JP6592234B2 - 単相ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は単相ブラシレスモータ、より詳細には実質的に均一な空隙を有する単相ブラシレスモータに関する。

図８は、ステータ１１及びステータに取り付けられたロータ１９を備える従来型の単相ブラシレスモータ１０を示す。ステータは、ステータコア１２及びステータコアに巻きつけられた巻き線１３を備える。ステータコアは、環状ヨーク１４及びヨークから内側に伸びる複数の歯１５を備える。スロット１６は、巻き線１３の受信コイルのために隣接した歯の間に作られる。ステータコアのヨーク１４及び歯１５は、単一の一体構造に一体的に形成される。各々の歯１５は、歯の末端に作られる極片（ポールシュー）１８を備えるステータポールを形成する。極片は、モータの円周方向に沿って伸びる。スロット開口部１７は各極片の間に形成され、各々の歯の周りにコイルを巻きつけるためのアクセスを可能にする。それ故に、ステータ１１とロータ１９の間に不均一な空隙が形成される。上記の従来型の単相ブラシレスモータでは、スロット開口部１７の存在によって、モータは過渡に大きなコギングトルクを作り出し、それによって振動及びノイズを引き起こす。さらに、ステータコアは一体構造であるので、往復シャトル巻き線機が巻きつける過程に必要であり、このことが低い巻線効率をもたらす。

したがって、モータ起動の改善された信頼性を有する、新しい単相ブラシレスモータが望まれている。

したがって、その１つの態様では、本発明はステータ及びステータに対して回転可能なロータを備える単相ブラシレスモータを提供し、ロータは複数の永久磁極を有するロータコアを備え、ステータはステータコア及びステータコアに巻きつけられた巻き線を備え、ステータコアは外側環状部、内側環状部、及び内側環状部を外側環状部と接続する複数の接続部を備え、巻き線は接続部の周りに巻きつけられ、ロータは内側環状部内に収容される。ステータ及びロータの内側環状部はそれらの間に実質的に均一な空隙を形成し、接続部のすべての２つの隣接した部分の間の内側環状部の一部の内側表面であってロータに接触する内側表面は凹部とともに形成され、及び各凹所の中央は接続部の対応する２つの隣接した部分の間の中央線(middle line)からオフセットされる。

好ましくは、ロータが２つの方向に起動することができるように、凹所は構成され及び配置される。

好ましくは、凹所の数は、接続部の数と同じであり、及びロータの磁極の数と同じである。

好ましくは、凹所は、モータの軸方向に沿って内側環状部の内側表面を貫通する。

好ましくは、凹所は、モータの軸方向に沿って内側環状部の内側表面に間隔を空けて配置される。

好ましくは、各凹所の中央は、対応する２つの隣接した接続部の間の中央線からオフセットされる。

好ましくは、各凹所の中央と、対応する２つの隣接した接続部の間の中央線と、の間に作られるオフセット角は、電気角４５度から１３５度の範囲内にある。

好ましくは、モータは、電気角６０度から８０度の範囲内にある起動角を有する。

好ましくは、内側環状部の内側表面は、ロータと同心円上に位置する。

好ましくは、磁気ブリッジ(magnetic bridge)は、接続部のすべての２つの隣接した部分の間の内側環状部の一部に作られる。

好ましくは、磁気ブリッジは、内側環状部の外側表面内に形成される溝(groove)を備える。

好ましくは、磁気ブリッジは、内側環状部内に形成されるアパーチャ又は孔を備える。

好ましくは、接続部は、内側環状部及び外側環状部のうちの１つ又は両方に対して、別々に作られる。

好ましくは、ロータはロータコアをさらに備え、複数の永久磁極は、ロータコアの半径方向外側の表面に取り付けられた１つ以上の永久磁石によって作られる。

図１は、本発明の好ましい実施形態に従った単相ブラシレスモータの斜視図である。 図２は、図１の単相ブラシレスモータのステータコアの斜視図である。 図３は、図１の単相ブラシレスモータの平面図である。 図４は、ステータコアの一部の別の実施形態を説明する。 図５は、ステータコアの一部の別の実施形態を説明する。 図６は、本発明の他の実施形態に従った単相ブラシレスモータの平面図である。 図７は、本発明のさらなる他の実施形態に従った単相ブラシレスモータの平面図である。 図８は、従来（先行技術）の単相ブラシレスモータの平面図である。

添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態をほんの一例として説明する。図面において、２つ以上の図面に現れる同一の構造、構成要素、又は部分は、一般的に、その図面が現れる全ての図面において同じ参照番号でラベルされる。図示されたコンポーネント及び特徴部の大きさは、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り、必ずしも一定の比率で示されていない。図面は以下に記載する。

図１から図３を参照して、本発明の第１の好ましい実施形態に従った単相ブラシレスモータ２０はステータ３０及びステータ３０に対して回転可能に取り付けられたロータ７０を含む。

ステータ３０は、ステータコア４０及びステータコア４０に巻きつけられた巻き線５０を含む。ステータコア４０は、磁気伝導性材料(magnetically conductive material)で作られる。例えば、ステータコア４０は、モータの軸方向に積み重ねられたシリコンスチールシートのような複数の磁気伝導性ラミネーションによって作られる。ステータコア４０は、外側環状部４２、内側環状部４４、及び内側環状部４４を外側環状部４２と接続する複数の接続部４６を含む。本明細書においては、用語「環状部」は円周方向に連続的に伸びる密閉構造についていう。好ましくは、接続部４６はモータの円周方向に均等に間隔を空けられ、各接続部４６は、内側環状部４４から外側環状部４２へ実質的に放射状に伸びる。説明された実施形態では、接続部４６は、一体化した本体を作るために、内側環状部４４と一体的に作られる。接続部４６及び外側環状部４２は分離構造である、すなわち外側環状部４２及び接続部４６は別々に作られ、一緒に組み立てられる。巻き線５０は、接続部４６の周りに巻きつけられる。ロータ７０は、内側環状部４４の中に収容される。各２つの隣接した接続部４６の間の内側環状部４４の一部であって、ロータ７０に面する、半径方向内側表面は、凹所４４２と共に作られる。凹所４４２の中央は、本明細書内で中央線と言われる、対応する２つの隣接した接続部の中間の放射状の直線からオフセットされる。好ましくは、中央線は対応する２つの隣接した接続部の対称中心線(center line)である。すなわち、凹所４４２の中央及びロータ７０の中央を通り抜ける直線Ｌ１は、図３に示すように、対応する２つの隣接した接続部４６の対称中心線Ｌ２に対して傾いている。

好ましくは、凹所４４２はモータの軸方向に沿ってステータコア４０の内側環状部４４の内側表面を貫通する。

当然のことながら、凹所４４２は同様に、モータの軸方向に沿ってステータコアの内側環状部４４の内側表面上に、間隔を空けて配置されうる。例えば、ステータコア４０は、交互にモータの軸方向に積み重ねられた２種類のラミネーションによって作られ、凹所は１つの種類のラミネーション上に作られる。

好ましくは、内側環状部４４の内側表面は、ロータ７０と同心である円に位置される。そのようにして、実質的に均一な空隙は、ステータとロータの間に、すなわち内側環状部４４の内側表面とロータ７０の外側表面の間に、作られる。

好ましくは、磁気ブリッジ４４４は、隣接した接続部４６間の内側環状部４４の一部分に作られる。各磁気ブリッジ４４４は、内側環状部４４の他方の部分の半径方向の幅より小さい半径方向の幅である一方の部分を少なくとも備える。好ましくは、各磁気ブリッジ４４４は、内側環状部４４の外側表面内に作られる複数の溝４４６を備える。説明された実施形態では、各磁気ブリッジ４４４は、内側環状部４４の外側表面内に作られる一対の溝４４６を備える。当然のことながら、溝４４６の数は図４に示すように１つであることができ、図５に示すように３つであることができ、又は設計上の要求次第で他の数であることができる。溝４４６は、図３及び図４に示すような円弧状又は図５に示すような角形のような様々な形状でありうる。

当然のことながら、図６に示すように、磁気ブリッジ４４４は、内側環状部４４内のアパーチャ／孔４４８によってもまた作られうる。

同様に当然のことながら、各接続部４６は、溶接することにより、又は例えば楔形の凹部にかみ合う楔形の突出部を有するインターロック(interlocking)構造などの様々な機械的接続方法により、外側環状部４２に固定して取り付けられうる。

巻き線５０は、対応する接続部４６の１つの周りに各々巻き付けられた複数のコイルを含む。そのようにして、コイルの数は、接続部４６の数と同じである。コイルは、様々な接続方法で単相巻き線を作るように接続されうる。例えば、すべてのコイルは直列に接続されうるか、直列に接続された２つのコイルは直列に接続された他の２つのコイルと並列に接続されうるか、又はすべてのコイルは並列に接続されうる。

同様に当然のことながら、図６に示すように、接続部４６は、外側環状部４２と一体的に作られ、内側環状部４４に対して別々に作られうる。巻き線５０のすべてのコイルが接続部４６の周りにそれぞれ巻き付けられた後に、外側環状部４２及びコイルが巻きつけられた接続部４６は、内側環状部４４に固定して連結される。

同様に当然のことながら、図７に示すように、接続部４６は外側環状部４２及び内側環状部４４の両方に対して別々に作られうる。巻き線５０のすべてのコイルが接続部４６の周りに巻き付けられた後に、接続部４６は、外側環状部４２及び内側環状部４４に固定して連結される。

ロータ７０は、ロータコア７２及びロータコア７２の外側表面上に固定された少なくとも１つの永久磁石７４を含む。当該少なくとも１つの永久磁石７４は、円周上に間隔を空けた複数の永久磁極を作り、隣接した磁極は反対の極性を有する。好ましくは、当該少なくとも１つの永久磁石７４によって作られる磁極の数は、ステータの接続部４６の数と同じであり、ステータコアの内側環状部４４の内側表面内に作られる凹部４４２の数と同じである。説明された実施形態では、ロータは４つの磁極を作る４つの磁石７４を有する。当然のことながら、ロータは、２つ、６つ、又は８つの永久磁極のような、別の数の永久磁極を有しうる。

モータが電源を投入されていないときは、ロータの隣接した磁極７４の間の中立帯は、ステータの内側環状部４４の凹所４４２とそれぞれ一直線になっている。すなわち、各ロータ磁極の中心線Ｌ４は、対応する隣接した２つの凹所４４２の対称中心線、すなわち隣接した凹所４４２の中間の放射状の直線、と一致する。したがって、各ロータ磁極の中心線Ｌ４は、ステータの接続部４６（ステータ極部分とも呼ばれる）の隣接した１つの中心線Ｌ３からオフセットされる。中心線Ｌ４と中心線Ｌ３の間に作られるオフセット角は、起動角Ｑと呼ばれる。起動角Ｑの値は、放射状の直線Ｌ１及びＬ２の間に作られる角度の値と同じである。説明された実施形態では、起動角は電気角４５度より大きく、電気角１３５度より小さい。モータのステータ巻き線５０が一方向の電流で電圧を加えられるとき、ロータ７０は一方向に容易に回転しうる。ステータ巻き線５０が反対方向の電流で電圧を加えられるとき、ロータ７０は反対方向に回転しうる。当然のことながら、起動角Ｑが電気角９０度と同じであるとき、すなわち各ロータ磁極の中心線が隣接した接続部４６の対称中心線と一致するとき、ロータ７０は両方向に容易に起動しうる、そしてこのことはモータの両方向の起動を達成するために一番良い状況である。起動角Ｑは電気角９０度からそれるので、一方向のロータの起動は反対方向よりも容易である。起動角Ｑが電気角６０度から８０度の範囲内にあるとき、ロータは非常に容易に一方向に起動することができる。起動角Ｑが電気角４５度から１３５度の範囲内にあるとき、ロータは両方向に良い起動信頼性を有することが分かっている。

上記の実施形態で説明された単相ブラシレスモータでは、実質的に均一な空隙が、凹所４４２及び隣接した永久磁極７４の間の中立帯に対応する空隙の部分を除いて、ステータとロータの間に作られる。それゆえに、モータの起動に必要とされる起動角及びコギングトルクは実際の設計上の要求次第で容易に調整されうる。こうして、モータの信頼性のある起動を可能にする。例えば、モータ起動角は、内側環状部の内側表面内に作られる凹所４４２の位置を調整することによって、容易に調整されうる。起動角Ｑが電気角４５度より大きく電気角１３５度より小さいとき、ロータは両方向に確実に起動しうる。モータ起動前のコギングトルクは、内側環状部内の凹所４４２の形状、大きさ、又は深さを調整することによって調整されうる。ステータコアの内側環状部４４は連続的な構造であり、隣接した接続部の間の内側環状部の一部は磁気ブリッジによって相互に連結する。ここで磁気ブリッジは、従来型のモータにあるような隣接したステータ極部分の間に定められたスロット開口部による磁気抵抗の突然の変化を避け、それによってモータのコギングトルクを減少させる。ステータコアは一緒に組み立てられる別々の構造を含む。それゆえに、巻き線のコイルは、接続部及び外側環状部又は内側環状部の組み立てに先立って、ダブルフライ巻き線機(double fly winding machine)を使用して接続部に巻き付けられうる。こうして、巻き線過程の効率を高める。

当然のことながら、巻き線効率が重要事項で無いならば、ステータコアは一体化した構造でありうる。すなわち、接続部は内側環状部及び外側環状部と一体的に作られうる。

本出願の記載及び特許請求の範囲において、各動詞「備える」、「含む」、「収容する」、「有する」、及びそれらの派生語は、記載され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、追加的なアイテムの存在を排除するものではない。

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明されるが、当然のことながら、当業者であれば種々の変更が可能である。したがって、本発明の範囲は、請求項を参照して決定される。

１０ 単相ブラシレスモータ
１１ ステータ
１２ ステータコア
１３ 巻き線
１４ ヨーク
１５ 歯
１６ スロット
１７ スロット開口部
１８ 極片
１９ ロータ
２０ 単相ブラシレスモータ
３０ ステータ
４０ ステータコア
４２ 外側環状部
４４ 内側環状部
４６ 接続部
７０ ロータ
７２ ロータコア
７４ 永久磁石
４４２ 凹所
４４４ 各磁気ブリッジ
４４６ 溝
４４８ アパーチャ／孔

Claims (14)

1. ステータ及び前記ステータに対して回転可能なロータを備える単相ブラシレスモータであって、
   前記ロータは複数の永久磁極を有するロータコアを備え、
   前記ステータはステータコア及び前記ステータコアに巻きつけられた巻き線を備え、
   前記ステータコアは、外側環状部、内側環状部、及び前記内側環状部を前記外側環状部と接続する複数の接続部を備え、
   前記巻き線は前記接続部の周りに巻きつけられ、
   前記ロータは前記内側環状部内に収容され、
   前記ステータの前記内側環状部及び前記ロータはそれらの間に実質的に均一な空隙を形成し、前記接続部内ではない前記接続部のうちのすべての２つの隣接した前記接続部の間の前記内側環状部の一部の内側表面であって前記ロータに面する内側表面は凹所と共に形成され、及び各凹所の中央は前記接続部のうちの対応する２つの隣接した前記接続部の間の中央線からオフセットされることを特徴とするモータ。
2. 前記凹所は、前記ロータが２つの方向に起動することができるように構成及び配置される、請求項１に記載のモータ。
3. 前記凹所の数は、前記接続部の数と同じであり、及び前記ロータの前記磁極の数と同じである、請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記凹所は、前記モータの軸方向に沿って前記内側環状部の前記内側表面を貫通する、請求項１から３のいずれか一つに記載のモータ。
5. 前記凹所は、前記モータの軸方向に沿って前記内側環状部の前記内側表面に間隔を空けて配置される、請求項１から４のいずれか一つに記載のモータ。
6. 前記各凹所の中央と、対応する２つの隣接した前記接続部の間にある中央線と、の間に作られるオフセット角は、電気角４５度から１３５度の範囲内にある、請求項１から４のいずれか一つに記載のモータ。
7. 前記モータは、電気角６０度から８０度の範囲内にある起動角を有する、請求項１から６のいずれか一つに記載のモータ。
8. 前記内側環状部の前記内側表面は、前記ロータと同心円上に位置する、請求項１から７のいずれか一つに記載のモータ。
9. 磁気ブリッジは、前記接続部のうちのすべての２つの隣接した前記接続部の間の前記内側環状部の一部に作られる、請求項１から８のいずれか一つに記載のモータ。
10. 前記磁気ブリッジは、前記内側環状部の外側表面内に形成される溝を備える、請求項９に記載のモータ。
11. 前記磁気ブリッジは、前記内側環状部内に形成されるアパーチャ又は孔を備える、請求項９に記載のモータ。
12. 前記接続部は、前記内側環状部及び前記外側環状部のうちの１つ又は両方に対して別々に作られる、請求項１から１１のいずれか一つに記載のモータ。
13. 前記ロータはロータコアをさらに備え、前記複数の永久磁極は、前記ロータコアの半径方向外側表面上に取り付けられた１つ以上の永久磁石によって作られる、請求項１から１２のいずれか一つに記載のモータ。
14. 前記ロータは円弧外周表面を有するロータコアをさらに備え、前記複数の永久磁極は、前記ロータコアの前記円弧外周表面上に取り付けられた１つよりも多い永久磁石により形成され、前記ロータコアの前記円弧外周表面は、軸方向に延びる複数の溝とともに形成され、各溝は、２つの隣接した永久磁極の接合点の半径方向内側に配置される、請求項１から１２のいずれか一つに記載したモータ。

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