JP2015095974A - 電動モータ及びその電動モータを備える電動工具 - Google Patents
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Abstract
【課題】高効率の電動モータ及びその電動モータを備えた電動工具を提供する。【解決手段】電動モータ10は、ステータコア21と、このステータコア21に対して相対回転するロータコア33と、ステータコア21に巻かれる巻線24と、ロータコア33に設けられる永久磁石32とを有する。ステータコア21は、径方向に延びて巻線24が巻かれるティース23を有し、このステータコア21には、巻線24に流れる電流により発生する磁束の経路に交わらない面に沿って非導電性部50が設けられている。【選択図】図1
Description
本発明は、高効率の電動モータ及びその電動モータを備える電動工具に関する。
電動モータは、ステータコアと、ロータコアと、巻線とを有する。電動モータでは、巻線に流れる電流を制御し、ステータ及びロータに作用する磁束を変化させることにより、ロータを回転させる。ところで、特許文献1に示すように、従来から、電動モータの効率改善が図られている。
特許文献1に記載の技術では、電磁鋼板の積層体としてのコアにおいて、この電磁鋼板の主面に対して垂直に入射する磁束が発生する場合があることを考慮して、この磁束によって生じる渦電流の抑制することを課題としている。この課題を解決するために、この技術では、電磁鋼板の主面に対して垂直に入射する磁束に起因する渦電流を抑制するものである。しかし、電磁鋼板の主面に対して垂直に入射する磁束が比較的小さい電動モータも多数存在する。このような場合は、特許文献1に記載の技術では、効率改善効果が乏しい。このような事情を鑑みると、電動モータの高効率化について、他の手段があることが望ましい。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高効率の電動モータ及びその電動モータを備えた電動工具を提供することにある。
上記課題を解決するために、電動モータは、ステータコアと、このステータコアに対して相対回転するロータコアと、前記ステータコア及び前記ロータコアのうちの少なくとも一方に巻かれる巻線とを有し、前記ステータコア及び前記ロータコアの少なくとも一方は、径方向に延びて前記巻線が巻かれる極部を有し、前記ステータコア及び前記ロータコアの少なくとも一方には、前記巻線に流れる電流により発生する磁束の経路に交わらない面に沿って非導電性部が設けられている。
また、上記構成において、前記ステータコアが前記ロータコアの外側に配置されるものであり、前記ステータコアは、前記極部としてのティースと、前記ティースから延びる円環部とを有し、前記ティース及び前記円環部の少なくとも一方に、その延長方向またはその周方向に沿うように前記非導電性部が設けられていることが好ましい。
また、上記構成において、前記ティースには、その延長方向に沿って前記非導電性部が設けられ、前記ティースの側面寄りに配置された前記非導電性部において前記円環部側の端は前記ティースと前記円環部との間の角部周辺手前に配置されていることが好ましい。
また、上記構成において、前記円環部には、その周方向に沿って前記非導電性部が設けられ、前記円環部の内周面寄りに配置された前記非導電性部において前記ティース側の端は、前記ティースと前記円環部との間の角部周辺手前に配置されていることが好ましい。
また、上記構成において、前記ステータコアが前記ロータコアの内側に配置されるものであり、前記ステータコアは前記極部を有し、前記極部には、その延長方向に沿って前記非導電性部が設けられていることが好ましい。
また、上記構成において、前記ロータコアが前記ステータコアの内側に配置されるものであり、前記ロータコアは前記極部を有し、前記極部には、その延長方向に沿って前記非導電性部が設けられていることが好ましい。
また、上記構成において、前記ステータコア及び前記ロータコアのうちで少なくとも前記非導電性部が設けられるものは、回転軸方向に積層される複数の電磁鋼板の積層体として構成され、互いに積層される前記電磁鋼板のうちの少なくとも2枚に前記非導電性部が設けられ、前記電磁鋼板それぞれの前記非導電性部は互いに離れた位置に配置されていることが好ましい。
また、上記構成において、前記非導電性部のうちの少なくとも1つが断続することが好ましい。
また、上記構成において、前記ステータコア及び前記ロータコアのうちで少なくとも前記非導電性部が設けられるものは、回転軸方向に積層される複数の電磁鋼板の積層体として構成され、前記非導電性部は、電磁鋼板において、非導電性物質が充填された貫通孔及び空気を有する貫通孔のうちの少なくとも一方の構造で構成されることが好ましい。
また、上記構成において、前記ステータコア及び前記ロータコアのうちで少なくとも前記非導電性部が設けられるものは、回転軸方向に積層される複数の電磁鋼板の積層体として構成され、前記非導電性部は、電磁鋼板において、非導電性物質が充填された貫通孔及び空気を有する貫通孔のうちの少なくとも一方の構造で構成されることが好ましい。
また、電動工具は、上記いずれかの電動モータを備えることが好ましい。
上記電動モータ及び電動工具は高効率である。
(第1実施形態)
図1を参照して、本実施形態に係る電動モータ10について説明する。
図1には、電動モータ10の一例を示す。図1は、電動モータ10の回転軸に対して垂直な面で切断した電動モータ10の断面図である。
図1を参照して、本実施形態に係る電動モータ10について説明する。
図1には、電動モータ10の一例を示す。図1は、電動モータ10の回転軸に対して垂直な面で切断した電動モータ10の断面図である。
電動モータ10は、その構造により、ステータ20がロータ30の外側に配置されるインナーロータ型モータと、ロータ30がステータ20の外側に配置されるアウターロータ型モータとに区分される。以下に説明する非導電性部50の構造は、いずれの型の電動モータ10にも適用可能である。そこで、まず、図1を参照して、ブラシレスのインナーロータ型モータについて、本実施形態を説明する。なお、非導電性部50の構造を適用したアウターロータ型モータについては、第2実施形態において説明する。非導電性部50の構造を適用したブラシ付きのインナーロータ型モータ(所謂、ブラシ付きモータ)については、第3実施形態において説明する。
電動モータ10は、ステータ20と、このステータ20に対して相対回転するロータ30とを備えている。
ロータ30は、シャフト31と、永久磁石32と、ロータコア33とを有する。
ロータ30は、シャフト31と、永久磁石32と、ロータコア33とを有する。
ロータコア33は、円柱状に形成されている。また、ロータコア33には、周方向DCに等間隔で永久磁石32を収容する孔33Aが設けられている。この例では、孔33Aは、4箇所に設けられている。永久磁石32は、この孔33Aに圧入される。
ステータ20は、ステータコア21と、ステータコア21に巻かれる巻線24とを有する。
ステータコア21は、円環部22と、電動モータ10の径方向に延びるティース23(「極部」とも言われる。)とを有する。ティース23は、円環部22の内周面22Sから突出するティース本体部23Bと、ティース本体部23Bの先端側に配置される先端部23Aとに区分される。ティース本体部23Bは、円環部22の周方向DCに沿って等間隔に配置される。先端部23Aは、周方向DCに突出する2個の突起部23Eを有する。図1に示す例では、ティース23は6箇所に設けられている。ティース23には巻線24が巻かれる。
ステータコア21は、円環部22と、電動モータ10の径方向に延びるティース23(「極部」とも言われる。)とを有する。ティース23は、円環部22の内周面22Sから突出するティース本体部23Bと、ティース本体部23Bの先端側に配置される先端部23Aとに区分される。ティース本体部23Bは、円環部22の周方向DCに沿って等間隔に配置される。先端部23Aは、周方向DCに突出する2個の突起部23Eを有する。図1に示す例では、ティース23は6箇所に設けられている。ティース23には巻線24が巻かれる。
ステータコア21は、ティース23ごとに分割されている。ステータコア21の分割体21Aは、ティース23と、円環部22の一部を構成する円弧部22Aとを有する。なお、図1に示す電動モータ10では、6個の円弧部22Aにより円環部22が構成される。これら分割体21Aは、円筒状のケースに収容されたり、互いに端面同士を溶接または接着したりして、円環形状に構成される。
また、分割体21Aは、電磁鋼板25(図8及び図9参照)を積層して構成される。電磁鋼板25の表面(表面及び裏面)は絶縁処理されている。この構成により、複数枚の電磁鋼板25を連通して構成される導電周経路が形成されにくくなるため、渦電流EDが抑制される。
なお、電動モータ10では、ロータ30の回転軸及びステータ20の中心軸が、電動モータ10の回転軸に一致する。ロータ30の回転軸はシャフト31の中心軸でもある。ステータ20の中心軸は円環部22の中心軸でもある。
電動モータ10は次のように動作する。
巻線24に電流が流れると、ティース23の延長方向DR(これは、電動モータ10の径方向に対応する。)に沿って磁束Φが生成される(図2及び図5参照)。この磁束Φが、ロータ30の永久磁石32と作用して、ロータ30を回転させる。また、各巻線24に流される電流は、電動モータ10とは別個に設けられる制御装置によってロータ30の回転角度にあわせて制御される。これにより、ロータ30の回転が制御される。
巻線24に電流が流れると、ティース23の延長方向DR(これは、電動モータ10の径方向に対応する。)に沿って磁束Φが生成される(図2及び図5参照)。この磁束Φが、ロータ30の永久磁石32と作用して、ロータ30を回転させる。また、各巻線24に流される電流は、電動モータ10とは別個に設けられる制御装置によってロータ30の回転角度にあわせて制御される。これにより、ロータ30の回転が制御される。
ところで、このような電動モータ10でも、効率向上のための改善の余地がある。以下、従来構造における課題を説明し、効率向上のための手段について説明する。
図2は、従来構造のティースを構成する電磁鋼板925において、磁束Φと渦電流EDとの関係を示す図である。
図2は、従来構造のティースを構成する電磁鋼板925において、磁束Φと渦電流EDとの関係を示す図である。
巻線24に電流が流れると、ティース23の延長方向DRに沿うように主たる磁束Φが形成される。このとき、磁束Φの形成とともにこの磁束Φを周回する渦電流EDが生じる。また、電動モータ10では、巻線24に交流を流すため、表皮効果により電磁鋼板925の周面に沿うように渦電流EDが生じる。この渦電流EDにより電動モータ10の効率(消費電力)が低下する。電動モータ10の高効率化のためには、渦電流EDを抑制することが好ましい。
図3は、渦電流EDを抑制するための手段の概略を説明する図である。図3には、非導電性部50の配置が示されている。
渦電流EDは、磁束Φを通過させる電磁鋼体において、この磁束Φに周回するように生じる。また、この電磁鋼体の断面積(磁束Φの方向に対して垂直に切断した面の断面積)が大きい程、この電磁鋼体を通過する磁束Φが大きくなり、これに伴って渦電流EDも大きくなる。
渦電流EDは、磁束Φを通過させる電磁鋼体において、この磁束Φに周回するように生じる。また、この電磁鋼体の断面積(磁束Φの方向に対して垂直に切断した面の断面積)が大きい程、この電磁鋼体を通過する磁束Φが大きくなり、これに伴って渦電流EDも大きくなる。
そこで、電磁鋼体内に非導電性部50を設ける。非導電性部50とは、電磁鋼体より抵抗率が高い部分を示す。これにより、電磁鋼体において渦電流EDを流れにくくする。
一方、非導電性部50は、磁束Φを低減させる要因となるため、不適切なところに非導電性部50を配置した場合、磁束Φの低減により電動モータ10の出力が低下し、却って効率が低下する。
一方、非導電性部50は、磁束Φを低減させる要因となるため、不適切なところに非導電性部50を配置した場合、磁束Φの低減により電動モータ10の出力が低下し、却って効率が低下する。
このようなことから、渦電流EDを抑制しかつ磁束Φの低減を抑制するべく、非導電性部50は、この磁束Φの経路に交わらない面に沿う構造体として構成される。従って、非導電性部50は、この磁束Φに直交するような面SCに沿うものとしては構成されない。例えば、図3に示されるように、磁束Φに対して平行な面SA,SBに沿うように非導電性部50が構成される。これにより、磁束Φの低減が抑制される。
そして、より好ましくは、磁束Φが通過する電磁鋼体が非導電性部50によって互いに絶縁した状態で分割されるように、非導電性部50が構成される(図5参照)。
このような非導電性部50は、電磁鋼体を磁束Φに沿う面で複数の領域に分割するといった作用を有する。分割された電磁鋼体の断面積は、分割される前の電磁鋼体の断面積よりも小さいため、分割された個々の電磁鋼体に通過する磁束Φは小さくなり、またこの磁束Φに伴う渦電流EDも小さくなる。この結果、電磁鋼体全体として、この電磁鋼体に流れる渦電流EDが小さくなる(図5参照)。
このような非導電性部50は、電磁鋼体を磁束Φに沿う面で複数の領域に分割するといった作用を有する。分割された電磁鋼体の断面積は、分割される前の電磁鋼体の断面積よりも小さいため、分割された個々の電磁鋼体に通過する磁束Φは小さくなり、またこの磁束Φに伴う渦電流EDも小さくなる。この結果、電磁鋼体全体として、この電磁鋼体に流れる渦電流EDが小さくなる(図5参照)。
なお、非導電性部50は、厚さのない面として形成されることが望ましいが、厚さのない面であって非導電性を有する部分を構成することは困難であるため、非導電性部50は、実際には、厚さを有する面状構造体として構成される。
非導電性部50は、例えば、空気の層、または樹脂層として構成される。
空気層としての非導電性部50は、電磁鋼体の設けられる貫通孔として構成される。樹脂層としての非導電性部50は、電磁鋼体の設けられる貫通孔に樹脂を充填したものとして構成される。
空気層としての非導電性部50は、電磁鋼体の設けられる貫通孔として構成される。樹脂層としての非導電性部50は、電磁鋼体の設けられる貫通孔に樹脂を充填したものとして構成される。
実施形態に示すステータコア21は、上記構成の非導電性部50を有する。以下、ステータコア21の構造を説明する。
図4は、ステータコア21を構成する電磁鋼板25の平面図である。
図4は、ステータコア21を構成する電磁鋼板25の平面図である。
電磁鋼板25は、ティース23に対応するティース対応部101と、円弧部22Aに対応する円弧対応部102とを有する。
ティース対応部101には、このティース対応部101の延長方向DR(径方向に対応する方向)に沿って、かつ互いに平行に複数本の第1の非導電性部50Aが設けられている。これら第1の非導電性部50Aそれぞれの長さは等しい。
ティース対応部101には、このティース対応部101の延長方向DR(径方向に対応する方向)に沿って、かつ互いに平行に複数本の第1の非導電性部50Aが設けられている。これら第1の非導電性部50Aそれぞれの長さは等しい。
第1の非導電性部50Aは、ティース対応部101を貫通する貫通孔として構成されている。この貫通孔には、樹脂等の非導電性物質を充填してもよいし、また非導電性物質を充填せずに空気を存在させるようにしてもよい。貫通孔に非導電性物質を充填する構造によれば、ステータコア21の強度の低下を抑制することができる。一方、貫通孔に空気を存在させる構造によれば、ステータコア21を軽量にすることができる。
第1の非導電性部50Aは、ティース対応部101の端面101Aに至る手間まで延ばされている。すなわち、第1の非導電性部50Aの先端部23A側の端52は、この端面101Aから離間したところに位置する。
また、第1の非導電性部50Aの円環部22側の端51は、円弧対応部102に至る手前まで延ばされている。すなわち、第1の非導電性部50Aの円弧対応部102側の端51は、円弧対応部102におけるティース対応部101の延長領域(図4では破線で囲む領域。以下、「交差領域E」という。)の外側に位置する。
円弧対応部102には、この円弧対応部102の周方向DC(円環部22の周方向に対応する方向)に沿って、かつ互いに平行に複数本の第2の非導電性部50Bが設けられている。これら第2の非導電性部50Bそれぞれの長さは等しい。
第2の非導電性部50Bは、円弧対応部102を貫通する貫通孔として構成されている。この貫通孔には、樹脂等の非導電性物質を充填してもよいし、また非導電性物質を充填せずに空気を存在させるようにしてもよい。
第2の非導電性部50Bの周方向外側の端54は、円弧対応部102の端面102Aに至る手間まで延ばされている。すなわち、第2の非導電性部50Bの周方向外側の端54は、この端面102Aから離間したところに位置する。
また、第2の非導電性部50Bにおけるティース23側の端53は、交差領域Eに至る手前まで延ばされている。すなわち、第2の非導電性部50Bにおけるティース23側の端53は、交差領域Eの外側に位置する。
なお、電磁鋼板25の積層によりステータコア21が構成されることから、上記構成によれば、ティース23には、その延長方向DRに沿って、かつその幅方向及び厚さ方向において平行に複数本の第1の非導電性部50Aが配置される。また、円環部22には、その周方向DCに沿って、かつその幅方向及び厚さ方向において平行に複数本の第2の非導電性部50Bが配置される。
第1及び第2の非導電性部50A,50Bの配置について説明する。
電動モータ10において発生する主たる磁束Φは、ステータコア21のティース23の延長方向DRに沿うように延びて、更に円環部22に沿って曲がるような経路を辿る。このため、このような主たる磁束Φを遮らないようにするためには、この磁束Φに沿うように第1及び第2の非導電性部50A,50Bを配置することが望ましい。このようなことから、第1及び第2の非導電性部50A,50Bは上記に示したように配置される。なお、主たる磁束Φとは、電動モータ10を動作させているときにおいて、最も大きくかつ所定周期において最も長時間にわたって持続する磁束Φを意味する。
電動モータ10において発生する主たる磁束Φは、ステータコア21のティース23の延長方向DRに沿うように延びて、更に円環部22に沿って曲がるような経路を辿る。このため、このような主たる磁束Φを遮らないようにするためには、この磁束Φに沿うように第1及び第2の非導電性部50A,50Bを配置することが望ましい。このようなことから、第1及び第2の非導電性部50A,50Bは上記に示したように配置される。なお、主たる磁束Φとは、電動モータ10を動作させているときにおいて、最も大きくかつ所定周期において最も長時間にわたって持続する磁束Φを意味する。
交差領域Eには、上記に示すように非導電性部50を設けていない。これは、この交差領域Eにおいては、主たる磁束Φを特性することができないため、または交差領域Eにおいて磁束変化が大きいためである。仮に、主たる磁束Φを特定することができたとしても、主たる磁束Φの軸に沿うように構成した非導電性部50によって磁束Φが乱れて、結果的に、電動モータ10の出力低下を招いてしまうおそれがあるためである。
図5を参照して、このような構成の電磁鋼板25の作用を説明する。
図5には、電磁鋼板25において、磁束Φと渦電流EDとの関係を示す。
磁束Φは、従来の電磁鋼板25と同様に、ティース対応部101の延長方向DRに沿って形成される。
図5には、電磁鋼板25において、磁束Φと渦電流EDとの関係を示す。
磁束Φは、従来の電磁鋼板25と同様に、ティース対応部101の延長方向DRに沿って形成される。
従来の電磁鋼板25では、図2に示すように、ティース対応部901を通過する磁束全体を周回する経路(以下、「大経路」)に沿って渦電流EDが生成する。これに対して、非導電性部50を有する電磁鋼板25では、このような経路が、非導電性部50によって断絶されるため、大経路に沿う渦電流EDが生成されない。渦電流EDは、非導電性部50に囲われた領域内で、磁束Φの軸を周回するように生成する。すなわち、実質的には、磁束Φは、非導電性部50の本数Nに対応する数(N+1個)に分割されて、分割された磁束Φのそれぞれに対して渦電流EDが生じる。
一般に、所定断面積の電磁鋼体において、磁束全体によって生成する渦電流EDによる鉄損は、磁束Φが複数に分割された場合において分割された磁束Φそれぞれで発生する渦電流EDによる鉄損の総和よりも大きい。このため、上記構成によれば、全体として鉄損が低減する。このようにして、電動モータ10の効率が向上する。
図6に、他の実施形態に係る電磁鋼板125を示す。
図6に示す電磁鋼板125では、ティース23に設けられている複数本の第1の非導電性部50Aのうちで、ティース23の側面23S寄りに配置されている第1の非導電性部50Aについて、次のように構成する。例えば、ティース23の側面23S寄りの第1の非導電性部50Aにおいて円環部22側の端51を、ティース23と円環部22との間の角部周辺23CA手前に配置する。
図6に示す電磁鋼板125では、ティース23に設けられている複数本の第1の非導電性部50Aのうちで、ティース23の側面23S寄りに配置されている第1の非導電性部50Aについて、次のように構成する。例えば、ティース23の側面23S寄りの第1の非導電性部50Aにおいて円環部22側の端51を、ティース23と円環部22との間の角部周辺23CA手前に配置する。
また、円環部22に設けられている複数本の第2の非導電性部50Bのうちで、円環部22の内周面22S寄りに配置されている第2の非導電性部50Bについて、次のように構成する。例えば、円環部22の内周面22Sの第2の非導電性部50Bにおいてティース23側の端53を、ティース23と円環部22との間の角部周辺23CA手前に配置する。
すなわち、ティース23と円環部22との間の角部周辺23CAには、第1及び第2の非導電性部50A,50Bを設けない。これは、この角部周辺23CAに形成される磁束Φが、角部23Cの曲率よりも小さい曲率の弧を描くように生成するため、角部23Cの近傍に第1または第2の非導電性部50A,50Bが設けられると、磁束Φが低減するおそれがあるためである。この構成によって、磁束Φの低減が抑制される。
また、ティース23の側面23S寄りの第1の非導電性部50Aにおいて第1の非導電性部50Aの先端部23A側の端52を、ティース23と先端部23Aとの間の角部周辺23CB手前に配置する。
すなわち、ティース23において、先端部23Aとティース本体部23Bとの間の角部周辺23CBには、第1の非導電性部50Aを設けない。これは、この角部周辺23CBに形成される磁束Φが、角部23Dの曲率よりも小さい曲率の弧を描くように生成するため、角部23Dの近傍に第1の非導電性部50Aが設けられると、磁束Φが低減するおそれがあるためである。この構成によって、磁束Φの低減が抑制される。
なお、図6に示す例では、第1及び第2の非導電性部50A,50Bともに、ティース23と円環部22との間の角部周辺23CAに至らないように構成しているが、一方だけを角部周辺23CAに至らないように構成してもよい。この場合においても、磁束Φの低減が抑制される。
ここで、角部周辺23CAは、例えば次のように設定される。
シミュレーションにより仮想磁束を設定し、仮想磁束を、ティース23から円環部22に至る経路に沿って観察する。そして、仮想磁束がティース23の延長方向DRに沿わずに大きく逸脱する領域、及び仮想磁束が円環部22の周方向DCに沿わずに大きく逸脱する領域(図6参照)を特定する。このような領域が、角部周辺23CAとして設定される。角部周辺23CBについても同様の方法により設定される。
シミュレーションにより仮想磁束を設定し、仮想磁束を、ティース23から円環部22に至る経路に沿って観察する。そして、仮想磁束がティース23の延長方向DRに沿わずに大きく逸脱する領域、及び仮想磁束が円環部22の周方向DCに沿わずに大きく逸脱する領域(図6参照)を特定する。このような領域が、角部周辺23CAとして設定される。角部周辺23CBについても同様の方法により設定される。
図7に、別の実施形態に係る電磁鋼板225を示す。
図4に示した実施形態では、第1の非導電性部50Aをティース23の延長方向DRに沿うように連続した1本の構造体として構成しているが、この例では、非導電性部50を、断続した構造体として構成する。断続した構造体とは、非導電性の部分が延長方向DRに沿って一列に配列されたものを示す。これら非導電性の部分は、渦電流EDに対する抵抗となるため、この構成によっても、磁束Φによる渦電流EDを抑制することができる。また、この構成では、次の効果も発揮する。
図4に示した実施形態では、第1の非導電性部50Aをティース23の延長方向DRに沿うように連続した1本の構造体として構成しているが、この例では、非導電性部50を、断続した構造体として構成する。断続した構造体とは、非導電性の部分が延長方向DRに沿って一列に配列されたものを示す。これら非導電性の部分は、渦電流EDに対する抵抗となるため、この構成によっても、磁束Φによる渦電流EDを抑制することができる。また、この構成では、次の効果も発揮する。
図7に示すように、この構成では、ティース23の延長方向DRに対して斜めにとおる磁束経路が確保されるため、ティース23の延長方向DRに対して斜め方向に通過する磁束Φ(以下、「斜磁束ΦS」という。)の発生が妨げられないようになる。
斜磁束ΦSは、ロータ30の回転によって時間の経過とともに刻々変化する磁束Φの一部として含まれるが、斜磁束ΦSは、主たる磁束Φの存在時間よりも短い時間存在する。このような斜磁束ΦSの生成が妨げられない結果、磁束Φの乱れが抑制されるようになり、電動モータ10の出力に寄与する有効な磁束Φについて、その低減が抑制されるようになる。
図8及び図9を参照して、ステータ20の厚さ方向における非導電性部50の配置構造を説明する。図9には、ティース23の断面構造を示す。
ここでは、ティース23に設けられる第1の非導電性部50Aと、円環部22に設けられる第2の非導電性部50Bを区別せずに、両者を総称して非導電性部50と称する。また、両者を区別するときは、それぞれ第1の非導電性部50A、第2の非導電性部50Bと称呼する。
ここでは、ティース23に設けられる第1の非導電性部50Aと、円環部22に設けられる第2の非導電性部50Bを区別せずに、両者を総称して非導電性部50と称する。また、両者を区別するときは、それぞれ第1の非導電性部50A、第2の非導電性部50Bと称呼する。
電磁鋼板25それぞれにおいて非導電性部50の配置を同じにした場合、電磁鋼板25を積層してステータコア21を形成すると、非導電性部50が重なる。非導電性部50が重なった場合、ステータコア21において厚さ方向に幅広の非導電性部50が形成される。このような非導電性部50は磁束Φを低減させる。この結果、電動モータ10の効率が低下するようになる。
そこで、ステータコア21において厚さ方向に幅広の非導電性部50が構成されないように、厚さ方向で隣接する非導電性部50が離れるように、電磁鋼板25における非導電性部50の配置が設定される。
図8に示す例では、厚さ方向における順で奇数番の電磁鋼板25において、ティース対応部101にはN個の第1の非導電性部50Aを設け、円弧対応部102にはM個の第2の非導電性部50Bを設ける。
また、厚さ方向における順で偶数番の電磁鋼板25において、ティース対応部101にはN+1個の第1の非導電性部50Aを設け、円弧対応部102にはM+1個の第2の非導電性部50Bを設ける。
更に、電磁鋼板25それぞれにおいて、第1及び第2の非導電性部50A及び50Bを等間隔で配置する。
このような構成により、積層された電磁鋼板25を透視したときに、第1の非導電性部50Aがティース23の幅方向(周方向)に等間隔で配置され、また、第2の非導電性部50Bが円環部22の幅方向(径方向)に等間隔で配置されるようになる。このようにして、第1及び第2の非導電性部50A,50Bのそれぞれが離間するようになる。
このような構成により、積層された電磁鋼板25を透視したときに、第1の非導電性部50Aがティース23の幅方向(周方向)に等間隔で配置され、また、第2の非導電性部50Bが円環部22の幅方向(径方向)に等間隔で配置されるようになる。このようにして、第1及び第2の非導電性部50A,50Bのそれぞれが離間するようになる。
なお、非導電性部50が重ならないようにする手段はこれに限定されない。例えば、厚さ方向における順で、奇数番及び偶数番のいずれか一方にだけ電磁鋼板25に非導電性部50を設けるようにしてもよい。
本実施形態に係る電動モータ10は、例えば、電動工具に適用される。
電動工具は、例えば、出力軸と、この出力軸を回転させる電動モータ10と、電源装置と、駆動回路と、電動モータ10の動作を操作するためのトリガと、トリガからの指令信号によって駆動回路を制御する制御回路とを備える。駆動回路は、電源装置から供給される電力を、制御回路からの制御信号に基づいて電動モータ10に供給する電力を制御する。この電動工具は、実施形態に係る電動モータ10を備えるため、高効率である。また、この電動工具は次の効果も発揮する。電源装置を2次電池で構成する場合には、1回の充電における使用時間が長くなる。また、1回の充電における使用時間を従来と同じ時間に設定するときには、電源装置の小型化が可能である。
電動工具は、例えば、出力軸と、この出力軸を回転させる電動モータ10と、電源装置と、駆動回路と、電動モータ10の動作を操作するためのトリガと、トリガからの指令信号によって駆動回路を制御する制御回路とを備える。駆動回路は、電源装置から供給される電力を、制御回路からの制御信号に基づいて電動モータ10に供給する電力を制御する。この電動工具は、実施形態に係る電動モータ10を備えるため、高効率である。また、この電動工具は次の効果も発揮する。電源装置を2次電池で構成する場合には、1回の充電における使用時間が長くなる。また、1回の充電における使用時間を従来と同じ時間に設定するときには、電源装置の小型化が可能である。
次に、本実施形態の効果を説明する。
(1)本実施形態では、ステータコア21には、巻線24に流れる電流により発生する磁束Φの経路に交わらない面に沿って非導電性部50が設けられている。
(1)本実施形態では、ステータコア21には、巻線24に流れる電流により発生する磁束Φの経路に交わらない面に沿って非導電性部50が設けられている。
この構成によれば、磁束Φの低下を抑制し、かつこの磁束Φに基づいて生成する渦電流EDの大きさを低減することができる。この結果、電動モータ10の効率が高くなる。
(2)本実施形態では、ステータコア21は、径方向に延びるティース23と円環部22とを有し、ティース23には、その延長方向DRに沿うように第1の非導電性部50Aが設けられている。また、円環部22には、その周方向DCに沿うように第2の非導電性部50Bが設けられている。
(2)本実施形態では、ステータコア21は、径方向に延びるティース23と円環部22とを有し、ティース23には、その延長方向DRに沿うように第1の非導電性部50Aが設けられている。また、円環部22には、その周方向DCに沿うように第2の非導電性部50Bが設けられている。
このようなステータコア21では、ティース23の延長方向DR及び円環部22の周方向DCに沿って主たる磁束Φが形成される。この場合、主たる磁束Φに交わらない面として、ティース23の延長方向DRに沿う面及び円環部22の周方向DCに沿う面が設定されうる。そこで、ティース23の延長方向DRに沿うように第1の非導電性部50Aを設け、円環部22の周方向DCに沿うように第2の非導電性部50Bを設ける。この構成により、渦電流EDが抑制されるようになり、電動モータ10の効率が高くなる。
(3)また、ティース23において、複数本の第1の非導電性部50Aのうちで、側面23S寄りの非導電性部50Aにおける円環部22側の端51が、ティース23と円環部22との間の角部周辺23CA手前に配置されていることが好ましい。
なお、ティース23において1本の第1の非導電性部50Aが設けられている場合は、この第1の非導電性部50Aがティース23の側面23S寄りに配置されているときに、上記構成を満たすことが好ましい。
これにより、この角部周辺23CAを通過する磁束Φの低減を抑制することができる。このため、この構成を有しないもの(角部23Cの近くまで第1の非導電性部50Aを延長するもの)に比べて電動モータ10の効率を高くすることができる。
(4)また、円環部22において、複数本の第2の非導電性部50Bは、内周面22S寄りの第2の非導電性部50Bにおけるティース23側の端53が、ティース23と円環部22との間の角部周辺23CA手前に配置されていることが好ましい。
なお、円環部22において1本の第2の非導電性部50Bが設けられている場合は、この第2の非導電性部50Bが円環部22の内周面22S寄りに配置されているときに、上記構成を満たすことが好ましい。
これにより、この角部周辺23CAを通過する磁束Φの低減を抑制することができる。このため、この構成を有しないもの(角部23Cの近くまで第2の非導電性部50Bを延長するもの)に比べて電動モータ10の効率を高くすることができる(図6参照)。
(5)本実施形態では、ステータコア21は、複数枚の電磁鋼板25の積層体により構成され、互いに積層される電磁鋼板25のうちの少なくとも2枚に非導電性部50が設けられている。この構成において、電磁鋼板25それぞれの非導電性部50が互いに離れた位置に配置されることが好ましい。この構成によれば、各電磁鋼板25の非導電性部50が重なるように構成されたステータコア21に比べて、磁束Φの低下を抑制することができる。
(6)また、非導電性部50の少なくとも1つが断続するように、ステータコア21を構成してもよい。
この構成によれば、ティース23の延長方向DRに対して斜め方向に通過する磁束Φ、または円環部22の周方向DCに対して斜めに交差する磁束Φの生成が妨げられないようになる。このため、磁束Φの乱れが抑制されるようになり、電動モータ10の出力に寄与する有効な磁束Φの低減が抑制されるようになる。この結果、電動モータ10の効率が高くなる。
この構成によれば、ティース23の延長方向DRに対して斜め方向に通過する磁束Φ、または円環部22の周方向DCに対して斜めに交差する磁束Φの生成が妨げられないようになる。このため、磁束Φの乱れが抑制されるようになり、電動モータ10の出力に寄与する有効な磁束Φの低減が抑制されるようになる。この結果、電動モータ10の効率が高くなる。
(7)また、上記非導電性部50は、電磁鋼板25において非導電性物質が充填された貫通孔及び空気を有する貫通孔のうちの少なくとも一方の構造に構成されることが好ましい。
非導電性部50を、電磁鋼板25において非導電性物質が充填された貫通孔として構成することにより、ステータコア21の強度を高くすることができる。一方、非導電性部50を、電磁鋼板25において空気を有する貫通孔として構成することにより、ステータコア21を軽量にすることができる。
なお、ステータコア21に含まれる複数本の非導電性部50において、非導電性物質が充填された貫通孔として構成されるものの個数と、空気を有する貫通孔として構成されるものの個数との比率は、その電動モータ10の用途等により設定される。
(8)本実施形態に係る電動工具は、上記構成の電動モータ10を備えるため、高効率である。
また、2次電池を電源装置とする電動工具においては、1回の充電あたりの使用時間が長くなる。また、1回の充電あたりの使用時間を従来と同じにする場合には、上記電動モータ10の適用により、電源装置の小型化が可能である。
また、2次電池を電源装置とする電動工具においては、1回の充電あたりの使用時間が長くなる。また、1回の充電あたりの使用時間を従来と同じにする場合には、上記電動モータ10の適用により、電源装置の小型化が可能である。
(第2実施形態)
次に、アウターロータ型の電動モータにおいて、ステータコアに適用される非導電性部の構造を説明する。なお、第2実施形態において、第1実施形態に示した構成要素と同じ構成要素には、第1実施形態に示した構成要素に付した符号と同一の符号を付す。
次に、アウターロータ型の電動モータにおいて、ステータコアに適用される非導電性部の構造を説明する。なお、第2実施形態において、第1実施形態に示した構成要素と同じ構成要素には、第1実施形態に示した構成要素に付した符号と同一の符号を付す。
図10に、アウターロータ型の電動モータについて、そのステータコア1010の一例を示す。図10に示すステータコア1010は、円柱状の軸部1020と、この軸部1020の外周面に突出するように設けられた極部1030とを有する。極部1030には巻線が巻かれる。ステータコア1010は、回転軸方向に沿って積層された電磁鋼板25の積層体である。電磁鋼板25には、極部1030に対応する部分に、この極部1030の延長方向DR(径方向)に沿うように複数本の非導電性部1040が設けられている。
このようなステータコア1010では、極部1030の延長方向DRに沿って主たる磁束Φが形成される。この場合、主たる磁束Φに交わらない面として、極部1030の延長方向DRに沿う面が設定される。そこで、極部1030の延長方向DRに沿うように非導電性部1040を設ける。この構成により、上記第1実施形態に示した作用と同様の作用が生じる。このため、渦電流EDが抑制されるようになり、電動モータ10の効率が高くなる。
(第3実施形態)
次に、ブラシ付き電動モータにおいて、ロータコアに適用される非導電性部の構造を説明する。なお、第2実施形態において、第1実施形態に示した構成要素と同じ構成要素には、第1実施形態に示した構成要素に付した符号と同一の符号を付す。
次に、ブラシ付き電動モータにおいて、ロータコアに適用される非導電性部の構造を説明する。なお、第2実施形態において、第1実施形態に示した構成要素と同じ構成要素には、第1実施形態に示した構成要素に付した符号と同一の符号を付す。
図11に、ブラシ付き電動モータの電動モータについて、そのロータコア2010の一例を示す。図11に示すロータコア2010は、円柱状の軸部2020と、この軸部2020の外周面に突出するように設けられた極部2030とを有する。極部2030には巻線が巻かれる。ロータコア2010は、回転軸方向に沿って積層された電磁鋼板25の積層体である。電磁鋼板25には、極部2030に対応する部分に、この極部2030の延長方向DR(径方向)に沿うように複数本の非導電性部2040が設けられている。
このようなロータコア2010では、極部2030の延長方向DRに沿って主たる磁束Φが形成される。この場合、主たる磁束Φに交わらない面として、極部2030の延長方向DRに沿う面が設定される。そこで、極部2030の延長方向DRに沿うように非導電性部2040を設ける。この構成により、上記第1実施形態に示した作用と同様の作用が生じる。このため、渦電流EDが抑制されるようになり、電動モータ10の効率が高くなる。
[その他の実施形態]
本技術は、上記実施形態に限定されるものではない。
以下、その他の実施形態について説明する。
本技術は、上記実施形態に限定されるものではない。
以下、その他の実施形態について説明する。
・上記第1実施形態では、ティース23及び円環部22に、その延長方向DRまたはその周方向DCに沿うように非導電性部50A,50Bを設けているが、ティース23及び円環部22のいずれか一方に非導電性部50を設けるように構成してもよい。この場合においても、渦電流EDが抑制されるため、電動モータ10の効率化が図られる。
・上記第1実施形態において、ステータコア21内で、互いに離れるように非導電性部50を配置する技術を示したが、この技術は、第1実施形態だけでなく、第2または第3実施形態にも適用することができる。
・上記第1実施形態において、非導電性部50の一例として、非導電性部50を断続した構造体として構成する例を挙げたが、この技術は、第1実施形態だけでなく、第2または第3実施形態にも適用することができる。
・上記各実施形態では、非導電性部50を電磁鋼板25に設けた例を示したが、非導電性部50の実現方法はこれに限定されない。例えば、ステータコア21を圧粉磁心として構成し、ティース23の延長方向に沿うように孔を形成し、この孔に非導電性物質(気体を含む。)を充填し、孔を塞ぐことにより、非導電性部50が構成される。このような構成によっても、実施形態に示した効果に準じた効果を奏する。
・上記第1実施形態において、電動モータ10を備える電動工具について説明したが、第2実施形態に係る電動モータや第3実施形態に係る電動モータも電動工具に適用することができる。この場合においても、電動工具は高効率になる。
・上記第1実施形態では、電動モータ10の適用例として電動工具を例示したが、非導電性部50を有する電動モータ10の適用はこれに制限されない。例えば、電動モータ10は、電動歯ブラシのモータ、空気調和機や冷凍機の圧縮機用モータ、掃除機のファン駆動モータ等にも適用される。
10…電動モータ、20…ステータ、21…ステータコア、21A…分割体、22…円環部、22A…円弧部、22S…内周面、23…ティース、23A…先端部、23B…ティース本体部、23C…角部、23CA…角部周辺、23CB…角部周辺、23D…角部、23E…突起部、23S…側面、24…巻線、25,125,225,925…電磁鋼板、30…ロータ、31…シャフト、32…永久磁石、33…ロータコア、33A…孔、50…非導電性部、50A…第1の非導電性部、50B…第2の非導電性部、51,52,53,54…端、101,901…ティース対応部、101A…端面、102…円弧対応部、102A…端面、1010…ステータコア、1020…軸部、1030…極部、1040…非導電性部、2010…ロータコア、2020…軸部、2030…極部、2040…非導電性部。
Claims (10)
- ステータコアと、このステータコアに対して相対回転するロータコアと、前記ステータコア及び前記ロータコアのうちの少なくとも一方に巻かれる巻線とを有し、
前記ステータコア及び前記ロータコアの少なくとも一方は、径方向に延びて前記巻線が巻かれる極部を有し、
前記ステータコア及び前記ロータコアの少なくとも一方には、前記巻線に流れる電流により発生する磁束の経路に交わらない面に沿って非導電性部が設けられている
電動モータ。 - 前記ステータコアが前記ロータコアの外側に配置されるものであり、
前記ステータコアは、前記極部としてのティースと、前記ティースから延びる円環部とを有し、
前記ティース及び前記円環部の少なくとも一方に、その延長方向またはその周方向に沿うように前記非導電性部が設けられている
請求項1に記載の電動モータ。 - 前記ティースには、その延長方向に沿って前記非導電性部が設けられ、
前記ティースの側面寄りに配置された前記非導電性部において前記円環部側の端は、前記ティースと前記円環部との間の角部周辺手前に配置されている
請求項2に記載の電動モータ。 - 前記円環部には、その周方向に沿って前記非導電性部が設けられ、
前記円環部の内周面寄りに配置された前記非導電性部において前記ティース側の端は、前記ティースと前記円環部との間の角部周辺手前に配置されている
請求項2または3に記載の電動モータ。 - 前記ステータコアが前記ロータコアの内側に配置されるものであり、
前記ステータコアは前記極部を有し、
前記極部には、その延長方向に沿って前記非導電性部が設けられている
請求項1に記載の電動モータ。 - 前記ロータコアが前記ステータコアの内側に配置されるものであり、
前記ロータコアは前記極部を有し、
前記極部には、その延長方向に沿って前記非導電性部が設けられている
請求項1に記載の電動モータ。 - 前記ステータコア及び前記ロータコアのうちで少なくとも前記非導電性部が設けられるものは、回転軸方向に積層される複数の電磁鋼板の積層体として構成され、
互いに積層される前記電磁鋼板のうちの少なくとも2枚に前記非導電性部が設けられ、
前記電磁鋼板それぞれの前記非導電性部は互いに離れた位置に配置されている
請求項1〜6のいずれか一項に記載の電動モータ。 - 前記非導電性部のうちの少なくとも1つが断続する
請求項1〜7のいずれか一項に記載の電動モータ。 - 前記ステータコア及び前記ロータコアのうちで少なくとも前記非導電性部が設けられるものは、回転軸方向に積層される複数の電磁鋼板の積層体として構成され、
前記非導電性部は、電磁鋼板において、非導電性物質が充填された貫通孔及び空気を有する貫通孔のうちの少なくとも一方の構造で構成される
請求項1〜8のいずれか一項に記載の電動モータ。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載の電動モータを備える電動工具。
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- 2013-11-13 JP JP2013234660A patent/JP2015095974A/ja active Pending
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