WO2007077749A1 - ２つのロータを有するモータ及びこれを搭載した機器 - Google Patents

２つのロータを有するモータ及びこれを搭載した機器 Download PDF

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stator
teeth
motor
rotor
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PCT/JP2006/325468
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Yuichi Yoshikawa
Atsuyoshi Koshiba
Hu Li
Masahiko Morisaki
Hiroshi Murakami
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings

Definitions

  • the present invention relates to a motor having two rotors and a device on which the motor is mounted, and particularly to a configuration of a stator core of a motor.
  • FIG. 6 shows a conventional toroidal brushless motor having two rotors, and includes a stator 110, an inner rotor 120, and an outer rotor 130.
  • the stator 110 is powered by a stator yoke 114, an outer tooth 112 and an inner tooth 113 provided on the stator yoke 114, and the stator yoke 114 has a plurality of toroidal three-phase wires 115. It has been subjected.
  • the shoreline 115 is usually star or delta connected.
  • the inner rotor 120 is directly connected to the shaft 123, and is rotatably held inside the stator 110.
  • the inner rotor 120 further includes a rotor yoke 121 and a permanent magnet 122.
  • the outer rotor 130 is directly connected to the shaft 123 and is rotatably held outside the stator 110.
  • the outer rotor 130 further includes a rotor yoke 131 and a permanent magnet 132.
  • FIG. 6 shows a surface magnet type rotor in which permanent magnets 122 and 132 are provided on the surfaces of the rotor cores 121 and 131, respectively.
  • the configuration of such a toroidal motor is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application JP 2001-37133
  • the motor of the present invention has the following configuration.
  • An annular stator yoke, a plurality of outer teeth protruding toward the outside, and the same number of stator teeth as the outer teeth A stator core having a plurality of inner teeth projecting inwardly from the yoke, a plurality of windings wound around the stator core, a stator held by the shaft, and through the gaps in the outer teeth
  • the stator core is configured between the inner teeth and the outer slots formed between the outer teeth, and includes the outer rotor opposed to each other and the inner rotor held by the shaft and opposed to the inner teeth via a gap.
  • the cross-sectional area of the slot is equal to the cross-sectional area of the inner slot.
  • the motor of the present invention configured as described above can improve the winding space factor. This can reduce copper loss and improve motor efficiency.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the motor according to Embodiment 1 of the present invention when it is cut into a ring.
  • FIG. 2 is a graph showing a comparison of efficiency between the conventional motor and the motor of Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view when the stator of the motor according to the second embodiment of the present invention is cut into rings.
  • FIG. 4 is a perspective view of a stator core of a motor in Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of an apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the conventional motor when it is cut into a ring.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the motor according to Embodiment 1 of the present invention when the motor is cut.
  • the motor of the present embodiment includes a stator 10, an inner rotor 20 that faces the inner diameter side of the stator 10, and an outer rotor 30 that faces the outer diameter side.
  • the stator core 11 constituting the stator 10 includes a substantially annular stator yoke 14, an outer tooth 12 in which the force of the stator yoke 14 also projects in the outer circumferential direction, and the same number of outer teeth 12 projecting from the stator yoke 14 in the inner circumferential direction. It consists of 13 inner teeth. Between each outer tooth 12, there is an outer slot 16 force. Between each inner tooth 13, there is an inner slot 17 force. A plurality of winding wires 15 connected in a three-phase star or delta shape and wound in a toroidal winding format are wound around the stator yoke 14 between the outer slot 16 and the inner slot 17.
  • An outer rotor 30 is disposed facing the outer teeth 12 via a predetermined air gap.
  • An inner rotor 20 is arranged facing the inner teeth 13 via a predetermined air gap.
  • the outer rotor 30 and the inner rotor 20 are each composed of a rotor yoke (not shown) and a permanent magnet (not shown).
  • Outer row The rotor 30 and the inner rotor 20 are connected to a shaft (not shown), and rotate integrally by applying a predetermined current to the winding wire 15.
  • the outer slot 16 has a side 16A in the radial direction and a side 16B in the circumferential direction, and the cross-sectional area is determined by the length of each.
  • the inner slot 17 has a side 17A in the radial direction and a side 17B in the circumferential direction, and the cross-sectional area is determined by the respective lengths.
  • the length of the side 16A in the radial direction of the outer slot is made shorter than the length of the side 17A in the radial direction of the inner slot, thereby making the cross-sectional areas of the outer slot 16 and the inner slot 17 substantially equal. This is because the outer side slot 16 is located on the outer periphery of the inner slot 17, and the circumferential side 16B of the outer slot is longer than the circumferential side 17B of the inner slot.
  • the cross-sectional area of the outer slot 16 and the cross-sectional area of the inner slot 17 are both 1Z2 which is the sum of the cross-sectional area of the outer slot 116 and the inner slot 117 of the conventional motor shown in FIG. . That is, the total value of the slot cross-sectional area is the same as that of the conventional motor, and the ratio changes. This can solve the problem that it has been difficult to improve the space factor of the outer slot 16 with the conventional motor when toroidal winding is performed. This improves the total wire space factor, reduces copper loss and improves motor efficiency compared to conventional motors.
  • FIG. 2 shows a comparison of efficiency between the conventional motor shown in FIG. 6 and the motor of the first embodiment.
  • the slot cross-sectional area of the outer slot 116 and the inner slot 117 of the conventional motor is 5: 4, whereas the slot cross-sectional area of the outer slot 16 and the inner slot 17 is 1 in the motor of this embodiment. :
  • the ratio is 1.
  • the efficiency of the conventional motor is 1, the motor of this embodiment is 1.07, and a significant improvement in efficiency can be realized.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view when the stator of the motor according to Embodiment 2 of the present invention is cut into rings.
  • the motor according to the present embodiment includes a stator 40, an inner rotor (not shown) facing the inner diameter side of the stator 40, and an outer rotor (not shown) facing the outer diameter side. Is done.
  • the inner rotor and the outer rotor are the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the stator core 41 constituting the stator 40 includes a substantially annular stator yoke 44, outer teeth 42 projecting outward from the stator yoke 44, and the same number of outer teeth 42 as the outer teeth 42.
  • the inner teeth 43 project from the theta yoke 44 in the inner circumferential direction. Between each outer tooth 42, there is an outer slot 46 force. Between each inner tooth 43, there is an inner slot 47 force. Then, a plurality of winding wires 45 connected in a three-phase star or delta shape and wound in a toroidal winding form are wound around the stator yoke 44 between the outer slot 46 and the inner slot 47! /.
  • stator core 41 is different from that in the first embodiment.
  • the outer slot 46 and the inner slot 47 have the same cross section (substantially rectangular).
  • the outer slot 46 has a radial side 46A and a circumferential side 46B
  • the inner slot 47 has a radial side 47A and a circumferential side 47B.
  • the length of the side 46A in the radial direction of the outer slot is made equal to the length of the side 47A in the radial direction of the inner slot.
  • the length of the circumferential side 46B of the outer slot is made equal to the length of the circumferential side 17B of the inner slot.
  • the coil end portion (not shown) can be shortened, and the resistance value of the winding wire can be greatly reduced. From the above, copper loss can be reduced compared to conventional motors, and motor efficiency can be improved.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a stator core of the motor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the stator core 51 is divided into a core piece 51A and a core piece 51B.
  • the divided stator cores are joined by a method such as welding after the winding is completed.
  • the winding efficiency at the time of applying the toroidal winding is improved, and the winding man-hour can be reduced, so that the winding cost can be reduced.
  • the shape of the slot of the stator core 51 the shape shown in the first embodiment or the second embodiment is applied.
  • the number of divisions is a force of 2.
  • the present invention is not limited to this. An integer of 2 or more can be freely selected so as to improve the winding efficiency in relation to the winding machine.
  • FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of a device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the device 61 includes a housing 62, a motor 67 mounted on the housing 62, a driver 65 for driving the motor 67, and a power source 68 for supplying power to the driver 65.
  • a load 69 such as a mechanism unit driven by the motor 67 as a power source.
  • the motor 67 is composed of the motor 67 and the driver 65.
  • a motor 67 is driven from a power source 68 via a driver 65. Rotational torque is transmitted to the load 69 via the output shaft of the motor 67.
  • the motor 67 the motor of Embodiment 1 to Embodiment 3 can be applied.
  • the device 61 is small and has limited space, and is effective for home appliances and electrical components that require a motor that requires high output.
  • the present invention is useful for motors that are small in size, limited in space, high output, and high efficiency, such as home appliances and electrical equipment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Brushless Motors (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

　環状のステータヨークと、このステータヨークから外側及び内側に向かって突出した複数の外側ティース及び複数の内側ティースを有するステータコアと、このステータコアに巻回された複数の巻線とを備えたステータと、外側ティースに空隙を介して対向した外側ロータと内側ティースに空隙を介して対向した内側ロータとを備えた２つのロータを有するモータである。ここで、ステータコアは、外側ティース間の外側スロットと、内側ティース間の内側スロットとを有し、巻線は外側スロットと内側スロットの間のステータヨークに巻回され、ステータを輪切りにした時の外側スロットの断面積と内側スロットの断面積が等しい。

Description

明 細 書
2つのロータを有するモータ及びこれを搭載した機器
技術分野
[0001] 本発明は、 2つのロータを有するモータおよびこれを搭載した機器に関し、特に、モ 一タのステータコアの構成に関するものである。
背景技術
[0002] 図 6は、従来の 2つのロータを有するトロイダル方式のブラシレスモータであり、ステ ータ 110と内側ロータ 120と外側ロータ 130から構成されている。
[0003] ステータ 110は、ステータヨーク 114と、このステータヨーク 114に設けられた外側テ ィース 112と内側ティース 113と力らなり、このステータヨーク 114にはトロイダル方式 の複数の 3相卷線 115が施されている。通常、卷線 115はスターまたはデルタ結線さ れている。
[0004] 内側ロータ 120はシャフト 123に直結され、ステータ 110の内側に回転自在に保持 される。内側ロータ 120は、更にロータヨーク 121と永久磁石 122とを有する。また、 外側ロータ 130は、同様にシャフト 123に直結され、ステータ 110の外側に回転自在 に保持される。外側ロータ 130は、更にロータヨーク 131と永久磁石 132とを有する。
[0005] 内側ロータ 120および外側ロータ 130は、卷線 115に流れる電流による磁界によつ て回転する。尚、図 6は、ロータコア 121および 131の表面に永久磁石 122および永 久磁石 132をそれぞれ設けた、表面磁石型ロータを示している。このようなトロイダル モータの構成は、例えば特許文献 1に開示されて 、る。
[0006] この従来のモータにおいて、トロイダル卷線を行う場合、内側スロット 117の断面積 と外側スロット 116の断面積が不均一であるという課題を有していた。結果として、ト 一タル的な卷線占積率が低下し、効率の低下を招!、て 、た。
特許文献 1：日本特許出願特開 2001— 37133号公報
発明の開示
[0007] 本発明のモータは次の構成を有する。環状のステータヨークと、このステータヨーク 力も外側に向力つて突出した複数の外側ティースと、外側ティースと同数でステータ ヨークから内側に向力つて突出した複数の内側ティースとを有するステータコアと、こ のステータコアに卷回された複数の卷線とを備えたステータと、シャフトに保持され、 外側ティースに空隙を介して対向した外側ロータと、シャフトに保持され、内側ティー スに空隙を介して対向した内側ロータとを含み、ステータコアは、外側ティースの間に 構成された外側スロットと、内側ティースの間に構成された内側スロットとを有し、卷線 は外側スロットと内側スロットの間のステータヨークに卷回され、 3相スターまたはデル タ状に結線されたトロイダル卷線であり、ステータを輪切りにした時の外側スロットの 断面積と内側スロットの断面積が等しい。
[0008] この構成による本発明のモータは、卷線占積率を向上させることができる。これによ り、銅損を低減させ、モータの効率を向上させることができる。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]図 1は本発明の実施の形態 1におけるモータを輪切りにした時の一部断面図で ある。
[図 2]図 2は従来のモータと実施の形態 1のモータとの効率の比較を示すグラフである
[図 3]図 3は本発明の実施の形態 2におけるモータのステータを輪切りにした時の断 面図である。
[図 4]図 4は本発明の実施の形態 3におけるモータのステータコアの斜視図である。
[図 5]図 5は本発明の実施の形態 4における機器の概略説明図である。
[図 6]図 6は従来のモータを輪切りにした時の断面図である。
符号の説明
[0010] 10, 40 ステータ
11, 41, 51 ステータコア
51A, 51B コアピース
12, 42 外側ティース
13, 43 内側ティース
14, 44 ステータヨーク
15, 45 卷線 16, 46 外側スロット
16 A, 46 A 外側スロットの径方向
16B, 46B 外側スロットの周方向
17, 47 内側スロット
17A, 47A 内側スロットの径方向
17B, 47B 内側スロットの周方向
20 内側ロータ
30 外側ロータ
51A, 51B コアピース
61 機器
67 モータ
発明を実施するための最良の形態
[0011] 以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
[0012] (実施の形態 1)
図 1は、本発明の実施の形態 1におけるモータを輪切りにした時の一部断面図であ る。本実施の形態のモータは、ステータ 10と、このステータ 10の内径側に対向する 内側ロータ 20と、外径側に対向する外側ロータ 30とで構成される。
[0013] ステータ 10を構成するステータコア 11は、略環状のステータヨーク 14と、このステ ータヨーク 14力も外周方向に突出した外側ティース 12と、外側ティース 12と同数でス テータヨーク 14から内周方向に突出した内側ティース 13とから成る。各々の外側ティ ース 12の間には外側スロット 16力 各々の内側ティース 13の間には内側スロット 17 力 それぞれ構成されている。そして、 3相スターもしくはデルタ状に結線されトロイダ ル卷線形式による複数の卷線 15が、外側スロット 16と内側スロット 17の間のステータ ヨーク 14に卷回されている。
[0014] 外側ティース 12に対向して所定のエアギャップを介して外側ロータ 30が配設され ている。内側ティース 13に対向して所定のエアギャップを介して内側ロータ 20が配 設されている。図 6に示す従来例と同様に、外側ロータ 30と内側ロータ 20は、それぞ れロータヨーク（図示しな 、）と永久磁石（図示しな 、）とより構成されて 、る。外側ロー タ 30と内側ロータ 20とはシャフト（図示しない）に連結されており、卷線 15に所定の 通電を行うことにより、一体に回転する。
[0015] 外側スロット 16は、径方向の辺 16Aと周方向の辺 16Bとを有し、それぞれの長さに より断面積が決まる。同様に、内側スロット 17は、径方向の辺 17Aと周方向の辺 17B とを有し、それぞれの長さにより断面積が決まる。
[0016] ここで、外側スロットの径方向の辺 16Aの長さを内側スロットの径方向の辺 17Aの 長さより短くし、これにより外側スロット 16と内側スロット 17の断面積を略等しくする。 外側スロット 16は内側スロット 17より外周に位置するため、外側スロットの周方向の辺 16Bは、内側スロットの周方向の辺 17Bより長くなるためである。
[0017] 外側スロット 16の断面積と内側スロット 17の断面積は、共に、図 6に示す従来のモ ータの外側スロット 116の断面積と内側スロット 117の断面積の合計値の 1Z2にする 。即ち、スロット断面積の合計値は従来のモータと同じであり、比率が変わることにな る。これによりトロイダル卷線を施すときに、従来のモータでは、外側スロット 16の卷線 占積率を向上させることが困難であった課題が解決できる。これによりトータル的な卷 線占積率を向上させ、従来のモータに比べて、銅損を低減させ、モータ効率を向上 させることがでさる。
[0018] 図 2は、図 6に示す従来のモータと本実施の形態 1のモータとの効率の比較を示す 。従来のモータの外側スロット 116と内側スロット 117のスロット断面積は 5 :4の比率と なっているのに対して、本実施の形態のモータでは外側スロット 16と内側スロット 17 のスロット断面積は 1 : 1の比率となっている。これにより、従来のモータの効率を 1とす ると、本実施の形態のモータでは 1. 07となり、大幅な効率向上が実現できる。
[0019] (実施の形態 2)
図 3は、本発明の実施の形態 2におけるモータのステータを輪切りにした時の断面 図である。本実施の形態のモータは、ステータ 40と、このステータ 40の内径側に対 向する内側ロータ（図示しな ヽ）と、外径側に対向する外側ロータ（図示しな ヽ）とで構 成される。内側ロータと外側ロータは、実施の形態 1と同様であり、説明を省略する。
[0020] ステータ 40を構成するステータコア 41は、略環状のステータヨーク 44と、このステ ータヨーク 44から外周方向に突出した外側ティース 42と、外側ティース 42と同数でス テータヨーク 44から内周方向に突出した内側ティース 43とから成る。各々の外側ティ ース 42の間には外側スロット 46力 各々の内側ティース 43の間には内側スロット 47 力 それぞれ構成されている。そして、 3相スターもしくはデルタ状に結線されトロイダ ル卷線形式による複数の卷線 45が、外側スロット 46と内側スロット 47の間のステータ ヨーク 44に卷回されて!/、る。
[0021] 本実施の形態においては、実施の形態 1と比べてステータコア 41の形状が異なる。
即ち、外側スロット 46と内側スロット 47の断面が等しい形状 (略長方形）となっている
[0022] 外側スロット 46は、径方向の辺 46Aと周方向の辺 46Bとを有し、内側スロット 47は、 径方向の辺 47Aと周方向の辺 47Bとを有す。
[0023] ここで、外側スロットの径方向の辺 46Aの長さと内側スロットの径方向の辺 47Aの長 さとを等しくする。また外側スロットの周方向の辺 46Bの長さと内側スロットの周方向の 辺 17Bの長さとを等しくする。これにより外側スロット 46と内側スロット 47とは、共に略 長方形で等 U、形状の断面となる。
[0024] このように外側スロット 46と内側スロット 47を等し 、形状とすることで、外側スロット 4 6に施された卷線配置と内側スロット 47に施された卷線配置が等しくなるため、整列 巻が可能となり、占積率を向上させることができる。
[0025] さらに、整列卷とすることにより、コイルエンド部（図示しない）を短縮することができ、 卷線の抵抗値を大幅に低減することができる。以上のことから、銅損を従来のモータ に対して低減することが可能であり、モータ効率を向上させることができる。
[0026] (実施の形態 3)
図 3は、本発明の実施の形態 3におけるモータのステータコアを示す斜視図である 。ステータコア 51は、コアピース 51 Aとコアピース 51Bと 2つに分割されている。分割 されたステータコアは、卷線完了後溶接等の方法により結合される。
[0027] ステータコア 51を分割することにより、トロイダル卷線を施す際の卷線効率が向上し 、卷線工数が削減できるため卷線コストを低減することが可能となる。このステータコ ァ 51のスロットの形状は、実施の形態 1又は実施の形態 2に示した形状が適用される [0028] なお、本実施の形態においては、分割数は 2とした力 これに限定されるものではな い。卷線機との関係で卷線効率を向上させるように、 2以上の整数が自由に選択でき る。
[0029] (実施の形態 4)
図 5は本発明の実施の形態 4における機器の概略説明図である。図 5において、機 器 61は、筐体 62と、その筐体 62に搭載されるモータ 67と、そのモータ 67を駆動する ための駆動器 65と、その駆動器 65に給電するための電源 68と、モータ 67を動力源 として駆動される機構部等の負荷 69とを含んで 、る。
[0030] ここで、モータ 67と駆動器 65からモータ駆動装置 63を構成している。機器 61は、 電源 68から駆動器 65を介してモータ 67が駆動される。モータ 67の出力軸を介して 負荷 69に回転トルクが伝達される。モータ 67には、上記実施の形態 1から実施の形 態 3のモータが適用できる。
[0031] 機器 61としては、小型でスペースに制限があり、高出力が求められるモータを必要 とする家電製品ゃ電装品に有効である。
産業上の利用可能性
[0032] 本発明は、家電製品ゃ電装品など、小型でスペースに制限があり、かつ高出力で 高効率が求められるモータに有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 環状のステータヨークと、前記ステータヨーク力も外側に向力つて突出した複数の外 側ティースと、前記外側ティースと同数で前記ステータヨークから内側に向力つて突 出した複数の内側ティースとを有するステータコアと、前記ステータコアに卷回された 複数の卷線とを備えたステータと、
シャフトに保持され、前記外側ティースに空隙を介して対向した外側ロータと、前記シ ャフトに保持され、前記内側ティースに空隙を介して対向した内側ロータとを含み、 前記ステータコアは、前記外側ティースの間に構成された外側スロットと、前記内側テ ィースの間に構成された内側スロットとを有し、
前記卷線は、前記外側スロットと前記内側スロットの間の前記ステータヨークに卷回さ れ、 3相スターまたはデルタ状に結線されたトロイダル卷線であり、
前記ステータを輪切りにした時の前記外側スロットの断面積と前記内側スロットの断 面積が等しいモータ。
[2] 前記外側スロットの径方向の長さは前記内側スロットの径方向の長さより短い請求項 1記載のモータ。
[3] 前記外側スロットと前記内側スロットの断面は、同一形状である請求項 1記載のモー タ。
[4] 前記形状は、長方形である請求項 3記載のモータ。
[5] 前記卷線は、整列卷である請求項 1記載のモータ。
[6] 前記ステータコアは、複数のコアピースに分割されている請求項 1記載のモータ。
[7] 請求項 1から請求項 6のいずれかに記載のモータを搭載した機器。
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