(57)【要約】      （修正有）【課題】永久磁石ロータを有するブラシレスモータにおいて、効率がよく小型のモータを実現するブラシレスモータを提供する。【解決手段】ブラシレスモータ１０は、４極の永久磁石ロータ１１と、４極のステータ１２を有する。ステータ１２は、ロータ１１の両側に配置される２つのステータ要素１５，１６を有する。各ステータ要素１５，１６は、Ｃ字形コアであり、背部２２と、背部２２の両端部から延びる２つのアーム２３，２４を有する。コイル２０，２１が、コア１７の周りに巻かれる。各アーム２３，２４の自由端部は、極先端部２５を構成し、極先端部２５は、それを寄せ集めると、ロータ１１の回転軸線の周りの４つ折りの回転対称性を有する。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスモータであって、
４極の永久磁石ロータと、４極のステータと、を有し、
前記ステータは、前記ロータの両側に配置された２つのステータ要素を有し、前記ステータ要素の各々は、Ｃ字形コアであり、背部と、前記背部の両端部から延びる２つのアームを有し、コイルが、前記Ｃ字形コアの周りに巻かれ、前記アームの各々の自由端部は、極先端部を構成し、前記極先端部は、それを集合させたとき、前記ロータの回転軸の周りの４つ折りの回転対称性を有し、コイルが、前記コアの各アームの周りに巻かれる、ブラシレスモータ。
【請求項２】
前記アームの各々は、前記背部と前記極先端部の間に延びる直線部分を有し、前記極先端部の間に形成されるスロット開口は、前記直線部分の間に形成されるスロット幅よりも小さい、請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
前記アームの各々は、前記背部と前記極先端部の間を延びる直線部分を有し、前記極先端部における前記アームの幅は、前記直線部分における前記アームの幅よりも大きい、請求項１又は２に記載のブラシレス。
【請求項４】
前記極先端部の各々の前縁部及び後縁部の少なくとも一方は面取りされる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、永久磁石ロータを有するブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、永久磁石ロータ２を有する４極ブラシレスモータ１を示す。ステータ３は、円形の背部４と、背部４から半径方向内方に突出する４つの極アーム５とを有している。各極アーム５の周りにそれぞれ、コイル６が巻かれ、これらのコイル６が、単相巻線を形成するように接続されている。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
４極ブラシレスモータ１の特定のデザインに伴う問題は、ステータ３の充填率が比較的小さいことである。更に、コイル６を極アーム５に巻くことは一般的に難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の側面において、本考案は、ブラシレスモータであって、４極の永久磁石ロータと、４極のステータと、を有し、ステータは、ロータの両側に配置された２つのステータ要素を有し、ステータ要素の各々は、Ｃ字形コアであり、背部と、背部の両端部から延びる２つのアームを有し、コイルが、Ｃ字形コアの周りに巻かれ、アームの各々の自由端部は、極先端部を構成し、極先端部は、それを集合させたとき、ロータの回転軸の周りの４つ折りの回転対称性を有する、ブラシレスモータを提供する。
【０００５】
２つのＣ字形コアを採用することによって、比較的大きい充填率を有するステータが達成される。結果的に、比較的効率的であり且つ／又は比較的小さいモータを実現する。さらに、コイルをコアに巻くことを容易にする。
【０００６】
モータは、２極であり、ステータを通る磁束の方向を、ロータの９０度の回転毎に反転させる必要がある。これに対して、ステータは、１８０度の回転対称性を有している。ステータの回転対称性が１８０度であるけれども、４つ折りの回転対称性（つまり、９０度の回転対称性）の極先端部を使用することによって、ロータから見たステータの磁束は、各９０度の回転にわたって同じである。
【０００７】
各アームは、背部と極先端部の間を延びる直線部分を有するのがよい。極先端部と極先端部の間に形成されるスロット開口は、直線部分と直線部分の間に形成されるスロット幅よりも小さく、つまり、極先端部と極先端部の間の距離を、直線部分と直線部分の間の距離よりも小さくするのがよい。その代わりに又はそれに追加して、極先端部におけるアームの幅は、直線部分におけるアームの幅よりも大きいのがよい。その結果、各直線部分が、比較的大きいスロットを形成するように互いに間隔をあけているのにもかかわらず、極先端部は、比較的多くのロータの磁束を捕捉することができる。比較的大きいスロットを形成することによって、必要とされる巻数を比較的太いワイヤで達成することができ、それにより、銅損を減少させる。
【０００８】
コイルは、コアの各アームの周りに巻かれるのがよい。このことは、アームとアームの間の漏れ磁束を減少させ、ステータのインダクタンスを減少させる利点を有する。
【０００９】
極先端部の各々の前縁部及び／又は後縁部は、面取りされるのがよい。これにより、極先端部と極先端部の間のステータの漏れ磁束を減少させ、ステータのインダクタンスを減少させる。
【００１０】
本考案を容易に理解するために、添付図面を参照して、本考案の例示の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のブラシレスモータを示す図である。
【図２】本考案によるブラシレスモータの断面図である。
【図３】４極磁石の磁束を別々に示す図である。
【図４】整列位置にあるときの本考案のステータの形状を反映させた、仮定的な４極磁石の磁束を別々に示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
図２のブラシレスモータ１０は、ロータ１１と、ステータ１２を有する。ロータ１１は、４極の永久磁石１４が取付けられたシャフト１３を有する。ステータ１２は、ロータ１１の両側に配置された２つのステータ要素１５、１６を有する。
【００１３】
各ステータ要素１５、１６は、コア１７と、一対のボビン１８、１９と、一対のコイル２０、２１を有する。
【００１４】
コア１７は、Ｃ字形であり、背部２２と、背部２２の両端部から延びる２つのアーム２３、２４を有する。各アーム２３、２４は、ロータ１１に向かって延び、極先端部２５を構成する自由端部を有する。極先端部２５の各々の前縁部２６及び後縁部２７は、面取りされる。これにより、極先端部２５と極先端部２５の間の漏れ磁束が減少され、かくして、ステータ１２のインダクタンスを減少させる。
【００１５】
各コイル２０、２１は、それぞれのボビン１８、１９の周りに巻かれたワイヤを有し、各ボビン１８、１９はそれぞれ、コア１７の極アーム２３、２４を包囲する。単一のワイヤが、ステータ要素１５、１６の両方のコイル２０、２１に使用されるのがよい。変形例として、別々のワイヤが、各コイル２０、２１に使用されてもよい。２つのステータ要素１５、１６のコイル２０、２１は、単相巻線を形成するように接続される。
【００１６】
コア１７の極アーム２３、２４の各々は、背部２２と極先端部２５の間を延びる直線部分２８を有する。極先端部２５における極アーム２３、２４の幅は、直線部分２８における極アーム２３、２４の幅よりも大きい。更に、極先端部２５と極先端部２５の間に形成されるスロット開口２９は、直線部分２８と直線部分２８の間に形成されるスロット幅３０よりも小さい。その結果、直線部分２８が、比較的大きいスロットを構成するように互いに間隔をあけているけれども、極先端部２５は、より多くのロータの磁束を捕捉することができる。比較的大きいスロットを形成することによって、必要とされる巻数を比較的太いワイヤで達成することができ、それにより、銅損を減少させる。
【００１７】
２つのＣ字形コア１７を有するステータ１２を採用することによって、比較的高い充填率が達成される。特に、図１に示す充填率よりも高い充填率を達成することが一般的に可能である。図１のステータ３であれば、極アーム５の各対の間のスロットは、円弧形状である。その結果、スロットを充填することは一般的に難しい。これとは対照的に、図２のステータ１２の各スロットは矩形であり、かくして、スロットの大部分を充填することができる。高い充填率を実現すると、所定の寸法のためのより効率的なモータを達成することができる。言い換えれば、所定の効率のためのより小さいモータを達成することができる。
【００１８】
比較的高い充填率を達成することに加えて、コイル２０、２１をコア１７に巻くことが比較的容易である。コイル６を図１のステータ３に巻くために、円弧状のスロットに追従する追加の移動軸を有する巻線機が必要である。加えて、かかる巻線機は、ステータ３の中央ボア内で作動することが要求される。その結果、極アーム５に沿う各コイル６の長さは、ボアの直径によって制限される。これに対して、図２のステータ１２であれば、移動軸が１つ少なく且つ比較的安価で比較的高速の巻線機を用いて、コイル２０、２１をコア１７に巻くことができる。更に、巻線機は、ボア内で作動することは必要とされず、かくして、極アーム２３、２４に沿うコイル２０、２１の長さに制限されない。
【００１９】
上述した利点にも関わらず、永久磁石モータにおいて、２つのＣ字形ステータ要素を採用することの意味は、必ずしも明らかになっていない。図３は、４極の永久磁石ロータの磁束を別々に示す。各Ｎ極から延びる磁束が分かれて、２つの戻り経路の一方に延びていることが分かる。図１のステータ３は、ロータの磁束のかかる形状を反映する。その結果、ロータ２が整列位置にあるとき、磁束は、各Ｎ極から極アーム５に沿って延び、背部４のところで２つに分かれる。磁束のうちの半分は、左側ループを通って（つまり、背部４の周りを反時計回りに延びてから極アームに沿って）ロータ２に戻り、他の半分は、右側ループを通って（つまり、背部４の周りを時計回りに延びてから極アームに沿って）ロータ２に戻る。これとは対照的に、図２のステータ１２は、２つの個別のステータ要素１５、１６に分かれている。その結果、ロータ１１が整列位置にあるとき、磁束は、各Ｎ極から１つだけの戻り経路に延び、つまり、ステータ要素１５、１６の一方の周りに延びる。従って、各Ｎ極から延びる磁束の半分は、全く異なる方向に且つ全く異なる極に向かわされる。その結果、ロータ１１の磁束は、図４に示す磁束に類似する。従って、ロータの磁束が延びる経路は、２つのステータ３、１２において著しく異なっている。ロータの磁束は、逆起電力を相巻線内に生じさせ、逆起電力は、モータの出力及び効率に影響を及ぼす。２つのモータ１、１０において、ロータの磁束が延びる経路が著しく異なるので、２つのモータ１、１０における逆起電力も著しく異なっていると、当然に推定される。実際、図２のモータ１０の逆起電力が在来の波形に類似していることは、全く明白ではない。
【００２０】
ロータの磁束に加えて、ステータの磁束の問題もある。永久磁石モータは、２極であり、かくして、ステータの磁束の方向は、ロータが回転しているときに反転させなければならない。４極の永久磁石モータの場合、ステータの磁束の方向は、ロータの９０度の回転毎に反転する。図１のモータ１であれば、ステータ３は、９０度の回転対称性を有している。ステータの磁束が９０度毎に反転し、且つ、ステータ３の回転対称性が９０度であるので、ロータ２から見たステータの磁束は、各９０度の回転にわたって同じである。これに対して、図２のモータ１０であれば、ステータ１２は、１８０度の回転対称性を有する。その結果、ロータ１１から見たステータの磁束は、各９０度にわたって異なると予想され、つまり、０度から９０度まで回転するときにロータ１１から見たステータの磁束は、９０度から１８０度まで回転するときにロータ１１から見たステータの磁束と異なると予想される。ステータの磁束のかかるふるまいは、モータ１０の性能に悪影響を及ぼすであろう。特に、トルクリップルが比較的大きい。さらに、ステータの磁束の任意の変化は、相巻線に生じた逆起電力にノックオン効果をもたらす。その結果、モータ１０の出力及び／又は効率に悪影響を及ぼす。
【００２１】
図２のステータ１２は、１８０度の回転対称性を有しているけれども、極先端部２５は、それを集合させたときに９０度の回転対称性を有するようにロータ１１の周りに特別に形作られ且つ間隔をあけている。つまり、極先端部２５は、それを集合させたときにロータ１１の回転軸線の周りで４つ折りの回転対称性を有する。従って、ステータ１２が１８０度の回転対称性（つまり、２つ折りの回転対称性）を有する事実にも関わらず、ロータ１１から見たステータの磁束は、各９０度の回転にわたって同じである。
【００２２】
２つのＣ字形ステータ要素を有するステータは、スイッチトリラクタンスモータに以前から採用されている。しかしながら、本考案のモータ１０と異なり、スイッチトリラクタンスモータのロータは、磁束を発生させない。さらに、スイッチトリラクタンスモータは、単極であり、かくして、ステータの磁束の方向は変化しない。その結果、永久磁石モータのロータの磁束及びステータの磁束に関する上述した問題は、スイッチトリラクタンスモータには無関係である。従って、当業者は、スイッチトリラクタンスモータのステータが永久磁石モータと等しく利用されてもよいことを結論づけないであろう。実際、上述した理由により、当業者は、永久磁石モータ用のかかるステータを容易には想到しないであろう。
【００２３】
上述した実施形態において、極先端部２５における各アーム２３、２４の幅は、直線部分２８の幅よりも大きい。このことは、極先端部２５が比較的多くのロータの磁束を捕捉する利点を有する。しかしながら、各アーム２３、２４の幅が一定であることも考えられる。この場合、コイルが予め巻かれているボビンを各アーム２３、２４の上に滑らせることを可能にし、かくして、モータ１０の組立てを更に簡単にする。
【００２４】
上述したステータ１２のコイル２０、２１は、各コア１７のアーム２３、２４に巻かれる。このことは、コイル２０、２１がアーム２３、２４の間の漏れ磁束を減少させる利点を有する。それにも関わらず必要であれば、コイル２０、２１をアーム２３、２４に巻くのではなく、単一コイルを各コア１７の背部２２に巻いてもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ブラシレスモータ
１１  ロータ
１２  ステータ
１３  シャフト
１４  ４極の永久磁石
１５  ステータ要素
１６  ステータ要素
１７  コア
２０  コイル
２１  コイル
２２  背部
２３  アーム
２４  アーム
２５  極先端部
２６  前縁部
２７  後縁部
２８  直線部分
２９  スロット開口
３０  スロット幅
【図１】
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【図２】
0003193357.tif 000004
【図３】
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【図４】
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