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技術 集中巻方式のブラシレスDCモータ

出願人 三洋電機株式会社
発明者 新井和彦村田栄一竹澤正昭簗島俊人五十嵐恵司郎小礒繁美
出願日 1998年12月3日 (22年0ヶ月経過) 出願番号 1998-344710
公開日 2000年6月23日 (20年6ヶ月経過) 公開番号 2000-175389
状態 特許登録済
技術分野 ブラシレスモータ 同期機の永久磁石界磁
主要キーワード カシメ用孔 形状部位 ネオジューム ネオジ磁石 磁石位置 製造品質 スキュー効果 ステータ板
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年6月23日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

ロータコアの構造を工夫して、トルクの変動とそれに伴う騒音の発生を低減した集中巻方式ブラシレスDCモータを提供する。

構成

ロータ2の外周部コアカット形状が異なるものを、ロータコア21の積厚の積層方向の上部21aと下部21bが異なるカット形状となるように、ロータコアを相互に反転させて積み重ねて形成する。この結果、ロータ2の外周部コアカット形状をコア積層方向に対して異なる形状とすることができる。ロータの回転方向時計方向とすると、ロータコア21の積厚の積層方向の上部21aでの磁束分布と、ロータコア21の積厚の積層方向の下部21bでの磁束分布が異なり、その両者を合成すると、全体磁束は相互に補完して片寄りの少ないものとなる。その結果、トルクの変動とそれに伴う騒音の発生を低減することができる。

概要

背景

最近、エアコン等の空調機器の普及に伴って、形状的には小型化が、省電力のためにはエネルギー効率アップが求められており、特に空調機器の密閉型圧縮機に用いられる駆動用モータは小型化と高効率化が望まれている。

従来、一般に密閉型圧縮機の駆動用モータには分布巻方式ブラシレスDCモータが用いられているが、本出願人は製造工程の簡素化と小型化及び効率アップのために集中巻方式のブラシレスDCモータを提案した。

集中巻方式のブラシレスDCモータは図7に示すようにステータ1とロータ2により構成されていて、ステータは図7(A)のような形状であり、ステータ板珪素鋼板)を積層してステータコア11を形成している。ステータコア11は歯部12が設けられ、歯部12は所定の歯幅を有しその両脇には歯部先端部13が設けられている。この歯部12にスロット部の空間を利用して駆動コイル(図示せず)を直接巻回し、所謂、集中直巻方式によってステータ1の磁極を形成し、この例では4極6スロットのステータである。

また、ロータ2は図7(B)のような形状であり、珪素鋼板を積層してロータコア21を形成している。ロータコア21には永久磁石22が埋め込まれている。ロータ2の永久磁石22としては通常のフェライト系の磁石でもよいが、モータの小型化のためにはBH積の大きい磁石、即ち、ネオジューム、鉄、ボロンからなるネオジ磁石、またサマリウムコバルト系磁石などの、所謂、希土類磁石等を用いることができる。

このように形成されたステータ1の中心にロータ2を挿入して集中巻方式のブラシレスDCモータを構成することにより、分布巻方式のブラシレスDCモータのステータに比して小型に形成することができる。しかし、かかる構成の集中巻方式のブラシレスDCモータであっても、モータの特性としてどうしてもトルクの変動と、それに伴う騒音の発生を皆無にすることはできず、幾分かのトルクの変動と、それに伴う振動、騒音は許容せざるを得なかった。

特に従来から用いられているロータの積厚方向(積層方向)が、一定方向に打ち抜き(自動カシメ)されるため、ロータコアの外周部の形状もコア積層方向に対し全て同一形状となる構造を有していることも、トルクの変動とそれに伴う振動、騒音の発生の一要因であった。

振動、騒音低減方策を考える際に、一般的な誘導電動機に採用されているスキュー効果が一対策となるが、本発明が対象とする集中巻方式のブラシレスDCモータでは、ロータは磁石埋め込み型とすることから、ロータ側にスキューを設けることは簡単ではなく、スキュー効果を得るためには、ステータ側にスキューを設ける構造とせざるを得なくなり、ステータ製造時の工数アップ、製造品質の低下等リスクを負わなければならなかった。

概要

ロータコアの構造を工夫して、トルクの変動とそれに伴う騒音の発生を低減した集中巻方式のブラシレスDCモータを提供する。

ロータ2の外周部コアカット形状が異なるものを、ロータコア21の積厚の積層方向の上部21aと下部21bが異なるカット形状となるように、ロータコアを相互に反転させて積み重ねて形成する。この結果、ロータ2の外周部コアカット形状をコア積層方向に対して異なる形状とすることができる。ロータの回転方向時計方向とすると、ロータコア21の積厚の積層方向の上部21aでの磁束分布と、ロータコア21の積厚の積層方向の下部21bでの磁束分布が異なり、その両者を合成すると、全体磁束は相互に補完して片寄りの少ないものとなる。その結果、トルクの変動とそれに伴う騒音の発生を低減することができる。

目的

そこで本発明は、ロータの構造に工夫を凝らすことにより、トルクの変動と、それに伴う振動、騒音の発生を低減した集中巻方式のブラシレスDCモータを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
7件

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請求項1

集中巻方式モータロータにおいて、磁石挿入埋め込み型ロータの外周部コアカット形状が、ロータコア積厚の積層方向の上下部で異なるカット形状を有することを特徴とする集中巻方式のブラシレスDCモータ

請求項2

集中巻方式のモータのロータにおいて、磁石挿入埋め込み型ロータの外周部コアカット形状が、ロータコア積厚の積層方向の上下部で異なるカット形状を有し、かつ挿入磁石が積層方向の異なるカット形状の上下部で同一磁石共用し、又は上下部で別々の磁石を使用することを特徴とする集中巻方式のブラシレスDCモータ。

請求項3

集中巻方式のモータのロータにおいて、磁石挿入埋め込み型ロータの外周部コアカット形状が、ロータコア積厚の積層方向の上下部で異なるカット形状を有し、かつ挿入磁石が積層方向の異なるカット形状の上下部で別々の磁石を使用し、異なる外周部形状に挿入する磁石位置ラジアル方向にずれている構造を有することを特徴とする集中巻方式のブラシレスDCモータ。

技術分野

0001

本発明はモータ振動騒音を低減した密閉型圧縮機駆動用モータに用いるに適した集中巻方式ブラシレスDCモータに関する。

背景技術

0002

最近、エアコン等の空調機器の普及に伴って、形状的には小型化が、省電力のためにはエネルギー効率アップが求められており、特に空調機器の密閉型圧縮機に用いられる駆動用モータは小型化と高効率化が望まれている。

0003

従来、一般に密閉型圧縮機の駆動用モータには分布巻方式のブラシレスDCモータが用いられているが、本出願人は製造工程の簡素化と小型化及び効率アップのために集中巻方式のブラシレスDCモータを提案した。

0004

集中巻方式のブラシレスDCモータは図7に示すようにステータ1とロータ2により構成されていて、ステータは図7(A)のような形状であり、ステータ板珪素鋼板)を積層してステータコア11を形成している。ステータコア11は歯部12が設けられ、歯部12は所定の歯幅を有しその両脇には歯部先端部13が設けられている。この歯部12にスロット部の空間を利用して駆動コイル(図示せず)を直接巻回し、所謂、集中直巻方式によってステータ1の磁極を形成し、この例では4極6スロットのステータである。

0005

また、ロータ2は図7(B)のような形状であり、珪素鋼板を積層してロータコア21を形成している。ロータコア21には永久磁石22が埋め込まれている。ロータ2の永久磁石22としては通常のフェライト系の磁石でもよいが、モータの小型化のためにはBH積の大きい磁石、即ち、ネオジューム、鉄、ボロンからなるネオジ磁石、またサマリウムコバルト系磁石などの、所謂、希土類磁石等を用いることができる。

0006

このように形成されたステータ1の中心にロータ2を挿入して集中巻方式のブラシレスDCモータを構成することにより、分布巻方式のブラシレスDCモータのステータに比して小型に形成することができる。しかし、かかる構成の集中巻方式のブラシレスDCモータであっても、モータの特性としてどうしてもトルクの変動と、それに伴う騒音の発生を皆無にすることはできず、幾分かのトルクの変動と、それに伴う振動、騒音は許容せざるを得なかった。

0007

特に従来から用いられているロータの積厚方向(積層方向)が、一定方向に打ち抜き(自動カシメ)されるため、ロータコアの外周部の形状もコア積層方向に対し全て同一形状となる構造を有していることも、トルクの変動とそれに伴う振動、騒音の発生の一要因であった。

0008

振動、騒音低減方策を考える際に、一般的な誘導電動機に採用されているスキュー効果が一対策となるが、本発明が対象とする集中巻方式のブラシレスDCモータでは、ロータは磁石埋め込み型とすることから、ロータ側にスキューを設けることは簡単ではなく、スキュー効果を得るためには、ステータ側にスキューを設ける構造とせざるを得なくなり、ステータ製造時の工数アップ、製造品質の低下等リスクを負わなければならなかった。

発明が解決しようとする課題

0009

そこで本発明は、ロータの構造に工夫を凝らすことにより、トルクの変動と、それに伴う振動、騒音の発生を低減した集中巻方式のブラシレスDCモータを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

この発明の請求項1に係る集中巻方式のブラシレスDCモータは、集中巻方式のモータのロータにおいて、磁石挿入埋め込み型ロータの外周部コアカット形状が、ロータコア積厚の積層方向の上下部で異なるカット形状を有する構成とした。

0011

これにより、ロータの外周部コアカット形状をコア積層方向に対して、異なる形状とすることにより、ロータによる磁束の流れを変化させることが可能となり、ステータにスキューを付けた場合と同様な効果を得ることが可能となる。その結果、トルクの変動とそれに伴う騒音の発生を低減することができる。

0012

この発明の請求項2に係る集中巻方式のブラシレスDCモータは、集中巻方式のモータのロータにおいて、磁石挿入埋め込み型ロータの外周部コアカット形状が、ロータコア積厚の積層方向の上下部で異なるカット形状を有し、かつ挿入磁石が積層方向の異なるカット形状の上下部で同一磁石を共用し、又は上下部で別々の磁石を使用する構成とした。

0013

これにより、ロータの外周部コアカット形状をコア積層方向に対して、異なる形状とすることにより、ロータによる磁束の流れを変化させることが可能となり、ステータにスキューを付けた場合と同様な効果を得ることが可能となる。コア積層方向で異なる外周部形状部位の各々に挿入される磁石を共用するものの場合は、異なる外周部形状部位で積層方向に対してスキュー効果が得られる。また、別々の磁石を使用するものの場合は、磁石の磁力可変させることができ、さらに最適なスキュー効果の選択が可能である。

0014

この発明の請求項3に係る集中巻方式のブラシレスDCモータは、集中巻方式のモータのロータにおいて、磁石挿入埋め込み型ロータの外周部コアカット形状が、ロータコア積厚の積層方向の上下部で異なるカット形状を有し、かつ挿入磁石が積層方向の異なるカット形状の上下部で別々の磁石を使用し、異なる外周部形状に挿入する磁石位置ラジアル方向にずれている構造を有する構成とした。

0015

これにより、ロータの外周部コアカット形状をコア積層方向に対して、異なる形状とすることにより、ロータによる磁束の流れを変化させることが可能となり、ステータにスキューを付けた場合と同様な効果を得ることが可能となる。コア積層方向で異なる外周部形状部位の各々に挿入される磁石の挿入位置をずらすことにより、同じ磁力の磁石を挿入した場合でも、同様のスキュー効果が得られる。また、異なる磁力の磁石を用いることにより、スキュー効果の量を大幅に可変させることが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0016

本発明の集中巻方式のブラシレスDCモータの実施形態を、図を参照して説明する。図1(A)、(B)はロータの斜視図と平面図を示しており、図7(B)と同一物には同じ符号を付している。図1のAはリベットカシメ用孔、Bは風孔、Cは磁石挿入用スロットである。

0017

本発明に採用されるロータ2は、ロータ2の外周部コアカット形状は異なる形状としている。即ち、図1(B)のロータコア平面図において、ロータ2の中心からロータ2の外周部までの距離R1、R2はコア積層方向に対して異なっている。このため距離R2に対応するコアの外周部の任意の点の座標は、ロータ2の中心からx,yの異なる値となる。

0018

ロータを図1(A)の形状にコアを積層形成されたものを用いると、ステータコアでの磁気回路磁束分布が一様ではなく片寄りのあるものとなり、トルクの変動とそれに伴う騒音の発生の原因となるので、本発明では、図2に示すような、ロータ2の外周部コアカット形状が異なるものを、ロータコア21の積厚の積層方向の上部21aと下部21bが異なるカット形状となるように、ロータコアを相互に反転させて積み重ねて形成する。この結果、ロータ2の外周部コアカット形状をコア積層方向に対して異なる形状とすることができる。

0019

このような構造のロータコアの磁石挿入用スロットCに、図3のように、永久磁石22を挿入してロータを構成すると、ステータコア11とロータコア21の関係での磁気回路と磁束分布は図4図5のようになる。即ち、ロータの回転方向時計方向とすると、図4はロータコア21の積厚の積層方向の上部21aでの磁束分布であり、図5はロータコア21の積厚の積層方向の下部21bでの磁束分布である。従って、この両者の磁束分布を合成すると、全体磁束は相互に補完して片寄りの少ないものとなる。その結果、トルクの変動とそれに伴う騒音の発生を低減することができる。

0020

ロータコアの磁石挿入用スロットCに、図3のように、永久磁石22を挿入してロータを構成する際に、図3(A)のものは、ロータコア21の積厚の積層方向の異なる上部21aと下部21bに、コア積層方向で異なる外周部形状部位の各々に挿入される磁石を同じ磁力の磁石22で共用すると、ロータの外周部コアカット形状をコア積層方向に対して、異なる形状とすることにより、ロータによる磁束の流れを変化させることが可能となり、ステータにスキューを付けた場合と同様な効果を得ることが可能となると共に、異なる外周部形状部位で積層方向に対してスキュー効果が得られる。

0021

また、図3(B)のものは、本発明の他の実施形態であり、ロータコア21の積厚の積層方向の異なる上部21aと下部21bに、別々の磁石22a,22bを挿入する構造とする。これにより、ロータの外周部コアカット形状をコア積層方向に対して、異なる形状とすることにより、ロータによる磁束の流れを変化させることが可能となり、ステータにスキューを付けた場合と同様な効果を得ることが可能となると共に、上部21aと下部21bでの磁石の磁力を可変させることができ、さらに最適なスキュー効果の選択が可能である。

0022

更に本発明の他の実施形態として、図6のように、ロータコア21の積厚の積層方向の異なる上部21aと下部21bに、挿入磁石が上下部で別々の磁石22a,22bを使用し、異なる外周部形状に挿入する磁石22a,22bの位置がラジアル方向にずれている構造とすることができる。

0023

これにより、ロータの外周部コアカット形状をコア積層方向に対して、異なる形状とすることにより、ロータによる磁束の流れを変化させることが可能となり、ステータにスキューを付けた場合と同様な効果を得ることが可能となると共に、コア積層方向で異なる外周部形状部位の各々に挿入される磁石の挿入位置をずらすことにより、同じ磁力の磁石を挿入した場合でも、同様のスキュー効果が得られる。また、異なる磁力の磁石を用いることにより、スキュー効果の量を大幅に可変させることが可能となる。

発明の効果

0024

以上のように、本発明は、ブラシレスDCモータのステータを小型に形成することができると共に、ロータの外周部コアカット形状をコア積層方向に対して、異なる形状とすることにより、ロータによる磁束の流れを変化させることが可能となり、ステータにスキューを付けた場合と同様な効果を得ることが可能となる。その結果、トルクの変動とそれに伴う騒音の発生を低減することができる。

0025

また、コア積層方向で異なる外周部形状部位の各々に挿入される磁石を共用するものの場合は、異なる外周部形状部位で積層方向に対してスキュー効果が得られる。また、別々の磁石を使用するものの場合は、磁石の磁力を可変させることができ、さらに最適なスキュー効果の選択が可能である。

0026

更に、コア積層方向で異なる外周部形状部位の各々に挿入される磁石の挿入位置をずらすことにより、同じ磁力の磁石を挿入した場合でも、同様のスキュー効果が得られる。また、異なる磁力の磁石を用いることにより、スキュー効果の量を大幅に可変させることが可能となる。

図面の簡単な説明

0027

図1異なる外周部コアカット形状のロータの斜視図。
図2本発明に用いるロータの斜視図。
図3本発明の磁石挿入時のロータの斜視図。
図4ステータコアとロータコアの磁気回路と磁束分布図。
図5ステータコアとロータコアの磁気回路と磁束分布図。
図6本発明の他の磁石挿入時のロータの斜視図。
図7集中巻方式のブラシレスDCモータのステータとロータ。

--

0028

1ステータ
11ステータコア
12歯部
13 歯部先端部
2ロータ
21ロータコア
22 磁石

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