送風機９４内を通り、送風口９３から排出される。

　本実施の形態では、ハンドドライヤー９は、２つの気流Ａｆを送風口９３から排出することができる。ただし、電動送風機９４によって生成された２つの気流Ａｆを１つの気流に合成してもよい。この場合、合成された１つの気流が送風口９３から排出される。

　ハンドドライヤー９のユーザは、送風口９３の近くに手をかざすことにより、手に付着した水滴を吹き飛ばすことができるとともに、手を乾燥させることができる。

　実施の形態３に係るハンドドライヤー９は、実施の形態１で説明した電動機１（各変形例を含む）を有するので、実施の形態１で説明した効果と同様の効果を有する。

　さらに、実施の形態３に係るハンドドライヤー９によれば、電動機９４０の制御性（例えば、ロータの回転制御の精度）を高めることができ、その結果、ハンドドライヤー９の制御性（例えば、送風制御の精度）を改善することができる。

　以上に説明した各実施の形態における特徴（変形例及び比較例を含む）は、互いに適宜組み合わせることができる。

　１，１ａ，１ｂ，１ｃ，８１０，９４０　電動機、　２　ステータ、　３　ロータ、　４　位置センサ、　５　フレーム、　２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ　分割コア、　２１　ステータコア、　２１ａ　ヨーク部、　２１ｂ　ティース部、　２１ｃ，２１ｄ，２２ａ，２２ｂ　側面、　２２　絶縁部、　２２ｃ　端部、　２３　分割面、　２３ａ　分割端部、　２４　外周面、　２５　カシメ部、　２６　巻線、　２１１　バックヨーク部、　２１２　継手部、　２２１　第１部分、　２２２　第２部分。

Claims (14)

1. 　電動機のロータの外側に配置されるステータであって、
   　前記ロータの回転軸を中心とする周方向に配列された４つの分割コアを備え、
   　前記分割コアは、
   　ティース部と、
   　前記ティース部から前記ステータの径方向外側に向けて長さを持つ一組の継手部を有するヨーク部と
   　を有し、
   　前記ロータの前記回転軸と直交する平面において、径方向における前記ティース部の先端の形状は、非対称的であり、
   　前記ティース部の側面と前記ステータの径方向内側における前記ヨーク部の側面とが成す角度θ１［度］は、
   　９０度＜θ１＜１８０度
   　を満たすステータ。
2. 　前記ティース部を絶縁する絶縁部と、
   　前記絶縁部に巻回された少なくとも１つの巻線と
   　をさらに備え、
   　前記絶縁部は、
   　前記ティース部の両側に配置され、前記平面において前記径方向と直交する方向に延在する一組の第１部分と、
   　前記ヨーク部の前記側面及び前記ティース部の前記側面を絶縁する一組の第２部分と
   　を有する
   　請求項１に記載のステータ。
3. 　前記平面において、前記ティース部の前記先端の前記径方向と直交する方向における両端と前記回転軸とを通る２直線が成す角度をα１とし、前記平面において、前記一組の第１部分の前記径方向と直交する方向における両端と前記回転軸とを通る２直線が成す角度をα２としたとき、
   　前記ステータは、α２＞α１を満たす
   　請求項２に記載のステータ。
4. 　前記ティース部を絶縁する絶縁部と、
   　前記絶縁部に巻回された少なくとも１つの巻線と
   　をさらに備え、
   　前記絶縁部は、
   　前記ティース部の両側に配置され、前記平面において前記径方向と直交する方向に延在する第１部分と、
   　前記ヨーク部の前記側面及び前記ティース部の前記側面を絶縁する第２部分と
   　を有し、
   　前記平面において前記第２部分と当接している前記巻線と前記第２部分との接点及び前記第２部分と当接している前記巻線の中心を通る直線の方向における前記第２部分の最小厚みをｔ１とし、前記平面において前記第１部分と当接している前記巻線と前記第１部分との接点及び前記第１部分と当接している前記巻線の中心を通る直線の方向における前記第１部分の最大厚みをｔ２としたとき、
   　前記ステータは、ｔ２＞ｔ１を満たす
   　請求項１に記載のステータ。
5. 　前記平面において、前記ティース部及び前記一組の継手部はＹ字形状である請求項１から４のいずれか１項に記載のステータ。
6. 　前記ヨーク部は、前記一組の継手部の各々から前記径方向内側に向けて長さを持つ一組のバックヨーク部を有する請求項１から５のいずれか１項に記載のステータ。
7. 　前記周方向における前記ティース部の隣に配置されており、前記ロータからの磁界を検出する位置センサをさらに備える請求項２から４のいずれか１項に記載のステータ。
8. 　前記位置センサは、前記絶縁部で固定されている請求項７に記載のステータ。
9. 　請求項１から８のいずれか１項に記載のステータと、前記ステータの内側に配置されたロータとを有する電動機。
10. 　前記電動機は、単相インバータで駆動される請求項９に記載の電動機。
11. 　前記ステータを覆うフレームをさらに備える請求項９又は１０に記載の電動機。
12. 　前記ヨーク部と前記フレームとの間にスペースが存在する請求項１１に記載の電動機。
13. 　集塵部と、
    　吸引力を発生させ、前記集塵部に塵埃を送り込む電動送風機と
    　を備え、
    　前記電動送風機は、
    　ファンと、
    　前記ファンを回転させる請求項９から１２のいずれか１項に記載の電動機と
    　を有する
    　電気掃除機。
14. 　吸気口及び送風口を有する筐体と、
    　前記筐体の内部に固定されており、前記吸気口を介して前記筐体の外部の空気を吸引し、前記送風口を介して前記筐体の外部に前記空気を送る電動送風機と
    　を備え、
    　前記電動送風機は、
    　ファンと、
    　前記ファンを回転させる請求項９から１２のいずれか１項に記載の電動機と
    　を有する
    　手乾燥装置。

Images