JP2013046571A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】電気モータ、特に、ブラシレス直流モータを提供する。
【解決手段】ブラシレスモータは、固定子と外側回転子を有する。固定子は、６Ｎの歯及びそれぞれ歯の周りに巻かれた６Ｎのコイルを有する固定子コアを含み、Ｎは、１に等しいか又はそれよりも大きい整数である。回転子は、６Ｎ±２の永久磁石を含む。永久磁石は、固定子コアの周りに周方向に配置され、かつ空隙を横切って歯に面している。空隙の半径方向厚みは、モータの円周方向に沿って不均一である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気モータ、特に、ブラシレス直流モータに関する。

ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータが広く受け入れられるのに伴って、より高品質のＢＬＤＣモータの需要が増大している。ＢＬＤＣモータの永久磁石極及び電磁極の数に関連する改善は、品質及び効率を改善してきた。例えば、Ｋｏｎｅｃｎｙに付与された米国特許第４，７７４，４２８号明細書は、３（２ｎ＋１）±１個の永久磁石極と３（２ｎ＋１）個の電磁極とを有するモータを教示している。Ｋｏｎｅｃｎｙの特許によって提供された品質及び効率に対する問題の解決策は、非対称コイル巻線パターンと、従って、有意な非対称半径方向力とを伴うモータをもたらす。これらの非対称半径方向力は、モータが重負荷の下で作動する時の用途において特に有害である。また、永久磁石極と電磁極の間の均一な空隙は、有意なトルクリップル又はコギングトルクをもたらす。

米国特許第４，７７４，４２８号明細書

すなわち、対称半径方向力と低コギングトルクを有するブラシレスモータに対する要望が存在する。

従って、その１つの態様では、本発明は、Ｎが１に等しいか又はそれよりも大きい整数である場合に、６Ｎの歯を有する固定子コアと歯の周りにそれぞれ巻かれた６Ｎのコイルを有する固定子巻線とを含む固定子と、シャフトとシャフトに固定された回転子コアと回転子コアに固定された６Ｎ±２の永久磁石とを含む回転子とを含むブラシレスモータを提供し、永久磁石は、固定子コアの周りに周方向に配置され、かつ空隙を横切って歯に面し、空隙の半径方向厚みは、モータの円周方向に沿って不均一である。

好ましくは、各永久磁石は、周方向中心と２つの周方向端部とを有し、中心での各永久磁石の半径方向厚みは、周方向端部での半径方向厚みよりも大きく、空隙の半径方向厚みは、磁石の周方向端部よりも磁石の中心でより小さい。

好ましくは、各永久磁石の半径方向内面は、平坦面である。

好ましくは、各永久磁石の半径方向内面は、弓形面であり、磁石の周方向中心は、その周方向端部よりも整列した歯により近い。

好ましくは、固定子コアの各歯は、モータの軸線方向にその半径方向外面上を延びる少なくとも１つのスロットを有する。

好ましくは、隣接する永久磁石は、互いから周方向に離間している。

好ましくは、回転子コアは、カップ状シェルを含み、シェルは、シェル端部と、シェル端部から突出する実質的に管状の壁とを有し、永久磁石は、壁の内面に固定される。

好ましくは、シェル端部は、ファンを装着するためのいくつかの組立孔を含む。

好ましくは、シェル端部は、空気をモータの内部を通して流すためのいくつかの開口部を有する。

好ましくは、固定子は、固定子コアに固定されてその中心を通過する中空支持部分を有する装着プレートを有し、シャフトは、支持部分の内面に固定された少なくとも２つの軸線方向に離間したベアリングによって支持部分に固定される。

好ましくは、装着プレートは、制御回路基板を受け入れるために回転子から離れる方向に向く面に凹部を有する。

好ましくは、装着プレートは、中空支持部分と連通する貫通孔を有する。

その第２の態様により、本発明は、ファンと、ファンに接続された回転子及び回転子に受け入れられた固定子を有するブラシレスモータとを含む冷却ファンアセンブリを提供し、固定子は、Ｎが１に等しいか又はそれよりも大きい整数である場合に、６Ｎの歯を有する固定子コアと、歯の周りにそれぞれ巻かれた６Ｎのコイルを有する固定子巻線とを含み、回転子は、シャフトと、シャフトに固定された回転子コアと、回転子コアに固定された６Ｎ±２の永久磁石とを含み、永久磁石は、固定子コアの周りに周方向に配置され、かつ空隙を横切って歯に面し、空隙の半径方向厚みは、モータの円周方向に沿って不均一である。

好ましくは、ファンは、区画を有する中心管状ハブと、管状ハブから半径方向に延びるいくつかのベーンとを有し、回転子は、この区画に配置される。

好ましくは、回転子コアは、カップ状シェルを有し、ファンは、シェルに直接に接続される。

ここで本発明の好ましい実施形態を添付図面の図を参照して単に一例として以下に説明する。図中、１つよりも多くの図に現れる同一の構造体、要素、又は部品は、一般的に、それらが現れる図の全てにおいて同じ参照番号を用いてラベル付けされる。図に示す構成要素及び特徴の寸法は、一般的に、便宜上かつ呈示を明瞭にするように選択され、必ずしも縮尺に従っていない。図は、以下に列挙されている。

本発明の好ましい実施形態によるＢＬＤＣモータを示す図である。 図１のモータの断面図である。 図１のモータの固定子及び回転子を示す図である。 図３の固定子及び回転子の平面図である。 図４の回転子の磁石を示す図である。 本発明の別の実施形態によるＢＬＤＣモータの回転子及び固定子の図４と類似の平面図である。 冷却ファンアセンブリを形成するために図１のモータと共に使用するためのファンを示す図である。

図１から５を参照すると、本発明の好ましい実施形態によるブラシレスモータ１は、回転子１０と固定子４０を含む。

回転子１０は、シャフト１２、シャフトに固定された回転子コア、及び回転子コアに固定された６Ｎ±２の永久磁石２４を含み、Ｎは、１に等しいか又はそれよりも大きい整数である。好ましい実施形態では、回転子１０は、１０の永久磁石を有する。回転子コアは、カップ状シェル１４の形状をしている。シェル１４は、ディスク状シェル端部１５と、シェル端部１５の周方向縁部から延びる実質的に管状の壁２３とを有する。シェル端部１５は、その中心に固定孔１７を形成する。理想的には、固定孔は、管状ボスの形状をしている。永久磁石２４は、例えば、接着剤によって壁２３の内面に固定される。従って、各永久磁石２４は、永久磁石極を構成する。シャフト１２の一端は、固定孔１７に圧入されることによってシェルに固定される。

固定子４０は、固定子コア４２、いくつかのコイル４６、及び装着プレート４８を含む。固定子コア４２は、実質的に管状のヨーク４３とヨーク４３の外面から外向きに突出する６Ｎの歯４５とを有し、Ｎは、１に等しいか又はそれよりも大きい整数である。好ましい実施形態では、固定子コア４２は、１２の歯を有する。コイル４６は、１２個あり、各々は、単一のそれぞれの歯の周りに巻かれる。コイル４６は、「Ｙ」型接続パターン又は「デルタ」接続パターンで接続することができるが、それらは、公知のものであり、ここで詳細に説明しないことにする。各歯４５及びその周りに巻かれたコイル４６は、電磁極を形成する。装着プレート４８は、中空、好ましくは、管状の支持部分４９を有する。管状支持部分４９は、固定子コア４２が装着プレート４８に固定されるようにヨーク４３に挿入される。図４では、回転子１０と固定子４０は、装着プレートが省かれたモータ１の平面図に示されており、２つのコイルも省かれて固定子コアの歯４５の構造を示している。

シャフト１２は、シェル１４が回転可能に固定子アセンブリ４０に固定されるように支持部分４９の中心の貫通孔に固定された２つの軸線方向に離間したベアリング２８によって管状支持部分４９に固定される。従って、永久磁石２４は、固定子コア４２の周りに配置され、空隙３０にわたって歯４５に面している。一方、壁２３の自由端は、装着プレート４８から離間している。

歯４５の外側端面と歯４５に面する整列した永久磁石２４の内面との間の半径方向距離を意味する空隙３０の半径方向厚みは、モータ１の円周方向に一定又は均一ではない。空隙が均一な従来のモータと比較して、空隙３０が均一ではない本発明によるモータは、鉄損が少なくコギングトルクが少ない。均一な空隙と比較して、不均一な空隙３０はまた、正弦波に近い逆起電力（ＥＭＦ）を作り、そのために電流、特に、疑似正弦電流又は正弦電流がコイル４６を通って流れる時に、トルクリップルが遥かに小さくなることになる。また、モータが６Ｎの電磁極と６Ｎ±２の永久磁石極を有するので、２つの真反対の電磁極だけが、永久磁石と同時に整列することができる。従って、半径方向力が対称でモータの回転が滑らかである。

好ましくは、各永久磁石２４の中心におけるモータの半径方向厚みは、永久磁石２４の周方向端部における半径方向厚みよりも大きい。従って、各磁石の中心における空隙３０の半径方向厚みは、各磁石の端部におけるそれよりも小さく、従って、不均一な空隙を形成する。従って、歯の半径方向外側の面の曲率が磁石のそれよりも大きいことは、不均一な空隙を形成する別の方法であることを理解すべきである。

好ましくは、図５に示すように、永久磁石２４の内面２５は平坦であるが、その外面２７は弓形であり、壁２３の内面に適合する。別の実施形態では、永久磁石２４の内面２５も、内面２５の中心がその半径方向端部よりも整列した歯により近い弓形面とすることができる。

好ましくは、装着プレート４８は、支持部分４９に連通する貫通孔５１を形成することができる。従って、２つのベアリングの一方は、貫通孔５１を通じて支持部分４９に容易に挿入することができる。

好ましくは、隣接する永久磁石２４は、互いから離間し、それによって磁石の面を横切る磁束の漏れが低減される。

好ましくは、各歯４５は、コギングトルクを低減するために、モータの軸線方向にその半径方向外面上を延びる少なくとも１つ、好ましくは、３つのスロット４７を形成する。

好ましくは、シェル端部１５は、図７に示すファンのようなファン６０を装着するためのいくつかの第１の組立孔１９を形成する。ファン６０は、中心管状ハブ６２と、ハブ６２から半径方向に延びるいくつかのベーン６４とを含む。ハブ６２は、第１の組立孔１９に対応するいくつかの第２の組立孔６８と、モータ１の回転子１０を受け入れる区画６６とを形成する。回転子１０が区画６６に受け入れられるように、スクリュー（図示せず）が、第１及び第２の組立孔１９、６８を通じてファンを回転子に接続する。従って、ファン６０は、モータに固定されて冷却ファンアセンブリを作る。

シェル端部１５は、モータの内部を通って、すなわち、壁２３と装着プレート４８の間の空間から空隙３０及び隣接する歯４５の間のスロットを通り、最終的に開口部２１の外に又はその反対に空気が流れるためのいくつかの開口部２１を更に形成することができる。

好ましくは、装着プレート４８は、回転子１０から離れる方向に向く面上にモータの制御回路基板（図示せず）を受け入れるためのチャンバ／凹部５３を形成する。

ＢＬＤＣモータは、１２個の電磁極と１０個の永久磁石極に限定されないことを理解すべきである。例えば、１２個の電磁極と１４個の永久磁石極を有するモータが図６に示されている。図６は、本発明の更に別の実施形態によるＢＬＤＣモータの回転子及び固定子を示している。それ以外では、このモータの構成は、第１の実施形態のモータと同様である。

本出願の説明及び特許請求の範囲では、動詞「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｅ」、「ｃｏｎｔａｉｎ」、及び「ｈａｖｅ」、及びそれらの変形の各々は、包含的な意味で使用され、述べられた品目の存在を指定するが、追加品目の存在を除外しない。

本発明は、１つ又はそれよりも多くの好ましい実施形態を参照して説明したが、様々な修正が可能であることは、当業者によって認められるべきである。従って、本発明の範囲は、以下に続く特許請求の範囲を参照することによって判断されるものとする。

１ ブラシレスモータ
１０ 回転子
１９ 第１の組立孔
２１ 開口部
４０ 固定子
４８ 装着プレート

Claims (15)

1. ブラシレスモータであって、
   Ｎが１に等しいか又はそれよりも大きい整数である場合に、６Ｎの歯を有する固定子コアと該歯の周りにそれぞれ巻かれた６Ｎのコイルを有する固定子巻線とを含む固定子と、
   シャフトと該シャフトに固定された回転子コアと該回転子コアに固定された６Ｎ±２の永久磁石とを含む回転子と、
   を含み、
   前記永久磁石は、前記固定子コアの周りに周方向に配置され、かつ空隙を横切って前記歯に面しており、該空隙の半径方向厚みが、ブラシレスモータの円周方向に沿って不均一である、
   ことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 各永久磁石が、周方向中心及び２つの周方向端部を有し、該中心での各永久磁石の前記半径方向厚みは、該周方向端部での該半径方向厚みよりも大きく、前記空隙の該半径方向厚みは、該磁石の該周方向端部よりも該磁石の該中心でより小さいことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 各永久磁石の前記半径方向内面は、平坦面であることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
4. 各永久磁石の前記半径方向内面は、該磁石の前記周方向中心がその前記周方向端部よりも整列した歯に近い弓形面であることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
5. 前記固定子コアの各歯が、モータの軸線方向にその前記半径方向外面上を延びる少なくとも１つのスロットを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 隣接する永久磁石が、互いから周方向に離間していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモータ。
7. 前記回転子コアは、カップ状シェルを含み、該シェルは、シェル端部と、該シェル端部から突出する実質的に管状の壁とを有し、前記永久磁石は、該壁の内面に固定されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のモータ。
8. 前記シェル端部は、ファンを装着するためのいくつかの組立孔を含むことを特徴とする請求項７に記載のモータ。
9. 前記シェル端部は、空気をモータの内部を通して流すためのいくつかの開口部を含むことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のモータ。
10. 前記固定子は、更に、前記固定子コアの中心に固定されてそこを通過する中空支持部分を有する装着プレートを含み、前記シャフトは、該支持部分の内面に固定された少なくとも２つの軸線方向に離間したベアリングによって該支持部分に固定されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のモータ。
11. 前記装着プレートは、前記回転子から離れる方向に向く面に制御回路基板を受け入れるための凹部を含むことを特徴とする請求項１０に記載のモータ。
12. 前記装着プレートは、前記中空支持部分に連通する貫通孔を含むことを特徴とする請求項１０又は請求項１２に記載のモータ。
13. 冷却ファンアセンブリであって、
    ファンと、
    前記ファンに接続された回転子と該回転子に受け入れられた固定子とを有するブラシレスモータと、
    を含み、
    前記固定子は、Ｎが１に等しいか又はそれよりも大きい整数の場合に、６Ｎの歯を有する固定子コアと、該歯の周りにそれぞれ巻かれた６Ｎのコイルを有する固定子巻線とを含み、
    前記回転子は、シャフトと、該シャフトに固定された回転子コアと、該回転子コアに固定された６Ｎ±２の永久磁石とを含み、
    前記永久磁石は、前記固定子コアの周りに周方向に配置され、かつ空隙を横切って前記歯に面し、該空隙の半径方向厚みが、前記モータの周方向に沿って不均一である、
    ことを特徴とする冷却ファンアセンブリ。
14. 前記ファンは、区画を有する中心管状ハブと該管状ハブから半径方向に延びるいくつかのベーンとを含み、前記回転子は、該区画に配置されることを特徴とする請求項１３に記載のアセンブリ。
15. 前記回転子コアは、カップ状シェルを含み、前記ファンは、該シェルに直接に接続されることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のアセンブリ。

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