(57)【要約】【課題】改善された始動信頼性を有する新規な単相永久磁石モータを提供する。【解決手段】単相永久磁石モータは、固定子と、固定子に対する回転子とを含む。固定子は、巻回された巻線を伴う固定子鉄心を含む。固定子鉄心は、積み重ねられた第１及び第２の固定子鉄心ラミネーションを含む。第１の固定子鉄心ラミネーションは、複数の第１の磁極片を含む。第２の固定子鉄心ラミネーションは、複数の第２の磁極片を含む。第１の磁極片と第２の磁極片の構造は異なる。第１の磁極片と第２の磁極片とが、実質的にモータの軸線方向に沿って積み重ねられている。本発明は、従来技術の単一型の鉄心ラミネーションの使用により生じる振動及び雑音を低減する。【選択図】図３
2017060394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相永久磁石モータであって、
固定子鉄心と、前記固定子鉄心に巻回された巻線とを備えた固定子であって、
前記固定子鉄心は、
各々が複数の第１の磁極片を備えた、少なくとも１つの第１の固定子鉄心ラミネーションと、
前記第１の固定子鉄心ラミネーションに積み重ねられ、複数の第２の磁極片を備えた、少なくとも１つの第２の固定子鉄心ラミネーションと、
を備え、前記第１の磁極片と前記第２の磁極片の構造は異なっており、前記第１の磁極片及び前記第２の磁極片は、実質的に前記モータの軸線方向に沿って積み重ねられた、
固定子と、
複数の永久磁石極を備えた、前記固定子に対して回転可能な回転子と、
を備えることを特徴とする、単相永久磁石モータ。
【請求項２】
各第１の固定子鉄心ラミネーションは、第１の外部リング部分と、前記第１の外部リング部分に結合した複数の第１の歯本体とをさらに備え、前記第１の磁極片は、前記第１の歯本体にそれぞれ結合しており、各第２の固定子鉄心ラミネーションは、第２の外部リング部分と、前記第２の外部リング部分に結合した複数の第２の歯本体とをさらに備え、前記第２の磁極片は、前記第２の歯本体にそれぞれ結合しており、前記第１の外部リング部分及び前記第２の外部リング部分は、実質的に前記モータの軸線方向に沿って積み重ねられ、前記第１の歯本体及び前記第２の歯本体は、実質的に前記モータの軸線方向に沿って積み重ねられたことを特徴とする、請求項１に記載の単相永久磁石モータ。
【請求項３】
１つの対応する第２の歯本体の中心線の両側にある各第２の磁極片の部分が、前記対応する第２の歯本体の中心線に関して非対称であることを特徴とする、請求項２に記載の単相永久磁石モータ。
【請求項４】
各第１の磁極片内に定められた位置決めスロットをさらに備え、各位置決めスロットは、２つの隣接する第１の歯本体から異なる距離で離間配置されたことを特徴とする、請求項２〜請求項３のいずれかに記載の単相永久磁石モータ。
【請求項５】
前記第１の歯本体と前記第１の外部リング部分とが別個に形成され、前記第２の歯本体と前記第２の外部リングとが別個に形成されることを特徴とする、請求項２〜請求項４のいずれかに記載の単相永久磁石モータ。
【請求項６】
前記第１の固定子鉄心ラミネーションは、前記固定子の円周方向に沿って接合された複数の第１の固定子鉄心部品を備え、各第１の固定子鉄心部品は、第１の弓形ヨークセグメントと、前記第１の弓形ヨークセグメントから延びた前記第１の歯本体と、前記第１の歯本体の遠位端から前記第１の歯本体の２つの円周方向側部へ延びた前記第１の磁極片と、を備え、
前記第２の固定子鉄心ラミネーションは、前記固定子の円周方向に沿って接合された複数の第２の固定子鉄心部品を備え、各第２の固定子鉄心部品は、第２の弓形ヨークセグメントと、前記第２の弓形ヨークセグメントから延びた前記第２の歯本体と、前記第２の歯本体の遠位端から前記第２の歯本体の２つの円周方向側部へ延びた前記第２の磁極片と、を備える
ことを特徴とする、請求項２〜請求項４のいずれかに記載の単相永久磁石モータ。
【請求項７】
第１のスロット開口部が、各２つの隣接する第１の磁極片の間に定められ、第２のスロット開口部が、各２つの隣接する第２の磁極片の間に定められ、前記第１のスロット開口部の幅は、前記第２のスロット開口部の幅と等しくないことを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の単相永久磁石モータ。
【請求項８】
前記第１の磁極片の内部円周方向面及び前記第２の磁極片の内部円周方向面が、同じ円筒面上に位置す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単相永久磁石モータ。
【請求項９】
前記第１の磁極片及び前記第２の磁極片は、それらの間に協働して収容スペースを定め、前記回転子は、前記収容スペース内に配置され、前記永久磁石極の外部円周方向面と、前記第１の磁極片又は前記第２の磁極片の内部円周方向面とが、それぞれ２つの同心円筒面上に位置す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単相永久磁石モータ。
【請求項１０】
前記第１の磁極片又は前記第２の磁極片の内部円周方向面は、円筒面上に位置し、前記永久磁石極の外部円周方向面は、前記回転子の中心から、前記永久磁石極の前記外部円周方向面の円周方向中心から２つの円周方向端部に向かって徐々に減少する距離で離間配置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単相永久磁石モータ。
【請求項１１】
前記固定子鉄心が、少なくとも一群の第１の固定子鉄心ラミネーション及び少なくとも一群の第２の固定子鉄心ラミネーションを含み、第１の固定子鉄心ラミネーションの各群は、少なくとも１つの前記第１の固定子鉄心ラミネーションを含み、第２の固定子鉄心ラミネーションの各群は、少なくとも１つの前記第２の固定子鉄心ラミネーションを含み、前記第１の固定子鉄心ラミネーションの少なくとも１つの群と、前記第２の固定子鉄心ラミネーション少なくとも１つの群とが、前記モータの軸線方向に沿って交互に積み重ねられたことを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の単相永久磁石モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単相永久磁石モータに関し、特に積層された固定子鉄心を有する単相永久磁石モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の単相永久磁石モータにおいて、固定子鉄心は、一体構造として設けられ、すなわち外部リング及び固定子鉄心の歯部は同時に一体構造に形成される。巻線の巻回しを容易にするために、隣接する歯部の磁極片の間に大きいスロット開口部が形成される。このように構成された単相永久磁石モータにおいて、大きいスロット開口部の存在が、過度に大きいコギングトルクをモータに発生させる場合がある。コギングトルクは、モータに振動及び雑音を発生させる場合がある。さらに、大きいスロット開口部の制限に起因して、モータは、小さい始動角度、及び乏しい始動信頼性を有することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、改善された始動信頼性を有する新規な単相永久磁石モータが所望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、固定子と、固定子に対して回転可能な回転子とを含む単相永久磁石モータを提供する。固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心に巻回された巻線とを含む。回転子は、複数の永久磁石極を含む。固定子鉄心は、少なくとも１つの第１の固定子鉄心ラミネーションと、少なくとも１つの第２の固定子鉄心ラミネーションとを含み、これらは積み重ねられている。第１の固定子鉄心ラミネーションは、複数の第１の磁極片を含む。第２の固定子鉄心ラミネーションは、複数の第２の磁極片を含む。第１の磁極片と第２の磁極片の構造は異なっており、第１の磁極片及び第２の磁極片は、実質的にモータの軸線方向に沿って積み重ねられている。
【０００５】
好ましくは、第１のスロット開口部が、各２つの隣接する第１の磁極片の間に定められ、第２のスロット開口部が、各２つの隣接する第２の磁極片の間に定められ、第１のスロット開口部の幅は、第２のスロット開口部の幅と等しくない。
【０００６】
好ましくは、第１の磁極片及び第２の磁極片は、それらの間に協働して収容スペースを定め、回転子は、収容スペース内に配置され、第１の磁極片と回転子の永久磁石極とが、それらの間にエアギャップを形成し、第１のスロット開口部の幅は、ゼロより大きく、かつエアギャップの最小厚さの４倍より小さい。
【０００７】
各第１の固定子鉄心ラミネーションは、第１の外部リング部分と、第１の外部リング部分に結合した複数の第１の歯本体とをさらに備え、第１の磁極片は、第１の歯本体にそれぞれ結合しており、各第２の固定子鉄心ラミネーションは、第２の外部リング部分と、第２の外部リング部分に結合した複数の第２の歯本体とをさらに備え、第２の磁極片は、第２の歯本体にそれぞれ結合しており、第１の外部リング部分及び第２の外部リング部分は、実質的にモータの軸線方向に沿って積み重ねられており、第１の歯本体及び第２の歯本体は、実質的に前記モータの軸線方向に沿って積み重ねられている。
【０００８】
好ましくは、１つの対応する第２の歯本体の中心線の両側にある各第２の磁極片の部分は、対応する第２の歯本体の中心線に関して非対称である。
【０００９】
好ましくは、対応する第２の歯本体の中心線の両側にある各第２の磁極片の部分は、異なる長さを有する。
【００１０】
好ましくは、対応する第２の歯本体の中心線の両側にある各第２の磁極片の部分の内面は、回転子の中心から、変化する距離で離間配置されている。
【００１１】
好ましくは、モータは、各第１の磁極片内に定められた位置決めスロットをさらに備え、各位置決めスロットは、２つの隣接する第１の歯本体から異なる距離で離間配置されている。
【００１２】
好ましくは、位置決めスロットの数は、回転子の永久磁石極の数と等しいか又はその整数倍である。
【００１３】
好ましくは、位置決めスロットは、第１の磁極片の内部円周方向面から露出した溝である。
【００１４】
好ましくは、位置決めスロットは、第１の磁極片の外部円周方向面と内部円周方向面との間に位置する表に現れない穴である。
【００１５】
好ましくは、第１の歯本体と第１の外部リング部分とが別個に形成され、第２の歯本体と第２の外部リングとが別個に形成される。
【００１６】
好ましくは、第１の固定子鉄心ラミネーションは、固定子の円周方向に沿って接合された複数の第１の固定子鉄心部品を含み、各第１の固定子鉄心部品は、第１の弓形ヨークセグメントと、第１の弓形ヨークセグメントから延びた第１の歯本体と、第１の歯本体の遠位端から第１の歯本体の２つの円周方向側部へ延びた第１の磁極片とを含む。第２の固定子鉄心ラミネーションは、固定子の円周方向に沿って接合された複数の第２の固定子鉄心部品を含み、各第２の固定子鉄心部品は、第２の弓形ヨークセグメントと、第２の弓形ヨークセグメントから延びた第２の歯本体と、第２の歯本体の遠位端から第２の歯本体の２つの円周方向側部へ延びた第２の磁極片とを含む。
【００１７】
好ましくは、第１の固定子鉄心ラミネーションの第１の磁極片の内部円周方向面は、同じ円筒面上に位置する。
【００１８】
好ましくは、第１の磁極片の内部円周方向面及び第２の磁極片の内部円周方向面は、同じ円筒面上に位置する。
【００１９】
好ましくは、第１の磁極片及び第２の磁極片は、それらの間に協働して収容スペースを定め、回転子は、収容スペース内に配置され、永久磁石極の外部円周方向面と、第１の磁極片又は第２の磁極片の内部円周方向面とが、それぞれ２つの同心円筒面上に位置する。
【００２０】
好ましくは、第１の磁極片又は第２の磁極片の内部円周方向面は、円筒面上に位置し、永久磁石極の外部円周方向面は、回転子の中心から、永久磁石極の外部円周方向面の円周方向中心から２つの円周方向端部へ向かって徐々に減少する距離で離間配置される。
【００２１】
好ましくは、固定子鉄心は、少なくとも一群の第１の固定子鉄心ラミネーション及び少なくとも一群の第２の固定子鉄心ラミネーションを含み、第１の固定子鉄心ラミネーションの各群は、少なくとも１つの第１の固定子鉄心ラミネーションを含み、第２の固定子鉄心ラミネーションの各群は、少なくとも１つの第２の固定子鉄心ラミネーションを含み、第１の固定子鉄心ラミネーションの少なくとも１つの群と、第２の固定子鉄心ラミネーション少なくとも１つの群とが、モータの軸線方向に沿って交互に積み重ねられている。
【００２２】
本発明の実施形態の単相永久磁石モータは、積み重ねられて固定子鉄心を形成する、異なる構造を有する異なるタイプの固定子鉄心ラミネーションを使用し、これは、単一型の鉄心ラミネーションの使用により生じる欠点を克服又は低減すると同時に、異なる固定子鉄心ラミネーションの利点を得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態による単相永久磁石モータを示す。
【図２】外部ハウジングを除去した、図１の単相永久磁石モータを示す。
【図３】外部ハウジング、固定子巻線、及び回転軸を除去した、図１の単相永久磁石モータを示す。
【図４】図３の単相永久磁石モータの第１の固定子鉄心ラミネーションを示す。
【図５】図３の単相永久磁石モータの第２の固定子鉄心ラミネーションを示す。
【図６】図３の単相永久磁石モータの回転子鉄心及び永久磁石部材を示す。
【図７】本発明の第２の実施形態による第１の固定子鉄心ラミネーションを示す。
【図８】本発明の第２の実施形態による第２の固定子鉄心ラミネーションを示す。
【図９】本発明の第２の実施形態による回転子鉄心及び永久磁石部材を示す。
【図１０】本発明の第３の実施形態による回転子鉄心及び永久磁石部材を示す。
【図１１】本発明の第３の実施形態による第１の固定子鉄心ラミネーションを示す。
【図１２】本発明の第４の実施形態による第１の固定子鉄心ラミネーション、回転子鉄心及び永久磁石部材を示す。
【図１３】本発明の第４の実施形態による第１の固定子鉄心ラミネーションを示す。
【図１４】本発明の第４の実施形態による第２の固定子鉄心ラミネーションを示す。
【図１５】本発明の第５の実施形態による第２の固定子鉄心ラミネーションを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図面は縮尺通りには描かれていないこと、及び、類似の構造又は機能の要素は一般に例証の目的で図面全体にわたり同様の参照符号で表されることに留意されたい。図面は好ましい実施形態の説明を容易にすることのみを意図したものであることにもまた留意されたい。図面は、説明される実施形態のあらゆる態様を示しているわけではなく、本開示の範囲を限定しない。
【００２５】
第１の実施形態
図１乃至図５を参照すると、本発明の第１の実施形態による単相永久磁石モータ１０は、固定子２０と、固定子に対して回転可能な回転子５０とを含む。
【００２６】
固定子２０は、１つの開放端を有する円筒形外部ハウジング２１と、外部ハウジング２１の開放端に取り付けられたエンドキャップ２３と、外部ハウジング２１内に取り付けられた固定子鉄心３０と、固定子鉄心３０に取り付けられた絶縁ブラケット３８と、固定子鉄心に巻回されて絶縁ブラケット３８により支持された巻線３９とを含む。固定子鉄心３０は、複数の第１の固定子鉄心ラミネーション３１０と、複数の第２の固定子鉄心ラミネーション３２０とを積み重ねることにより形成される。各第１の固定子鉄心ラミネーション３１０は、第１の外部リング部分３１１と、第１の外部リング部分３１１から内方に延びた複数の第１の歯本体歯本体３１３と、各第１の歯本体３１３の遠位端から２つの円周方向側部へ延びる第１の磁極片３１５とを含み、第１のスロット開口部３１７が各２つの隣接する第１の磁極片３１５の間に定められる。第２の固定子鉄心ラミネーション３２０は、第２の外部リング部分３２１と、第２の外部リング部分３２１から内方に延びた複数の第２の歯本体３２３と、各第２の歯本体３２３の遠位端から２つの円周方向側部に延びる第２の磁極片３２５とを含み、各２つの隣接する第２の磁極片３２５の間に第２のスロット開口部３２７が定められる。第２のスロット開口部３２７の幅は、第１のスロット開口部３１７の幅よりも広い。第１の外部リング部分３１１及び第２の外部リング部分３２１は、モータ１０の軸線方向に沿って積み重ねられており、第１の歯本体３１３及び対応する第２の歯本体３２３は、モータの軸線方向に沿って積み重ねられており、第１の磁極片３１５及び対応する第２の磁極片３２５は、モータの軸線方向に沿って積み重ねられている。１つの特定の実施形態において、第１の固定子鉄心ラミネーション３１０及び第２の固定子鉄心ラミネーション３２０は、所定のパターンで交互に積み重ねられる。本発明は、第１の固定子鉄心ラミネーション３１０及び第２の固定子鉄心ラミネーション３２０の数を特定の値に限定することを意図せず、第１及び第２の固定子鉄心ラミネーション３１０及び３２０が交互に配置されるパターンもまた、実際の要件に応じて様々に変えることができる。例えば、各第１の固定子鉄心ラミネーション３１０は、各第２の固定子鉄心ラミネーション３２０と交互に配置され、又は代替的に、２つの第１の固定子鉄心ラミネーション３１０の各群が、２つ又は３つの第２の固定子鉄心ラミネーション３２０の各群と交互に配置される。図３に示す実施形態において、各第１の固定子鉄心ラミネーション３１０は、各第２の固定子鉄心ラミネーション３２０と交互に配置される。これは、固定子鉄心ラミネーションの数を３層に限定することを意図したものではないことを理解されたい。
【００２７】
巻線３９は、モータの軸線方向に沿って積み重ねられた第１の歯本体３１３及び第２の歯本体３２３に巻回され、絶縁ブラケット３８により固定子鉄心３０から隔てられる。回転子５０は、モータの軸線方向に沿って積み重ねられた第１の磁極片３１５及び第２の磁極片３２５によって協働して定められた収容スペース内に収容される。積み重ねられた第１の磁極片３１５及び第２の磁極片３２５と、回転子５０とが、それらの間に半径方向エアギャップ４１の境界を定める。
【００２８】
回転子５０は、回転軸５１と、回転子鉄心５３と、複数の永久磁石極５５とを含む。回転軸５１は、回転子鉄心５３の中心を貫通するとともに回転子鉄心５３に固定されている。回転軸５１の一端は、軸受２４を貫通して固定子２０のエンドキャップ２３に取り付けられ、回転軸５１の他端は、別の軸受を貫通して固定子２０の円筒形外部ハウジング２１の底部に取り付けられており、その結果、回転子５０が固定子２０に対して回転可能になっている。
【００２９】
図６を参照すると、本実施形態の永久磁石極５５は、複数の永久磁石部材５６、例えば４つの永久磁石部材５６により形成される。回転子鉄心５３の外部円周方向面は、軸線方向に延びる複数の溝５４を定める。各溝５４は、２つの隣接する永久磁石部材５６の接合部に配置され、磁気漏れを低減する。永久磁石部材５６は、回転子鉄心５３の外部円周方向面に取り付けられる。この実施形態において、第１の磁極片３１５及び第２の磁極片３２５の内面は、軸線方向平面図内で回転子５０の中心を中心とする同心円上に位置する。全ての永久磁石部材５６の外面は、回転子５０の中心を中心とする円筒面上に位置し、その結果、固定子磁極３１５、３２５と回転子永久磁石極５５との間に一様なエアギャップ４１が定められるようになっている。好ましくは、第１のスロット開口部３１７の幅は、ゼロより大きく、かつエアギャップ４１の厚さの４倍に等しいか又はそれより小さい。本開示で用いられるエアギャップ４１の「厚さ」という用語は、エアギャップの半径方向厚さを指す。
【００３０】
図４を参照すると、第１の固定子鉄心ラミネーション３１０内で、各２つの隣接する第１の歯本体３１３（第１の歯本体３１３と半径方向に揃った第１の磁極片３１５の部分を含む）の間の第１の磁極片３１５は、位置決めスロット３１８を定める。位置決めスロット３１８の数は、固定子の極の数及び永久磁石極５５の数と同数であり、又は位置決めスロット３１８の数は、永久磁石極５５の数の整数倍である。本実施形態において、位置決めスロット３１８の数は、４である。本実施形態において、固定子巻線は、集中巻きであり、従って、歯本体の数は、固定子の極の数と同数である。代替的な実施形態において、固定子歯本体の数は、固定子極の数の整数倍、例えば２倍、３倍など、とすることができる。
【００３１】
各位置決めスロット３１８は、２つの隣接する第１の歯本体３１３から異なる距離で離間配置される。位置決めスロット３１８は、２つの隣接する第１の歯本体３１３の一方により近く、位置決めスロット３１８の中心は、１つの隣接する第１の歯本体３１３の対称中心から偏位している。位置決めスロット３１８は、停止したときの固定子２０に対する回転子５０の位置を制御するために主として用いられ、回転子５０が死点で停止することを防止する。
【００３２】
モータ１０が励磁されていないとき、すなわち初期位置にあるとき、位置決めスロット３１８に起因して、回転子５０の永久磁石極５５の極軸は、固定子歯本体の中心線、すなわち固定子極軸から偏位し、その結果、回転子５０が死点から偏位するようになっている。永久磁石極５５の極軸と固定子極軸との間に形成される角度は、始動角度と呼ばれる。この実施形態において、始動角度は、電気角４５度より大きく、かつ電気角１３５度より小さい。モータ１０の固定子巻線３９に一方向で電流が供給されると、回転子５０は、一方向に沿って始動することができる。モータ１０の巻線３９に反対方向の電流が供給されると、回転子５０は、反対方向に沿って始動することができる。始動角度が電気角９０度に等しいとき、回転子５０は、両方向に容易に始動することができ、すなわちこれが双方向始動を達成する最も容易な角度であることを理解されたい。始動角度が電気角９０度から偏位しているとき、回転子は、一方向に、反対方向よりも容易に始動する。多数の実験から、始動角度が電気角４５度から１３５度までの範囲内にあるとき、回転子５０の始動は両方向で良好な信頼性を有することが見いだされた。
【００３３】
この実施形態において、第２の固定子鉄心ラミネーション３２０は、対称構造を有するように構成される。対応する第２の歯本体３２３の中心線の両側にある各第２の磁極片３２５の部分は、第２の歯本体３２３の中心線に関して対称である。好ましくは、第２の固定子鉄心ラミネーション３２０の各第２の磁極片３２５の半径方向厚さは、対応する第２の歯本体３２３から第２のスロット開口部３２７へ向かう方向で徐々に減少し、その結果、第２の磁極片３２５の磁気抵抗は、第２の歯本体３２３から第２のスロット開口部３２７へ向かう方向で徐々に増大するようになっている。
【００３４】
第１の固定子鉄心ラミネーション３１０及び第２の固定子鉄心ラミネーション３２０は、磁気伝導性軟磁性材料で作ることができる。例えば、第１の固定子鉄心ラミネーション３１０及び第２の固定子鉄心ラミネーション３２０は、モータの軸線方向に沿って磁性ラミネーション（この分野ではケイ素鋼ラミネーションが通常用いられている）を積み重ねることにより形成される。第１の固定子鉄心ラミネーション３１０及び第２の固定子鉄心ラミネーション３２０が積み重ねられるとき、第１のスロット開口部３１７の中心が第２のスロット開口部３２７の中心と位置合わせされる。この実施形態において、第１のスロット開口部３１７及び第２のスロット開口部３２７の各々は、２つの対応する隣接した第１の歯本体３１３及び第２の歯本体３２３の間の中間位置に位置している。
【００３５】
第２の実施形態
図７及び図８を参照すると、第１の実施形態とは異なり、巻線３９の巻回し効率を高めるために、第１の固定子鉄心ラミネーション３１０は、固定子の円周方向に沿って接合される複数の第１の固定子鉄心部品３００を含む。各第１の固定子鉄心部品３００は、第１の弓形ヨークセグメント３１１ｂと、第１の弓形ヨークセグメント３１１ｂから延びた第１の歯本体３１３と、第１の歯本体３１３の遠位端から第１の歯本体３１３の２つの円周方向側部へ延びた第１の磁極片３１５とを含む。この実施形態において、各第１の固定子鉄心部品３００は、単一の第１の歯本体３１３と、１つの関連付けられた第１の磁極片３１５とを含む。各固定子鉄心部品は、１つより多くの第１の歯本体３１３及び対応する第１の磁極片３１５を含むこともできることを理解されたい。第２の固定子鉄心ラミネーション３２０もまた、固定子の円周方向に沿って接合される複数の第２の固定子鉄心部品３００ｂを含む。各第２の固定子鉄心部品３００ｂは、第２の弓形ヨークセグメント３２１ｂと、第２の弓形ヨークセグメント３２１ｂから延びた第２の歯本体３２３と、第２の歯本体３２３の遠位端から第２の歯本体３２３の２つの円周方向側部へ延びた第２の磁極片３２５とを含む。
【００３６】
組み立て時、第１の固定子鉄心部品３００及び第２の固定子鉄心部品３００ｂが一緒に積み重ねられ、絶縁ブラケットが取り付けられ、次いで巻線が巻回される。巻線の巻回しが完了した後、積み重ねられた第１の固定子鉄心部品３００及び第２の固定子鉄心部品３００ｂが接合されて、固定子巻線を伴う固定子鉄心が得られる。
【００３７】
この実施形態において、凹凸係合構造が、２つの隣接する第１の固定子鉄心部品３００の第１の第１の弓形ヨークセグメント３１１ｂの間の接合領域に形成される。詳細には、凹凸構造を形成する際に、第１の外部リング部分を形成するために接続される各第１の固定子鉄心部品３００の第１の弓形ヨークセグメント３１１ｂの２つの端部に、係合凹部３１４及び係合凸部３１２がそれぞれ設けられる。係合凹部３１４及び係合凸部３１２は、一緒に凹凸係合構造を形成する。同様に、凹凸係合構造３２４を、２つの隣接する第２の固定子鉄心部品３００ｂの第２の弓形ヨークセグメント３２１ｂの間の接合領域に形成することができる。
【００３８】
固定子鉄心は、複数の積み重ねられた第１の固定子鉄心部品３００及び第２の固定子鉄心部品３００ｂの接合により形成されるので、隣接する第１の磁極片３１５の間の第１のスロット開口部及び／又は第２の磁極片３２５の間の第２のスロット開口部は、非常に小さい幅を有することができる。この開示において、第１のスロット開口部の幅は、２つの隣接する第１の磁極片の間の距離を指し、第２のスロット開口部の幅は、２つの隣接する第２の磁極片の間の幅を指す。
【００３９】
図９を参照すると、この実施形態において、回転子６０は、回転子鉄心６３と、回転子鉄心６３の円周方向に沿って配置されたリング形永久磁石極６５を含む。リング形永久磁石極６５の外部円周方向面は、第１の磁極片及び第２の磁極片の内部円周方向面と同心であり、その結果、それらの間に形成されるエアギャップ４１は一様なエアギャップになる。詳細には、第１の磁極片及び第２の磁極片の内面は、軸線方向平面図内で回転子６０の中心を中心とする円上に位置する。リング形永久磁石極６５の外面は、円筒形であり、軸線方向平面図内で回転子６０の中心を中心とする円上に位置し、それゆえ、第１の磁極片及び第２の磁極片の内部円周方向面と永久磁石極６５の外部円周方向面との間に一様なエアギャップが形成される。
【００４０】
リング形永久磁石極６５は、回転子鉄心６３の外部円周方向面に取り付けられたリング形の単一の永久磁石部材６６により形成することができる。回転子鉄心６３の外部円周方向面に、軸線方向に延びる複数の溝６４が設けられる。各溝６４は、２つの永久磁石極６５の接合部に位置して、磁気漏れを低減する。
【００４１】
第３の実施形態
図１０を参照すると、この実施形態において、回転子７０は、回転子の円周方向に沿って配置された複数の永久磁石極７５を含む。各永久磁石極７５の外面は、円弧形である。永久磁石極７５の外部円周方向面は、回転子７０の中心から、外部円周方向面の円周方向中心から２つの円周方向端部へ向かって徐々に減少する距離で離間配置されている。固定子は、上記実施形態の固定子と同じものとすることができる。第１の磁極片３１５及び第２の磁極片３２５の内面が回転子の中心を中心とする円筒面上に位置する場合、永久磁石極７５と、第１の磁極片３１５及び第２の磁極片３２５の内面とが、それらの間に対称非一様エアギャップを形成する。好ましくは、対称非一様エアギャップは、その最小厚さの１．５倍を上回る最大厚さを有する。好ましくは、第１のスロット開口部３１７の幅は、ゼロより大きく、かつ非一様エアギャップの最小厚さの４倍に等しいか又はそれより小さい。
【００４２】
各永久磁石極７５は、単一の永久磁石部材７６で形成することができる。回転子７０は、回転子鉄心７３をさらに含む。永久磁石部材７６は、回転子鉄心７３の外部円周方向面に取り付けられる。回転子鉄心７３の外部円周方向面に、軸線方向に延びる複数の溝７４が設けられる。各溝７４は、２つの隣接する永久磁石極７５の接合部に位置して、磁気漏れを低減する。
【００４３】
図１１を参照すると、この実施形態では、固定子巻線３９の巻回し効率を高めるために、固定子鉄心は分割型構造体とすることができる。詳細には、第１の実施形態の図４の第１の歯本体３１３及び第１の外部リング部分３１１は、別個に形成され、次いで一緒に組み立てられる。同様に、第２の歯本体３２３及び第２の外部リング部分３２１は、別個に形成され、次いで一緒に組み立てられる。本実施形態において、第２の歯本体３２３及び対応する第２の磁極片３２５は、一体構造体として一体に形成され、この一体構造体は、第２の外部リング部分３２１から分離している。組み立て時、第１の歯本体３１３及び第２の歯本体３２３が、互いに積み重ねられる。次いで絶縁ブラケットが取り付けられ、巻線が巻回される。第１の外部リング部分３１１及び第２の外部リング部分３２１は、積み重ねられて円筒を形成する。巻線の巻回しが完了した後、第１の歯本体３１３及び第２の歯本体３２３が、第１の外部リング部分３１１と第２の外部リング部分３２１との積み重ねにより形成された円筒の内部に取り付けられ、このようにして巻線を伴う固定子鉄心が実現する。
【００４４】
第４の実施形態
図１２を参照すると、この実施形態において、回転子８０は、回転子８０の円周方向に沿って配置された複数の永久磁石極８５を含む。各永久磁石極８５の外面は、円弧形である。各永久磁石極８５は、回転子鉄心８３の外周面に取り付けられた単一の永久磁石部材によって形成される。各永久磁石極８５の外部円周方向面は、回転子８０の中心から、外部円周方向面の円周方向中心から２つの円周方向端部へ向かって徐々に減少する距離で離間配置される。回転子鉄心８３の外部円周方向面に、複数の軸線方向溝８４が設けられる。各溝８４は、２つの隣接する永久磁石極８５の間の接合部に位置して、磁気漏れを低減する。この実施形態において、永久磁石部材の厚さは均一であり、他方、各２つの溝８４の間の回転子鉄心８３の外部円周方向面は、回転子８０の中心から、円周方向中心から２つの円周方向端部へ向かって徐々に減少する距離で離間配置され、永久磁石部材の内部円周方向面は、回転子鉄心８３の外部円周方向面と形状が一致している。あるいは、回転子鉄心８３の外部円周方向面は、回転子８０の中心を中心とする円筒面上に位置し、他方、永久磁石部材の厚さは不均一であり、これはその円周方向中心から２つの円周方向端部へ向かって徐々に減少する。
【００４５】
図１３及び図１４を参照すると、上記実施形態とは異なり、この実施形態の第１の固定子鉄心ラミネーション３１０は、位置決めスロットを形成しない。第１の磁極片３１５の内面は、円筒面上に位置する。この場合、対応する第２の歯本体３２３の中心線の両側にある第２の固定子鉄心ラミネーション３２０の各第２の磁極片３２５の部分は、第２の歯本体３２３の中心線に関して非対称である。詳細には、この実施形態において、歯本体３２３の左側の各第２の磁極片３２５の部分３２５ａの半径方向幅は、歯本体３２３の右側の磁極片３２５の部分３２５ｂの半径方向幅より大きく、各第２の磁極片３２５の内面は、回転子中心から、変化する距離で離間配置される。例えば、各第２の磁極片３２５の内面は、回転子中心から、モータの円周方向に沿って一端から他端に向かって徐々に増大する距離で離間配置され、その結果、固定子２０と回転子８０との間に形成されたエアギャップ４１は、各第２の磁極片３２５の一端から他端に向かって徐々に増大し、それにより回転子８０の位置決めが達成される。
【００４６】
第５の実施形態
【００４７】
図１５を参照すると、この実施形態において、対応する第２の歯本体３２３の中心線の両側にある第２の固定子鉄心ラミネーション３２０の各第２の磁極片３２５の部分は、異なる長さを有する。この場合、第２の磁極片３２５の内面もまた、回転子の中心を中心とする円筒面上に位置することができる。すなわち、第２の磁極片３２５の内面は、回転子中心から均等な距離で離間配置され、このことが、同様に、回転子の初期位置を死点から偏位させる。この実施形態において、第２の固定子鉄心ラミネーション３２０の第２のスロット開口部３２７もまた、小さいスロット開口部とすることができ、第２のスロット開口部３２７の幅は、第１の固定子鉄心ラミネーション３１０の第１のスロット開口部３１７の幅より小さいか又はそれに等しい。
【００４８】
本発明の実施形態の単相永久磁石モータは、異なる内部構造を有する第１の固定子鉄心ラミネーションと第２の固定子鉄心ラミネーションとを積み重ねることにより形成される固定子鉄心を含む。これは、過度に大きいスロット開口部に起因する従来のモータにおいて発生する振動及び雑音を低減し、それによりモータ始動の信頼性を高める。さらに、始動時に必要とされる始動角度及びコギングトルクを設計要件に従って容易に調整することができ、それゆえ始動死点を低減又は排除し、これによりモータ始動の信頼性を高める。例えば、モータ始動角度は、第１の磁極片の位置決めスロットの位置を調整することによって容易に調整することができる。始動角度Qが電気角４５度より大きく、かつ電気角１３５度より小さい場合、回転子は双方向始動を達成することができる。第１の固定子鉄心ラミネーションの第１のスロット開口部の幅は、エアギャップの厚さの４倍より小さいか又はそれに等しく、そのことにより、従来技術では隣接する固定子磁極片の間の大きいスロット開口部に起因して生じ得る磁気抵抗の急激な変化が回避され、それによりモータのコギングトルクが低減される。固定子鉄心が分割形構造である場合、巻回しプロセスは、歯本体と外部リング部分との組立て前に高効率の巻線機を用いて行うことができるので、このことが巻回し効率を高める。
【００４９】
上記実施形態の回転子及び固定子は、異なる組合せで用いることができること、すなわち、各実施形態の回転子を任意の実施形態の固定子との組合せで用いること、及び、各実施形態の固定子を任意の実施形態の回転子との組合せで用いることができることを理解されたい。
【００５０】
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、当業者には、種々の修正が可能であることが理解されるであろう。従って、本発明の範囲は、以下の請求項を参照して決定すべきものである。
【符号の説明】
【００５１】
１０：単相永久磁石モータ
２０：固定子
２１：外部ハウジング
２３：エンドキャップ
２４：軸受
３０：固定子鉄心
３８：絶縁ブラケット
３９：巻線
４１：エアギャップ
５０、６０、７０、８０：回転子
５１：回転軸
５３、６３、７３、８３：回転子鉄心
５４、６４、７４、８４：溝
５５、６５、７５、８５：永久磁石極
５６、６６、７６：永久磁石部材
３００：第１の固定子鉄心部品
３００ｂ：第２の固定子鉄心部品
３１０：第１の固定子鉄心ラミネーション
３１１：第１の外部リング部分
３１３：第１の歯本体
３１５：第１の磁極片
３１７：第１のスロット開口部
３１８：位置決めスロット
３１６：磁気ブリッジ
３２０：第２の固定子鉄心ラミネーション
３２１：第２の外部リング部
３２３：第２の歯本体
３２５：第２の磁極片
３２７：第２のスロット開口部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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