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公開番号2021019370
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210215
出願番号2019131856
出願日20190717
発明の名称モータ
出願人株式会社デンソー
代理人特許業務法人太陽国際特許事務所
主分類H02K 1/22 20060101AFI20210118BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】振動の低減による静音化を図ることと体格の大型化を抑制する。
【解決手段】ファンモータ10は、保持力Hcが400[kA/m]以上かつ残留磁束密度Brが1.0[T]以上の磁性材料を用いて形成され、複数の磁極を有するマグネット32を有するロータ22を備えている。また、ファンモータ10は、導線27を含んで構成され、導線27の一部が周方向に並んでかつマグネット32と対向して配置された複数の導線部29Aとされたコイル体26を有するステータ20を備えている。周方向における各導線部29Aの間には、導線間部材が設けられていない構成となっている。導線部は、その径方向の厚さ寸法が、1磁極内における1相分の周方向の幅寸法よりも小さくなっている。そして、コイル体26に生じる誘起電圧波形が正弦波に沿う波形となるように、マグネット32の配向角度等が設定されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
複数の磁極を有するマグネット(32)を備えたロータ(22)と、
導電性の素線が束ねられることで形成されかつ束ねられた前記素線間の抵抗値が前記素線そのものの抵抗値よりも大きい素線集合体である導線(27)を含んで構成され、前記導線の一部が周方向に並んでかつ前記マグネットと対向して配置された複数の導線部(29A)とされたコイル体(26)を備え、周方向における前記各導線部の間に導線間部材が設けられ、かつその導線間部材として、1磁極における前記導線間部材の周方向の幅寸法をWt、前記導線間部材の飽和磁束密度をBs、前記マグネットの1磁極分の周方向の幅寸法をWmとした場合に、Wt×Bs≦Wm×Brの関係となる磁性材料を用いる構成となっているステータ(20)と、
を備え、
前記マグネットは、前記各導線部の間に導線間部材が存在する場合には磁気飽和を生じさせるよう、保持力Hcが400[kA/m]以上かつ残留磁束密度Brが1.0[T]以上の磁性材料を用いて形成され、
前記導線部は、その径方向の厚さ寸法が、1磁極内における1相分の周方向の幅寸法よりも小さくなっており、
前記コイル体に生じる誘起電圧波形が正弦波に沿う波形となるように、前記マグネットの配向角度、周方向に隣合う複数の前記マグネット間の間隔、前記マグネットに形成された窪みの形状、前記マグネットの前記コイル体と対向する方向への厚み寸法、前記マグネットと前記コイル体との間の間隔、前記各導線部の周方向への幅寸法、の少なくともいずれかが設定されているモータ(10)。
続きを表示(約 430 文字)【請求項2】
前記マグネットを軸方向から見て、磁極中心(L)における磁束線(W)の周方向に対する配向角度が90°未満に設定された請求項1記載のモータ。
【請求項3】
周方向に隣合うマグネットが磁極中心において離間している請求項1又は請求項2記載のモータ。
【請求項4】
前記窪み(54)が、前記マグネットの磁極中心を含む部分に形成されている請求項1又は請求項2記載のモータ。
【請求項5】
前記マグネットにおいて磁極中心を含む部分の前記コイル体と対向する方向への厚み寸法(T1)が、他の部分の厚み寸法(T2)と比べて小さな寸法となっている請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のモータ。
【請求項6】
前記ステータは、ステータコア(24)を含んで構成され、
前記導線部の形状が保持された前記コイル体が、前記ステータコアに取付けられている請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のモータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、モータに関する。
続きを表示(約 6,300 文字)【背景技術】
【0002】
下記特許文献1には、車両の空調装置の一部を構成するファンモータが開示されている。この文献に記載されたファンモータは、導電性の巻線が巻回されることで形成された複数のコイルを有するステータを備えている。そして、この文献に記載されたステータでは、コイルの内側の空間が空気や合成樹脂等で満たされた空芯コイルとなっている。これにより駆動出力を維持しつつ、ファンモータの軽量化が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第5611348号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、ファンモータ等の車両内に搭載されるモータには、振動の低減による静音化を図ることと体格の大型化を抑制することが望まれるが、上記特許文献1に記載された構成には、この点で改善の余地がある。
【0005】
本発明は上記事実を考慮し、振動の低減による静音化を図ることと体格の大型化を抑制することができるモータを得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するモータ(10)は、複数の磁極を有するマグネット(32)を備えたロータ(22)と、導電性の素線が束ねられることで形成されかつ束ねられた前記素線間の抵抗値が前記素線そのものの抵抗値よりも大きい素線集合体である導線(27)を含んで構成され、前記導線の一部が周方向に並んでかつ前記マグネットと対向して配置された複数の導線部(29A)とされたコイル体(26)を備え、周方向における前記各導線部の間に導線間部材が設けられ、かつその導線間部材として、1磁極における前記導線間部材の周方向の幅寸法をWt、前記導線間部材の飽和磁束密度をBs、前記マグネットの1磁極分の周方向の幅寸法をWmとした場合に、Wt×Bs≦Wm×Brの関係となる磁性材料を用いる構成となっているステータ(20)と、を備え、前記マグネットは、前記各導線部の間に導線間部材が存在する場合には磁気飽和を生じさせるよう、保持力Hcが400[kA/m]以上かつ残留磁束密度Brが1.0[T]以上の磁性材料を用いて形成され、前記導線部は、その径方向の厚さ寸法が、1磁極内における1相分の周方向の幅寸法よりも小さくなっており、前記コイル体に生じる誘起電圧波形が正弦波に沿う波形となるように、前記マグネットの配向角度、周方向に隣合う複数の前記マグネット間の間隔、前記マグネットに形成された窪みの形状、前記マグネットの前記コイル体と対向する方向への厚み寸法、前記マグネットと前記コイル体との間の間隔、前記各導線部の周方向への幅寸法、の少なくともいずれかが設定されている。
【0007】
この様に構成することで、振動の低減による静音化を図ることと体格の大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
ファンモータを示す斜視図である。
図1に示された2−2線に沿って切断したファンモータを示す断面図である。
ファンモータを分解して示す分解斜視図である。
ステータを示す斜視図である。
ステータコアを示す斜視図である。
第1工程を経た後の導線を示す斜視図である。
第2工程を経た後の導線を示す斜視図である。
第3工程を経た後のU相の導線を示す斜視図である。
第3工程を経た後のV相の導線を示す斜視図である。
第3工程を経た後のW相の導線を示す斜視図である。
他の形態のステータを示す斜視図である。
極異方配列とされたマグネットを備えたロータを示す底面図である。
極異方配列とされた複数のマグネットを備えたロータを示す底面図である。
マグネット内の磁束線の配向を説明するための模式図である。
マグネット内の磁束線の配向を説明するための模式図であり、配向角度を90°以下に設定した例を示している。
マグネット間に隙間を形成し、この隙間を調節した例を示す模式図である。
マグネット間に窪みを設けた例を示す模式図である。
マグネットの厚みを調節した例を示す模式図である。
マグネットとコイル体との間の間隔を調節した例を示す模式図である。
導線部の幅を調節した例を示す模式図である。
ハルバッハ配列とされたマグネットを備えたロータを示す底面図である。
図20に示されたロータのマグネット内の磁束線の配向を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
図1〜図19を用いて実施形態に係るモータについて説明する。
【0010】
図1〜図3に示されるように、本実施形態のモータとしてのファンモータ10は、車両用空調装置の一部を構成するファンを回転させるために用いられる。このファンモータ10は、回転軸12を回転させるモータ本体13と、モータ本体13への通電を制御することにより回転軸12の回転を制御する図示しない制御回路と、モータ本体13及び制御回路を支持するセンタピース16と、を備えている。なお、図中に適宜示す矢印Z方向、矢印R方向及び矢印C方向は、回転軸12の回転軸方向、回転径方向及び回転周方向をそれぞれ示すものとする。また以下、単に軸方向、径方向、周方向を示す場合は、特に断りのない限り、回転軸12の回転軸方向、回転径方向、回転周方向を示すものとする。
【0011】
モータ本体13は、回転軸12、ロータ22及びステータ20を主要な要素として構成されている。
【0012】
回転軸12は、円柱状の鋼材を用いて形成されている。図2に示されるように、この回転軸12は、センタピース16に固定された一対のベアリング23によって回転自在に支持されている。
【0013】
ロータ22は、軸方向他方側が開放された有底円筒状に形成されたロータハウジング34にマグネット32が固定されることによって構成されている。ロータハウジング34は、円板状に形成された底壁34Aと、底壁34Aの径方向外側の端から軸方向他方側へ屈曲して延びる周壁34Bと、を備えている。底壁34Aの中心部には、回転軸12が挿入される挿入部34Cが設けられている。この挿入部34Cに回転軸12が圧入されることでロータハウジング34と回転軸12とが一体回転可能に結合されている。
【0014】
図4に示されるように、ステータ20は、環状に形成されたステータコア24と、ステータコア24の径方向外側の部分24Aに固定された環状のコイル体26と、を含んで構成されている。
【0015】
図5に示されるように、ステータコア24は、所定の形状に形成された鋼板材が積層されること等によって形成されている。このステータコア24の径方向内側の内周部には、センタピース16に形成された係合凸部16A(図3参照)へ係合する係合溝24Bが軸方向に沿って形成されている。センタピース16に形成された係合凸部16Aと係合溝24Bとが係合することで、ステータコア24(ステータ20)のセンタピース16に対する周方向への位置決めがなされるようになっている。また、ステータコア24の径方向外側の部分24Aにおける径方向外側の面24Cは、一例として凹凸のない曲面に形成されている。また、ステータコア24の径方向外側の部分24Aにおける軸方向一方側の面24D及び軸方向他方側の面24Eは、径方向及び周方向に広がる平面状に形成されている。
【0016】
図4に示されるように、コイル体26は、複数の導線27がステータコア24の径方向外側の部分24Aを覆う形状に湾曲及び屈曲されること等により形成されている。コイル体26を構成する導線27は、導電性の素線が束ねられることで形成された素線集合体である。また、束ねられた素線間の抵抗値は、素線そのものの抵抗値よりも大きくなっている。これにより、うず電流損が低減されるようになっている。
【0017】
ここで、コイル体26の製造方法の説明を交えて、コイル体26の細部の構成について説明する。
【0018】
先ず、図6に示されるように、導線27を周方向に巻回することにより、当該導線27の大部分を環状に形成すると共に軸方向に積層させる。なお、導線27において環状に形成されていると共に軸方向に積層された部分を環状積層部27Aと呼ぶ。
【0019】
次に、図7に示されるように、環状積層部27Aを周方向に沿って軸方向一方側(矢印Z1方向)及び軸方向他方側(矢印Z2方向)へ交互に屈曲させる。
【0020】
次に、図7に示されたように交互に屈曲された環状積層部27Aをステータコア24の外周側に配置させて、図8に示されるように、交互に屈曲された環状積層部27Aの軸方向一方側の部分及び軸方向他方側の部分を径方向内側へ屈曲させることにより、U相のコイル部28Uが形成されると共に、当該U相のコイル部28Uがステータコア24の径方向外側の部分24A(図4参照)に沿って配置される。
【0021】
U相のコイル部28Uを形成する工程と同様に、図9に示されるように、交互に屈曲された環状積層部27Aの軸方向一方側の部分及び軸方向他方側の部分を径方向内側へ屈曲させることにより、V相のコイル部28Vが形成されると共に、当該V相のコイル部28VがU相のコイル部28Uと共にステータコア24の径方向外側の部分24A(図4参照)に沿って配置される。
【0022】
U相のコイル部28U及びV相のコイル部28Vを形成する工程と同様に、図10に示されるように、交互に屈曲された環状積層部27Aの軸方向一方側の部分及び軸方向他方側の部分を径方向内側へ屈曲させることにより、W相のコイル部28Wが形成されると共に、当該W相のコイル部28WがU相のコイル部28U及びV相のコイル部28Vと共にステータコア24の径方向外側の部分24Aに沿って配置される。これにより、図4に示されるように、U相のコイル部28U、V相のコイル部28V及びW相のコイル部28Wによってコイル体26が形成される。なお、コイル体26とステータコア24との間には、両者の絶縁性を確保するためや両者間の伝熱を良好にするためのインシュレータ等が介在している。
【0023】
また、U相のコイル部28U、V相のコイル部28V及びW相のコイル部28Wにおいて、ステータコア24の径方向外側の部分24Aにおける径方向外側の面24C(図5参照)に沿って配置される部分を導線部29Aと呼ぶ。導線部29Aは、軸方向にのびる導線27の一部が周方向に配列されることにより構成されている。また、導線部29Aは、その径方向の厚さ寸法が、1磁極内における1相分の周方向の幅寸法よりも小さくなっている。U相の導線部29A、V相の導線部29A及びW相の導線部29Aは、周方向に沿ってこの順で配列されている。
【0024】
さらに、U相のコイル部28U、V相のコイル部28V及びW相のコイル部28Wにおいて、ステータコア24の径方向外側の部分24Aにおける軸方向一方側の面24D(図5参照)及び軸方向他方側の面24E(図5参照)に沿って配置される部分をコイルエンド部28Bと呼ぶ。
【0025】
また、本実施形態では、図5に示されるように、ステータコア24の径方向外側の部分24Aにおける径方向外側の面24Cが凹凸のない曲面に形成されていること等により、各々の導線部29Aの間にステータコア24の一部等の導線間部材が設けられていない構成となっている。このような構造を「ティースレス構造」と呼ぶ。
【0026】
なお、各々の導線部29Aの間にステータコア24の一部等の導線間部材が設けられている構成としてもよい。導線間部材が設けられている構成では、1磁極における導線間部材の周方向の幅寸法をWt、導線間部材の飽和磁束密度をBs、後述するマグネット32の1磁極分の周方向の幅寸法をWmとした場合に、Wt×Bs≦Wm×Brの関係となるような磁性材料、若しくは非磁性材料を用いて導線間部材が形成されていればよい。なお、このような構造も「ティースレス構造」と呼ぶ。
【0027】
図4、図6〜図10に示されるように、以上説明した構成では、環状積層部27Aの軸方向一方側の部分及び軸方向他方側の部分を径方向内側へ屈曲させることにより、各々のコイル部28U、28V、28Wをステータコア24の径方向外側の部分24Aに固定した例について説明したが、他の方法によって、各々のコイル部28U、28V、28Wをステータコア24の径方向外側の部分24Aに固定してもよい。例えば、図11に示されるように、各々のコイル部28U、28V、28Wが、絶縁性の材料(樹脂材料等)を用いて形成されたコイル支持体30内に埋設されることによりその形状が保持されており、このコイル支持体30をステータコア24の径方向外側の部分24Aに固定することにより、各々のコイル部28U、28V、28Wをステータコア24の径方向外側の部分24Aに固定してもよい。
【0028】
次に、マグネット32について説明する。
【0029】
本実施形態のマグネット32としては、図12Aに示されるように、N極とS極とが周方向に交互に配列された極異方配列(極異方性)の単一のマグネット32(リングマグネット)を用いることもできるし、図12Bに示されるように、極異方配列(極異方性)の複数のマグネット32(セグメントマグネット)を用いることもできる。図12A及び図12Bに示されるように、単一のマグネット32又は複数のマグネット32は、ロータハウジング34の周壁34Bの径方向内側の面に接着剤等を介して固定されている。また、単一のマグネット32又は複数のマグネット32は、前記各導線部29Aの間に導線間部材が存在する場合には磁気飽和を生じさせるよう、保持力Hcが400[kA/m]以上かつ残留磁束密度Brが1.0[T]以上の磁性材料を用いて形成されている。一例として、本実施形態のマグネット32は、NdFe
11
TiN、Nd

Fe
14
B、Sm

Fe
17


、FeNi等の磁性材料を用いて形成されている。
【0030】
ここで、本実施形態では、モータ本体13の作動時(ロータ22が回転している際)にコイル体26(図2参照)に生じる誘起電圧波形が正弦波に沿う波形となるように、マグネット32の配向角度等が設定されている。以下、コイル体26に生じる誘起電圧波形が正弦波に沿う波形とするための具体的な構成について説明する。
(【0031】以降は省略されています)

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