JPH04217833A - 改良された電気モータとその製造方法 - Google Patents
改良された電気モータとその製造方法Info
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- JPH04217833A JPH04217833A JP3053838A JP5383891A JPH04217833A JP H04217833 A JPH04217833 A JP H04217833A JP 3053838 A JP3053838 A JP 3053838A JP 5383891 A JP5383891 A JP 5383891A JP H04217833 A JPH04217833 A JP H04217833A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- laminated body
- slots
- ratio
- Prior art date
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- Pending
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
- H02K23/40—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the arrangement of the magnet circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/14—Stator cores with salient poles
- H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/26—Rotor cores with slots for windings
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62B—HAND-PROPELLED VEHICLES, e.g. HAND CARTS OR PERAMBULATORS; SLEDGES
- B62B5/00—Accessories or details specially adapted for hand carts
- B62B5/0026—Propulsion aids
- B62B5/0033—Electric motors
- B62B5/0036—Arrangements of motors
- B62B5/004—Arrangements of motors in wheels
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/09—Magnetic cores comprising laminations characterised by being fastened by caulking
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転電気機械及びその
製造方法に関し、より特定すれば、ゴルフカートやリフ
トトラック、その他の産業車輛に用いられるような改良
されたDCモータ及びそのようなモータを製造する方法
に関するものである。
製造方法に関し、より特定すれば、ゴルフカートやリフ
トトラック、その他の産業車輛に用いられるような改良
されたDCモータ及びそのようなモータを製造する方法
に関するものである。
【0002】
【発明の背景】小型で、しかも所定の好ましい性能を有
する直流モータ、又はユニバーサルモータを提供するこ
とは、多年にわたり待望されてきた。換言すれば、特定
の定格、コスト及び動作効率を有する、より小型化した
モータを得るためには、種々の構成要素のサイズ及びそ
の構成に用いられる材料の数量を減少してそのモータの
材料利用率を高め、その一方で同一の馬力及び動作効率
を維持することが望まれる。
する直流モータ、又はユニバーサルモータを提供するこ
とは、多年にわたり待望されてきた。換言すれば、特定
の定格、コスト及び動作効率を有する、より小型化した
モータを得るためには、種々の構成要素のサイズ及びそ
の構成に用いられる材料の数量を減少してそのモータの
材料利用率を高め、その一方で同一の馬力及び動作効率
を維持することが望まれる。
【0003】ワイヤ導体を収容するため、各成層体の外
周において円周方向に互いに等間隔で配列された開口ス
ロットを有する成層体束からなるロータは従来より周知
されている。しかしながら、矩形マグネットワイヤを挿
入するために特に用いられる成層体スロットは今日まで
の処、それへの配置のために選択された矩形マグネット
ワイヤを受入れるに当たり、全範囲に沿って十分な幅を
有しなければならなかった。また、モータの回転中にワ
イヤをそのようなスロット中に維持するためには、通常
、係止手段又はウエッジが必要であった。空隙磁束の変
動を少なくする結果として空隙磁束密度を改善するため
には、半閉鎖型の成層体スロット用いることが望まれる
が、そのような半閉鎖型スロットの開口は典型的にそれ
らのスロット内に挿入されるべきワイヤより小さいため
、選択された矩形ワイヤはそのスロットを通るために十
分狭い幅とするか、又はいずれかの端縁からスロット中
に挿入しなければならない。
周において円周方向に互いに等間隔で配列された開口ス
ロットを有する成層体束からなるロータは従来より周知
されている。しかしながら、矩形マグネットワイヤを挿
入するために特に用いられる成層体スロットは今日まで
の処、それへの配置のために選択された矩形マグネット
ワイヤを受入れるに当たり、全範囲に沿って十分な幅を
有しなければならなかった。また、モータの回転中にワ
イヤをそのようなスロット中に維持するためには、通常
、係止手段又はウエッジが必要であった。空隙磁束の変
動を少なくする結果として空隙磁束密度を改善するため
には、半閉鎖型の成層体スロット用いることが望まれる
が、そのような半閉鎖型スロットの開口は典型的にそれ
らのスロット内に挿入されるべきワイヤより小さいため
、選択された矩形ワイヤはそのスロットを通るために十
分狭い幅とするか、又はいずれかの端縁からスロット中
に挿入しなければならない。
【0004】図1〜図3には、従来の特定型のゴルフカ
ートや電気モータにおいて用いられるステータ成層体及
びロータ成層体が示されている。この従来のステータ成
層体10はセパレート型ヨーク部11及びセパレート型
磁極部12を有する。この従来型の磁極部12の各々は
複数の打抜き成形部材からなり、これらはリベット又は
ボルト13などのような種々の手段によりヨーク11に
結合される。この特定のステータ成層体の製造において
は、ヨーク11の独立的な製造、磁極片の独立的な打抜
き成形、及びこれら2種のステータ要素を互いに結合す
るための独立した製造工程を含むものである。
ートや電気モータにおいて用いられるステータ成層体及
びロータ成層体が示されている。この従来のステータ成
層体10はセパレート型ヨーク部11及びセパレート型
磁極部12を有する。この従来型の磁極部12の各々は
複数の打抜き成形部材からなり、これらはリベット又は
ボルト13などのような種々の手段によりヨーク11に
結合される。この特定のステータ成層体の製造において
は、ヨーク11の独立的な製造、磁極片の独立的な打抜
き成形、及びこれら2種のステータ要素を互いに結合す
るための独立した製造工程を含むものである。
【0005】ステータ磁極12のこの特別の幾何学的形
状はステータ磁極の両端縁19の幅が比較的薄いことに
基づき、ロータからステータへの磁束の流れを制限する
。このような磁束流の制限に基づいて、ロータから空隙
を横切ってステータに磁束が流れるとき、成層体鉄心の
磁気飽和をもたらすため、磁極周における励磁巻線に供
給されるべき電気エネルギーの要求は、磁極側縁19と
ヨーク11との間の領域に8回巻もの矩形銅棒を必要と
する。
状はステータ磁極の両端縁19の幅が比較的薄いことに
基づき、ロータからステータへの磁束の流れを制限する
。このような磁束流の制限に基づいて、ロータから空隙
を横切ってステータに磁束が流れるとき、成層体鉄心の
磁気飽和をもたらすため、磁極周における励磁巻線に供
給されるべき電気エネルギーの要求は、磁極側縁19と
ヨーク11との間の領域に8回巻もの矩形銅棒を必要と
する。
【0006】従来のロータ成層体14はその外周に63
条のスロット15を有する。このスロット内に矩形導体
バーを受入れるため、スロット開口16が少くとも電気
導体と同程度の幅でなければならないが、図示の場合に
は、電気導体の断面積の2倍をスロット15内に収める
ためにその電気導体より広幅で、しかも、スロット15
の幅はロータ成層体の外周からロータ成層体のヨーク部
17に向かって縮小するようにしなければならない。こ
のような広幅スロット開口16が存在すると、磁束は空
隙を横切ってステータ磁極12に到る磁束移動がこの従
来技術によるロータ成層体の歯18における比較的少量
の磁気材料に基づいて制限されることになる。
条のスロット15を有する。このスロット内に矩形導体
バーを受入れるため、スロット開口16が少くとも電気
導体と同程度の幅でなければならないが、図示の場合に
は、電気導体の断面積の2倍をスロット15内に収める
ためにその電気導体より広幅で、しかも、スロット15
の幅はロータ成層体の外周からロータ成層体のヨーク部
17に向かって縮小するようにしなければならない。こ
のような広幅スロット開口16が存在すると、磁束は空
隙を横切ってステータ磁極12に到る磁束移動がこの従
来技術によるロータ成層体の歯18における比較的少量
の磁気材料に基づいて制限されることになる。
【0007】従来のロータ成層体14及びステータ10
の幾何学的特徴及びそれらの形成方法に基づくモータ製
造工程は高価となり、磁束移動は非効率的となる。
の幾何学的特徴及びそれらの形成方法に基づくモータ製
造工程は高価となり、磁束移動は非効率的となる。
【0008】DCモータ及びユニバーサルモータの効率
もしくは出力を改善するためにステータ成層体において
ある種のスロット分布を構成することは、例えば、19
73年7月31日付の米国特許第3,749,956号
(レイス)において周知されている。このステータ成層
体は、基本的に成層体部分間にターゲット効率を維持す
るための特別の関係を確立したDCモータ又はユニバー
サルモータにおいて用いられる。特に、前記米国特許第
3,749,956号は各成層体スロットが少くともス
ロットの最大幅の約3倍の深さを有するべきこと、ヨー
クの各部における各スロットに近接した幅がそのスロッ
トの近接部の幅の少くとも1.1倍に等しいこと、各ス
ロットの深さが磁極の付け根部の少くとも1.25倍で
あること、及びヨークの中心からスロットの最深部まで
の距離が最大で各スロットの深さの1.3倍であること
、を教示している。この ’956パテントは、その教
示に従って構成されたステータの寸法が、同一の効率及
び出力特性を有する常套的なステータの寸法より小さく
できると記載されている。
もしくは出力を改善するためにステータ成層体において
ある種のスロット分布を構成することは、例えば、19
73年7月31日付の米国特許第3,749,956号
(レイス)において周知されている。このステータ成層
体は、基本的に成層体部分間にターゲット効率を維持す
るための特別の関係を確立したDCモータ又はユニバー
サルモータにおいて用いられる。特に、前記米国特許第
3,749,956号は各成層体スロットが少くともス
ロットの最大幅の約3倍の深さを有するべきこと、ヨー
クの各部における各スロットに近接した幅がそのスロッ
トの近接部の幅の少くとも1.1倍に等しいこと、各ス
ロットの深さが磁極の付け根部の少くとも1.25倍で
あること、及びヨークの中心からスロットの最深部まで
の距離が最大で各スロットの深さの1.3倍であること
、を教示している。この ’956パテントは、その教
示に従って構成されたステータの寸法が、同一の効率及
び出力特性を有する常套的なステータの寸法より小さく
できると記載されている。
【0009】種々の電機子及びステータ設計を開示した
その他の米国特許としては、例えば、1972年2月1
5日付米国特許第3,643,118号(イチキ、その
他)、1955年8月16日付同第2,715,690
号(ノイエンシュバンダー)、及び1942年10月1
3日付の同第2,298,388号(クノーベル)等が
ある。
その他の米国特許としては、例えば、1972年2月1
5日付米国特許第3,643,118号(イチキ、その
他)、1955年8月16日付同第2,715,690
号(ノイエンシュバンダー)、及び1942年10月1
3日付の同第2,298,388号(クノーベル)等が
ある。
【0010】上述のような従来技術が存在するにもかわ
らず、さらに改良されたモータ、及びそのモータとそれ
を構成する種々の要素を製造する方法は現在においても
一貫して要求されている。このようなモータはサイズ及
び重量を減少して、しかも、同一もしくはそれ以上の定
格馬力及び動作効率を有すること、その中に比較的広幅
の矩形導体部材を受容するための比較的狭いスロット開
口を備えた半閉鎖型スロットを形成したロータ成層体を
有すること、最適の磁路を与えるステータ成層体を有す
ること、無視しえない長さの増大を伴うことなく外径を
縮小すること、及び単位重量及び単位体積当たりの馬力
及び効率を高めることが要件である。
らず、さらに改良されたモータ、及びそのモータとそれ
を構成する種々の要素を製造する方法は現在においても
一貫して要求されている。このようなモータはサイズ及
び重量を減少して、しかも、同一もしくはそれ以上の定
格馬力及び動作効率を有すること、その中に比較的広幅
の矩形導体部材を受容するための比較的狭いスロット開
口を備えた半閉鎖型スロットを形成したロータ成層体を
有すること、最適の磁路を与えるステータ成層体を有す
ること、無視しえない長さの増大を伴うことなく外径を
縮小すること、及び単位重量及び単位体積当たりの馬力
及び効率を高めることが要件である。
【0011】
【発明の概要】本発明をその好ましい形態において実施
するに当たり、我々はゴルフカート及びリフトトラック
などのような商業及び産業分野に用いられる改良された
DCモータ及びそのモータの種々の副構成要素を組み立
てる方法を提供する。ここに開示する本発明の一つの実
施例は、ゴルフカートを駆動するための電気モータであ
る。
するに当たり、我々はゴルフカート及びリフトトラック
などのような商業及び産業分野に用いられる改良された
DCモータ及びそのモータの種々の副構成要素を組み立
てる方法を提供する。ここに開示する本発明の一つの実
施例は、ゴルフカートを駆動するための電気モータであ
る。
【0012】各モータはシェル(外殻)と円形開口を有
し、かつ前記のシェルと関連して装備される一体化され
た強磁性成層体の束からなるステータと、前記ステータ
に関連して配置されたステータ巻線と、鉄心を形成する
複数の強磁性成層体からなるロータを備えたものである
。各ロータ成層体はその外周に沿って形成された半径方
向にのびる複数の円周方向に等間隔配置された半閉鎖型
スロットを有し、これらのスロットは導体手段を収容す
るために十分な広さを有する。ロータ成層体のスロット
数とロータ外径(インチ)の比は14より大きくしてあ
る。
し、かつ前記のシェルと関連して装備される一体化され
た強磁性成層体の束からなるステータと、前記ステータ
に関連して配置されたステータ巻線と、鉄心を形成する
複数の強磁性成層体からなるロータを備えたものである
。各ロータ成層体はその外周に沿って形成された半径方
向にのびる複数の円周方向に等間隔配置された半閉鎖型
スロットを有し、これらのスロットは導体手段を収容す
るために十分な広さを有する。ロータ成層体のスロット
数とロータ外径(インチ)の比は14より大きくしてあ
る。
【0013】本発明の一つの確認事項において、ロータ
成層体のスロット数とインチにおいて測定したロータ成
層体の外径との比率は約15.75である。また、ロー
タ成層体の外径とロータスロット長さの比は約9.04
〜9.16である。さらに、ロータスロット長さとロー
タスロットの開口幅との比率は約10.8〜12.5で
ある。
成層体のスロット数とインチにおいて測定したロータ成
層体の外径との比率は約15.75である。また、ロー
タ成層体の外径とロータスロット長さの比は約9.04
〜9.16である。さらに、ロータスロット長さとロー
タスロットの開口幅との比率は約10.8〜12.5で
ある。
【0014】本発明の別の局面は、回転電気機械におい
て用いられるロータ成層体に関するものであり、この成
層体は内側に導体手段を受容するために自身の外周に沿
って半径方向に形成され、かつ円周方向に等間隔で配置
された複数の半閉鎖型スロットを有する強磁性体円板と
、前記円板が複数個それらのスロットを互いに整合させ
て束ねられたとき、そのロータに沿って半径方向にのび
る導体手段とを含み、各スロットは前記導体手段と十分
な大きさの絶縁手段とを収容するに十分な断面積を有す
るものである。スロット数とインチにおいて測定された
成層体外径との比率は14.0より大きい。
て用いられるロータ成層体に関するものであり、この成
層体は内側に導体手段を受容するために自身の外周に沿
って半径方向に形成され、かつ円周方向に等間隔で配置
された複数の半閉鎖型スロットを有する強磁性体円板と
、前記円板が複数個それらのスロットを互いに整合させ
て束ねられたとき、そのロータに沿って半径方向にのび
る導体手段とを含み、各スロットは前記導体手段と十分
な大きさの絶縁手段とを収容するに十分な断面積を有す
るものである。スロット数とインチにおいて測定された
成層体外径との比率は14.0より大きい。
【0015】本発明のさらに別の局面は、シェルを有す
る回転電気機械における概略円筒状のステータ鉄心に用
いられるステータ成層体に関するものであり、このステ
ータ成層体は所定の外径と、一定内径の円形開口を有す
る強磁性体の平坦な環状板からなり、前記内径は成層体
の外周から内向きに突出した対向磁極間の距離として測
定されたものである。環状板中にはその外周に近接し、
各磁極に関して中心合わせされた複数の開口が設けられ
、それらに取付手段を挿入できるようになっている。 環状板にはさらに、複数のステータ成層体を束ねて一体
化することにより、ステータ鉄心を形成するための連結
手段が用いられる。ここにステータ磁極の頸部最小幅と
ヨーク厚さの2倍との比は約0.809〜1.009で
ある。
る回転電気機械における概略円筒状のステータ鉄心に用
いられるステータ成層体に関するものであり、このステ
ータ成層体は所定の外径と、一定内径の円形開口を有す
る強磁性体の平坦な環状板からなり、前記内径は成層体
の外周から内向きに突出した対向磁極間の距離として測
定されたものである。環状板中にはその外周に近接し、
各磁極に関して中心合わせされた複数の開口が設けられ
、それらに取付手段を挿入できるようになっている。 環状板にはさらに、複数のステータ成層体を束ねて一体
化することにより、ステータ鉄心を形成するための連結
手段が用いられる。ここにステータ磁極の頸部最小幅と
ヨーク厚さの2倍との比は約0.809〜1.009で
ある。
【0016】本発明の特定の実施例において、ステータ
外径とステータ内径との比率は約1.47より大きい。 換言すれば、ステータ内径とステータ外径との比は約0
.68より小さい。
外径とステータ内径との比率は約1.47より大きい。 換言すれば、ステータ内径とステータ外径との比は約0
.68より小さい。
【0017】本発明の他の一つの局面は、モータの製造
において種々の主構成部品を互いに結合するように組み
立てる方法に関するものである。
において種々の主構成部品を互いに結合するように組み
立てる方法に関するものである。
【0018】したがって、本発明の一つの目的は、縮小
されたサイズ及び重量を有する改良されたモータを提供
することである。
されたサイズ及び重量を有する改良されたモータを提供
することである。
【0019】本発明の別の目的は、単位体積当たり改良
された効率を発揮するモータを提供することである。
された効率を発揮するモータを提供することである。
【0020】本発明のさらに別の目的は、単位重量当た
り改良された効率を発揮するモータを提供することであ
る。
り改良された効率を発揮するモータを提供することであ
る。
【0021】本発明のさらに別の目的は、従来のモータ
より軽量であって、しかもより以上の馬力を有するモー
タを提供することである。
より軽量であって、しかもより以上の馬力を有するモー
タを提供することである。
【0022】本発明のさらに別の目的は、従来周知のモ
ータより直径を約3.1%小さくしたモータを提供する
ことである。
ータより直径を約3.1%小さくしたモータを提供する
ことである。
【0023】本発明のさらに別の目的は、モータの長さ
を一定に維持しつつモータ直径を縮小することである。
を一定に維持しつつモータ直径を縮小することである。
【0024】本発明のさらに別の目的は、モータに用い
られる銅量を減少させることである。
られる銅量を減少させることである。
【0025】本発明のさらに別の目的は、モータ磁束損
失を減少させることである。
失を減少させることである。
【0026】本発明のさらに別の目的は、磁束隘路効果
を減少することである。
を減少することである。
【0027】本発明のさらに別の目的は、ステータ巻線
の巻数を減少させることである。
の巻数を減少させることである。
【0028】本発明のさらに別の目的は、単位励磁当た
りの全磁束レベルを増大させることである
りの全磁束レベルを増大させることである
【0029】
本発明のさらに別の目的は、電機子とステータ鉄心との
間の空隙を縮小することである。
本発明のさらに別の目的は、電機子とステータ鉄心との
間の空隙を縮小することである。
【0030】本発明のさらに別の目的は、シェルの厚さ
を減小させることである。
を減小させることである。
【0031】本発明のさらに別の目的は、ロータ成層体
におい半閉鎖型スロットを用いることである。
におい半閉鎖型スロットを用いることである。
【0032】本発明のさらに別の目的は、ロータ鉄心中
におけるウエッジ又は結束用テープなどのような保持機
構を除去することである。
におけるウエッジ又は結束用テープなどのような保持機
構を除去することである。
【0033】本発明のさらに別の目的は、電機子の歯を
通過する磁束を生ずるために必要なMMF(起磁力)を
減少させることである。
通過する磁束を生ずるために必要なMMF(起磁力)を
減少させることである。
【0034】本発明のさらに別の目的は、整流効果を改
善することである。
善することである。
【0035】本発明のその他の目的及び利点は、図面を
参照して行う以下の詳細な説明及び特許請求の範囲から
明らかとなるであろう。
参照して行う以下の詳細な説明及び特許請求の範囲から
明らかとなるであろう。
【0036】
【好ましい実施例の説明】結合体の概要本発明の好まし
い一実施形態におけるモータは図4において20で総括
指示したゴルフカート用直流電気モータとして示されて
いる。このモータ20はロータ22として形成された電
機子手段を有する。ロータ22は一端において、これに
駆動されるべき伝動機構又は他の機構(図示せず)をこ
のモータに連結するための内側スプライン74として示
された連結手段を有するシャフト24と、複数のロータ
成層体26(図8及び図10)とを備えている。これら
の成層体26はシャフト24上に例えば、プレスフィッ
トなどの適当な方法で連結される。各成層体26は複数
の半閉鎖型スロット30(図9参照)を有する。さらに
、シャフト24上にはスプライン74の反対側の端部に
おいて電機子鉄心28に関して位置決めされたライザ手
段34を含む整流手段32、及びマグネットワイヤ36
として形成された電気導体手段が成層体スロット30内
に配置され、各マグネットワイヤ導体は例えば、ろう付
けなどにより整流子32に連結されている。
い一実施形態におけるモータは図4において20で総括
指示したゴルフカート用直流電気モータとして示されて
いる。このモータ20はロータ22として形成された電
機子手段を有する。ロータ22は一端において、これに
駆動されるべき伝動機構又は他の機構(図示せず)をこ
のモータに連結するための内側スプライン74として示
された連結手段を有するシャフト24と、複数のロータ
成層体26(図8及び図10)とを備えている。これら
の成層体26はシャフト24上に例えば、プレスフィッ
トなどの適当な方法で連結される。各成層体26は複数
の半閉鎖型スロット30(図9参照)を有する。さらに
、シャフト24上にはスプライン74の反対側の端部に
おいて電機子鉄心28に関して位置決めされたライザ手
段34を含む整流手段32、及びマグネットワイヤ36
として形成された電気導体手段が成層体スロット30内
に配置され、各マグネットワイヤ導体は例えば、ろう付
けなどにより整流子32に連結されている。
【0037】モータ20はさらに、略円筒形の薄い外側
シェル40と、例えば相互フィット方式によりシェル4
0内に配置された円筒状ステータ42を含んでいる。こ
の円筒状ステータ42は同軸ステータ開口44を有する
。ステータ42は鉄心48を形成する複数の成層体46
及び鉄心48上に配置された複数の巻線コイル50を備
えている。ブラシ板アセンブリ60として形成されたブ
ラシ配置手段は複数のブラシ62を整流子32に関して
位置決めするため、シェル40内に位置している。また
、軸受手段68を含む後端シールド手段66はシェル4
0の一端を封閉するものである。図に示す通り、後端シ
ールド66はステータ42を貫通するボルト146によ
りアダプタ76に連結される。
シェル40と、例えば相互フィット方式によりシェル4
0内に配置された円筒状ステータ42を含んでいる。こ
の円筒状ステータ42は同軸ステータ開口44を有する
。ステータ42は鉄心48を形成する複数の成層体46
及び鉄心48上に配置された複数の巻線コイル50を備
えている。ブラシ板アセンブリ60として形成されたブ
ラシ配置手段は複数のブラシ62を整流子32に関して
位置決めするため、シェル40内に位置している。また
、軸受手段68を含む後端シールド手段66はシェル4
0の一端を封閉するものである。図に示す通り、後端シ
ールド66はステータ42を貫通するボルト146によ
りアダプタ76に連結される。
【0038】図4において、モータのアダプタ端72に
ついては軸受及び包囲端シールド部材が示されていない
が、アダプタ76に代えて常套的な端シールド及び軸受
部材、又は正面端及びロータシャフト突出部を用いるこ
ともできる。図5に示す選択的なモータ構造において、
アダプタ76の位置には第2の軸受手段79を包囲する
当接端シールド67がそれぞれ貫通したシャフト74を
収容するための孔81を有する。この選択的な構造は常
套的な電気モータ応用のために用いられる。
ついては軸受及び包囲端シールド部材が示されていない
が、アダプタ76に代えて常套的な端シールド及び軸受
部材、又は正面端及びロータシャフト突出部を用いるこ
ともできる。図5に示す選択的なモータ構造において、
アダプタ76の位置には第2の軸受手段79を包囲する
当接端シールド67がそれぞれ貫通したシャフト74を
収容するための孔81を有する。この選択的な構造は常
套的な電気モータ応用のために用いられる。
【0039】ロータ
モータ20の一実施例において、ロータ22はシェル4
0の一端70において後端シールド66内に位置するも
のとして示されたボールベアリング78などの適当な軸
受手段により支持される。連結手段74のための伝動機
構により提供される支持は、ロータ22の長さ方向軸の
まわりにおける回転運動のための支持を提供するもので
ある。図5に示す通り、第2軸受手段79は軸受手段7
8との関連において軸支持を提供するものである。
0の一端70において後端シールド66内に位置するも
のとして示されたボールベアリング78などの適当な軸
受手段により支持される。連結手段74のための伝動機
構により提供される支持は、ロータ22の長さ方向軸の
まわりにおける回転運動のための支持を提供するもので
ある。図5に示す通り、第2軸受手段79は軸受手段7
8との関連において軸支持を提供するものである。
【0040】図4に示す通り、ロータ22の本体内にお
けるシャフト24の部分は連結手段74に連結されると
ともに、そこから軸方向において後端シールド66に向
かって突出している。後端シールド66は軸受手段78
を包囲している。後端シール度66はシェル40及びモ
ータ20が用いられるべき機構と一緒にモータの後部を
封閉するとともに、ステータ42、ロータ22及び関連
する導体巻線36、50を保護するものである。
けるシャフト24の部分は連結手段74に連結されると
ともに、そこから軸方向において後端シールド66に向
かって突出している。後端シールド66は軸受手段78
を包囲している。後端シール度66はシェル40及びモ
ータ20が用いられるべき機構と一緒にモータの後部を
封閉するとともに、ステータ42、ロータ22及び関連
する導体巻線36、50を保護するものである。
【0041】図4に示された特定の実施例において、ア
ダプタ手段76はモータ20を周知のゴルフカート駆動
機構(図示せず)に連結すべく要求される。当業者にと
っては自明であるが、アダプタ76の特定の構成は異な
った特定の利用形態毎に相違するものであり、したがっ
て、図示の構造は単に説明の便宜上採用されたにすぎな
いものである。
ダプタ手段76はモータ20を周知のゴルフカート駆動
機構(図示せず)に連結すべく要求される。当業者にと
っては自明であるが、アダプタ76の特定の構成は異な
った特定の利用形態毎に相違するものであり、したがっ
て、図示の構造は単に説明の便宜上採用されたにすぎな
いものである。
【0042】図4、図8及び図9に示す通り、ロータシ
ャフト24はそれが組み合わされたシェル40内におい
て軸方向にのびるとともに、整流子32とスプライン7
4の中間におけるそのシャフト部分に連結された鉄心2
8を形成するロータ成層体26の束を有する。ロータ成
層鉄心28は好ましくはシャフト24上にプレスフィッ
トされることにより、両者間において滑りが生じないよ
うになっている。矩形マグネットワイヤバー36として
示された電気導体手段のセットは、各成層体26の外周
82の近傍における鉄心28部分に形成された軸方向に
のびるスロット30を貫通している。これらのバー36
は常套的な絶縁体38の片が挿入された後の半閉鎖型ス
ロット30内に挿入される。図示の通り、バー36は通
常型の整流子32のライザ部分34に連結される。
ャフト24はそれが組み合わされたシェル40内におい
て軸方向にのびるとともに、整流子32とスプライン7
4の中間におけるそのシャフト部分に連結された鉄心2
8を形成するロータ成層体26の束を有する。ロータ成
層鉄心28は好ましくはシャフト24上にプレスフィッ
トされることにより、両者間において滑りが生じないよ
うになっている。矩形マグネットワイヤバー36として
示された電気導体手段のセットは、各成層体26の外周
82の近傍における鉄心28部分に形成された軸方向に
のびるスロット30を貫通している。これらのバー36
は常套的な絶縁体38の片が挿入された後の半閉鎖型ス
ロット30内に挿入される。図示の通り、バー36は通
常型の整流子32のライザ部分34に連結される。
【0043】図の如く構成されたことにより、U.L.
標準に適合するためには、絶縁材料84の層(図4参照
)はスプライン74に最も近い鉄心28の端部に配置さ
れる。この絶縁材料84は材料及び工程のコスト低減の
ために省略されることが望ましい。絶縁体84を省略し
、しかも、絶縁機能をなお発揮させるための一方法は、
絶縁体38(図9)の鉄心28の端部を越えた少くとも
1/4インチの張出を提供することである。もし、十分
な絶縁体の張出が得られるならば、図示の絶縁材料84
の層はもはや不要となる。
標準に適合するためには、絶縁材料84の層(図4参照
)はスプライン74に最も近い鉄心28の端部に配置さ
れる。この絶縁材料84は材料及び工程のコスト低減の
ために省略されることが望ましい。絶縁体84を省略し
、しかも、絶縁機能をなお発揮させるための一方法は、
絶縁体38(図9)の鉄心28の端部を越えた少くとも
1/4インチの張出を提供することである。もし、十分
な絶縁体の張出が得られるならば、図示の絶縁材料84
の層はもはや不要となる。
【0044】図14に示す通り、ロータ22の一実施例
においては、ノイズを減少させるための一手段として各
スロット30を約1スロットピッチ23だけ斜行配置す
る。この斜行はノイズを減少させる効果を有するが、ロ
ータ鉄心28の製造を複雑にするものである。ノイズ減
少のために同様に効果的と考えられるその他の技術とし
ては、種々の極片すえ込み構造や、極面をロータスロッ
トピッチの一部に対応するスロットとして形成すること
、及びこの分野で周知されたその他の技術が用いられる
。
においては、ノイズを減少させるための一手段として各
スロット30を約1スロットピッチ23だけ斜行配置す
る。この斜行はノイズを減少させる効果を有するが、ロ
ータ鉄心28の製造を複雑にするものである。ノイズ減
少のために同様に効果的と考えられるその他の技術とし
ては、種々の極片すえ込み構造や、極面をロータスロッ
トピッチの一部に対応するスロットとして形成すること
、及びこの分野で周知されたその他の技術が用いられる
。
【0045】ロータ成層体
図8及び図10は選択的なロータ成層体26の詳細図で
ある。成層体26は鋼鉄から打抜き成形されるが、これ
らの方法は当業者にとって自明であり、成層体26はそ
の外周において円周方向に等間隔配置された多数(例え
ば、図示の実施例においては63個)の半閉鎖型スロッ
ト30(図9参照)を有する。これらのスロット30は
半径方向の中心線に対して対称的にのびている。成層体
26はさらに、それらのロータ鉄心28の形成のために
相互に拘束するための複数のロック手段86、86’を
有する。
ある。成層体26は鋼鉄から打抜き成形されるが、これ
らの方法は当業者にとって自明であり、成層体26はそ
の外周において円周方向に等間隔配置された多数(例え
ば、図示の実施例においては63個)の半閉鎖型スロッ
ト30(図9参照)を有する。これらのスロット30は
半径方向の中心線に対して対称的にのびている。成層体
26はさらに、それらのロータ鉄心28の形成のために
相互に拘束するための複数のロック手段86、86’を
有する。
【0046】これらの半閉鎖型スロット30は成層体が
対応する各スロット30を整列する(すなわち、互いに
連通する)ように束ねられたとき、ロータ22の軸に実
質上平行してのびるか、又は1スロットピッチ(図14
)だけ斜行してのび、バー36を収容している。各スロ
ット30はヨーク部88に最も近い底端100(図9参
照)が丸みを有するように、また外周における開口90
が“半閉鎖型”、すなわちスロット幅をW1 より狭い
W2 となるように実質上均等に形成される。半閉鎖型
スロットを用いる一つの利点は、保持部材又はウエッジ
の必要性をなくしたことである。
対応する各スロット30を整列する(すなわち、互いに
連通する)ように束ねられたとき、ロータ22の軸に実
質上平行してのびるか、又は1スロットピッチ(図14
)だけ斜行してのび、バー36を収容している。各スロ
ット30はヨーク部88に最も近い底端100(図9参
照)が丸みを有するように、また外周における開口90
が“半閉鎖型”、すなわちスロット幅をW1 より狭い
W2 となるように実質上均等に形成される。半閉鎖型
スロットを用いる一つの利点は、保持部材又はウエッジ
の必要性をなくしたことである。
【0047】図8及び図10に示す通り、成層体26は
この外周において約0.038インチの幅(W2 )の
スロット開口90を有する。スロット本体部92は点A
から点Bにかけて(すなわち、開口90の終端とスロッ
トの底端106との間において)約0.440インチの
長さ(L1 )を有する。スロット30の本体幅W1
は約0.072インチであり、スロット30の湾曲した
底端は約0.036インチの曲率半径を有する。スロッ
ト30の両肩部108、110は湾曲底端100と同じ
半径で形成される。
この外周において約0.038インチの幅(W2 )の
スロット開口90を有する。スロット本体部92は点A
から点Bにかけて(すなわち、開口90の終端とスロッ
トの底端106との間において)約0.440インチの
長さ(L1 )を有する。スロット30の本体幅W1
は約0.072インチであり、スロット30の湾曲した
底端は約0.036インチの曲率半径を有する。スロッ
ト30の両肩部108、110は湾曲底端100と同じ
半径で形成される。
【0048】各スロット30における点A、B間の面積
は約0.2858in2 であり、それぞれ約0.45
インチ×0.18インチの2本のマグネットワイヤバー
36を受容する。マグネットワイヤはそのワイヤ36を
断面で示す図9の左端スロットを参照して最もよく理解
される通り、スロット面積の約56%を専有する。
は約0.2858in2 であり、それぞれ約0.45
インチ×0.18インチの2本のマグネットワイヤバー
36を受容する。マグネットワイヤはそのワイヤ36を
断面で示す図9の左端スロットを参照して最もよく理解
される通り、スロット面積の約56%を専有する。
【0049】ロータ成層体26の設計は、歯118を通
じて空隙128を横切り磁極130に達する最適磁束密
度伝達のために考慮されている(図6)。開口90の幅
W2 及びスロット30の幅W1 (図9参照)は、各
々比較的小さく選択することにより歯118を通過して
空隙128を横切り磁極138に達する拡大された磁束
移動を提供するものである。
じて空隙128を横切り磁極130に達する最適磁束密
度伝達のために考慮されている(図6)。開口90の幅
W2 及びスロット30の幅W1 (図9参照)は、各
々比較的小さく選択することにより歯118を通過して
空隙128を横切り磁極138に達する拡大された磁束
移動を提供するものである。
【0050】半閉鎖型スロット成層体26はそれが実効
空隙を顕著に減少させるという点において図示の成層体
設計の重要な特徴をなすものである。特に、図2及び図
3に示されたような開放スロット15を用いるものとす
れば、ステータ磁極19により見られるスロット開口又
はギャップ16が平均値においてこれに対応して広くな
ることに留意すべきである。なんとなれば、ロータ成層
体がステータ磁極を通過して回転するとき、ステータは
スロット開口90が図6に示すように、半閉鎖型である
場合より長期間にわたってスロット開口16を見るから
である。特に、ステータ磁極がスロット開口16に基づ
いて拡大された空隙を見る時間は半閉鎖型スロット開口
90の場合より大きくなる。これは、ロータ成層体26
の外周における歯幅W3 (図9)が比較的広く、その
分狭くなるスロット幅によって、実効空隙128をより
小さくするからである。
空隙を顕著に減少させるという点において図示の成層体
設計の重要な特徴をなすものである。特に、図2及び図
3に示されたような開放スロット15を用いるものとす
れば、ステータ磁極19により見られるスロット開口又
はギャップ16が平均値においてこれに対応して広くな
ることに留意すべきである。なんとなれば、ロータ成層
体がステータ磁極を通過して回転するとき、ステータは
スロット開口90が図6に示すように、半閉鎖型である
場合より長期間にわたってスロット開口16を見るから
である。特に、ステータ磁極がスロット開口16に基づ
いて拡大された空隙を見る時間は半閉鎖型スロット開口
90の場合より大きくなる。これは、ロータ成層体26
の外周における歯幅W3 (図9)が比較的広く、その
分狭くなるスロット幅によって、実効空隙128をより
小さくするからである。
【0051】半閉鎖型スロット30を用いる主な利益の
一つは、それがロータ22の直径を小さくするというこ
とである。すなわち、実効空隙128はより小さくなり
、それを横切る磁束流を比較的大きくするからである。 特に、半閉鎖型スロット30によれば、磁界中での単位
励磁当たり(すなわち、磁界中における電流当たり)に
おいて、より大きい磁束が発生する。これは同量の磁束
を発生するために界磁巻線の励磁がより少なくてよいこ
とを意味している。換言すれば、ロータスロットの開口
を閉じると磁気回路のリラクタンスは減少し、これによ
って同量の磁束を得るための励磁をより少なくすること
ができる。そして、必要な励磁電流を少なくすることに
よりロータサイズは小さくなるとともに、そのロータに
おいて用いられる銅及び鉄の量を少なくするが、これは
同一出力を維持して達成される。
一つは、それがロータ22の直径を小さくするというこ
とである。すなわち、実効空隙128はより小さくなり
、それを横切る磁束流を比較的大きくするからである。 特に、半閉鎖型スロット30によれば、磁界中での単位
励磁当たり(すなわち、磁界中における電流当たり)に
おいて、より大きい磁束が発生する。これは同量の磁束
を発生するために界磁巻線の励磁がより少なくてよいこ
とを意味している。換言すれば、ロータスロットの開口
を閉じると磁気回路のリラクタンスは減少し、これによ
って同量の磁束を得るための励磁をより少なくすること
ができる。そして、必要な励磁電流を少なくすることに
よりロータサイズは小さくなるとともに、そのロータに
おいて用いられる銅及び鉄の量を少なくするが、これは
同一出力を維持して達成される。
【0052】磁束密度分布の最悪の状態は、モータの起
動中に発生する。起動中には最大電流が流れるため、最
大磁束密度条件が発生する。スロット30の幅W1 は
歯118が上記のような最悪条件において過飽和しない
よう十分小さく設計され、同時にスロット幅W1 はモ
ータが始動するに十分な電流を取り扱うために、必要な
最大寸法の矩形導体を収容するに十分な大きさとなって
いる。
動中に発生する。起動中には最大電流が流れるため、最
大磁束密度条件が発生する。スロット30の幅W1 は
歯118が上記のような最悪条件において過飽和しない
よう十分小さく設計され、同時にスロット幅W1 はモ
ータが始動するに十分な電流を取り扱うために、必要な
最大寸法の矩形導体を収容するに十分な大きさとなって
いる。
【0053】図6及び図8〜図10を参照すると、図示
のロータ22は約4インチの外径116と、63個のス
ロット30と、それらのスロット間に形成された63条
の歯118を有する。外径116における歯118の各
端縁の幅W3は約0.161インチ(0.409cm)
であり、各歯118の最小幅WM は約0.085イン
チ(0.0126cm)であるが、ヨーク深さ120は
約0.980インチ(2.490cm)である。電機子
直径(インチ)に対する電機子スロット数の比は63を
4で割った値、すなわち約15.75である。メートル
法において直径は約10.2cmであり、比率は約6.
3となる。
のロータ22は約4インチの外径116と、63個のス
ロット30と、それらのスロット間に形成された63条
の歯118を有する。外径116における歯118の各
端縁の幅W3は約0.161インチ(0.409cm)
であり、各歯118の最小幅WM は約0.085イン
チ(0.0126cm)であるが、ヨーク深さ120は
約0.980インチ(2.490cm)である。電機子
直径(インチ)に対する電機子スロット数の比は63を
4で割った値、すなわち約15.75である。メートル
法において直径は約10.2cmであり、比率は約6.
3となる。
【0054】表1から明らかな通り、図示のモータは直
径4インチ(10.63cm)のロータと、従来のモー
タにおける直径4.5インチのロータで用いられてきた
と同じサイズのロータマグネットワイヤを用いるもので
ある。図2及び図3に示す通り、本発明のモータ20(
図4〜図14)は図1〜図3に示す従来のモータ成層体
に比してより小さいロータスロット30及びより小さい
ロータスロット開口90を有する。
径4インチ(10.63cm)のロータと、従来のモー
タにおける直径4.5インチのロータで用いられてきた
と同じサイズのロータマグネットワイヤを用いるもので
ある。図2及び図3に示す通り、本発明のモータ20(
図4〜図14)は図1〜図3に示す従来のモータ成層体
に比してより小さいロータスロット30及びより小さい
ロータスロット開口90を有する。
【0055】
【表1】
【0056】特に、ロータ巻線の1ターンの平均長は同
一であるが、ロータ鉄心28は長さが1/4インチ(0
.635センチ)又は8.33%だけ長くなっている。
一であるが、ロータ鉄心28は長さが1/4インチ(0
.635センチ)又は8.33%だけ長くなっている。
【0057】ステータ
図4、図6及び図11に示す通り、ステータアセンブリ
42は強磁性体のステータ成層体46の束と、鉄心48
の各磁極の頸部のまわりに巻付けられた、この場合、各
5回巻の励磁巻線材料51、もしくは5回巻と等価なよ
り小さい直径の複数の巻線材料53からなる4個の巻線
コイル50を含んでいる。二つの選択的な構成は、図6
において直径が大きい方の5回巻構造を図の左側に示し
ている。複数の異なったパワー出力は複数の異なったワ
イヤサイズ(すなわち、断面積)を有する複数の異なっ
た巻数の導体ターンを用いることにより達せられる。
42は強磁性体のステータ成層体46の束と、鉄心48
の各磁極の頸部のまわりに巻付けられた、この場合、各
5回巻の励磁巻線材料51、もしくは5回巻と等価なよ
り小さい直径の複数の巻線材料53からなる4個の巻線
コイル50を含んでいる。二つの選択的な構成は、図6
において直径が大きい方の5回巻構造を図の左側に示し
ている。複数の異なったパワー出力は複数の異なったワ
イヤサイズ(すなわち、断面積)を有する複数の異なっ
た巻数の導体ターンを用いることにより達せられる。
【0058】ステータ成層体46は順次対面接触関係で
積層されるとともに、拘束手段140により好ましく結
束されて、鉄心48を形成する。選択的に、付加的な孔
142がリベットなどの手段を受入れて鉄心48を維持
するために設けられている。ステータ鉄心を製造するた
めには、その他の選択的な技術もまた用いられる。この
ような技術としては、例えば、緩積層技術や、鉄心ボン
ディング、鉄心溶接又は鉄心形成(又はキー止め)など
のような周知の方法が用いられる。隣接した磁極側縁1
52、154間の領域には、“ダクロン‐マイラー‐ダ
クロン(DMD)ペーパー”又は“ノメックスペーパー
”(これらはいずれもE.I.デュポン社の登録商標で
ある)などの通常の絶縁材料143が内張り材料として
用いられることにより、巻線ターン50をステータ鉄心
材料(図6において最もよくさめす)から分離するよう
になっている。
積層されるとともに、拘束手段140により好ましく結
束されて、鉄心48を形成する。選択的に、付加的な孔
142がリベットなどの手段を受入れて鉄心48を維持
するために設けられている。ステータ鉄心を製造するた
めには、その他の選択的な技術もまた用いられる。この
ような技術としては、例えば、緩積層技術や、鉄心ボン
ディング、鉄心溶接又は鉄心形成(又はキー止め)など
のような周知の方法が用いられる。隣接した磁極側縁1
52、154間の領域には、“ダクロン‐マイラー‐ダ
クロン(DMD)ペーパー”又は“ノメックスペーパー
”(これらはいずれもE.I.デュポン社の登録商標で
ある)などの通常の絶縁材料143が内張り材料として
用いられることにより、巻線ターン50をステータ鉄心
材料(図6において最もよくさめす)から分離するよう
になっている。
【0059】ステータ成層体
改良されたモータ一つの重要な局面は、生産性の改善及
びステータ成層体設計の磁気的最適化である。ステータ
成層体46はそれが経済的に打抜き成形されるとともに
、各成層体が成層体鉄心48を形成するスタックとして
積層されるように特別に設計されている。これらの改善
された生産性及び磁束伝達の最適化を現実のものとする
ためには、ステータ成層体のこの特別の幾何学的特徴と
ロータ鉄心28及び他のモータ要素との相互作用の詳細
が極めて重要である。
びステータ成層体設計の磁気的最適化である。ステータ
成層体46はそれが経済的に打抜き成形されるとともに
、各成層体が成層体鉄心48を形成するスタックとして
積層されるように特別に設計されている。これらの改善
された生産性及び磁束伝達の最適化を現実のものとする
ためには、ステータ成層体のこの特別の幾何学的特徴と
ロータ鉄心28及び他のモータ要素との相互作用の詳細
が極めて重要である。
【0060】図11〜図13に示す通り、一体化された
ステータ成層体46はその外周の近傍に形成された複数
の孔144を有するヨーク136からなっている。孔1
44は磁極130の各中心線上に位置している。また、
これらの孔144はボルト146(図4参照)、又は端
部構造(例えば、端シールド66、67、又はアダプタ
76)を一体的に締結することにより、モータ20の構
造一体性を維持するために用いられる同様な手段を受入
れるものである。
ステータ成層体46はその外周の近傍に形成された複数
の孔144を有するヨーク136からなっている。孔1
44は磁極130の各中心線上に位置している。また、
これらの孔144はボルト146(図4参照)、又は端
部構造(例えば、端シールド66、67、又はアダプタ
76)を一体的に締結することにより、モータ20の構
造一体性を維持するために用いられる同様な手段を受入
れるものである。
【0061】磁極130はヨーク136から開口44に
向かって内向きに突出し、好ましくは孔144の各々に
関して中心合わせされている。各磁極130は頸部13
1及び2個の磁極側縁又はチップ部152、154(図
11参照)を有する磁極端面150を有する。頸部13
1はヨーク136を端面150に接続することにより、
スロット156が頸部131の両側に形成されるように
なっている。
向かって内向きに突出し、好ましくは孔144の各々に
関して中心合わせされている。各磁極130は頸部13
1及び2個の磁極側縁又はチップ部152、154(図
11参照)を有する磁極端面150を有する。頸部13
1はヨーク136を端面150に接続することにより、
スロット156が頸部131の両側に形成されるように
なっている。
【0062】孔144の各磁極130の中心に対する中
心配置は、鉄心の磁気損失を図1に示すような従来のモ
ータに比して減少させるものである。このようなボルト
孔は隣接磁極間におけるヨーク部分に配置される。孔1
44は各磁極とそれに近接する磁極との間の磁束流に対
する最小制限を提供するため、成層体46の外周に可能
な限り近接して設けられることが望ましい。しかしなが
ら、これらの孔は成層体パンチング工程中において必要
な構造強度を提供するに十分な程度だけ外周から離れて
いる。特に、孔と成層体の外周との間の最少距離は成層
体の厚さより大きくすべきである。
心配置は、鉄心の磁気損失を図1に示すような従来のモ
ータに比して減少させるものである。このようなボルト
孔は隣接磁極間におけるヨーク部分に配置される。孔1
44は各磁極とそれに近接する磁極との間の磁束流に対
する最小制限を提供するため、成層体46の外周に可能
な限り近接して設けられることが望ましい。しかしなが
ら、これらの孔は成層体パンチング工程中において必要
な構造強度を提供するに十分な程度だけ外周から離れて
いる。特に、孔と成層体の外周との間の最少距離は成層
体の厚さより大きくすべきである。
【0063】磁極130の中心線に対する孔144の位
置はそれらの孔がいずれか2個の孔144の中間におけ
るヨーク186中の点において、ステータ成層体46上
に設けられる場合より磁極部における磁束の制限を少な
くするものである。図示のような孔144の位置は磁束
に対する孔の制限効果をステータ磁極間に位置する同様
な孔の場合の約半分まで減少させると考えられる。
置はそれらの孔がいずれか2個の孔144の中間におけ
るヨーク186中の点において、ステータ成層体46上
に設けられる場合より磁極部における磁束の制限を少な
くするものである。図示のような孔144の位置は磁束
に対する孔の制限効果をステータ磁極間に位置する同様
な孔の場合の約半分まで減少させると考えられる。
【0064】図6に示すように、ステータ磁極の頸部最
小幅132は図1に示すような従来型モータに比して比
較的小さいものである。当業者によってよく認識される
通り、ステータ磁極頸部131はロータ22から空隙1
28を横切ってステータ42に流入することができる磁
束量を制限するものとして作用する。縮小したステータ
の外径は磁極間において巻線を収容し得る実効面積を縮
小し、したがって、モータの最大磁束発生容量を減少さ
せることになる。孔144の配置と組み合わされたステ
ータ磁極頸部幅の減少は実際上磁束流を顕著に増大させ
、したがって、ステータコイル50において要求される
銅量を減少させる。実際上、所定の性能仕様を有する一
つの特別のモータモデルの場合、我々はワイヤをほぼ3
3%節約するために使用ワイヤ量を8回巻から5回巻に
減少させたものである(表1及び表4)。これはこの種
のモータにおけるステータ鉄心長を上述のモデルのため
にわずかに(3インチから3.25インチへ)長くした
にもかかわらず生じたものである。
小幅132は図1に示すような従来型モータに比して比
較的小さいものである。当業者によってよく認識される
通り、ステータ磁極頸部131はロータ22から空隙1
28を横切ってステータ42に流入することができる磁
束量を制限するものとして作用する。縮小したステータ
の外径は磁極間において巻線を収容し得る実効面積を縮
小し、したがって、モータの最大磁束発生容量を減少さ
せることになる。孔144の配置と組み合わされたステ
ータ磁極頸部幅の減少は実際上磁束流を顕著に増大させ
、したがって、ステータコイル50において要求される
銅量を減少させる。実際上、所定の性能仕様を有する一
つの特別のモータモデルの場合、我々はワイヤをほぼ3
3%節約するために使用ワイヤ量を8回巻から5回巻に
減少させたものである(表1及び表4)。これはこの種
のモータにおけるステータ鉄心長を上述のモデルのため
にわずかに(3インチから3.25インチへ)長くした
にもかかわらず生じたものである。
【0065】図12に示す通り、寸法X’とXとの関係
はXが0.6X’に等しくなるように設計される。この
関係は、磁束密度が低く、不飽和状態に維持され、同時
に磁束端面に沿って良好な磁束分布が得られるように決
定される。特に、Xが0.6X’より大きい場合、磁束
はステータ磁極側縁の鉄内で飽和しないが、磁束分布は
次の二つの理由により望ましい円滑性が得られなくなる
。その一つの理由として、磁束は円を描いて進もうとし
、磁極130の中心により大きく集中することが上げら
れる。また、第2の理由は、Xが0.6X’より顕著に
大きくなるため、巻線領域156が許容できないほど小
さくなるからである。
はXが0.6X’に等しくなるように設計される。この
関係は、磁束密度が低く、不飽和状態に維持され、同時
に磁束端面に沿って良好な磁束分布が得られるように決
定される。特に、Xが0.6X’より大きい場合、磁束
はステータ磁極側縁の鉄内で飽和しないが、磁束分布は
次の二つの理由により望ましい円滑性が得られなくなる
。その一つの理由として、磁束は円を描いて進もうとし
、磁極130の中心により大きく集中することが上げら
れる。また、第2の理由は、Xが0.6X’より顕著に
大きくなるため、巻線領域156が許容できないほど小
さくなるからである。
【0066】図11及び図12を参照すると、磁石の両
側縁152、154の各々を頸部131に接続する点c
及びd間の線158は直線であり、ヨーク部136及び
頸部131を接続する点dからeにかけての湾曲部15
5は約0.112インチ(0.284cm)の曲率半径
を有することに留意すべきである。各側縁152、15
4は点cからfにかけて半径約0.0425インチ(0
.108cm)の湾曲部を有する。点hから磁極側縁1
54上の対応する点にかけての半径は、図11に示され
た中心点148から測定して約2.015インチ(5.
0118cm)である。各側縁152、154の先端は
磁極130の中心を通る線160の左側及び右側おいて
それぞれ34度の範囲に位置している。
側縁152、154の各々を頸部131に接続する点c
及びd間の線158は直線であり、ヨーク部136及び
頸部131を接続する点dからeにかけての湾曲部15
5は約0.112インチ(0.284cm)の曲率半径
を有することに留意すべきである。各側縁152、15
4は点cからfにかけて半径約0.0425インチ(0
.108cm)の湾曲部を有する。点hから磁極側縁1
54上の対応する点にかけての半径は、図11に示され
た中心点148から測定して約2.015インチ(5.
0118cm)である。各側縁152、154の先端は
磁極130の中心を通る線160の左側及び右側おいて
それぞれ34度の範囲に位置している。
【0067】図12及び図13に示す通り、直線162
は点fにおいて0.0425インチ(0.108cm)
の半径を有する円と、線160から約28.25度のと
ころにある点hにおいて2.015インチ(5.118
センチ)の半径を有する円に対する接線である。これは
ステータ磁極側縁152、154のすえ込み(swag
ing)として知られている。ステータ磁極側縁におい
てこのすえ込みを利用するのは、整流を改善することに
よりブラシ寿命を延長させるためである。距離Xを距離
0.6X’に等しく維持し、かつ半閉鎖型スロット30
を用いることに関連したすえ込み方式の付加的な利点は
、インパルス曲線がロータのステータ内での回転中にお
いて平滑化することである(図7)。
は点fにおいて0.0425インチ(0.108cm)
の半径を有する円と、線160から約28.25度のと
ころにある点hにおいて2.015インチ(5.118
センチ)の半径を有する円に対する接線である。これは
ステータ磁極側縁152、154のすえ込み(swag
ing)として知られている。ステータ磁極側縁におい
てこのすえ込みを利用するのは、整流を改善することに
よりブラシ寿命を延長させるためである。距離Xを距離
0.6X’に等しく維持し、かつ半閉鎖型スロット30
を用いることに関連したすえ込み方式の付加的な利点は
、インパルス曲線がロータのステータ内での回転中にお
いて平滑化することである(図7)。
【0068】図7に示す通り、ロータがステータ内で回
転すると、すえ込み型ステータ磁極側縁がない場合には
、磁束密度は同数の直線Y‐Y2 ‐Y3 ‐Y4 ‐
Y5 で示すようになる。この種の瞬時変化は基本的に
励磁巻線に対しより大きい電気エネルギーを加えること
を要求する渦電流損及び他の損失をもたらすものである
。すえ込み方式によれば、図7に示す曲線はラインY‐
Z‐Y3 ‐Z‐Y5 によって表されるような形態と
なり、したがって、すえ込みにより渦電流損はステータ
磁極側縁において幾分減少する。
転すると、すえ込み型ステータ磁極側縁がない場合には
、磁束密度は同数の直線Y‐Y2 ‐Y3 ‐Y4 ‐
Y5 で示すようになる。この種の瞬時変化は基本的に
励磁巻線に対しより大きい電気エネルギーを加えること
を要求する渦電流損及び他の損失をもたらすものである
。すえ込み方式によれば、図7に示す曲線はラインY‐
Z‐Y3 ‐Z‐Y5 によって表されるような形態と
なり、したがって、すえ込みにより渦電流損はステータ
磁極側縁において幾分減少する。
【0069】図13に最もよく示す通り、側縁152は
点hに向かうライン150に沿って丸みを付けられ、点
hから点fにかけて直線となる。この直線領域を形成し
、次いで端縁152を丸み付けすること(端縁のすえ込
み)により打抜きダイの寿命は延長するが、磁束移動は
より円滑に生ずることになる。このような特定の磁極端
縁の設計により磁束密度は最適化され、スロット156
において巻線銅材料を収容するに十分なスペースを形成
せしめる。この総合的効果は磁束損失を減少させ、整流
機能を改善するとともに、ブラシ摩耗の度合いを少なく
するものである。
点hに向かうライン150に沿って丸みを付けられ、点
hから点fにかけて直線となる。この直線領域を形成し
、次いで端縁152を丸み付けすること(端縁のすえ込
み)により打抜きダイの寿命は延長するが、磁束移動は
より円滑に生ずることになる。このような特定の磁極端
縁の設計により磁束密度は最適化され、スロット156
において巻線銅材料を収容するに十分なスペースを形成
せしめる。この総合的効果は磁束損失を減少させ、整流
機能を改善するとともに、ブラシ摩耗の度合いを少なく
するものである。
【0070】図11及び図12並びに表1に示す通り、
ステータ成層体の極スパンは約68度である。中心線1
61の点IからJまでの距離(内径)は約4.03イン
チ(10.24cm)であり、点KからLまでの距離(
外径)は約6.288インチ(16.33cm)である
。図示の4極ステータ成層体の場合、いずれもインチで
測定された内径‐対‐外径の比は約0.627であり、
同様にインチで測定された外径‐対‐内径の比は約1.
5956である。極円弧164の長さは約2.39イン
チ(6.07cm)、スロット円弧166の長さは約0
.774インチ(1.97cm)、最小磁極頸部幅13
2(図6)は約1.12インチ(2.84cm)、ヨー
ク136の厚さは約0.616インチ(1.56cm)
、そして、各スロット156の断面積は約1.68in
2 (7.54cm2 )である。直径0.182イン
チ(0.46cm)の断面円形のマグネットワイヤ51
を各磁極130のまわりに5回巻付けると、スロット面
積の約22.27%がそれらのワイヤに満たされる。イ
ンチ又はセンチメートルで測定された磁極頸部131の
厚さ対インチ又はセンチメートルで測定されたヨーク1
36の厚さの2倍の比率は約0.909である。
ステータ成層体の極スパンは約68度である。中心線1
61の点IからJまでの距離(内径)は約4.03イン
チ(10.24cm)であり、点KからLまでの距離(
外径)は約6.288インチ(16.33cm)である
。図示の4極ステータ成層体の場合、いずれもインチで
測定された内径‐対‐外径の比は約0.627であり、
同様にインチで測定された外径‐対‐内径の比は約1.
5956である。極円弧164の長さは約2.39イン
チ(6.07cm)、スロット円弧166の長さは約0
.774インチ(1.97cm)、最小磁極頸部幅13
2(図6)は約1.12インチ(2.84cm)、ヨー
ク136の厚さは約0.616インチ(1.56cm)
、そして、各スロット156の断面積は約1.68in
2 (7.54cm2 )である。直径0.182イン
チ(0.46cm)の断面円形のマグネットワイヤ51
を各磁極130のまわりに5回巻付けると、スロット面
積の約22.27%がそれらのワイヤに満たされる。イ
ンチ又はセンチメートルで測定された磁極頸部131の
厚さ対インチ又はセンチメートルで測定されたヨーク1
36の厚さの2倍の比率は約0.909である。
【0071】図11に示す通り、図示のステータ成層体
46は6個所の平坦部52、53、54、55、56、
57を有する。これらの平坦部はシート材料から打ち抜
かれた成層体46として用いられる金属量を最大化し、
したがって、端切れ損失を最少化するジグザグ法を採用
したことにより、形成されたものである。打抜き工程に
おいてこのジグザグ法を採用すると、同数の成層体を得
るために用いられた通常の打抜き法に比して、約11%
程度端切れ損失を少なくすることができる。このように
顕著な材料の節約を達成する一方で、これらの平坦部と
シェル40との間のわずかな空隙の存在(図6)に基づ
き、わずかながら、磁束損失が発生する。これらの損失
は磁束移動に対してそれほど重大な影響を与えないため
、ごくわずかなものであり、したがって、この平坦部形
成による材料節約効果がより重要なものとして利用され
る。
46は6個所の平坦部52、53、54、55、56、
57を有する。これらの平坦部はシート材料から打ち抜
かれた成層体46として用いられる金属量を最大化し、
したがって、端切れ損失を最少化するジグザグ法を採用
したことにより、形成されたものである。打抜き工程に
おいてこのジグザグ法を採用すると、同数の成層体を得
るために用いられた通常の打抜き法に比して、約11%
程度端切れ損失を少なくすることができる。このように
顕著な材料の節約を達成する一方で、これらの平坦部と
シェル40との間のわずかな空隙の存在(図6)に基づ
き、わずかながら、磁束損失が発生する。これらの損失
は磁束移動に対してそれほど重大な影響を与えないため
、ごくわずかなものであり、したがって、この平坦部形
成による材料節約効果がより重要なものとして利用され
る。
【0072】シェル
図示の外側シェル40は好ましくは厚さ0.071イン
チ(0.18cm)の薄い打抜きシート金属170を、
ロール巻してその両側端を溶接、超音波溶接などのよう
な周知の方法により接続することにより形成されたもの
である。このシェル40には当業者が認識する通り、ブ
ラシ62及びステータコイル50に接続するための端子
174を受容する2条のスロット172が打抜きもしく
は穿孔法により形成されている。端子174は平ワッシ
ャ176及びロックナット180より絶縁手段を介して
シェル40に取付けられる。シェル40の内側には内側
絶縁手段184が取付けられ、端子174を受容するよ
うになっている。
チ(0.18cm)の薄い打抜きシート金属170を、
ロール巻してその両側端を溶接、超音波溶接などのよう
な周知の方法により接続することにより形成されたもの
である。このシェル40には当業者が認識する通り、ブ
ラシ62及びステータコイル50に接続するための端子
174を受容する2条のスロット172が打抜きもしく
は穿孔法により形成されている。端子174は平ワッシ
ャ176及びロックナット180より絶縁手段を介して
シェル40に取付けられる。シェル40の内側には内側
絶縁手段184が取付けられ、端子174を受容するよ
うになっている。
【0073】ブラシ板アセンブリ
ブラシ板アセンブリ60はブラケット手段186により
シェル40に連結されている。このブラシ板アセンブリ
60は当業者が容易に理解しうる通り、ブラシボックス
190を取付けるための手段を有するヨーク188を含
んでおり、ブラシボックス190はこれに挿入される常
套的なブラシ62を受入れるため、ヨーク188上に位
置している。その一つ一つが各ブラシ62とボックス1
90の結合に用いられる複数のスプリング192は、ヨ
ーク188上に位置してブラシと接触し、各ブラシをブ
ラシ板アセンブリ60の中央174に向かって付勢する
ことにより、これを整流子32と接触させるようになっ
ている。
シェル40に連結されている。このブラシ板アセンブリ
60は当業者が容易に理解しうる通り、ブラシボックス
190を取付けるための手段を有するヨーク188を含
んでおり、ブラシボックス190はこれに挿入される常
套的なブラシ62を受入れるため、ヨーク188上に位
置している。その一つ一つが各ブラシ62とボックス1
90の結合に用いられる複数のスプリング192は、ヨ
ーク188上に位置してブラシと接触し、各ブラシをブ
ラシ板アセンブリ60の中央174に向かって付勢する
ことにより、これを整流子32と接触させるようになっ
ている。
【0074】端シールド
後端シールド66はその一側部において軸受78を受入
れるべく形成された軸受支持手段68と、モータの一体
性を維持すべきボルト手段146を受入れるための1組
の孔200、及び軸受手段78を軸受支持手段68内に
維持するねじ204を受入れるための別の1組の孔20
2を有する。ブラシ62はステータ手段42と端シール
ド66との間に位置して、ボルト146がモータ20の
端シールド66から、組立てられるべき端シールドの孔
200とステータ成層体の孔144、及びアダプタ76
を貫通することを妨げないようなっている。
れるべく形成された軸受支持手段68と、モータの一体
性を維持すべきボルト手段146を受入れるための1組
の孔200、及び軸受手段78を軸受支持手段68内に
維持するねじ204を受入れるための別の1組の孔20
2を有する。ブラシ62はステータ手段42と端シール
ド66との間に位置して、ボルト146がモータ20の
端シールド66から、組立てられるべき端シールドの孔
200とステータ成層体の孔144、及びアダプタ76
を貫通することを妨げないようなっている。
【0075】軸受手段78は環状部材208と一対の突
出部材210からなる軸受リテイナ手段206により軸
受支持手段68内に維持される。突出部材210は端シ
ールドの孔202と共同して軸受リテイナ手段206を
軸受手段78内の位置に維持するようになっている。
出部材210からなる軸受リテイナ手段206により軸
受支持手段68内に維持される。突出部材210は端シ
ールドの孔202と共同して軸受リテイナ手段206を
軸受手段78内の位置に維持するようになっている。
【0076】モータアセンブリ
本発明に従って構成されたモータの図示実施例は、従来
のモータより簡単に、かつより経済的に組立てられる。 まず、ブラケット186を有するシェル40が打抜かれ
て、図4に示すような円筒状となるように常套的な方法
で巻形成される。ステータ42、ロータ22及びブラシ
板アセンブリ60は好ましくはその各々が独立して組立
てられる。
のモータより簡単に、かつより経済的に組立てられる。 まず、ブラケット186を有するシェル40が打抜かれ
て、図4に示すような円筒状となるように常套的な方法
で巻形成される。ステータ42、ロータ22及びブラシ
板アセンブリ60は好ましくはその各々が独立して組立
てられる。
【0077】特に、ロータの組立中において、所定の輪
郭形状を有するシャフトが所定の積層長さを有するよう
に結束された成層体スタックを支持する。この成層体ス
タックは好ましくはシャフト上にプレスフィットされる
。各スロット30にはスタックの一端又は他端から絶縁
材料が挿入される。絶縁材料がスロットに挿入されると
、そのスロット中には図9に示すように、絶縁材料間の
位置に複数の導体が挿入される。シャフトのスプライン
72からは整流子とシャフト24の端部70に向かって
導体バーが挿入される。整流子32は当業者にとって自
明な方法によりシャフトに連結される。導体バーの挿入
及びシャフトへの整流子の取付けが終わると、導体バー
の係合端はライザに連結される。
郭形状を有するシャフトが所定の積層長さを有するよう
に結束された成層体スタックを支持する。この成層体ス
タックは好ましくはシャフト上にプレスフィットされる
。各スロット30にはスタックの一端又は他端から絶縁
材料が挿入される。絶縁材料がスロットに挿入されると
、そのスロット中には図9に示すように、絶縁材料間の
位置に複数の導体が挿入される。シャフトのスプライン
72からは整流子とシャフト24の端部70に向かって
導体バーが挿入される。整流子32は当業者にとって自
明な方法によりシャフトに連結される。導体バーの挿入
及びシャフトへの整流子の取付けが終わると、導体バー
の係合端はライザに連結される。
【0078】材料を節約し、かつモータの組立工程を簡
単にするためには、ライザを除去して導体バーを整流子
に直結することが望ましい。このような導体バーの緩係
合端の整流子への直結は、下部ワイヤを整流子に直接ろ
う付けし、次いで上部ワイヤをその下部ワイヤにろう付
けすることにより達せられる。このようなマグネットワ
イヤ導体手段、すなわち導体バーと整流子との間の接続
法を用いることによりライザを省略し、これによって整
流子の形成に用いられる銅及びその他の材料の量を顕著
に減少させることができる。これにより確立された構造
はゴルフカート用として用いられるモータにとって構造
及び電気的な要求を完全に満たすことができる。
単にするためには、ライザを除去して導体バーを整流子
に直結することが望ましい。このような導体バーの緩係
合端の整流子への直結は、下部ワイヤを整流子に直接ろ
う付けし、次いで上部ワイヤをその下部ワイヤにろう付
けすることにより達せられる。このようなマグネットワ
イヤ導体手段、すなわち導体バーと整流子との間の接続
法を用いることによりライザを省略し、これによって整
流子の形成に用いられる銅及びその他の材料の量を顕著
に減少させることができる。これにより確立された構造
はゴルフカート用として用いられるモータにとって構造
及び電気的な要求を完全に満たすことができる。
【0079】上記の工程に続き、導体バー36の両端に
近接して一対のバンド212、214がそれらの導体バ
ーの周囲を押さえるように配置されて、モータが回転す
るとき導体バーが遠心力により分解しないように構成し
てある。モータ成層体のスロットは半閉鎖型であり、し
かもロータ鉄心は比較的長いため、これらのバンドは用
いなくてもよく、これによって余分な材料費及びモータ
組立コストを低減することができる。
近接して一対のバンド212、214がそれらの導体バ
ーの周囲を押さえるように配置されて、モータが回転す
るとき導体バーが遠心力により分解しないように構成し
てある。モータ成層体のスロットは半閉鎖型であり、し
かもロータ鉄心は比較的長いため、これらのバンドは用
いなくてもよく、これによって余分な材料費及びモータ
組立コストを低減することができる。
【0080】多数のステータ成層体が所定の長さに結束
される。図示のコイル50は好ましくは直径0.182
インチ(0.46cm)の銅線を磁極のまわりに5回(
等価巻数)巻付けて端子に接続したものである。この点
において、ステータアセンブリ42はシェル40に挿入
し得る状態となる。
される。図示のコイル50は好ましくは直径0.182
インチ(0.46cm)の銅線を磁極のまわりに5回(
等価巻数)巻付けて端子に接続したものである。この点
において、ステータアセンブリ42はシェル40に挿入
し得る状態となる。
【0081】ブラシ板アセンブリ60は常套的にその中
に種々の接続手段を有するヨークを製造することにより
組立てられる。ヨーク及び4個のブラシには、4個のブ
ラシボックスが常套的に取付けられ、これらのブラシは
ブラシボックス内に位置した別の1組の端子に接続され
る。各ブラシに関連してコイルスプリングが配置され、
これによってブラシをヨークの中央に向かって付勢する
ようになっている。ブラシ板アセンブリ60はこれによ
りシェル内に組付ける準備が完了したことになる。
に種々の接続手段を有するヨークを製造することにより
組立てられる。ヨーク及び4個のブラシには、4個のブ
ラシボックスが常套的に取付けられ、これらのブラシは
ブラシボックス内に位置した別の1組の端子に接続され
る。各ブラシに関連してコイルスプリングが配置され、
これによってブラシをヨークの中央に向かって付勢する
ようになっている。ブラシ板アセンブリ60はこれによ
りシェル内に組付ける準備が完了したことになる。
【0082】ロータ、ステータアセンブリ、ブラシ板ア
センブリ、及びシェルが各々独立して仕上げられると、
アダプタ76又は前端シールド67及びロータとともに
、ステータアセンブリが周知の方法でシェル内に配置さ
れ、次いでブラシ板アセンブリがブラケット186によ
りシェルに連結される。次に、後端シールドがシェルの
ブラシ板アセンブリ端に配置され、軸受リテイナ手段2
06及び端シールド孔202にはねじ204が挿入及び
連結され、ステータ成層体孔144と整列する。次に、
ボルト146を後端シールド孔200及びステータ成層
体孔144に挿通し、これらをアダプタ76又は正面端
シールド67に連結してモータアセンブリ20を形成す
る。
センブリ、及びシェルが各々独立して仕上げられると、
アダプタ76又は前端シールド67及びロータとともに
、ステータアセンブリが周知の方法でシェル内に配置さ
れ、次いでブラシ板アセンブリがブラケット186によ
りシェルに連結される。次に、後端シールドがシェルの
ブラシ板アセンブリ端に配置され、軸受リテイナ手段2
06及び端シールド孔202にはねじ204が挿入及び
連結され、ステータ成層体孔144と整列する。次に、
ボルト146を後端シールド孔200及びステータ成層
体孔144に挿通し、これらをアダプタ76又は正面端
シールド67に連結してモータアセンブリ20を形成す
る。
【0083】ブラケット186及びステータ48はブラ
シ板アセンブリ60がシェル内に取付けられたとき、ブ
ラシ板アセンブリ60がボルト146の端シールドから
シェルの内側へ、そしてステータアセンブリを通じてア
ダプタ又は前端シールドへの挿入を妨害しないようにシ
ェル40に関して位置決めされる。
シ板アセンブリ60がシェル内に取付けられたとき、ブ
ラシ板アセンブリ60がボルト146の端シールドから
シェルの内側へ、そしてステータアセンブリを通じてア
ダプタ又は前端シールドへの挿入を妨害しないようにシ
ェル40に関して位置決めされる。
【0084】表2を参照して明らかな通り、図示の実施
例のモータは従来のモータに比してロータの外径を約4
.5インチ(11.43cm)から約4インチ(10.
16cm)へと約11%縮小したにもかかわらず、ほぼ
同様な出力とわずかに向上したモータ効率を有するもの
であり、場合によっては、馬力の増大をも可能にするも
のである。
例のモータは従来のモータに比してロータの外径を約4
.5インチ(11.43cm)から約4インチ(10.
16cm)へと約11%縮小したにもかかわらず、ほぼ
同様な出力とわずかに向上したモータ効率を有するもの
であり、場合によっては、馬力の増大をも可能にするも
のである。
【0085】表2に示された種々のモータについての試
験結果は、エルボー型ロータリトルクトランスデューサ
、電圧計による電流検出のための較正分路、電圧測定用
電圧計及び速度ピックアップ手段を用いて編集されたも
のである。試験された各モータの特性点は次のように取
られた。(1)モータ電圧は36V、(2)負荷は40
オンス‐フィート、そして(3)速度及び電流はこれら
の条件下において測定及び記録されたものである。同様
な手順は60、80、160、240、320、480
、及び560オンス‐フィートの負荷についても実施さ
れた。大電流(すなわち、大負荷)になれば、かなりの
発熱が生じるため、モータは室温(約25℃)まで冷却
された後、560オンス‐フィートの負荷がセットされ
た。電圧(V)、電流(A)、トルク及び速度はこのよ
うにして記録されたものである。
験結果は、エルボー型ロータリトルクトランスデューサ
、電圧計による電流検出のための較正分路、電圧測定用
電圧計及び速度ピックアップ手段を用いて編集されたも
のである。試験された各モータの特性点は次のように取
られた。(1)モータ電圧は36V、(2)負荷は40
オンス‐フィート、そして(3)速度及び電流はこれら
の条件下において測定及び記録されたものである。同様
な手順は60、80、160、240、320、480
、及び560オンス‐フィートの負荷についても実施さ
れた。大電流(すなわち、大負荷)になれば、かなりの
発熱が生じるため、モータは室温(約25℃)まで冷却
された後、560オンス‐フィートの負荷がセットされ
た。電圧(V)、電流(A)、トルク及び速度はこのよ
うにして記録されたものである。
【0086】
【表2】
【0087】
【表3】
【0088】
【表4】
【0089】最適の試験は、負荷を低い状態から出発し
て急激に増加しつつ連続的にトルク、速度、電圧及び電
流を測定するようにした短時間の連続テストでなければ
ならないことに留意すべきである。テスト期間はモータ
発熱が最少であって、モータの動特性の変位を無視し得
る程度に緩やかとするように短いことが望まれる。
て急激に増加しつつ連続的にトルク、速度、電圧及び電
流を測定するようにした短時間の連続テストでなければ
ならないことに留意すべきである。テスト期間はモータ
発熱が最少であって、モータの動特性の変位を無視し得
る程度に緩やかとするように短いことが望まれる。
【0090】表2及び表3から明らかな通り、図示の実
施例のモータは従来の3種のモータに比して動作範囲を
通じてより高い効率を有する。改良された新規のモータ
設計における効率は、従来のモータに比して種々の運転
負荷において約0.5%から約6%改善された。
施例のモータは従来の3種のモータに比して動作範囲を
通じてより高い効率を有する。改良された新規のモータ
設計における効率は、従来のモータに比して種々の運転
負荷において約0.5%から約6%改善された。
【0091】表3を参照すると、実施例のモータは全負
荷トルクの4倍においてより大きい馬力を発生し、従来
のモータの最良のものを上回る全負荷効率の改善を達成
することができた。
荷トルクの4倍においてより大きい馬力を発生し、従来
のモータの最良のものを上回る全負荷効率の改善を達成
することができた。
【0092】表4はゴルフカートに用いられた従来のモ
ータと比較して界磁ステータ巻線に必要な銅の重量が3
2.5%少なくなったこと、及び全重量が4ポンド8オ
ンス(11.7%)減少したことを示している。
ータと比較して界磁ステータ巻線に必要な銅の重量が3
2.5%少なくなったこと、及び全重量が4ポンド8オ
ンス(11.7%)減少したことを示している。
【図1】従来の電気モータに用いられた従来のステータ
成層体を示す平面図である。
成層体を示す平面図である。
【図2】図1のステータ成層体と同じ電気モータに用い
られた従来のロータ成層体を示す平面図である。
られた従来のロータ成層体を示す平面図である。
【図3】図2のロータ成層体の平行スロットの部分拡大
図である。
図である。
【図4】本発明の一実施例におけるモータの分解斜視図
である。
である。
【図5】図4のモータの部分分解斜視図であって、選択
的な端部構造を示すものである。
的な端部構造を示すものである。
【図6】図4のモータの一部破断図であって、構成部材
を部分的に除去して示す断面図である。
を部分的に除去して示す断面図である。
【図7】ロータがステータ中で回転するときのモータ空
隙中で観察されるステータ巻線により誘起された磁束密
度を示すグラフである。
隙中で観察されるステータ巻線により誘起された磁束密
度を示すグラフである。
【図8】図4及び図5のモータにおいて用いられる一つ
のロータ成層体を示す平面図である。
のロータ成層体を示す平面図である。
【図9】図8およぴ次の図10のロータ成層体における
半閉鎖型スロットの部分拡大図である。
半閉鎖型スロットの部分拡大図である。
【図10】図4及び図5のモータにおける斜行構造を有
するロータに用いられる選択的なロータ成層体を示す平
面図である。
するロータに用いられる選択的なロータ成層体を示す平
面図である。
【図11】図4及び図5のモータにおいて用いられたス
テータ成層体の平面図である。
テータ成層体の平面図である。
【図12】図11のステータ成層体の磁極及び巻線スロ
ット領域の部分拡大図である。
ット領域の部分拡大図である。
【図13】図11のステータ成層体の磁極端縁を示す拡
大図である。
大図である。
【図14】図4及び図5のモータに用いられた斜行型ス
ロットを有するロータの部分平面図である。
ロットを有するロータの部分平面図である。
20 直線モータ
22 ロータ
24 シャフト
26 ロータ成層体
28 電機子鉄心(ロータ鉄心)
30 半閉鎖型スロット
32 整流手段
34 ライザ手段
36 マグネットワイヤ
40 シェル
42 円筒状ステータ
44 ステータ開口
46 成層体
48 ステータ成層体
50 巻線コイル
51 巻線材料
52〜57 平坦部
130 磁極
131 頸部
136 ヨーク
152、154 磁極側縁
Claims (28)
- 【請求項1】 外殻をなすシェルと、円筒状開口を有
するとともに、前記シェルと関連付けられた強磁性成層
体の束からなるステータアセンブリと、前記ステータに
関連して配置されたステータ巻線手段、及び鉄心を形成
する複数の強磁性成層体を含み、各成層体がその外周に
近接して半径方向にのびる複数の円周方向に等間隔配置
された半閉鎖型スロットを有し、これらのスロットがそ
の中に導体手段を収容するに十分な断面積を有し、前記
成層体のスロット数‐対‐インチにおいて測定したロー
タ外径の比を14より大きくしてなるロータを備えたこ
とを特徴とする回転電気機械。 - 【請求項2】 前記ロータ成層体のスロット数‐対‐
インチにより測定したロータ成層体の外径の比が15.
75であることを特徴とする請求項1記載の回転電気機
械。 - 【請求項3】 ロータ成層体の外径‐対‐ロータスロ
ット長の比が約9.04〜9.16であることを特徴と
する請求項1記載の回転電気機械。 - 【請求項4】 ロータスロットの長さ‐対‐ロータス
ロットの開口幅の比が約10.8〜12.5であること
を特徴とする請求項1記載の回転電気機械。 - 【請求項5】 外殻をなすシェルと、円筒状開口を有
するとともに、前記外殻に関連付けられた強磁性成層体
の束からなるステータアセンブリと、前記ステータに関
連して配置されたステータ巻線、及び鉄心を形成する複
数の強磁性成層体を含み、前記成層体の各々がその外周
に近接して半径方向にのびる複数の円周方向に等間隔配
置された半閉鎖型スロットを有し、これらのスロットが
その中に導体手段を収容するに十分な断面積を有するよ
うにし、前記ロータスロットの長さ‐対‐ロータスロッ
トの開口幅の比を約10.8〜12.5としたロータを
備えたことを特徴とする回転電気機械。 - 【請求項6】 回転電気機械におけるロータ鉄心に用
いるための成層体であって、導体手段を受入れるために
各々外周に近接して半径方向にのびており、順次円周方
向に等間隔配置された半閉鎖型スロットを有する強磁性
円板からなり、前記スロットに収容する導体手段は前記
円板がそれらの対応するスロットを互いに連通させるよ
うに積層されたとき、ロータ形状に沿って半径方向にの
びるものであり、各スロットは少くとも前記導体手段及
び十分な絶縁手段をその中に配置するに十分な大きさの
断面積を有し、前記成層体スロットの数‐対‐インチに
おいて測定した成層体外径の比を14より大きくしたこ
とを特徴とする回転電気機械のロータ鉄心用成層体。 - 【請求項7】 前記ロータ成層体のスロット数‐対‐
インチで測定した外径の比が約15.75であることを
特徴とする請求項6記載の成層体。 - 【請求項8】 前記ロータ成層体の直径‐対‐成層体
スロット長の比が約9.04〜9.16であることを特
徴とする請求項6記載の成層体。 - 【請求項9】 前記ロータ成層体のスロット長‐対‐
スロット開口幅の比が約10.8〜12.5であること
を特徴とする請求項6記載の成層体。 - 【請求項10】 回転電気機械におけるロータ鉄心に
用いるための成層体であって、その中に導体手段を受入
れるため、各々外周に近接して半径方向にのびる複数の
円周方向に等間隔配置された半閉鎖型スロットを有する
強磁性円板からなり、前記スロット中に収容する導体手
段は前記複数の円板が対応するスロットを互いに連通さ
せて積層化されたとき、前記ロータに沿って半径方向に
のびるものであり、前記スロットの各々は少くとも前記
導体手段及び十分な絶縁手段をその中に配置するに十分
な断面積を有し、前記成層体のスロット長‐対‐スロッ
ト開口幅の比が約10.8〜12.5であることを特徴
とする回転電気機械のロータ鉄心用成層体。 - 【請求項11】 外殻をなすシェルを有する回転電気
機械の略円筒状をなすステータ鉄心に用いるための成層
体であって、所定の外径と一定の内径を有するほぼ円形
の開口を形成した強磁性材料からなる平坦な角付き円板
であって、前記内径が前記成層体外周から内向きに突出
した対向磁極間の距離として特定されるものと、前記角
付き円板の外周に近接配置されるとともに、取付手段の
挿入を許容すべく各磁極に対して中心合わせされた複数
の開口と、複数の成層体を結束させてステータ鉄心を形
成せしめるために前記角付き円板中に位置した手段であ
って、前記ステータ磁極の頸部最小幅‐対‐ヨーク厚さ
の2倍の比を約1.7より小さくしてなるもの、を備え
たことを特徴とする回転電気機械の円筒状ステータ鉄心
に用いるための成層体。 - 【請求項12】 前記ステータ磁極最小幅‐対‐前記
ヨーク厚さの2倍の比が0.809〜1.009である
ことを特徴とする請求項11記載の成層体。 - 【請求項13】 前記ステータ最小幅‐対‐ヨーク厚
さの2倍の比が0.909であることを特徴とする請求
項11記載の成層体。 - 【請求項14】 前記ステータ外径‐対‐内径の比が
約1.47より大きいことを特徴とする請求項11記載
の成層体。 - 【請求項15】 前記ステータ外径‐対‐内径の比が
約1.6であることを特徴とする請求項11記載の成層
体。 - 【請求項16】 前記ステータの内径‐対‐外径の比
が0.68未満であることを特徴とする請求項11記載
の成層体。 - 【請求項17】 前記ステータ内径‐対‐外径の比が
約0.627であることを特徴とする請求項11記載の
成層体。 - 【請求項18】 前記成層体がその成層体において用
いられる強磁性材料の量を最少化するとともに、前記強
磁性材料の端切れ損失を最少化するためにジグザグ法を
用いて形成されたものであり、前記ジグザグ法は成層体
の外周上に形成された複数の平坦部を生ずるものである
ことを特徴とする請求項11記載の方法。 - 【請求項19】 ステータ手段が、外殻をなすシェル
と、その中に円筒状開口を形成し、かつ前記シェルに関
連付けられた複数の強磁性成層体と、前記ステータに関
連して配置されるステータ巻線手段とからなり、各ステ
ータ成層体が所定の外径と一定の内径をもったほぼ円形
の中心開口を有する強磁性材料からなり、前記内径が前
記成層体の外周から内向きに突出した対向磁極間の距離
として特定された平坦な角付き円板と、前記角付き円板
の外周に近接してその角付き円板内に位置し、各磁極に
対して中心合わせされた所定の取付手段を受入れるため
の複数の孔と、前記角付き円板に形成され、前記複数の
成層体を結束してステータコアを形成せしめるために前
記角付き円板に形成された手段を備えたものであり、さ
らに前記回転電気機械のロータが、複数の強磁性成層体
からなり、各成層体がその外周に近接して半径方向にの
びる複数の円周方向に等間隔配置された半閉鎖型スロッ
トを有するものであり、前記スロットはその中に導体手
段を収容するに十分な断面積を有し、前記ロータ成層体
のスロット数‐対‐インチにおいて測定したロータ成層
体の外径の比が14より大きくなるようにしたことを特
徴とする回転電気機械。 - 【請求項20】 前記ロータ成層体のスロット数‐対
‐インチにおいて測定したロータ成層体の外径の比が約
15.75であることを特徴とする請求項19記載の回
転電気機械。 - 【請求項21】 前記ロータ成層体の外径‐対‐前記
ロータ成層体のスロット数の比が約.04〜9.16で
あることを特徴とする請求項19記載の回転電機機械。 - 【請求項22】 前記ステータ磁極の頸部最小幅‐対
‐前記ステータヨークの厚さの2倍の比が約0.809
〜1.009であることを特徴とする請求項19記載の
回転電気機械。 - 【請求項23】 外殻をなすシェルと、円筒状開口を
有する鉄心を有するとともに、前記シェルに関連付けら
れる複数の強磁性成層体からなるステータアセンブリと
、前記シェル内において前記ステータ手段に関連して配
置されるステータ巻線手段、及び複数の強磁性成層体の
積層束からなり、各成層体がその外周に近接して半径方
向にのびる複数の円周方向に等間隔配置された半閉鎖型
スロットを有し、これらのスロットがその中に少くとも
2本の導体手段を受入れるに十分な断面積を有するよう
にしてなるロータを備え、前記ステータ成層体の外径‐
対‐内径の比が約1.46より大きくなるようにしたこ
とを特徴とするDC電気モータ。 - 【請求項24】 前記ステータ成層体の外径‐対‐内
径の比が約1.559〜1.562であることを特徴と
する請求項23記載のDCモータ。 - 【請求項25】 回転電気機械においてほぼ円筒状の
鉄心を形成するためのステータ成層体であって、所定の
外径と、一定内径のほぼ円形をなす開口とを有する強磁
性材料板からなり、前記内径が前記成層体の外周から内
向きに突出した対向磁極間の距離として特定されるよう
にした平坦な角付き円板と、前記複数の成層体を結束さ
せてステータ鉄心を形成せしめるために前記角付き円板
内に位置する複数の拘束手段を備え、前記ステータ磁極
の頸部最小幅‐対‐ステータヨーク厚さの2倍の比が約
0.809〜1.009となるようにしたことを特徴と
する回転電気機械のステータ成層体。 - 【請求項26】 外殻をなすシェルと、前記シェル内
に配置された少くとも4極を有するステータアセンブリ
であって、それに形成された円筒状開口を有する強磁性
体からなるステータ成層体の積層束及び前記ステータに
関連して配置されるステータ巻線手段を含むものと、前
記ステータ内に位置するロータとを備え、各ステータ成
層体が、与えられた外径と一定の内径をもったほぼ円形
の開口を有する強磁性材料の平坦な角付き円板からなり
、前記内径が各成層体の外周から内向きに突出した対向
磁極間の距離として決定されるようにしたものと、前記
角付き円板の外周に近接して配置され、かつ各磁極に対
して中心合わせされた所定の取付手段を受入れるために
各磁極毎に少くとも1個設けられた連結手段と、前記角
付き円板内に位置して前記複数の成層体を結束させて、
ステータ鉄心を形成せしめるための複数の拘束手段とを
含み、前記ロータは鉄心を形成する複数の強磁性成層体
からなり、各成層体がその外周に近接して半径方向にの
びる複数の円周方向に等間隔配置された半閉鎖型スロッ
トを有し、これらのスロットがその中に少くとも2本の
導体手段を受入れるに十分な断面積を有するものであり
、前記ロータ成層体のスロット数‐対‐インチで測定し
たロータ成層体の外径の比が約15.75であることを
特徴とする回転電気機械。 - 【請求項27】 ステータ成層体が成層体として用い
る強磁性材料の量を最大化するとともに、その強磁性材
料の端切れ損失を最小化すべくジグザグ法を用いて形成
されたものであり、このジグザグ法により前記ステータ
成層体の外周上に複数の平坦部を形成し、前記平坦部が
前記ステータアセンブリをシェル内に配置したとき、前
記ステータアセンブリとシェルとの間に空隙をもたらす
ものであることを特徴とする請求項26記載の回転電気
機械。 - 【請求項28】 ステータ成層体の外周から各磁極に
おける前記孔までの距離が少くとも前記ステータ成層体
の厚さに等しい大きさであることを特徴とする請求項2
7記載の回転電気機械。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/484,597 US5045742A (en) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | Electric motor with optimum core dimensions |
| US07/484597 | 1990-02-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04217833A true JPH04217833A (ja) | 1992-08-07 |
Family
ID=23924806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3053838A Pending JPH04217833A (ja) | 1990-02-23 | 1991-02-25 | 改良された電気モータとその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5045742A (ja) |
| JP (1) | JPH04217833A (ja) |
| KR (1) | KR100230496B1 (ja) |
| BG (1) | BG60932B1 (ja) |
| DE (1) | DE4104641A1 (ja) |
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|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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