JP6181532B2 - モータ - Google Patents

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Description

本発明は、ケース内にステータとロータとを収容するモータに関する。
従来、モータに使用されるロータとして、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされるロータコアを備え、それらの間に界磁磁石を配置して各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させる所謂永久磁石界磁のランデル型構造のロータが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、ランデル型構造のロータにおいては、モータの高出力化を図るために、交互に配置された爪状磁極の間に、磁路を整流するための極間磁石を配置したものも提案されている(例えば特許文献2参照)。このようなモータは、有底筒状のヨークハウジングとこのヨークハウジングの一端に設けられるエンドフレームとを有するケース内に、前記ロータと前記ステータとが収容されている。
特開平5−43749号公報 特開2012−115085号公報
ところで、上記のようなモータでは、ロータの軸方向一端面側に磁性体のヨークハウジングが位置し、ロータの軸方向他端面側に樹脂製のエンドフレームが位置することとなる。この場合、ロータの界磁磁石からの磁束の一部がケース側(ヨークハウジング側)に漏れてしまい、出力特性の悪化を招く虞がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、漏れ磁束を抑え出力特性を向上させることが可能なモータを提供することにある。
上記課題を解決するモータは、ステータコア及び巻線を有するステータと、それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第1及び第2ロータコアと、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、第1ロータコアの前記爪状磁極を第1の磁極として機能させ、前記第2ロータコアの前記爪状磁極を第2の磁極として機能させる界磁磁石とを有するロータとを、有底筒状で磁性体のヨークハウジング及び該ヨークハウジングの開口部を閉塞する蓋部を有するケース内に収容してなるモータであって、前記ロータの軸方向への漏れ磁束を相殺する補助磁石を有しており、前記補助磁石は、軸方向において前記ロータを基準にした場合の軸方向一方側のみに設けられている
この構成によれば、ロータの漏れ磁束を相殺する補助磁石を有することで、ロータの軸方向への漏れ磁束を抑えることができ、出力特性を向上させることができる。
上記課題を解決するモータステータコア及び巻線を有するステータと、それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第1及び第2ロータコアと、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、第1ロータコアの前記爪状磁極を第1の磁極として機能させ、前記第2ロータコアの前記爪状磁極を第2の磁極として機能させる界磁磁石とを有するロータとを、有底筒状で磁性体のヨークハウジング及び該ヨークハウジングの開口部を閉塞する蓋部を有するケース内に収容してなるモータであって、前記ロータの軸方向への漏れ磁束を相殺する補助磁石を有しており、前記補助磁石は、前記ロータの軸方向に着磁され、前記ロータと軸方向において対向しており、前記補助磁石は、前記ロータの軸方向であって前記界磁磁石と反発する方向に着磁される第1補助磁石と、前記ロータの軸方向であって前記爪状磁極と反発する方向に着磁される第2補助磁石である
この構成によれば、ロータの漏れ磁束を相殺する補助磁石を有することで、ロータの軸方向への漏れ磁束を抑えることができ、出力特性を向上させることができる。
この構成によれば、補助磁石は、前記ロータの軸方向に着磁され、前記ロータと軸方向において対向することで、ロータの軸方向への漏れ磁束をより確実に抑えることができ、出力特性を向上させることができる。
この構成によれば、第1補助磁石を主磁束として作用する界磁磁石の磁束と反発する方向に着磁することで、ロータの軸方向への漏れ磁束を確実に抑えることができる。更に、第2補助磁石を爪状磁極と反発する方向に着磁させることで、爪状磁極から漏れる磁束を抑えることができる。第1補助磁石及び第2補助磁石によって漏れ磁束を抑えることで、出力特性を向上させることができる。
上記モータにおいて、前記補助磁石は、前記ロータの前記ヨークハウジングの底部側の面に設けられることが好ましい。
この構成によれば、ヨークハウジングの底部側に位置する前記ロータの面に設けられる補助磁石によって、ロータの漏れ磁束を抑えることができる。
上記課題を解決するモータステータコア及び巻線を有するステータと、それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第1及び第2ロータコアと、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、第1ロータコアの前記爪状磁極を第1の磁極として機能させ、前記第2ロータコアの前記爪状磁極を第2の磁極として機能させる界磁磁石とを有するロータとを、有底筒状で磁性体のヨークハウジング及び該ヨークハウジングの開口部を閉塞する蓋部を有するケース内に収容してなるモータであって、前記ロータの軸方向への漏れ磁束を相殺する補助磁石を有しており、前記補助磁石は、前記ヨークハウジングの底部に設けられる。
この構成によれば、ロータの漏れ磁束を相殺する補助磁石を有することで、ロータの軸方向への漏れ磁束を抑えることができ、出力特性を向上させることができる。また、ヨークハウジングの底部に設けた補助磁石によってロータの漏れ磁束を抑えることができる。
上記モータにおいて、前記補助磁石は、前記ロータの軸方向に着磁され、前記ロータと軸方向において対向することが好ましい。
この構成によれば、補助磁石は、前記ロータの軸方向に着磁され、前記ロータと軸方向において対向することで、ロータの軸方向への漏れ磁束をより確実に抑えることができ、出力特性を向上させることができる。
上記モータにおいて、前記補助磁石は、前記ロータの軸方向であって前記界磁磁石と反発する方向に着磁されることが好ましい。
この構成によれば、補助磁石を主磁束として作用する界磁磁石の磁束と反発する方向に着磁することで、ロータの軸方向への漏れ磁束をより確実に抑えることができ、出力特性を向上させることができる。
本発明のモータによれば、漏れ磁束を抑え、出力特性を向上させることが可能となる。
一実施形態におけるモータの断面図である。 同上におけるモータの平面図である。 同上におけるロータの斜視図である。 同上におけるモータの一部拡大断面図である。 別例におけるロータの断面図である。 別例におけるロータの断面図である。 別例におけるロータの断面図である。
以下、モータの一実施形態について説明する。
図1に示すように、モータとしてのブラシレスモータ11のモータケース12は、略有底円筒状に形成されたヨークハウジング13と、このヨークハウジング13のフロント側(図1中、左側)の開口部を閉塞する蓋部としてのエンドプレート14とを有している。前記ヨークハウジング13は例えば磁性体の鉄で構成される。また、前記エンドプレート14は例えば非磁性体の樹脂材料で構成される。
図1に示すように、ヨークハウジング13の内周面にはステータ16が固定されている。ステータ16は、径方向内側に延びる複数のティース17aを有するステータコア17と、ステータコア17のティース17aにインシュレータ19を介して巻回される巻線20とを備えている。ステータ16は、外部の制御回路Sから巻線20に駆動電流が供給されることで回転磁界を発生する。
図2に示すようにステータコア17は、計12個のティース17aを有している。従って、ティース17a間に形成されるスロット17bの数も12個とされている。
図2に示すようにティース17aは、巻回部18aと、巻回部18aの径方向内側の端部から周方向両側に突出する突出部18bとを備える。巻回部18aは、U相、V相、W相の巻線20が集中巻にて巻回されている。
図1に示すように、ブラシレスモータ11のロータ21は回転軸22を有し、ステータ16の内側に配置されている。回転軸22は非磁性体の金属シャフトであって、ヨークハウジング13の底部13a及びエンドプレート14に支持された軸受23,24により回転可能に支持されている。
図3及び図4に示すように、ロータ21は、前記回転軸22が圧入されることで互いの軸線L方向の間隔が保持されつつ回転軸22に固定される2つのロータコア31,32と、各ロータコア31,32の軸線L方向の間に介在される界磁磁石としての環状磁石33を備える。更に、ロータ21は、背面補助磁石34,35と、極間磁石36,37とを備える。
図3及び図4に示すように、ロータコア31は、略円板状のコアベース31aの外周部に、等間隔に複数(本実施形態では4つ)の爪状磁極31bが径方向外側に突出されるとともに軸線L方向に延出して形成されている。詳しくは、爪状磁極31bは、コアベース31aの外周部から径方向外側に突出した突出部31cと、該突出部31cの先端に設けられ軸線L方向に延びる爪部31dとを有する。突出部31cは、軸線L方向から見て扇形状に形成されている。爪部31dは、軸直交方向断面が扇形状に形成されている。
図3及び図4に示すように、ロータコア32は、ロータコア31と同形状であって、略円板状のコアベース32aの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極32bが径方向外側に突出されるとともに軸線L方向に延出して形成されている。詳しくは、爪状磁極32bは、コアベース32aの外周部から径方向外側に突出した突出部32cと、該突出部32cの先端に設けられ軸線L方向に延びる爪部32dとを有する。突出部32cは、ロータコア31の突出部31cと同様に、軸線L方向から見て扇形状に形成されている。爪部32dは、軸直交方向断面が扇形状に形成されている。
そして、各ロータコア31,32は、その中央孔に回転軸22が圧入されるとともに、各コアベース31a,32aの軸線L方向の外側(相反する側)の距離が予め設定された距離となるように回転軸22に対して圧入固定される。この際、ロータコア32は、爪状磁極32bが周方向に隣り合う他方のロータコア31の爪状磁極31b間に配置されるようにして、且つコアベース31aとコアベース32aとの軸線L方向の間に環状磁石33が配置(挟持)されるようにしてロータコア31に対して組み付けられている。
環状磁石33は、フェライト磁石やネオジム磁石等の磁石であって、中央孔が形成された円環状に形成され、ロータコア31の爪状磁極31bを第1の磁極(本実施形態ではN極)として機能させ、ロータコア32の爪状磁極32bを第2の磁極(本実施形態ではS極)として機能させるように、軸線L方向に磁化されている。即ち、本実施形態のロータ21は、界磁磁石としての環状磁石33を用いた所謂ランデル型構造のロータである。ロータ21は、N極となる4つの爪状磁極31bと、S極となる4つの爪状磁極32bとが周方向に交互に配置されており、極数が8極(極対数が4個)となる。すなわち、本実施形態では、ロータ21の極数が「8」に設定され、ステータ16のティース17aの数が「12」に設定されている。つまり、前記ロータ21の極数を2n(但しnは自然数であり、本実施形態では4)、スロット17bの数(スロット数)を3nとして、極数とスロット数の比が2:3となるように構成されている。
ロータコア31の各爪状磁極31bの背面31e(径方向内側の面)とロータコア32のコアベース32aの外周面32fとの間には、背面補助磁石34が配置されている。背面補助磁石34は、その軸直交方向断面が略扇形状とされ、爪状磁極31bの背面31eに当接する側が爪状磁極31bと同極のN極に、ロータコア32のコアベース32aの外周面32fに当接する側がコアベース32aと同極のS極となるように磁化されている。
また、ロータコア32の各爪状磁極32bの背面32eとロータコア31のコアベース31aの外周面31fとの間には、背面補助磁石35が配置されている。背面補助磁石35は、その軸直交方向断面が扇形状とされ、爪状磁極32bの背面32eに当接する側がS極に、ロータコア31のコアベース31aの外周面31fに当接する側がN極となるように磁化されている。背面補助磁石34,35としては、例えばフェライト磁石を用いることができる。
図2及び図3に示すように、爪状磁極31bと爪状磁極32bとの周方向の間には、極間磁石36,37が配置されている。
上記のように構成されたロータ21は、一方のロータコア32のコアベース32aが、他方のロータコア31のコアベース31aよりも軸線L方向においてヨークハウジング13側(底部13a側)に配置される。ちなみに、ロータコア32が第1ロータコアに相当し、ロータコア31が第2ロータコアに相当する。
また、図1に示すように、ロータ21には、略円板状のマグネット固定部材41を介してセンサ磁石42が設けられている。詳しくは、マグネット固定部材41は、中央にボス部41aが形成された円板部41bと、この円板部41bの外縁から筒状に延びる筒部41cとを有し、該筒部41cの内周面及び円板部41bの表面に当接するように環状のセンサ磁石42が固着されている。そして、マグネット固定部材41は、ロータコア31と近い側で、そのボス部41aが回転軸22に外嵌されて固定されている。
そして、エンドプレート14において、センサ磁石42と軸線L方向に対向する位置には磁気センサとしてのホールIC43が設けられている。ホールIC43は、センサ磁石42に基づくN極とS極の磁界を感知するとそれぞれHレベルの検出信号とLレベルの検出信号とを前記制御回路Sに出力する。
また、本実施形態のモータ11のヨークハウジング13内には前記ロータ21と軸線L方向において対向する補助磁石51が収容される。
図4に示すように、補助磁石51は、中央に貫通孔51aを有する円環板状に形成され、板厚方向(軸線L方向)であって前記環状磁石33と反発する方向に着磁される。補助磁石51は、環状磁石33の直径と略同等の直径となるように形成され、ロータ21と同軸上となるようにヨークハウジング13の底部13aに設けられる。このとき、補助磁石51は、ロータ21の回転時に干渉しないように、ロータコア32と軸線L方向において間隙を有するように配設される。
次に、上記のように構成されたブラシレスモータ11の作用について説明する。
制御回路Sから巻線20に3相の駆動電流が供給されると、ステータ16にて回転磁界が発生され、ロータ21が回転駆動される。この際、ホールIC43と対向するセンサ磁石42が回転することで、ホールIC43から出力される検出信号のレベルがロータ21の回転角度(位置)に応じて切り替わり、その検出信号に基づいて制御回路Sから巻線20に最適なタイミングで切り替わる3相の駆動電流が供給される。これにより、良好に回転磁界が発生され、ロータ21が良好に連続して回転駆動される。
ここで、本実施形態のロータ21は、そのロータコア32のコアベース32aが軸線L方向において補助磁石51と対向するようになっている。この補助磁石51は、軸線L1方向であって、前記環状磁石33の磁束と反発する方向に着磁される。このため、ヨークハウジング13とロータ21との間での軸方向への漏れ磁束を相殺(抑制)することができるようになっている。
次に、本実施形態の効果を記載する。
(1)ロータ21の漏れ磁束を相殺する補助磁石51を有することで、ロータ21の軸線L方向への漏れ磁束を抑えることができ、出力特性を向上させることができる。
(2)補助磁石51は、ロータ21の軸線L方向に着磁され、ロータ21と軸線L方向において対向することで、ロータ21の軸線L方向への漏れ磁束をより確実に抑えることができ、出力特性を向上させることができる。
(3)補助磁石51を主磁束として作用する環状磁石33の磁束と反発する方向に着磁することで、ロータ21の軸線L方向への漏れ磁束をより確実に抑えることができ、出力特性を向上させることができる。
尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、補助磁石51をヨークハウジング13の底部13aに設ける構成としたが、これに限らない。
例えば、図5に示すように、ロータ21側に補助磁石51を設ける構成を採用してもよい。図5で示す例では、ロータコア31のコアベース31aよりもヨークハウジング13の底部13a寄りに位置するロータコア32のコアベース32aの軸線L方向の外側面32gに補助磁石52を設ける構成を採用している。
・上記実施形態では、補助磁石51をコアベース32aと対向配置させる構成について説明したが、これに加えて例えば爪状磁極に対向配置させる構成を採用してもよい。このような構成としては次の例が考えられる。
(例A)
図6に示すように、各ロータコア31,32の爪状磁極31b,32bの内で、前記ヨークハウジング13(底部13a)に延出する爪状磁極31b(爪部31d)の先端面31gに、軸線L方向視で爪状磁極31bの先端面31gと同形状(円弧状)の補助磁石53を設ける。補助磁石53は、軸線L方向であって前記爪状磁極31bと反発する方向に着磁される。この場合、補助磁石52が第1補助磁石に相当し、補助磁石53が第2補助磁石に相当する。
このような構成とすることで、爪状磁極31bと、ヨークハウジング13との間での漏れ磁束を抑えることができる。これによって、モータの出力特性を向上させることができる。
(例B)
図7に示すように、各ロータコア31,32の爪状磁極31b,32bのそれぞれに、爪状磁極31b,32bと反発する方向に着磁された補助磁石53,54を設ける。
補助磁石53は、前記例Aと同じものであり、前記ヨークハウジング13(底部13a)に延出する爪状磁極31b(爪部31d)の先端面31gに設けられ、先端面31gと同形状(円弧状)に形成される。この補助磁石53は、軸線L方向であって前記爪状磁極31bと反発する方向に着磁される。
補助磁石54は、前記ヨークハウジング13(底部13a)とは軸線L1方向において反対側に延出する爪状磁極32b(爪部32d)の先端面32hとは反対側の面32iに設けられ、軸方向視で爪状磁極32bの先端面32hと同形状(円弧状)に形成される。この補助磁石54は、軸線L方向であって、前記爪状磁極32bと反発する方向に着磁される。この場合、補助磁石52が第1補助磁石に相当し、補助磁石53,54が第2補助磁石に相当する。
前述したように、それぞれの爪状磁極31b,32bと、ヨークハウジング13側であって軸線L方向において対向する位置に補助磁石52,53を設けることで、爪状磁極31b,32bと、ヨークハウジング13との間での漏れ磁束を抑えることができる。これによって、モータの出力特性を向上させることができる。
・上記実施形態では、ロータ21の極数が「8」に設定され、ステータ16のティース17aの数が「12」に設定されたブラシレスモータに具体化したが、ロータ21の極数やステータ16のティース17aの数は適宜変更してもよい。
・上記実施形態では、ロータ21に、背面補助磁石34,35と極間磁石36,37とを設ける構成としたが、これに限らない。例えば背面補助磁石のみを設ける構成、極間磁石のみを設ける構成、背面補助磁石及び極間磁石を省略する構成を採用してもよい。
・上記各実施形態では、ステータ16のティース17aに巻線20を巻装する構成としたが、これに限らない。例えば、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされるステータコアを備え、それらの間に巻線を配置して各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させる構成を採用してもよい。
・上記実施形態では、エンドプレート14を樹脂材料で構成したが、これに限らない。例えば、エンドプレート14をアルミニウムやステンレス鋼(SUS)等の非磁性体材料を採用してもよい。また、エンドプレート14とロータ21との軸線L方向における距離が、ヨークハウジング13(底部13a)とロータとの軸線L方向における距離よりも長いという条件を満たせば、エンドプレート14として磁性体材料を用いてもよい。
・上記実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。
11…モータ、13…ヨークハウジング、14…エンドプレート(蓋部)、16…ステータ、17…ステータコア、17a…ティース、17b…スロット、20…巻線、21…ロータ、31…ロータコア(第2ロータコア)、31a,32a…コアベース、31b,32b…爪状磁極、32…ロータコア(第1ロータコア)、32g…外側面(面)、51…補助磁石(第1補助磁石)、52…補助磁石(第1補助磁石)、53…補助磁石(第2補助磁石)、54…補助磁石(第2補助磁石)。

Claims (6)

  1. ステータコア及び巻線を有するステータと、
    それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第1及び第2ロータコアと、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、第1ロータコアの前記爪状磁極を第1の磁極として機能させ、前記第2ロータコアの前記爪状磁極を第2の磁極として機能させる界磁磁石とを有するロータとを、
    有底筒状で磁性体のヨークハウジング及び該ヨークハウジングの開口部を閉塞する蓋部を有するケース内に収容してなるモータであって、
    前記ロータの軸方向への漏れ磁束を相殺する補助磁石を有しており、
    前記補助磁石は、軸方向において前記ロータを基準にした場合の軸方向一方側のみに設けられていることを特徴とするモータ。
  2. ステータコア及び巻線を有するステータと、
    それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第1及び第2ロータコアと、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、第1ロータコアの前記爪状磁極を第1の磁極として機能させ、前記第2ロータコアの前記爪状磁極を第2の磁極として機能させる界磁磁石とを有するロータとを、
    有底筒状で磁性体のヨークハウジング及び該ヨークハウジングの開口部を閉塞する蓋部を有するケース内に収容してなるモータであって、
    前記ロータの軸方向への漏れ磁束を相殺する補助磁石を有しており、
    前記補助磁石は、前記ロータの軸方向に着磁され、前記ロータと軸方向において対向しており、
    前記補助磁石は、前記ロータの軸方向であって前記界磁磁石と反発する方向に着磁される第1補助磁石と、前記ロータの軸方向であって前記爪状磁極と反発する方向に着磁される第2補助磁石であることを特徴とするモータ。
  3. 請求項に記載のモータにおいて、
    前記補助磁石は、前記ロータの前記ヨークハウジングの底部側の面に設けられることを特徴とするモータ。
  4. ステータコア及び巻線を有するステータと、
    それぞれ略円板状のコアベースの外周部に、等間隔に複数の爪状磁極が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成され、互いのコアベースが対向されつつ爪状磁極が周方向に交互に配置された第1及び第2ロータコアと、前記コアベース同士の軸方向の間に配置され、前記軸方向に磁化されることで、第1ロータコアの前記爪状磁極を第1の磁極として機能させ、前記第2ロータコアの前記爪状磁極を第2の磁極として機能させる界磁磁石とを有するロータとを、
    有底筒状で磁性体のヨークハウジング及び該ヨークハウジングの開口部を閉塞する蓋部を有するケース内に収容してなるモータであって、
    前記ロータの軸方向への漏れ磁束を相殺する補助磁石を有しており、
    前記補助磁石は、前記ヨークハウジングの底部に設けられることを特徴とするモータ。
  5. 請求項1又は4に記載のモータにおいて、
    前記補助磁石は、前記ロータの軸方向に着磁され、前記ロータと軸方向において対向することを特徴とするモータ。
  6. 請求項に記載のモータにおいて、
    前記補助磁石は、前記ロータの軸方向であって前記界磁磁石と反発する方向に着磁されることを特徴とするモータ。
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