JP-2026077271-A - 単相モータ

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Abstract

【課題】コギングトルクを低減することが可能な単相モータを提供する。【解決手段】単相モータ１１は、径方向に延在するスポーク１５１と、スポーク１５１から互いに逆方向に延在する第１突極１５４及び第２突極１５５と、を備えている。第１突極１５４の端面は、径方向において凹んだ第１凹部１５６を備え、第２突極１５５の端面は、径方向において凹んだ第２凹部１５７を備え、第１突極１５４の形状と第２突極１５５の形状とは互いに異なり、周方向において、スポーク軸ＳＡに対する第１凹部１５６の位置と、スポーク軸ＳＡに対する第２凹部１５７の位置とは、互いに異なっている。【選択図】図２

Inventors

松田龍典

Assignees

ミネベアミツミ株式会社

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20241025

Claims (4)

径方向に延在するスポークと、当該スポークから互いに逆方向に延在する第１突極及び第２突極と、を備え、前記第１突極の端面は、径方向において凹んだ第１凹部を備え、前記第２突極の端面は、径方向において凹んだ第２凹部を備え、前記第１突極の形状と前記第２突極の形状とは互いに異なり、周方向において、前記スポークの軸に対する前記第１凹部の位置と、前記スポークの軸に対する前記第２凹部の位置とは、互いに異なる、単相モータ。
径方向において、前記第２突極の端部は、前記第１突極の端部より内側にある、請求項１に記載の単相モータ。
前記第１突極の端面における第１曲率半径は、前記第２突極の端面における第２曲率半径より大きい、請求項１又は２に記載の単相モータ。
周方向において、前記スポークの一方の側面から前記第１凹部までの距離は、前記スポークの他の側面から前記第２凹部までの距離に対して大きい、請求項１から３のいずれかに記載の単相モータ。

Description

本発明は、単相モータに関する。従来、永久磁石を用いているブラシレスモータの一例として、単相ブラシレスモータ（以下、「単相モータ」と呼称する。）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。小山貴之、外３名、「３次元磁界－回路連携解析を用いた単相モータの最適設計」、電気学会論文誌Ｄ、２００９年、１２９巻５号、ｐｐ．４７６－４８１本発明に係る単相モータを備える回転機器を示す軸方向に沿った断面図である。図１に示す回転機器が備える単相モータのステータコア、コイル、マグネット、及びロータヨークを概略的に示す径方向に沿った断面図である。図２に示すティースの１つ及び円環部の一部を拡大して示す図である。実施例、比較例１、及び比較例２を説明するための表である。本発明に係る単相モータの効果を説明するためのグラフである。本発明に係る単相モータの効果を説明するための表である。以下、本発明に係る単相モータを実施するための形態が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。また、上記添付図面では、理解を容易にするために各部材の寸法が誇張又は縮小して示されていたり、ハッチングが省略されて示されていたりする場合がある。図１は、本実施形態における単相モータを備える回転機器を示す軸方向に沿った断面図である。ここで、軸方向とは、後述する回転軸の長手方向を言う。図１に示すように、本実施形態において、回転機器１は、ファンとして構成されている。回転機器１は、インペラ（羽根車）を回転させることにより風を発生させ、例えば、機器の内部で発生する熱を外部へ排出し、その機器の内部を冷却するように構成されてもよい。回転機器１は、回転軸（シャフト）１８を含むモータユニット１０と、インペラ３０と、ケース４０とを備えている。ここで、回転軸１８の中心軸Ｓを通り軸方向（回転軸１８の長手方向）に垂直な方向を「径方向」と呼称する。また、径方向において、回転軸１８の中心軸Ｓに相対的に近い側を「内」「内側」等、「内」という語で表し、回転軸１８の中心軸Ｓから相対的に遠い側を「外」「外側」等、「外」という語で表す場合がある。また、回転軸１８の中心軸Ｓを中心とする円の周方向を「周方向」と呼称する。本実施形態において、回転軸１８は、回転機器１の内側（本実施形態では中央）に配置されている。ケース４０は、軸方向に延在する筒状の形状を有しており、例えば樹脂で形成されてもよい。ケース４０は、モータユニット１０及びインペラ３０等をケース４０の内側に収容する。軸方向において、ケース４０の一方側の端部及び他方側の端部のそれぞれには、インペラ３０の回転によって発生した風をケース４０内に吸引してケース４０外へと吐出するための開口４１，４２が形成されている。以下、便宜上、軸方向における開口４１側を「上」「上側」等、「上」という語で表し、軸方向における開口４２側を「下」「下側」等、「下」という語で表す。インペラ３０は、回転軸１８に対して固定されている。インペラ３０は、回転軸１８の回転に伴い回転することによって、ケース４０の内部を軸方向に沿って流れる風を発生させる。モータユニット１０は、インペラ３０を回転させるための回転力を発生するモータ１１と、モータ１１の駆動を制御するための駆動回路等が形成された回路基板（基板）１２とを含んでいる。モータ１１は単相モータである。以下、モータ１１を「単相モータ１１」と呼称する。なお、本実施形態では、単相モータ１１をファンのような回転機器１に適用する例を説明しているが、単相モータ１１は、単相モータを備える様々な機器に適用可能である。単相モータ１１は、軸受１９と、軸受ハウジング２０と、ステータ１３と、ロータ１４とを含んでいる。軸受ハウジング２０は、筒状の形状を有しており、径方向において回転機器１の内側に配置されている。軸受ハウジング２０の内側の空間に、軸受１９及び回転軸１８が配置されている。軸受１９としては特に限定されないが、例えばボールベアリングであっても構わない。軸受１９は、軸受ハウジング２０に支持されている。軸受１９の内側を回転軸１８が通過している。軸受１９は、回転軸１８を回転可能に支持している。ステータ１３は、ステータコア１５と、インシュレータ１６と、複数のコイル１７とを含んでいる。ステータコア１５は、軸受ハウジング（スリーブ）２０に固定されている。ステータコア１５は、複数の磁性体（電磁鋼板）を軸方向に積層して構成されてもよいし、磁性鉄粉に圧力を印可して磁性鉄粉を固めることによって構成されてもよい。インシュレータ１６は、ステータコア１５の一部を覆っている。ステータコア１５の外周面１５３は、インシュレータ１６から露出している。複数のコイル１７は、インシュレータ１６を介してステータコア１５に巻き回されている。これにより、複数のコイル１７とステータコア１５とが絶縁されている。ロータ１４は、回転軸１８と、マグネット（永久磁石）２１と、ロータヨーク２２とを含んでいる。ロータヨーク２２は、例えば軟磁性体で形成されており、カップ状の形状を有している。ロータヨーク２２は、底部２２Ａと、底部２２Ａの外周縁から軸方向に延在する側部２２Ｂとを含んでいる。ロータヨーク２２は、底部２２Ａが上側を向くように配置されている。径方向において、底部２２Ａの内側には孔が形成されており、この孔に回転軸１８の端部が嵌め込まれている。側部２２Ｂの外周面にはインペラ３０が固定されている。マグネット２１は、回転軸１８の中心軸Ｓを中心とする円筒状の形状に形成されており、側部２２Ｂの内周面に固定されている。１つのマグネット２１が環状の形状を備え、マグネット２１の内周面２１Ａが、周方向において、交互に並んだ２つの異なる磁極（Ｎ極とＳ極）を備えていても構わない。また、周方向に複数のマグネット２１が並んでおり、例えばＮ極の内周面とＳ極の外周面を有するマグネット２１と、Ｓ極の内周面とＮ極の外周面を有するマグネット２１が、周方向に交互に並んで、円筒状に形成されていても構わない。径方向において、マグネット２１の内周面２１Ａは、エアギャップＧａを介して、インシュレータ１６から露出したステータコア１５の外周面（磁極部）１５３に対向している。回路基板（基板）１２は、ステータ１３に対して下側に配置されている。回路基板１２には、上述のように駆動回路が形成されている。なお、回路基板１２には、ロータ１４の回転位置を検出することが可能なホール素子やロータリーエンコーダ等が実装されても構わない。外部電源からの電力（電流）が回路基板１２の駆動回路を介して各コイル１７に流れることによって、マグネット２１の内周面２１Ａとステータコア１５の外周面１５３との間に磁気的相互作用が生じる。この磁気的相互作用によって、ロータ１４及びインペラ３０が中心軸Ｓ周りに回転する。そして、本実施形態における回転機器１では、このインペラ３０の回転によって、開口４１（吸引口），開口４２（吐出口）の間を流れる風が生成される。次に、単相モータ１１についてより詳細に説明する。図２は、単相モータ１１のステータコア１５、コイル１７、マグネット２１、及びロータヨーク２２の側部２２Ｂを概略的に示す、径方向に沿った断面図である。なお、図２では、便宜上、ステータコア１５を覆うインシュレータ１６の図示が省略されている。図２に示すように、本実施形態において、マグネット２１は、周方向に交互に並んだＮ極とＳ極とを有する内周面２１Ａを備えており、マグネット２１は例えば４つの極数を備えている。４極のそれぞれの極の周方向における長さは概ね同一（本実施形態では同一）である。換言すると、各極は、内周面２１Ａにおいて概ね９０°（本実施形態では９０°）の範囲に亘って形成されている。なお、マグネット２１の極数は４に限られるものではなく、例えば、６極であってもよいし、８極であってもよい。軸方向から見て、ステータコア１５は、円環部（円環状の部分）１５０と、円環部１５０から径方向に延在する複数のスポーク１５１と、複数のスポーク１５１のそれぞれに接続する突極１５２とを含んでいる。これら突極１５２は磁極部を形成しており、スポーク１５１から周方向における両側に突出する部分を備える。円環部１５０は、軸方向から見て、回転軸１８の中心軸Ｓを中心とする円環状に形成されており、円環部１５０の内周面がステータコア１５の内周面１５Ｂを形成している。したがって、円環部１５０よりも内側に軸受ハウジング２０及び回転軸１８が配置されている。本実施形態では、ステータコア１５は、４つのスポーク１５１を備えている。さらに言えば、本実施形態では、４つのスポーク１５１は、周方向に沿って実質的に同一の間隔（すなわち、９０°の間隔）を空けて円環部１５０から径方向に延在している。なお、本明細書において、「実質的に同一」を、例えば製造誤差や公差に起因して互いに異なる場合でも「同一」に含まれる意味と解釈してもよい。４つのスポーク１５１のそれぞれは、延在する向きを除いて実質的に同一の外形及び寸法を有している。本実施形態において、スポーク１５１は矩形状であり、径方向に延在する軸ＳＡに対して線対称の形状を有している。スポーク１５１の軸ＳＡは、周方向においてスポーク１５１の中央を通る軸であり、以下、「スポーク軸ＳＡ」と呼称する。４つのスポーク１５１のそれぞれに、インシュレータ１６（図１参照）を介してコイル１７が巻き回されている。したがって、本実施形態の単相モータ１１は、４極４スロットの単相モータである。なお、スポーク１５１の数は４つに限定されるものではないが、マグネット２１の極数と同数であっても構わない。突極１５２は、複数（本実施形態では４つ）のスポーク１５１のそれぞれの円環部１５０側（内側）とは反対側（外側）の端部に接続している。すなわち、本実施形態では、４つの突極１５２が設けられている。したがって、単相モータ１１において、ステータ１３の突極１５２の数（４）とロータ１４のマグネット２１の極数（４）とは同数である。本実施形態において、４つの突極１５２は、周方向における位置が異なるものの、同一の外形及び寸法を有している。４つの突極１５２のそれぞれの外周面１５３によって、ステータコア１５の外周面１５Ａの一部分が形成されている。単相モータ１１の静止状態（ロータ１４等が回転してない状態）において、４つの突極１５２の外周面１５３と、マグネット２１の４つの磁極はそれぞれ、径方向において対向している。突極１５２は、スポーク１５１に対して周方向における一方側及び他方側に広がった湾曲した形状を有している。また、突極１５２の外周面１５３のうちスポーク軸ＳＡが交差する部分１５３Ｘ（以下、「交差部１５３Ｘ」と呼称する。）が、突極１５２における最も外側の部分である。１つのスポーク１５１と当該１つのスポーク１５１に接続している突極１５２とによって、１つのティースＴが形成されている。よって、単相モータ１１は、周方向において概ね９０°（本実施形態では９０°）の間隔を空けて配置された４つのティースＴを含んでいる。図３は、４つのティースＴのうちの１つと円環部１５０のうち当該ティースＴが接続する部分とを拡大して示す図である。なお、図３では、便宜上、インシュレータ１６に加えて、コイル１７の図示が省略されている。図２及び図３に示すように、突極１５２は、スポーク軸ＳＡに対して非対称の形状を有している。ここで、突極１５２のうちスポーク軸ＳＡに対して周方向における一方側（反時計回り側）にある第１の部分を第１突極１５４とし、突極１５２のうちスポーク軸ＳＡに対して周方向における他方側（時計回り側）にある第２の部分を