JP2016214071A - 単相アウターロータ型モータ及びそのステータ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクを効果的に低減することができるアウターロータ型モータ及びそのステータを提供すること。【解決手段】単相アウターロータ型モータは、ステータと、該ステータを取り囲むロータとを備える。ステータとロータとの間には均一な隙間が形成される。ステータはステータコアを含む。ステータコアは、ヨークと複数の歯とを含む。歯の各々は歯本体と歯先端とを含む。巻付スロットが２つの隣接する歯本体の間に形成される。巻線は、歯本体の周りに巻き付けられる。歯先端は、ロータに向かい合う外周面を形成する。全ての歯先端の外周面は、互いに接続され、集合的に実質的に円筒面を形成する。歯先端の外周面には、歯先端の外周面の中心から外れた位置決め溝が形成され、これはロータが死点位置で停止するのを防止する。【選択図】図１７

Description

本発明は、単相モータ、特に単相アウターロータ型モータに関する。

通常、単相モータは、洗濯機、食器洗浄機、冷蔵庫、エアコン等の小出力家庭用電気機器で使用される。ステータとロータとの相対的な位置の観点から、単相モータは、インナーロータ型モータとアウターロータ型モータとに分類される。単相アウターロータ型モータでは、文字通り、ステータが内側に配置され、ロータがステータを取り囲み、ロータに負荷を直接組み込むことができる。単相モータに関して、ロータとステータの磁極の数が同じなので、ロータが停止した場合、ロータの磁極の中心がステータの磁極に対して半径方向に整列する死点位置で停止しやすい。これは、モータの通電時にロータの起動失敗を引き起こす可能性がある。この問題を解決するために、従来、ステータ及びロータの磁極の間には不均一な隙間が形成されており、隙間は、磁極の円周方向の一方側から他方側へ漸増又は漸減しており、結果的に、ロータが死点位置で停止するのを防止する。しかしながら、この解決策は、大きなコギングトルク、従って、モータの大きな振動及び騒音をもたらす。

従って、コギングトルクを効果的に低減することができる、アウターロータ型モータ及びそのステータに対する要望がある。

１つの態様において、本発明は、単相アウターロータ型モータ用ステータを提供し、ステータコアと該ステータコアに巻き付けられた巻線とを含む。ステータコアは、ヨークと、該ヨークの外側縁から半径方向外向きに延びる複数の歯とを含む。歯の各々は、ヨークに結合した歯本体と、歯本体の遠位端に形成された歯先端とを含む。巻付スロットが２つの隣接する歯本体の間に形成される。巻線は、歯本体の周りに巻き付けられる。歯先端は、ロータに向かい合う外周面を形成し、全ての歯先端の外周面は、互いに接続され、集合的に実質的に円筒面を形成し、歯先端の外周面には、歯先端の外周面の中心から外れた位置決め溝が形成される。

好ましくは、歯先端は、円周方向に接続されて閉じたリング形状を有し、２つの隣接する歯先端の間に磁気ブリッジが形成される。

好ましくは、磁気ブリッジの内側面は、少なくとも１つの溝を形成する。

好ましくは、歯先端は、歯本体の幅よりも大きな幅を有し、歯先端の円周方向の両側部は、歯本体を超えて延びて２つのウイング部をそれぞれ形成し、位置決め溝は、歯先端の外周面に対応するウイング部に配置される。

好ましくは、歯本体の半径方向内側端は、ヨークに対して分離可能に結合される。

好ましくは、歯本体の半径方向外側端は、歯先端に対して分離可能に結合される。

他の態様において、本発明は、上記のステータ及び該ステータを取り囲むロータを含む単相アウターロータ型モータ用ステータを提供する。ロータは複数の磁極を含む。ロータとステータとの間には実質的に均一な隙間が定められる。

好ましくは、ロータが静止している場合、ステータの位置決め溝は、ロータの２つの隣接する磁極の間の領域に整列する。

さらに別の態様において、本発明は、ステータと、該ステータを取り囲むロータとを備える単相アウターロータ型モータを提供する。ロータは、ハウジングと、該ハウジングの内部に付着した永久磁石を含み、複数の永久磁極を形成するようになっている。磁極は、ステータに向かい合う内周面を有する。ステータコアは、ヨークと、該ヨークの外側縁から外向きに延びる複数の歯とを含む。歯の各々は、歯本体の遠位端に形成された歯先端を含む。歯先端は、ロータに向かい合う外周面を有する。好ましくは、磁極の内周面と歯先端の外周面との間には、実質的に均一な隙間が形成される。歯先端の外周面には、歯先端の外周面の中心から外れた位置決め溝が形成される。

好ましくは、ロータが静止している場合、ステータの位置決め溝は、ロータの２つの隣接する磁極の間の領域に整列する。

好ましくは、歯先端は、円周方向で互いに接続し、歯先端の外周面は、集合的に実質的に円筒面を形成する。

好ましくは、２つの隣接する歯先端の間に磁気ブリッジが形成され、ヨークに向かい合う磁気ブリッジの内側面は、少なくとも１つの溝を形成する。

好ましくは、歯の各々は、ヨークに結合した歯本体を含み、歯先端は、歯本体の半径方向外側端に配置され、歯本体は、歯先端に対して分離可能に結合される。

好ましくは、歯の各々は、ヨークに結合した歯本体を含み、歯先端は、歯本体の半径方向外側端に配置され、歯本体は、ヨークに対して分離可能に結合される。

別の態様において、本発明は、前記のモータを用いた電気機器を提供する。

従来のアウターロータ型モータと比較して、本発明の単相アウターロータ型モータのステータ及びロータは、その間に実質的に均一な隙間を規定し、これはコギングトルクを効果的に低減する。加えて、歯先端の外周面は、歯先端の中心から外れた位置決め溝を形成し、これはモータが非通電の場合にロータが死点位置で停止するのを防ぎ、結果的に、モータに通電する場合にモータロータは確実に起動することができる。

本発明の１つの実施形態によるアウターロータ型モータのステータを示す。 図１の平面図である。 図１のステータのステータコアを示す。 図３の平面図である。 形成前の図３のステータコアを示す。 図５の平面図である。 第２の実施形態によるステータのステータコアを示す。 形成前の図７のステータコアを示す。 第３の実施形態によるステータのステータコアを示す。 形成前の図９のステータコアを示す。 第４の実施形態によるステータのステータコアを示す。 形成前の図１１のステータコアを示す。 第５の実施形態によるステータのステータコアを示す。 形成前の図１３のステータコアを示す。 第６の実施形態によるステータのステータコアを示す。 第７の実施形態によるステータのステータコアを示す。 第８の実施形態によるステータのステータコアを示す。 第９の実施形態によるステータのステータコアを示す。 本発明の１つの実施形態によるアウターロータ型モータのロータを示す。 第２の実施形態によるロータを示す。 第３の実施形態によるロータを示す。 第４の実施形態によるロータを示す。 第５の実施形態によるロータを示す。 図１から図４のステータと図１８のロータとによって形成されたモータを示す。 図２４のボックスＸの拡大図であり、明確化のために磁力線が削除されている。 図２４のモータが死点位置にある場合の位置関係を示す。 図１から図４のステータと図２１のステータとによって形成されたモータを示す。 図９から図１０のステータと図２０のロータとによって形成されたモータを示す。 図９から図１０のステータと図２３のロータとによって形成されたモータを示す。 図１８のステータと図１９のロータとによって形成されたモータを示す。 図１７のステータと図１８のロータとによって形成されたモータを示す。 電気機器で使用される本発明のモータ１を示す図である。

本発明の技術的解決法及び結果を詳細に説明するために、本発明の好ましい実施形態は、以下に添付図面を参照して説明される。

単相アウターロータ型モータは、ステータと、ステータを取り囲むロータとを含む。ステータ及びロータは、様々な異なる構造とすることができ、異なるステータ及びロータを組み合わせると、特性が異なるモータを得ることができる。図１から図１６は、ステータの複数の実施形態を例示し、図１７から図２１は、ロータの複数の実施形態を例示し、図２２から図２８は、上記ステータ及びロータによって形成された複数のモータが例示される。各図面は、単に参照及び例示を目的とすることを理解されたい。本発明のステータ及びロータは、図示の実施形態に限定されるものではなく、また、ステータ及びロータによって形成されたモータは、図示の実施形態に限定されるものではない。

図１から図４は、第１の実施形態によるステータ１０を示す。この実施形態では、ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコア１２の周りに配置された絶縁ブラケット１４と、絶縁ブラケット１４の周りに巻き付けられた巻線１６とを含む。

ステータコア１２は、ケイ素鋼板のような磁気伝導性材料を積み重ねることによって形成される。ステータコア１２は、環状ヨーク１８と、ヨーク１８の外側端から一体に半径方向外向きに延びる複数の歯２０とを含む。歯２０は、ヨーク１８の円周方向に沿って等間隔で配置される。各歯２０は、ヨーク１８に結合した歯本体２２と、歯本体２２の遠位端に形成された歯先端２４とを含む。歯本体２２は直線状に延びる。歯本体２２は、環状ヨーク１８の半径方向に沿って延びることが好ましい。２つの隣接する歯本体２２の間に巻付スロット２６が形成される。巻付スロット２６は概して扇形であり、ヨーク１８から半径方向外向きに漸増する幅を有する。歯先端２４は、全体的に円弧状であり、概して円周方向に沿って延び、歯本体２２に対してほぼ対称である。歯先端２４の各々は、歯２０の歯本体２２の中心を通過するモータの半径に対して対称であることが好ましい。円周方向において、歯先端２４の幅は歯本体２２の幅よりも大きく、歯先端２４の円周方向の両側には、歯本体２２を越えて延びる２つのウイング部２８がそれぞれ形成される。この実施形態では、隣接する歯先端２４のウイング部２８の間に狭いスロット開口部３０が形成される。

歯先端２４の各々は、歯本体２２に向かい合う内側面３２と、ロータ５０に向かい合う外側面３４とを含む。外側面３４は円弧面であることが好ましい。歯先端２４の外側面３４は、ステータ１０の外側面として機能し、ステータ１０のヨーク１８と同軸のほぼ同じ円筒面に配置される。歯先端２４の内側面３２には切込溝３６が形成される。この実施形態では、本体２２に隣接しかつこれから離間した、２つのウイング部２８に対称に配置された２つの切込溝３６が存在する。各切込溝３６は、半径方向、即ち歯先端２４の厚さ方向に沿って延び、歯先端２４の内側面３２に広がる。切込溝３６の深さは、切込溝３６における歯先端２４の厚さのほぼ半分であり、切込溝３６は磁路に大きな影響を及ぼさない。

巻線１６は、歯本体２２に巻き付けられ、歯先端２４の内側に位置する。巻線１６、歯本体２２、及び歯先端２４の内側面３２は、絶縁ブラケット１４によって別々に分離される。通常、絶縁ブラケット１４は、巻線１６の短絡を防止するために、プラスチック材料から作られる。図５及び図６に示すように、ステータコア１２に巻線を巻き付ける前に、歯先端２４の切込溝３６の外側の部分は、外側に傾けられ、隣接する歯先端２４の間の間隔を広げるようになっており、巻線１６は、歯本体２２に好都合に巻き付けることができる。巻き付け終了後に、歯先端２４の外側面３４は、内向きに押し付けて、歯先端２４を変形させて歯本体２２に向かって湾曲させ、円弧状の外側面３４を形成する。この工程中に、各歯先端２４の間の間隔が減少して、スロット開口部３０が狭くなり、狭いスロット開口部３０が形成され、さらに切込溝３６が狭くなるか又はスリット形状になる場合もある。好ましくは、歯先端２４の切込溝３６の外側の部分での変形前と変形後のこの部分の角度、即ち変形角度は、１５°から６０°の範囲にある。より好ましくは、歯先端２４の切込溝３６の外側部分の変形角度は、２０°から４５°の範囲にある。

同じ大きさのステータに関して、ステータ１０のステータコア１２の歯先端２４は、巻線を巻き付ける前に外側に傾けられるので、巻線の巻き付けが容易になる。巻付工程の終了後に、歯先端２４を変形させて内側に曲げる。一段打抜きによって形成したケイ素鋼板を積み重ねることによって形成される従来のステータコア構造と比較すると、歯先端２４の円周方向の幅はより大きくなり、歯先端２４の間のスロット開口部３０の幅は非常に小さくなり、好ましくは従来のステータコア構造のスロット開口部３０の幅の半分又はそれ未満になり、これによりコギングトルクが効果的に低減される。切込溝３６は、歯先端２４の内側への曲げ変形を容易にするために形成され、一部の実施形態において、歯先端２４の材料自体がある程度の変形能力を有する場合には切込溝３６を省略できることを理解されたい。

図７は、第２の実施形態によるステータ１０のステータコア１２を示し、上記ステータコアとは異なっており、この実施形態の歯先端２４の各々は、両ウイング部２８の一方にのみ切込溝３６が形成される。各図に示される向きを例に取ると、各切込溝３６は、対応する歯本体２２の反時計回り側のウイング部２８に形成される。図８に示すように、形成前に、歯本体２２の反時計回り側にある歯先端２４のウイング部２８だけがステータコア１２の外側に傾けられる。歯先端２４の同じ側にある全てのウイング部２８を傾けるので、各々の傾けられたウイング部２８と、隣接する歯先端２４の傾けられていないウイング部２８とは円周方向で互いにオフセットし、隣接するウイング部２８の間には同様に大きな間隔が存在し、巻き付けが容易になる。巻付工程の終了後、傾けられたウイング部２８を内側に曲げると、隣接するウイング部２８の間の間隔が減少し、狭いスロット開口部３０が形成されてコギングトルクが低減される。

図９は、第３の実施形態によるステータ１０のステータコア１２を示し、上記の実施形態と比較すると、第３の実施形態のステータコア１２は、ウイング部２８と歯本体２２との接続領域に切込溝３６が形成される点で相違し、図１０に示すように、巻き付け前に２つのウイング部２８の一方だけが外側に傾けられる。従って、ステータコアの形成前に、切込溝３６は大きな深さを有すること、歯先端２４はより大きな傾斜角を有すること、各歯先端２４の間の距離をより大きくすることができるので、巻き付けをより好都合に行うことができる。加えて、ウイング部２８と歯本体２２との各接続領域の両方に切込溝３６を形成することができ、巻き付け前に両方のウイング部２８を外側に傾けることができることを理解されたい。

図１１から図１４は、別の２つの実施形態によるステータ１０のステータコア１２を示し、これらは、一部の歯先端２４に切込溝３６が形成されるが、他の歯先端には切込溝３６が形成されない点で相違する。切込溝付きの歯先端２４は、切込溝がない歯先端２４と交互に配置される。好ましくは、切込溝３６付きの歯先端２４の切込溝３６は、２つのウイング部２８のそれぞれに形成される。ステータコアの形成前に、両方のウイング部２８を外側に傾けると、切込溝３６がない隣接の歯先端との間の間隔がより大きくなり、巻き付けが容易になる。図１１及び図１２に示すように、切込溝３６は、ウイング部２８と歯本体２２との接続領域のそれぞれに形成することができる。代替的に、図１３及び図１４に示すように、切込溝３６は、ウイング部２８の中間部に形成して歯本体２２から離すこともできる。

上記の実施形態では、ステータコア１２の歯先端２４のウイング部２８は、巻き付け前に外側に傾けられ、巻き付け後に変形されて内側に曲がる。従って、巻線１６の巻き付けが容易になり、ステータコアを最終形成した後、歯先端の円周方向の幅はより大きくなってより小さなスロット開口部３０を形成することができ、これによりコギングトルクが低減される。実際、各スロット開口部３０の反対側のウイング部２８の一方を外側に傾ける限り、同じステータコア１２の各歯先端２４における２つのウイング部の一方だけを又は両方を外側に傾けること、又は２つのウイング部の両方を外側に傾けないことが可能である。上記の目的は、傾けられたウイング部及び傾けられないウイング部を、図示した実施形態に限定されない様々な適切なパターンで組み合わせることによって実現できる。上述の様々な実施形態では、ステータコア１２の歯先端２４は、円周方向に沿って不連続であり、これにより各歯先端の間に狭いスロット開口部３０が形成される。他の実施形態では、歯先端２４は、円周方向に沿って互いに接続することができ、結果的にコギングトルクが最小になる。

図１５及び図１６は、別の２つの実施形態によるステータ１０のステータコア１２を示す。これらの２つの実施形態では、隣接する歯先端２４の間に磁気ブリッジ３８が形成される。磁気ブリッジ３８は、歯先端２４を一体的に接続して集合的に閉じた環状輪郭部を形成するようになっている。好ましくは、閉じた環状輪郭部は、磁気ブリッジ３８の位置で半径方向厚さが最小である。より好ましくは、磁気ブリッジ３８の内側面には１又は２以上の軸方向に延びる溝４０が形成される。図示のように、磁気ブリッジ３８の各々には、円周方向に沿って等間隔に配置された複数の溝４０が形成される。巻き付けを行なうために、歯先端は、歯本体２２との間の接続領域で分離することができる（図１５に示す）。従って、巻付工程の終了後、歯先端２４によって集合的に形成された環状輪郭部は、軸方向に沿って歯本体２２の周りで再び接続され、ステータコア１２を形成する。図１６に示す実施形態では、歯本体２２は、ヨーク１８との間の接続領域で分離され、巻付工程の終了後、ヨーク１８は歯本体２２の内部で組み立てられ、ステータコア１２が形成される。

図１７及び図１８は、別の２つの実施形態によるステータコア１２を示す。これらの２つの実施形態のステータコア１２の構造は、それぞれ図１５及び図１６の実施形態と概して同じであるが、歯先端２４の外周面３４が、ウイング部２８に配置されかつ歯先端２４の中心から外れた位置決め溝４２を備える点で相違しており、歯先端２４は、歯２０の歯本体２２の中心を通るモータの半径に対して非対称である。

図１９から図２３は、本発明の様々な実施形態によるロータ５０を示す。ロータ５０は、ハウジング５２と、ハウジング５２の内側に付着された１つ又は複数の永久磁石５４とを含むアウターロータである。永久磁石５４の外周面は、ハウジング５２に付着され、これは接着剤で配置すること、又はインサート成形によって一体に結合することができる。永久磁石５４の内側面５６は、内部にステータ１０を取り付けるための間隔を定める。この間隔のサイズは、ステータ１０よりもわずかに大きく、ステータ１０とロータ５０との間には隙間が形成される。

図１９は、第１の実施形態によるロータ５０を示す。この実施形態では、永久磁石５４は、ハウジング５２の円周方向に沿って等間隔に配置された複数の分割磁石を含み、隣接する２つの永久磁石５４の間の各々に隙間が形成される。永久磁石５４の各々は、ロータ５０の１つの永久磁極として機能し、隣接する磁極は反対の極性を有する。この実施形態では、永久磁石５４の各々は円環の一部であり、ステータ１０に対向する永久磁石５４の内側面５６は円弧面である。全ての永久磁石５４の内側面５６は、ロータ５０の内側面を形成し、ロータ５０と同軸の同じ円筒面に配置される。上述のステータの何れか１つをロータ５０に取り付けた場合、ステータ１０の歯先端２４の外側面とロータ５０の永久磁石５４の内側面５６との間の半径方向距離は、円周方向に沿って一定であり、結果的にステータ１０及びロータ５０の間には実質的に均一な隙間が形成される。

好ましくは、永久磁石５４の各々の極弧係数、すなわち３６０度をロータの極数Ｎで割った商に対する永久磁極５４のスパン角度αの比率（つまり、α：３６０／Ｎ）は、０．７よりも大きく、これはモータのトルク特性を改善して、モータ効率を向上させることができる。モータのステータ１０及びロータ５０の様々な実施形態では、永久磁石５４の数は歯２０の数と同じであり、すなわちステータ１０及びロータ５０の磁極は同じである。図示のように、８個の永久磁石５４及び８個の歯２０があり、８個の磁石５４はロータ５０の８個の磁極を形成し、８個の歯２０はその間に８個の巻付スロット２６を定めて、協働的に８極かつ８スロット形式のモータを形成する。他の実施形態では、ステータ１０の歯２０の数は、ロータ５０の永久磁石５４の数と倍数関係にすることができる。例えば、歯２０の数は、永久磁極５４の数の２倍又は３倍にできる。好ましくは、ステータ１０の巻線１６は、電気的に接続され、単相ブラシレス直流モータドライバによって単相直流電流が供給されて、単相直流ブラシレスモータを形成する。別の実施形態では、本発明のデザインは、単相永久磁石同期モータにも適用できる。

図２０から図２３は、複数の他の実施形態によるロータ５０を示す。これらの実施形態では、磁石５４の内周面５６は円筒状円弧面ではなく、ステータ１０が取り付けられた後、ステータ１０とロータ５０との間に不均一な隙間が形成される。これらの実施形態は以下で詳しく説明する。

図２０は、第２の実施形態によるロータ５０を示す。第２の実施形態では、永久磁石５４は、厚さ方向に沿って延びる中心線に対して対称である。永久磁石５４の厚さは、永久磁石５４の円周方向中央部から円周方向の両側部まで漸減する。ステータ１０に向かい合う各永久磁石５４の内側面５６は、ステータの半径方向外側面の接線方向と平行に延びる平坦面である。永久磁石５４の各々は永久磁極を形成する。図２０に示す半径方向断面では、永久磁石５４の内側面は、それぞれ正多角形の各辺に位置付けられる。従って、永久磁極５４とステータ１０との間に形成された隙間は、対称で不均一な隙間である。隙間のサイズは、永久磁石５４の円周方向中央部に対応する位置で最小値を有し、最小値の位置から永久磁石５４の２つの円周方向側部に向かって漸増する。対称で不均一な隙間を備えることで、モータが電源オフとなった場合に、死点位置から外れた位置でのロータ５０の位置決めが容易になり、モータ５０の始動の際にロータを上手く起動させることができる。

図２１は、第３の実施形態によるロータ５０を示し、主として、永久磁石５４が円周方向に閉じたリング形状の一体構造である点で図２０の実施形態とは相違する。リング形状の永久磁石５４は、円周方向に複数のセクションを含む。各セクションは、ロータ５０の１つの磁極として機能し、隣接するセクションは極性が異なる。図２０のロータ５０の各永久磁石５４と同様に、永久磁石５４の各セクションは、厚さが円周方向中央部から円周方向の両側部まで漸減する。ステータ１０に向かい合う各セクションの内側面５６は平坦面である。図２１に示す半径方向断面では、永久磁石５４の全てのセクションは、協働してロータ５０の正多角形の内側面を形成する。図２０の実施形態と同様に、永久磁石５４の各磁極とステータ１０の外側面との間に形成された隙間は、対称で不均一な隙間である。

図２２は、図２０の実施形態に類似した第４の実施形態によるロータ５０を示し、ロータ５０は、円周方向に間隔をあけて配置された複数の永久磁石５４を含み、各永久磁石５４は、平坦な内周面５６を有する。上記の実施形態とは異なり、この実施形態では、永久磁石５４は非対称構造であり、厚さは、一方の円周方向側部から他方の円周方向側部に向かって漸増し、他方の円周方向側部に隣接する位置から漸減する。永久磁石５４の厚さは、円周方向中央から外れた位置で最大となり、永久磁石５４の円周方向の両側部では厚さが異なっている。永久磁石５４の内側面５６の２つの端部側面とロータ５０の中心とを間の結ぶ線は、不二等辺三角形を形成する。従って、ステータ１０と組み合わせた後、ステータ１０とロータ５０との間には非対称で不均一な隙間が形成される。非対称で不均一な隙間を備えることで、モータが電源オフとなった場合に、死点位置から外れた位置でのロータ５０の位置決めが容易になり、モータ５０の始動の際にロータを上手く起動させることができる。

図２３は、第５の実施形態によるロータ５０を示す。この実施形態では、ロータ５０は、ハウジング５２と、ハウジング５２の内側に付着された複数の永久磁石５４及び磁性部材５８とを含む。磁性部材５８は、強磁性体又は希土類磁石のような硬磁性材料、もしくは鉄のような軟磁性材料から作ることができる。永久磁石５４及び磁性部材５８は、円周方向に間隔をあけて交互に配置され、１つの磁性部材５８が隣接する２つの永久磁石５４の間に挿入される。この実施形態では、永久磁石５４は、ほぼ正方形断面を有する柱形状である。隣接する２つの永久磁石５４の間には、円周方向の幅が永久磁石５４の幅よりも非常に大きい間隔が形成される。従って、磁性部材５８は、円周方向幅が永久磁石５４よりも大きく、その幅は、永久磁石５４の幅の数倍とすることができる。

磁性部材５８は、その中心を通るロータ半径に対して対称である。磁性部材５８の厚さは、円周方向中心／中央から円周方向の両側部まで漸減する。磁性部材５８の最小厚さ、即ち円周方向側部での厚さは、実質的に永久磁石５４の厚さと同じである。ステータ１０に向かい合う磁石部材５８の内周面６０は、ステータ１０の外側面の接線方向と平行に延びる平坦面である。従って、永久磁石５４の内周面５６及び磁性部材５８の内周面６０は、集合的に、ロータ５０の半径方向断面において対称な多角形であるロータ５０の内側面を形成する。ロータ５０をステータ１０に組み合わせた後、ステータ１０とロータ５０との間に形成される隙間は、対称で不均一な隙間である。好ましくは、永久磁石５４は、円周方向に沿って磁化される、すなわち永久磁石５４の円周方向側面が対応する極性を有するように分極される。隣接する２つの永久磁石５４は、反対の極性方向を有する。つまり、互いに対向する隣接する２つの永久磁石５４の２つの隣接する表面は、同じ極性を有する。従って、隣接する２つの永久磁石５４の間の磁性部材５８に対応する極性が付与され、隣接する２つの磁性部材５８は異なる極性を有する。

上記のステータ１０及びロータ５０の異なる組み合せから特性が異なるモータを得ることができ、その一部を以下に例示する。

図２４は、図１から図４に示した第１の実施形態のステータ１０と、図２０に示したロータ５０とによって形成されたモータを示す。ステータ１０の各歯先端２４は円周方向に離間してスロット開口部３０を形成し、歯先端２４の外側面３４は同じ円筒面に配置され、ステータ１０は外側面全体が円形である。ロータ５０の永久磁石５４は円周方向に離間し、ステータ１０と向かい合う永久磁石５４の内側面５６は平坦面であり、ロータ５０は内側面全体が正多角形である。ステータ１０の外側面３４とロータ５０の内側面５６とは、半径方向に離間して隙間６２を形成する。隙間６２は、半径方向の幅が永久磁極５４の円周方向に沿って変化する対称で不均一な隙間であり、永久磁極５４の中心線に対して対称である。隙間６２の半径方向の幅は、永久磁石５４の内側面５６の円周方向中央から円周方向側部に向かって漸増する。

図２５を同様に参照すると、永久磁石５４の内側面５６の円周方向中央と、歯先端２４の外側面３４との間の半径方向距離は、隙間６２の最小幅Ｇｍｉｎであり、永久磁石５４の内側面５６の円周方向側部と歯先端２４の外側面３４との間の半径方向距離は、隙間６２の最大幅Ｇｍａｘである。好ましくは、隙間の最小幅Ｇｍｉｎに対する最大幅Ｇｍａｘの比率は、１．５よりも大きく、すなわちＧｍａｘ：Ｇｍｉｎ＞１．５である。より好ましくは、Ｇｍａｘ：Ｇｍｉｎ＞２である。好ましくは、スロット開口部３０の幅Ｄは、隙間６２の最小幅Ｇｍｉｎの５倍よりも大きくない、即ち、Ｄ≦５Ｇｍｉｎである。より好ましくは、スロット開口部３０の幅Ｄは、隙間６２の最小幅Ｇｍｉｎと等しいが又はこれよりも大きいが、隙間６２の最小幅Ｇｍｉｎの３倍未満又はこれと等しい、即ちＧｍｉｎ≦Ｄ≦３Ｇｍｉｎである。

図２４及び図２６を参照すると、モータの非通電時、ロータ５０の永久磁石５４は、ステータ１０の歯２０を引き付ける引力を生じる。図２４及び図２６は、ロータ５０を異なる位置で示す。具体的に、図２６は、死点位置にあるロータ５０（すなわち、ロータ５０の磁極の中央がステータ１０の歯先端２４の中央と整列している）を示す。図２４は、初期位置にあるロータ５０（すなわち、モータへの非通電時又は電源遮断時におけるロータ５０の停止位置）を示す。図２４及び図２６に示すように、ロータ５０が死点位置にある場合、ステータ１０を通過するロータ５０の磁極によって生成される磁場の磁束はΦ１であり、ロータ５０が初期位置にある場合、ステータ１０を通過するロータ５０の磁極によって生成される磁場の磁束はΦ２である。Φ２＞Φ１であり、Φ２の経路はΦ１の経路よりも短く、Φ２の磁気抵抗はΦ１の磁気抵抗未満であり、モータへの非通電時に、ロータ５０は初期位置に位置決めすることができるので、図２６に示す死点位置に停止するのを回避し、結果的に、モータに通電する場合にロータ５０の起動失敗を回避できる。

図２４を参照すると、この初期位置では、ステータの歯先端の中心線は、隣接する２つの磁極５４の中心線よりも隣接する２つの磁極５４の間の中立領域の中心線により近い。好ましくは、ステータ１０の歯２０の歯先端２４の中心線は、隣接する２つの永久磁極５４の間の中立領域の中心線に整列する。この位置は、死点位置から最も遠くに外れており、モータに通電する場合に、ロータの起動失敗を有効に回避することができる。初期位置では、現実の摩擦等の他の要因によって、歯先端２４の中心線が、隣接する２つの永久磁石柱５４の間の中立領域の中心線から、例えば０から３０度といった角度で外れる可能性があるが、初期位置は、それでも死点位置から遠く離れている。本発明の上記の実施形態では、ロータ５０は、ステータの歯先端２４に作用するロータ５０の永久磁石５４によってもたらされる漏れ磁場によって、死点位置から外れた初期位置に位置決めすることができる。永久磁石５４によってもたらされる漏れ磁束は、歯本体２２及び巻線１６を通過しない。このように構成された単相永久磁石ブラシレスモータのコギングトルクは、効果的に抑制することができ、モータの効率及び性能が向上する。実験によれば、このように構成された単相永久磁石ブラシレスモータのコギングトルクの最大値は、８０ｍＮｍ未満であることが分かる（定格トルクは１Ｎｍ、定格回転速度は１０００ｒｐｍ、ステータコアの積層高さは３０ｍｍである）。

図２７は、図１から図４に示した第１の実施形態のステータ１０と、図２１に示した第３の実施形態のロータ５０とによって形成されたモータを示す。ステータ１０の各歯先端２４は、円周方向に離間してスロット開口部３０を形成し、歯先端２４の外側面３４は同じ円筒面に配置される。ロータ５０の永久磁石５４は、円周方向に互いに接続された複数のセクションを含み、各セクションは、ロータ５０の１つの磁極として機能し、磁極の内周面５６は平坦面であり、ロータ５０全体の内側面は正多角形である。ステータ１０及びロータ５０の間には対称で不均一な隙間６２が形成され、隙間６２の幅は、磁極の円周方向の両側部から円周方向中央部に向かって漸増し、磁極の円周方向中央で最大幅Ｇｍａｘであり、円周方向側部で最小幅Ｇｍｉｎである。ロータ５０が静止している場合、各歯端２４の中心は、永久磁石５４の２つの対応するセクションの接合部と整列し、これにより死点位置を回避してロータ５０の再起動が容易になる。

図２８は、図９及び図１０に示した第３の実施形態のステータ１０と、図２２に示した第４の実施形態のロータ５０とによって形成されたモータを示す。ステータ１０の歯先端２４は、円周方向に離間してスロット開口部３０を形成し、歯先端２４の外周面３４は同じ円筒面に配置される。ロータ５０の永久磁石は、厚さが円周方向に沿って不均一な非対称構造である。ロータ５０の永久磁石５４の内周面５６は、歯先端２４の外周面３４の接線方向に対して所定角度だけ傾斜しており、永久磁石５４の内周面５６と歯先端２４の外周面３４との間には不均一で非対称な隙間６２が形成される。隙間６２の幅は、最初に永久磁石５４の一方の円周方向側部から他方の円周方向側部に向かって漸減し、次いで漸増する。図示の向きを例にとると、隙間６２は、永久磁石５４の時計回り側に最大幅Ｇｍａｘを有し、隙間６２の最小幅Ｇｍｉｎは、永久磁石５４の反時計回り側に隣接するがそこから外れた位置にある。

図２９は、図９及び図１０に示した第３の実施形態のステータ１０と、図２３に示した第５の実施形態のロータ５０とによって形成されたモータを示す。ステータ１０の歯先端２４は、円周方向に離間してスロット開口部３０を形成し、歯先端２４の外側面３４は、同じ円筒面に配置される。ロータ５０は、永久磁石５４と、円周方向に間隔をあけて交互に配置された磁性部材５８とを含む。永久磁石５４の内側面５６及び磁性部材５８の内側面６０は、集合的にロータ５０の多角形の内側面を形成する。ステータ１０とロータ５０との間には対称で不均一な隙間６２が形成され、そのサイズは、磁性部材５８の円周方向中央部から円周方向の両側部まで漸減し、永久磁石５４に対応する位置で最大幅Ｇｍａｘに達する。ロータ５０は、各々が永久磁極５４、隣接する２つの磁性部材５８、及び対応する歯先端２４を通過する漏れ磁束回路によって初期位置に位置決めできる。初期位置において、永久磁石５４の中心は、歯先端２４の中心と半径方向に整列し、永久磁石５４は、ステータ１０に円周方向の力を付与するのでロータ５０の起動が容易になる。

図３０は、図１７に示したステータ１０と、図１９に示したロータ５０とによって形成されたモータを示す。ステータ１０の歯先端２４は、円周方向で互いに接続され、ステータ１０の外側面全体、即ち歯先端２４の外側面３４は円筒面である。ロータ５０の内側面、即ち永久磁石５４の内周面５６は、ステータ１０の外周面３４と同軸の円筒面に配置される。ステータ１０の外周面３４及びロータ５０の内周面５６は、均一な隙間６２を定める。歯先端２４は、外周面３４に位置決め溝４２を備えた非対称構造であり、ロータ５０が静止した場合、隣接する２つの永久磁石５４の間の領域の中心線は、ステータ１０の歯２０の歯先端２４の中心線に対して所定角度だけ偏ることが保証される。好ましくは、ロータが静止した場合、ステータ１０の位置決めスロット４２は、ロータ５０の隣接する２つの永久磁石５４の中心線と整列し、モータが通電される毎にロータ５０を上手く起動できる。理解できるように、本実施形態において、ステータ１０の歯先端24は、狭いスロット開口部によって円周方向に互いに離間することができる。

図３１は、図１５に示した第６の実施形態のステータ１０と、図２０に示した第２の実施形態のロータ５０とによって形成されたモータを示す。ステータ１０の歯先端２４は円周方向に互いに接続され、ステータ１０の外側面全体は円筒面である。ロータ５０の永久磁石５４の内周面５６は、ステータ１０の外側面の接線方向と平行に延びる平坦面である。永久磁石５４の内周面５６と歯先端２４の外周面３４との間には、対称で不均一な隙間６２が形成される。隙間６２の幅は、永久磁石５４の円周方向中央から円周方向の両側部に向かって漸減し、永久磁石５４の円周方向中央で最小幅Ｇｍｉｎであり、円周方向の両側部で最大幅Ｇｍａｘである。

図３２は、別の実施形態による電気機器４に用いられた本発明のモータ１を示す。電気機器４は、モータのロータ軸２１によって駆動されるインペラ３を備える、レンジフード、換気ファン又はエアコンとすることができる。電気機器４は、モータのロータ５０によって駆動される減速装置３を備え、洗濯機又は乾燥機とすることもできる。

図１から図１１の各ステータ１０は、実質的に構造及び特性が同じであり、狭いスロット開口部を形成すること又はスロット開口部が無い場合もあり、さらにロータ５０と組み合わせる際に同じ機能をもたらすために置き換えできることを理解されたい。加えて、ステータとロータとの間に形成される種々の間隙に応じて、さらにステータ及びロータ構造の対称性及び非対称性に応じて、適切な回路を設計してモータが通電される場合にロータ５０を上手く始動できるようになっている。ステータ１０とロータ５０との組み合わせは、上述の実施形態に限定されないことを理解されたい。本発明の精神から逸脱しない様々な修正は、本発明の範囲内に属する。従って、本発明の範囲は、以下の請求項を参照することで決定される。

１０ ステータ
１２ ステータコア
１６ 巻線
１８ ヨーク
２０ 歯
２２ 歯本体
２４ 歯先端
２６ 巻付スロット
２８ ウイング部
３０ スロット開口部
３２ 内側面
３４ 外側面
４２ 位置決め溝
５０ ロータ
５２ ハウジング
５４ 永久磁石
５６ 内側面

Claims (16)

1. ヨークと、前記ヨークの外側縁から半径方向外向きに延びる複数の歯とを含むステータコアであって、前記歯の各々は、前記ヨークに結合した歯本体と、前記歯本体の遠位端に形成された歯先端とを含み、２つの隣接する歯本体の間に巻付スロットが形成され、前記歯先端の各々は、ロータに向かい合う外周面を形成し、前記歯先端の全ての外周面は、互いに接続され、集合的に実質的に円筒面を形成し、前記歯先端の前記外周面には、前記歯先端の前記外周面の中心から外れた位置決め溝が形成される、ステータコアと、
   前記歯本体の周りに巻き付けられた巻線と、
   を備える単相アウターロータ型モータ用ステータ。
2. 前記歯先端は、円周方向に接続されて閉じたリング形状を有し、２つの隣接する歯先端の間に磁気ブリッジが形成される、請求項１に記載の単相アウターロータ型モータ用ステータ。
3. 前記磁気ブリッジの内側面は、少なくとも１つの溝を形成する、請求項２に記載の単相アウターロータ型モータ用ステータ。
4. 前記歯先端は、前記歯本体の幅よりも大きな幅を有し、前記歯先端の円周方向の両側部は、前記歯本体を超えて延びて２つのウイング部をそれぞれ形成し、前記位置決め溝は、前記ウイング部に形成される、請求項１から３のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ用ステータ。
5. 前記歯本体の半径方向内側端は、前記ヨークに対して分離可能に結合される、請求項１から４のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ用ステータ。
6. 前記歯本体の半径方向外側端は、前記歯先端に対して分離可能に結合される、請求項１から４のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ用ステータ。
7. ステータと、
   前記ステータを取り囲むロータと、
   を備える単相アウターロータ型モータであって、
   前記ステータは、ヨークと、前記ヨークの外側縁から外向きに延びる複数の歯とを含むステータコアであって、前記歯の各々は、前記ヨークに結合した歯本体と、前記歯本体の遠位端に形成された歯先端とを含み、２つの隣接する歯本体の間に巻付スロットが形成され、前記歯先端は、前記ロータに向かい合う外周面を形成し、前記歯先端の前記外周面には、前記歯先端の前記外周面の中心から外れた位置決め溝が形成される、ステータコアと、前記歯本体の周りに巻き付けられた巻線と、を含み、
   前記ロータは、複数の磁極を形成する少なくとも１つの永久磁石を備え、前記磁極は、前記ステータに向かい合う内周面を有する、単相アウターロータ型モータ。
8. 前記磁極の前記内周面及び前記歯先端の前記外周面は同軸であり、前記磁極の前記内周面と、前記歯先端の前記外周面との間には、実質的に均一な隙間が形成される、請求項７に記載の単相アウターロータ型モータ。
9. 前記モータが非通電の場合、前記ステータの前記位置決め溝は、前記ロータの２つの隣接する磁極の間に整列する、請求項７又は８に記載の単相アウターロータ型モータ。
10. 前記歯先端の全ての前記外周面は、互いに接続して集合的に実質的に円筒面を形成する、請求項７から９のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ。
11. 磁気ブリッジが、２つの隣接する歯先端の間に形成され、前記ヨークに向かい合う前記磁気ブリッジの内周面には、溝が形成される、請求項１０に記載の単相アウターロータ型モータ。
12. 前記歯先端は、前記歯本体の半径方向外側端に配置され、前記歯本体は、前記歯先端に対して分離可能に結合される、請求項７から１１のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ。
13. 前記歯先端は、前記歯本体の半径方向外側端に配置され、前記歯本体は、前記ヨークに対して分離可能に結合される、請求項７から１１のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータ。
14. 請求項7から13のいずれかに記載の単相アウターロータ型モータを備える電気機器。
15. 前記モータで駆動によって駆動されるインペラをさらに備えるレンジフード、エアコン、又は換気ファンである、請求項１４に記載の電気機器。
16. 前記モータで駆動によって駆動される減速装置をさらに備える洗濯機又は乾燥機である、請求項１４に記載の電気機器。

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