JPH1118383A - 同期モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置を円筒形に形成することが可能で、全体
の小型化を図ることができ、コイルの線積率も十分に高
めることを可能にする。 【構成】 半径方向に磁極を形成するロータ７の周囲に
配置されたステータ７は、ステータコア３１及びこのス
テータコアに巻回されたコイル３３からなる。ステータ
コア３１は環状部３４を有し、この環状部３４の内周側
からロータ７に向かって磁極片３５ａ，３５ｂが延び、
且つ磁極片３５ａ，３５ｂの先端にロータの周方向に沿
って広がる先端延長部３７ａ，３７ｂを有している。コ
イル３３は、磁極片３５ａ，３５ｂにインシュレータ３
２を介して巻回される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半径方向に磁極を
形成するロータを、その周囲に配置されたステータのコ
イルに交流電力を供給することによって回転駆動する同
期モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、キャンドポンプ等で使用されるＡ
Ｃ同期モータは、例えば図７に示すように、半径方向に
２極着磁されたロータ１０１の周囲にステータコア１０
２が配置され、そのロータ１０１側に延びる磁極片１０
２ａ，１０２ｂの先端とロータ１０１との間のギャップ
が磁極片１０２ａ，１０２ｂの中心線に対して非対称と
なるように形成することにより、ロータ１０１の磁極を
磁極片１０２ａ，１０２ｂに対して回転させて始動角θ
₀を得るようにしている。

【０００３】始動時には、交流電源１０３によってコイ
ル１０４に電流を流すと、ステータコア１０２を通じて
磁極片１０２ａ，１０２ｂの間に磁束φが形成されるた
め、ロータ１０１は、図中反時計方向に回転し、以後、
交流電源１０３の出力位相に同期して回転を持続する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな同期モータでは、ステータコア１０２の磁極片１０
２ａ，１０２ｂを連絡する部分にコイル１０４が巻回さ
れているため、ロータ１０１の中心に対して反対側のス
ペースは全て無駄なスペースとなり、装置が大型化する
という問題がある。また、従来の同期モータでは、その
構造上、始動角θ₀は、磁極片１０２ａ，１０２ｂの先
端のロータ１０１を取り囲む範囲を規定する両端部より
も内側に設定されるため、始動角θ₀を大きく設定しよ
うとすると、磁極片１０２ａ，１０２ｂの断面積が大き
くなりすぎ、この部分にコイル１０４を巻回しようとし
ても、充分に線積率を高めることができないという問題
がある。更に、この種の同期モータは、製造技術上及び
機器の配置上、円筒形となることが望ましいが、従来の
同期モータでは、円筒形に形成することが困難であっ
た。

【０００５】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、装置を円筒形に形成することが可能で、全体の小
型化を図ることができ、コイルの線積率も十分に高める
ことができる同期モータを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る同期モータ
は、半径方向に磁極を形成するロータと、このロータの
周囲に配置されたステータコア及びこのステータコアに
巻回されたコイルからなるステータとを有する同期モー
タにおいて、前記ステータコアが、環状部と、この環状
部の内周側から前記ロータに向かって延びる磁極片と、
この磁極片の先端部で前記ロータの周方向に沿って広が
る先端延長部とを有し、前記コイルが、前記磁極片にコ
イル保護部材を介して又は直接巻回されていることを特
徴とする。

【０００７】本発明によれば、ステータコアが環状部を
有し、この環状部の内周側からロータに向かって磁極片
が延び、且つ磁極片の先端にロータの周方向に沿って広
がる先端延長部を有しているので、ロータと磁極片との
対向面積を充分に確保しながら、磁極片の断面積を十分
に小さくすることができ、しかも磁極片にコイル保護部
材を介して又は直接コイルが巻回される構造となってい
るので、コイルの線積率を十分に高めた状態で、装置を
円筒形に形成することができ、全体的に小型化すること
ができる。

【０００８】ステータコアの環状部の内側のコイルが存
在しないスペースに、所定の電気部品を収納するように
すれば、余剰スペースを更に有効活用することができ、
なお一層の小型化を図ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の好ましい実施の形態について説明する。図１及び図
２は、本発明の一実施例に係るＡＣ同期モータをキャン
ドポンプに適用した実施例を示す図で、図１は図２のＡ
−Ａ線における矢視断面図、図２は図１のＢ−Ｂ線にお
ける一部省略した矢視断面図である。円筒状のモータケ
ース１と、このモータケース１の開口部を塞ぐ非磁性体
の仕切壁２と、この仕切壁２のモータケース１と反対側
に添設された前面カバー３とは、ネジ４によって結合さ
れている。仕切壁２の中央部は、モータケース１側に突
出する小円筒部５を形成するように陥没しており、モー
タケース１と小円筒部５との間の環状空間に同期モータ
のステータ６が、また小円筒部４の内側の空間にロータ
７がそれぞれ収容されている。

【００１０】ロータ７の前面カバー３に臨む側の端部に
は、インペラ８が回転方向にガタツキを持たせた状態で
緩く結合されている。仕切壁２と前面カバー３との間に
は、オーリング９によって液密に保たれたポンプ室１０
が形成されている。前面カバー３には、インペラ８の回
転によって移送流体をポンプ室１０に導入するための流
体導入口１１と、ポンプ室１０に導入された移送流体を
所定の圧力及び流量で排出するための流体排出口１２と
が設けられている。

【００１１】ロータ７は、回転軸２１と、この回転軸２
１を覆う軸カバー２２と、この軸カバー２２の外周に嵌
合された円筒状の磁石２３と、この磁石２３の外周面を
覆う磁石カバー２４とにより構成されている。回転軸２
１の両端は、仕切壁２の小円筒部５の底部と、前面カバ
ー３の流体導入口１１からポンプ室１０側に延びる突起
２５とにそれぞれ装着された軸受２６，２７に回転自在
に保持されている。磁石（永久磁石）２３は、図２に示
すように、径方向に２極着磁されている。

【００１２】ステータ６は、ステータコア３１と、この
ステータコア３１にインシュレータ３２を介して巻回さ
れたコイル３３とにより構成されている。ステータコア
３１は、図２に示すように、モータケース１の内周面に
沿った環状部３４と、この環状部３４からロータ４の磁
石２３に向かって延びる一対の磁極片３５ａ，３５ｂ
と、これら磁極片３５ａ，３５ｂの先端の中央部３６
ａ，３６ｂから磁石２３の周方向に沿って図中時計回り
に延びる先端延長部３７ａ，３７ｂと、磁極片３５ａ，
３５ｂの先端中央部３６ａ，３６ｂと先端延長部３７
ａ，３７ｂとの結合部に形成された狭隘部３８ａ，３８
ｂとによって構成されている。

【００１３】モータケース１のコイル３３が存在しない
余剰スペースには、サーマルプロテクタ４１やリード線
ホルダ４２等が配置されている。モータケース１の後端
部に設けられたリリーフストレイン４３を介してモータ
ケース１の内部に導入された電源コード４４の先端リー
ド４５は、リード線ホルダ４２に結合され、これを介し
てコイル３３に必要な電力が供給されるようになってい
る。

【００１４】次に、このように構成されたキャンドポン
プの要部の詳細と、その動作とを説明する。図３は、ス
テータコア３１の設計パラメータの一例を示す図であ
る。磁極片３５の中心軸Ｌと先端延長部３６の先端との
なす角度をθとすると、例えば中心軸Ｌに対して±θ／
３の範囲を磁極片３５の先端中央部３６とし、先端延長
部３７の先端から反時計回りにθ／２だけ遡った位置ま
でを先端延長部３７とする。これにより、磁極片３５
ａ，３５ｂの先端のロータ７を取り囲む範囲を規定する
両端が、磁極片３５ａ，３５ｂの中心線に対して非対称
となる。そして、先端延長部３７の幅をｔとすると、両
者の間の部分をｔ／２とすることにより、狭隘部３８を
形成する。また、先端中央部３６の半径をＲａ、先端延
長部３７の半径をＲｂとすると、Ｒａ＞Ｒｂ、Ｒａ−Ｒ
ｂ＝０．２〜０．４mm程度に設定する。

【００１５】このように設定すると、同期モータが静止
している状態では、ロータ７の磁石２３の各磁極が先端
延長部３７に強く引きつけられて、図２のように、磁極
片３５ａ，３５ｂの位置から角度θ₀だけ回転して静止
する。この角度θ₀は、ほぼ（３／４）θであるから、
θを大きく設定することにより、始動角θ₀を従来より
も大きく設定することができる。

【００１６】モータ始動時には、コイル３３に大きな始
動電流が流れるので、図４（ａ）に示すように、この始
動電流でステータコア３１内の磁束密度は高くなる。こ
のため、狭隘部３８で磁気飽和を起こし、先端延長部３
７に到達する磁束φに比べ先端中央部３６に集中する磁
束φが支配的となり、ロータ７は、角度θ₀を狭める方
向に勢い良く駆動される。

【００１７】ポンプ室１０に流体が満たされていると、
インペラ８には流体抵抗が加わっているので、大きな始
動トルクを必要とするが、ロータ７とインペラ８とは回
転方向にガタツキを持たせているので、ロータ７はこの
ガタツキ分だけ回転する。即ち、図５に図１のＣ−Ｃ線
における矢視断面図を示すように、軸カバー２２の外周
面には突起５１が形成され、インペラ８の緩合部５２の
内周面にも突起５３が形成されている。これらの突起５
１，５３が、ロータ７の回転によって衝突する。ロータ
７は一旦反対方向に戻されるが、磁気吸引力によって再
度正回転方向に回転し、この動作を繰り返す。このよう
なガタツキ部でのロータ７の回転方向の振動現象によっ
てインペラ８が正回転方向に回転を始め、やがてコイル
３３に供給する交流電源の周波数と同期した回転数でロ
ータ７と一体になってインペラ８が回転する。

【００１８】インペラ８が回転してコイル３３に流れる
電流値が定格電流まで低下すると、図４（ｂ）に示すよ
うに、ステータコア３１内の磁束密度Ｂも低下するの
で、狭隘部３８では磁気飽和は発生せず、磁極片３５の
先端中央部３６から先端延長部３７までほぼ均一に磁束
φが広がり、これによって更に定格電流を下げるように
作用する。

【００１９】従って、この実施例のＡＣ同期モータによ
れば、このような作用と始動角θ₀が大きく設定できる
こととが相俟って、始動特性が良好になり、且つ定格電
流も低下させることが可能になる。

【００２０】次に、このような同期モータにおけるコイ
ル３３の巻回方法について説明する。図示の磁極構造の
場合、始動角θ₀を大きくする目的で、磁極の先端延長
部３７ａ，３７ｂが設けられているため、磁極はストレ
ート形状でないため、型巻コイルを挿入するような構成
とすることはできない。また、変形可能な長いコイル長
のコイルを挿入する方法もあるが、この方法はコイルエ
ンドが大きくなり、且つコイル長が長い分銅損が増加す
るため望ましくない。コイルの線積率を高め、コイル長
を最短とし、且つコイルの剛性を高め、所定の寸法に納
めるのが理想である。

【００２１】この目的を達成するため、本発明では、直
巻方式を採用している。即ち、図６に示すように、コイ
ル３３の素線６０を巻線機６１のノズル６２から引き出
し、このノズル６２を同図（ａ）に示すように、所定角
度で首振り動作させながら、同図（ｂ）に示すように、
上下動させることにより、ノズル６２の先端から引き出
された素線６０が、図中点線矢印で示すように、楕円軌
道を描きながら磁極片３５に巻かれていく。この場合、
磁極片３５の先端部よりもコイル３３の高さが高く巻か
れるため、コイル３３がこぼれ落ちないようにインシュ
レータ３２でコイル押さえ３２ａを形成する。素線６０
は、巻ガイド等を用い、直接磁極片３５上に自動巻線機
により、緻密に且つ強固に巻き付けられる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ス
テータコアが環状部を有し、この環状部の内周側からロ
ータに向かって磁極片が延び、且つ磁極片の先端にロー
タの周方向に沿って広がる先端延長部を有しているの
で、ロータと磁極片との対向面積を充分に確保しなが
ら、磁極片の断面積を十分に小さくすることができ、し
かも磁極片にコイル保護部材を介して又は直接コイルが
巻回される構造となっているので、コイルの線積率を十
分に高めた状態で、装置を円筒形に形成することがで
き、全体的に小型化することができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る同期モータをキャン
ドポンプに適用した実施例を示す断面図である。

【図２】 図１のＢ−Ｂ線における概略的な矢視断面図
である。

【図３】 同ポンプにおけるステータコアの詳細を説明
するための図である。

【図４】 同ポンプの始動時及び定格運転時の作用を説
明するための図である。

【図５】 図１のＣ−Ｃ線における概略的な矢視断面図
である。

【図６】 同ポンプにおけるコイルの巻線方法を説明す
るための図である。

【図７】 従来の同期モータを説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１…モータケース、２…仕切壁、３…前面カバー、６，
１０２…ステータ、７，１０１…ロータ、８…インペ
ラ、１０…ポンプ室、１１…流体導入口、１２…流体排
出口、２１…回転軸、２３…磁石、３１…ステータコ
ア、３３，１０４…コイル、３５ａ，３５ｂ，１０２
ａ，１０２ｂ…磁極片、３６ａ，３６ｂ…先端中央部、
３７ａ，３７ｂ…先端延長部、３８ａ，３８ｂ…狭隘
部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半径方向に磁極を形成するロータと、 このロータの周囲に配置されたステータコア及びこのス
   テータコアに巻回されたコイルからなるステータとを有
   する同期モータにおいて、 前記ステータコアは、環状部と、この環状部の内周側か
   ら前記ロータに向かって延びる磁極片と、この磁極片の
   先端部で前記ロータの周方向に沿って広がる先端延長部
   とを有し、 前記コイルは、前記磁極片にコイル保護部材を介して又
   は直接巻回されていることを特徴とする同期モータ。
2. 【請求項２】 前記ステータコアの環状部の内側の前記
   コイルが存在しないスペースに、所定の電気部品が収納
   されていることを特徴とする請求項１記載の同期モー
   タ。