(57)【要約】【課題】低コスト、高性能、かつ低騒音の永久磁石モータを提供すること。【解決手段】永久磁石モータが、固定子と、固定子で取り囲まれた回転子とを有する。固定子は、１２本の歯と歯の周りに巻かれたコイルとを有する固定子鉄心を含む。回転子は、軸と、軸に固定された磁石鉄心群とを含む。磁石鉄心群は、８つの回転子鉄心セグメントと、８つのフェライト永久磁石とを含む。各磁石は、隣接した回転子鉄心セグメントの間に挟まれ、回転子の周方向に極性化される。磁石は、隣接した回転子鉄心セグメントが反対の極性を有するように、交互に磁化される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１２本の歯及び前記歯の周りに巻かれたコイルを有する固定子鉄心を含む固定子と、
前記固定子で取り囲まれ、軸及び前記軸に固定された磁石鉄心群を含む回転子と、
を含み、
前記磁石鉄心群は、８つの回転子鉄心セグメントと、８つのフェライト永久磁石とを含み、前記磁石の各々は、隣接した前記回転子鉄心セグメントの間に挟まれ、前記回転子の周方向に極性化され、前記隣接した回転子鉄心セグメントは、反対の極性を有することを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項２】
前記歯の各々は、前記モータの軸方向に対して傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記固定子に面する前記回転子鉄心セグメントの各々の半径方向外面の曲率は、前記回転子に面する前記歯の各々の表面の曲率より大きいことを特徴とする、請求項１〜請求項２のいずれかに記載のモータ。
【請求項４】
前記磁石鉄心群は、その２つの軸方向端部における２つの固定板と、前記２つの固定板を接続する多数の接続ロッドとを含み、前記回転子鉄心セグメントの各々は、前記対応する接続ロッドが貫通して前記対応する回転子鉄心セグメントに係合する軸方向貫通孔を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のモータ。
【請求項５】
前記回転子鉄心セグメントの各々は、その半径方向外側部の２つの周方向に対向する側から延びる２つの突起部を含み、前記軸から見て外方に向いた前記永久磁石の各々の１つの面は、前記２つの隣接した突起部に当接することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のモータ。
【請求項６】
前記磁石鉄心群は、前記軸に固定されたスリーブをさらに含み、前記回転子鉄心セグメントの各々は前記スリーブに固定され、前記スリーブは、高磁気抵抗をもつ材料で作製されることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のモータ。
【請求項７】
前記スリーブは、８面体の形状であり、そのコーナー部に、軸方向に延びる８つのダブテール溝を含み、前記回転子鉄心セグメントの各々の半径方向内端部は、ダブテール形状であり、前記スリーブ内の前記対応するダブテール溝にロックされた状態で形成されることを特徴とする、請求項６に記載のモータ。
【請求項８】
前記回転子は、前記軸に固定された２つの磁石鉄心群を含み、前記２つの磁石鉄心群は、周方向に互いにオフセットされることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のモータ。
【請求項９】
前記２つの隣接した磁石鉄心群は、互いに７．５度オフセットされることを特徴とする、請求項８に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石モータに関し、特定的には、エア・マルチプライアー内に適用される永久磁石モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
羽根なし扇風機のような、永久磁石モータのための多くの用途があり、そこでは、最終製品がより軽く又はより良くなるよう、より小さく、より軽く、かつより強力なモータが望まれる。これらのモータに望まれるのは、高い電力密度、つまり、モータが占める単位容積当たりのより高い出力である。上記の要件を満たすために、かかるモータは、通常、希土類永久磁石を用いる。しかしながら、希土類材料の価格が上昇すると、モータのコストも上昇する。さらに、かかるモータは、家庭電化製品に用いられることが多いので、モータは静かであること、つまり、低レベルの機械騒音を生成することが望まれる。羽根なし扇風機に用いられる１つの従来技術の永久磁石モータは、６極９スロット構成の希土類磁石を用いていた。この種のモータの騒音は、到底満足できるものではない。従って、性能を維持しつつモータのコストを低減し、同時に、モータの騒音を減少させることが、次第に関心事になってきている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、低コストであり、性能が良く、かつ発生する騒音が低水準である永久磁石モータが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
従って、本発明は、その一態様において、１２本の歯及び歯の周りに巻かれたコイルを有する固定子鉄心を含む固定子と、固定子で取り囲まれ、軸、及び軸に固定された磁石鉄心群を含む回転子と、を含む永久磁石モータを提供し、ここで、磁石鉄心群は、８つの回転子鉄心セグメント及び８つのフェライト永久磁石を含み、各磁石は、隣接した回転子鉄心セグメントの間に挟まれ、回転子の周方向に極性化され、隣接した回転子鉄心セグメントは、反対の極性を有する。
【０００５】
各歯は、モータの軸方向に対して傾斜していることが好ましい。
固定子に面する各回転子鉄心セグメントの半径方向外面の曲率は、回転子に面する各歯の表面の曲率より大きいことが好ましい。
磁石鉄心群は、その２つの軸方向端部における２つの固定板（ｃｌａｍｐｉｎｇ  ｐｌａｔｅ）と、２つの固定板を接続する多数の接続ロッドとを含み、各回転子鉄心セグメントは、対応する接続ロッドが貫通して対応する回転子鉄心セグメントに係合する、軸方向貫通孔を含むことが好ましい。
各回転子鉄心セグメントは、その半径方向外側部の、２つの周方向に対向する側から延びる２つの突起部を含み、軸から見て外方に向いた各永久磁石の１つの面は、２つの隣接した突起部に当接することが好ましい。
【０００６】
磁石鉄心群は、軸に固定されたスリーブをさらに含み、各回転子鉄心セグメントはスリーブに固定され、スリーブは、高磁気抵抗をもつ材料で作製されることが好ましい。
スリーブは、８面体の形状であり、そのコーナー部に、軸方向に延びる８つのダブテール溝を含み、各回転子鉄心セグメントの半径方向内端部は、ダブテール形状であり、スリーブ内の対応するダブテール溝にロックされた状態で形成されることが好ましい。
回転子は、軸に固定された２つの磁石鉄心群を含み、２つの磁石鉄心群は、互いに周方向にオフセットされることが好ましい。
２つの隣接した磁石鉄心群は、互いに７．５度オフセットされることが好ましい。
【０００７】
ここで、添付図面の図を参照して、単なる例示として本発明の好ましい実施形態を説明する。図において、１つより多い図に現れる同一の構造体、要素又は部品は、一般に、それらが現れる全ての図において同じ参照番号で表記される。図内に示される構成部品及び構造部の寸法は、一般に、便宜のため及び提示の明確さのために選択されたものであり、必ずしも縮尺通りではない。図を以下に列挙する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の好ましい実施形態による永久磁石モータを示す。
【図２】コイルがない状態の、図１の永久磁石モータの固定子を示す。
【図３】図１の永久磁石モータの回転子の断面図である。
【図４】図３の回転子の部分分解図である。
【図５】本発明の別の実施形態による、永久磁石モータの回転子を示す。
【図６】本発明の更に別の実施形態による、永久磁石モータの固定子を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の第１の好ましい実施形態による永久磁石モータ１０を示す。モータは、回転子及び固定子の配置を明らかにするために、端部キャップなしで示される。モータは、固定子２０、及び固定子２０に受け入れられた回転子４０を含む。固定子巻線を形成するコイル２４が、固定子の歯の周囲に巻かれた状態で示される。固定子を図２により明瞭に示すが、固定子鉄心の構造をより明瞭に示すために、コイルは省略されている。
【００１０】
固定子２０は、環状ヨーク２６とヨーク２６の内面から半径方向内側に向かって延びる１２本の歯２８とを含む、固定子鉄心２２を含む。つまり、歯２８によって１２個のスロット３０が形成される。各歯２８は、固定子２０の軸方向に延び、回転子４０に面する、つまりモータの軸（図示せず）に向いた、表面３２を含む。各歯２８の表面３２は、固定子２０の周方向に湾曲する。各コイル２４（図１）は、対応する歯２８の周囲に巻かれる。
【００１１】
図３及び図４を参照すると、回転子４０は、軸４２と、軸４２に固定された磁石鉄心群４４とを含む。磁石鉄心群４４は、スリーブ４６、８つの回転子鉄心セグメント４８、フェライト磁石で作製された８つの永久磁石５０、８つの接続ロッド５２、及び磁石鉄心群の軸方向端部に配置された２つの固定板５４を含む。
【００１２】
スリーブ４６は、８面体の形状であり、プラスチック又はアルミニウムのような高磁気抵抗の材料で作製される。スリーブ４６は、その中央部に、軸４２を固定的に受け入れるための軸穴５６を定め、そのコーナー部に８つのダブテール溝５８を定める。軸穴５６及びダブテール溝５８は、スリーブ４６の軸方向に延びる。スリーブ４６は、軸４２上にオーバーモールドする、又は締まり嵌めすることができる。
【００１３】
各回転子鉄心セグメント４８は、実質的に扇形であり、半径方向内側部６０及び半径方向外側部を含む。半径方向内側部６０は、半径方向外側部より狭い。半径方向内側部６０は、ダブテール形状であり、スリーブ４６の対応するダブテール溝５８内に受けられ、それにより、回転子鉄心セグメント４８がスリーブ４６に固定される。内側部６０から見て外方に向いた半径方向外側部の表面６２は、回転子４０の周方向に湾曲し、その曲率は、歯２８の表面３２のものより大きい。つまり、回転子鉄心セグメントの半径方向外面の曲率半径は、回転子鉄心セグメントの外面の周方向中央で測定された、回転子の公称半径より小さい。この特徴は、コギングトルクを減少させ、回転子４０の可聴騒音つまり機械騒音を低減させる。各回転子鉄心セグメント４８は、その中央部に軸方向貫通孔６４をさらに定める。２つの突起部６６が、半径方向外側部の対向する側からそれぞれ周方向に延びる。各回転子鉄心セグメント４８は、鉄又は鋼のような磁気伝導性材料で作製され、好ましくは、複数の電気鋼板の型打ち積層体と共に積み重ねることによって作製される。
【００１４】
各々の永久磁石５０は、矩形の角柱である。各永久磁石５０は、２つの隣接した突起部６６及びスリーブ４６に当接し、かつ、２つの固定板５４の間に挟まれた状態で、２つの隣接した回転子鉄心セグメント４８の間に固定される。各永久磁石５０は、対応する回転子鉄心セグメント４８の側面に接触する。各永久磁石５０は、その短辺に対して平行な方向に沿って、つまり、回転子４０の実質的に周方向に極性化される。同時に、隣接した永久磁石５０は、反対の極性を有する。
【００１５】
各接続ロッド５２は、対応する回転子鉄心セグメント４８内の貫通孔６４を貫通して、回転子鉄心セグメント４８と係合する。固定板５４は、各磁石５０の軸方向端部に配置され、それぞれ、例えば締まり嵌め又は接着剤などによって、接続ロッド５２に接続される。接続ロッド５２及び固定板５４は、例えば射出成形によって一体的に形成できることを理解されたい。
【００１６】
従って、隣接した永久磁石５０の磁束は、その間の回転子鉄心セグメント４８に集中し、これにより、８つの回転子鉄心セグメント４８は、磁束集中により８つの磁極を形成する。スリーブ４６は、高磁気抵抗の材料で作製されるので、２つの隣接した永久磁石５０の間の磁束が、スリーブ４６を通り抜けることが防止され、磁束の漏れを減少させる。このように、回転子は、高密度の磁束を有し、かつ、フェライト磁石はＮｄＦｅＢ磁石のような希土類磁石よりも安価なので、低コストである。また、モータは、８極及び１２スロットを有する。かかる構成の下、本発明の第１の好ましい実施形態のモータは、モータの電力密度及び効率を向上させるために、磁束を効果的に集中させる。
【００１７】
さらに、試験中、上述の８極及び１２スロットを有する永久磁石モータ１０により発生した騒音は約３０Ｄｂであり、これは、同じ構造であるが６極及び９スロットを有する永久磁石モータにより発生する４９Ｄｂの騒音、又は、同じ構造であるが８極及び９スロットを有する永久磁石モータにより発生する５５Ｄｂの騒音に比べると、著しく小さいことが分かった。従って、第１の好ましい実施形態の永久磁石モータ１０は、低騒音、高電力密度及び高効率という要件を満たすことができる。
【００１８】
上記の第１の実施形態に基づく第２の好ましい実施形態において、図５に示すように、２つの磁石鉄心群２０４を回転子４１により用いて、モータの出力を増大させることができる。２つの磁石鉄心群４４は、コギングトルクを減少させるために、互いにオフセットさせることができる。この実施形態においては、２つの磁石鉄心群４４は、互いに７．５度オフセットされる。試験中、この第２の実施形態により作製されたモータのコギングトルクは、第１の実施形態により作製されたモータのコギングトルクの５分の１まで減少したことが分かった。
【００１９】
上記の第１の実施形態に基づいた第３の実施形態において、図６に示すように、固定子２１の歯２８は、コギングトルクを減少させるために、軸に対して傾斜される。つまり、固定子鉄心の１つ又はそれ以上の積層体が一緒に積み重ねられているので、それらをわずかに回転させることによって、歯が斜めになる。
【００２０】
本出願の説明及び特許請求の範囲において、動詞「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「包含する（ｃｏｎｔａｉｎ）」及び「有する（ｈａｖｅ）」並びにそれらの変形は、包括的な意味で用いられ、記載された項目の存在を指定するが、付加的な項目の存在を排除するものではない。
【００２１】
本発明は、１つ又はそれ以上の好ましい実施形態を参照して説明されるが、当業者であれば、種々の変更が可能であることを認識すべきである。従って、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照することにより決定されるべきである。
【符号の説明】
【００２２】
１０：永久磁石モータ
２０、２１：固定子
２２：固定子鉄心
２４：コイル（固定子巻線）
２６：環状ヨーク
２８：歯
３０：スロット
３２：歯の表面
４０、４１：回転子
４２：軸
４４：磁石鉄心群
４６：スリーブ
４８：回転子鉄心セグメント
５０：永久磁石
５２：接続ロッド
５４：固定板
５６：軸穴
５８：ダブテール溝
６０：回転子鉄心セグメントの半径方向内側部
６２：回転子鉄心セグメントの半径方向外側部の表面
６４：貫通孔
６６：突起部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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