无刷马达和送风装置的制作方法

本发明涉及无刷马达和送风装置。

背景技术：

以往，公知具有在凸极的末端设置有多个小齿的所谓游标构造的定子铁芯的步进马达。在专利文献1中，将游标构造应用于无刷马达，此外为了降低齿槽扭矩，使小齿的开角的电气角为145°～160°。

然而，在日本公开公报特开2003-61326号公报中，由于优先降低齿槽扭矩，因此并没有那么重视无刷马达的扭矩特性的提高和输出效率的改善，没有进行用于优先提高扭矩特性以及输出效率的设计。

技术实现要素：

鉴于上述的状况，本发明的目的在于，提供能够进行扭矩特性的提高和输出效率的改善的无刷马达和送风装置。

本发明的例示的无刷马达是外转子型无刷马达，其具备能够以中心轴线为中心旋转的转子以及对所述转子进行旋转驱动的定子，其中，所述转子具有与所述定子在径向上对置的磁铁部，所述磁铁部具有第一磁极以及极性与所述第一磁极不同的第二磁极，所述第一磁极和所述第二磁极在周向上交替地排列，所述定子具有定子铁芯、绝缘件以及线圈部，所述定子铁芯具有：呈环状包围所述中心轴线的铁芯背部；以及从所述铁芯背部沿径向延伸的多个齿，各个所述齿具有：末端部，在该末端部设置有多个小齿，该多个小齿与所述转子在径向上对置并沿周向排列；以及基部，其设置在所述末端部与所述铁芯背部之间，所述绝缘件覆盖所述基部，各个所述线圈部由隔着所述绝缘件而卷绕于各个所述基部的导线构成，小齿开角是：在从轴向观察时，在相同的所述齿中，将沿周向相邻的所述小齿中位于周向一侧的第一小齿的周向中心和所述中心轴线连结的线与将沿周向相邻的所述小齿中位于周向另一侧的第二小齿的周向中心和所述中心轴线连结的线所成的角度，磁铁间距是：在从轴向观察时，将所述磁铁部的所述第一磁极的周向中心和所述中心轴线连结的线与将沿周向与所述第一磁极相邻的所述第二磁极的周向中心和所述中心轴线连结的线所成的角度，在各个所述齿中，所述小齿开角大于所述磁铁间距的2倍。

并且，本发明的例示的送风装置具有：叶片，其能够以中心轴线为中心旋转；以及上述的无刷马达，其使所述叶片旋转。

根据本发明的例示的无刷马达和送风装置，能够进行无刷马达的扭矩特性的提高和输出效率的改善。

由以下的本发明优选实施方式的详细说明，参照附图，可以更清楚地理解本发明的上述及其他特征、要素、步骤、特点和优点。

附图说明

图1是示出吊顶扇的结构例的立体图。

图2是示出马达的结构例的剖视图。

图3a是从轴向观察磁铁部和定子铁芯的图。

图3b是从周向观察与定子对置的磁铁部的剖视图。

图4是示出对应于连接部的最小宽度与基部的周向宽度之比而产生的马达的扭矩特性的测定结果的图表。

图5是从轴向观察小齿与磁铁部对置的构造的图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的例示的实施方式进行说明。

另外，在本说明书中，在吊顶扇100的马达110中，将与中心轴线ca平行的方向称为“轴向”。此外，将轴向中的从定子铁芯21朝向轴承3的轴向一侧的方向称为“轴向上侧”，将从轴承3朝向定子铁芯21的轴向另一侧的方向称为“轴向下侧”。并且，在各个结构要素的表面上，将朝向轴向上侧的面称为“上表面”，将朝向轴向下侧的面称为“下表面”。

并且，将与中心轴线ca垂直的方向称为“径向”，将以中心轴线ca为中心的周向称为“周向”。此外，将径向中的朝向中心轴线ca的方向称为“径向内侧”，将远离中心轴线ca的方向称为“径向外侧”。此外，在各个结构要素的侧面中，将朝向径向内侧的侧面称为“内侧面”，将朝向径向外侧的侧面称为“外侧面”，将朝向周向的侧面称为“周向侧面”。

另外，以上说明的方向和面的称呼并不表示组装于实际设备时的位置关系和方向等。

图1是示出吊顶扇100的结构例的立体图。吊顶扇100是具有马达110和叶片120的送风装置。叶片120能够以中心轴线ca为中心旋转，安装于马达110。马达110使叶片120旋转。另外，叶片120的数量在图1中为3个，但不限于该例示，也可以是1个或者3个以外的多个。另外，马达110在本实施方式中是吊顶扇100所具有的外转子型的无刷dc马达。

接着，对马达110的结构进行说明。图2是示出马达110的结构例的剖视图。另外，在图2中，利用包含中心轴线ca的切断面将马达110切断。

如图2所示，马达110具有：能够以沿上下方向延伸的中心轴线ca为中心旋转的转子1；对转子1进行旋转驱动的定子2；以及轴承3。

如图2所示，转子1具有：转子铁芯11；与定子2在径向上对置的多个磁铁部12；将磁铁部12粘接至转子铁芯11的粘接部件13；以及收容转子铁芯11和轴承3的机壳14。转子铁芯11是呈环状包围沿上下方向延伸的中心轴线ca的部件，由层叠了电磁钢板等而成的层叠钢板构成。多个磁铁部12设置在转子铁芯11的径向内侧的面上，在该内侧面上沿周向排列。粘接部件13设置在转子铁芯11与各个磁铁部12之间，将多个磁铁部12固定于转子铁芯11。机壳14具有上侧机壳部14a、筒状的轴承保持架14b以及下侧机壳部14c。上侧机壳部14a在从轴向下侧观察时呈环状，在内部收容转子铁芯11。轴承保持架14b从上侧机壳部14a的径向内侧的内周缘向轴向上侧延伸。在轴承保持架14b的内部设置有轴承3，轴24贯插于该轴承3中。下侧机壳部14c安装于上侧机壳部14a的轴向下侧，覆盖上侧机壳部14a的轴向下侧的下端部。另外，在后文中说明磁铁部12的结构。

定子2具有定子铁芯21、绝缘件22、线圈部23以及轴24。定子铁芯21例如是由沿轴向层叠的电磁钢板构成的铁芯部件，在径向上与转子1的磁铁部12对置。绝缘件22例如是使用了树脂材料的绝缘部件，覆盖定子铁芯21的至少一部分。线圈部23由隔着绝缘件22而卷绕于定子铁芯21的后述的基部212a上的导线构成。轴24是沿轴向延伸的筒状的部件。在轴24上安装有定子铁芯21。另外，将在后文中说明定子铁芯21的结构。

轴承3安装于转子1的机壳14与轴24之间，相对于轴24将转子1支承为能够旋转。

接着，对磁铁部12和定子铁芯21进行说明。图3a是从轴向观察磁铁部12和定子铁芯21的图。图3b是从周向观察与定子2对置的磁铁部12的剖视图。另外，图3b示出沿着图3a的a-a线的截面。

如图3a所示，磁铁部12与定子2的定子铁芯21在径向上对置。在从周向观察时，如图3b所示，磁铁部12的轴向长度lm大于定子铁芯21的轴向长度ls与磁铁部12的径向上的厚度d之和(ls+d)。这样，能够抑制在定子铁芯21与转子1之间流动的磁通中的、直接向磁铁部12的径向内侧的内侧面和径向外侧的外侧面流动的磁通。由此，能够有助于马达110的扭矩特性ke的提高和效率的改善。

并且，如图3b所示，磁铁部12的轴向上的中央位置pm与定子铁芯21的轴向上的中央位置ps在轴向上不同。这样，在定子2驱动转子1时，能够对转子1施加轴向上的力。由此，能够抑制转子1的轴向上的振动，实现马达110的扭矩特性ke的提高和效率的改善。

磁铁部12具有10个s极和10个n极。各个s极和各个n极在周向上交替地排列。另外，s极和n极中的一方是本发明的“第一磁极”的一例，另一方是本发明的“极性与第一磁极不同的第二磁极”的一例。

更具体而言，磁铁部12具有：具有作为s极和n极中的一方的第一磁极的第一磁铁121；以及具有作为s极和n极中的另一方的第二磁极的第二磁铁122。第一磁铁121和第二磁铁122在周向上隔着间隔而交替地排列。

如图3a所示，定子铁芯21具有：铁芯背部211，其呈环状包围中心轴线ca；以及多个齿212，它们从铁芯背部211沿径向延伸。另外，定子铁芯21所具有的齿212的数量在本实施方式中为6个，但不限于该例示，也可以是6个以外的多个。各个齿212具有基部212a和末端部212b。

基部212a设置在末端部212b与铁芯背部211之间，被绝缘件22覆盖。如上所述，构成线圈部23的导线隔着绝缘件22而卷绕于基部212a上。这里，如图3a所示，在基部212a的径向内侧基部212a和铁芯背部211所成的角度θc1与在基部212a的径向外侧基部212a和连接部214所成的角度θc2相同，连接部214将后述的小齿213连接至基部212a。另外，截面为圆形的导线无间隙地卷绕于基部212a上。在本实施方式中，角度θc1、θc2为例如120°。这样，当在齿212的基部212a上设置了线圈部23时，能够抑制或者防止导线在线圈部23的径向外侧和径向内侧卷绕折返时导线紊乱，因此能够高效地产生磁通。

末端部212b设置于基部212a的径向外侧的外端部。末端部212b具有多个小齿213、连接部214、齿凹部215以及凹陷部216。

小齿213在末端部212b设置有多个，与转子1在径向上对置并沿周向排列。在各个齿212中，各个小齿213借助于连接部214而与基部212a连接。另外，设置于各个齿212的末端部212b的小齿213的数量在本实施方式中为2个，但不限于该例示，也可以是3个以上的多个。并且，以下，在相同的齿212的末端部212b，将沿周向相邻的小齿213中的位于周向一侧的小齿213称为第一小齿213a，将位于周向另一侧的小齿213称为第二小齿213b。

关于小齿213的轴向上的端部的位置，磁铁部12的轴向一侧在图3b中比小齿213的轴向一侧端部靠轴向一侧。并且，磁铁部12的轴向另一侧在图3b中比小齿213的轴向另一侧端部靠轴向另一侧。但是，不限于这些例示，该一侧端部的轴向位置也可以与小齿213的轴向一侧的端部相同，该另一侧的轴向位置也可以与小齿213的轴向另一侧的端部相同。这样，能够使磁铁部12的轴向一侧的端部和轴向另一侧的端部在径向上与小齿213对置。因此，能够在定子2与转子1之间得到更多的磁通。

并且，小齿213的外侧面朝向径向外侧，且与磁铁部12对置。关于小齿213的外侧面的周向宽度wro，在周向上，基部212a的周向宽度wrb比小齿213的外侧面的周向宽度wro窄。并且，铁芯背部211的径向宽度wd比小齿213的外侧面的周向宽度wro窄。这样，能够在基部212a上充分确保卷绕导线的区域，因此能够提高扭矩特性ke，改善马达110的效率。并且，也可以在定子铁芯21和转子1之间形成良好的磁路。

在各个齿212中，连接部214像上述那样将各个小齿213与基部212a的径向外侧的端部连接。优选连接部214的最小宽度wm为基部212a的周向宽度wrb的40％以上。另外，最小宽度wm是与基部212a延伸的方向和轴向两者垂直的方向上的连接部214的最小宽度wm。这样，由于能够在基部212a上充分确保卷绕导线的区域，因此如图4所示，能够提高马达110的扭矩特性ke，改善马达110的效率。并且，也可以在磁路不饱和的情况下在定子铁芯21和转子1之间形成良好的磁路。

接着，齿凹部215在各个齿212中设置于沿周向相邻的小齿213之间，向径向内侧凹陷。在从轴向观察时，在齿凹部215的周向上的内侧面与齿凹部215的底面之间，形成有例如通过r倒角(倒圆角)或者c倒角(倒棱)而成的倒角部215a。换言之，在各个齿212中，在从轴向观察时，在第一小齿213a的周向另一侧且径向内侧的内端部和第二小齿213b的周向一侧且径向内侧的内端部，设置有倒角部215a。在本实施方式中，倒角部215a是通过所谓r倒角而成的曲面，在从轴向观察时，该曲面的一端与齿凹部215的周向上的侧面连续地连接，该曲面的另一端与齿凹部215的底面连续地连接。但是，不限于该例示，倒角部215a可以是通过所谓c倒角而成的平面，也可以是，在从轴向观察时，该平面的一端与齿凹部215的周向上的侧面不连续地连接，该平面的另一端与齿凹部215的底面不连续地连接。这样，在从轴向观察时，通过在上述的端部设置例如通过r倒角或者c倒角而成的倒角部215a，能够形成更良好的磁路。

凹陷部216设置于齿凹部215的径向内侧的底面，并进一步从该底面向径向内侧凹陷。根据该结构，能够在不阻碍在定子铁芯21内流动的磁通的情况下进一步扩大磁铁部12与齿212(的凹陷部216的径向内侧的内端部)之间的径向上的间隔。由此，在沿周向相邻的第一磁极和第二磁极中，能够抑制产生从第一磁极经由齿凹部215的(包含底面的)内侧面流向第二磁极的磁通。因此，能够在定子铁芯21和转子1间形成更良好的磁路。

接着，对与磁铁部12对置的小齿213的周向尺寸进行说明。图5是从轴向观察小齿213与磁铁部12对置的构造的图。另外，在图5中，为了容易观察定子铁芯21的结构，省略绝缘件22和线圈部23的图示。

首先，参照图5，说明磁铁部12的磁铁间距θmp、磁铁内角θmi、和磁铁外角θmo的定义。

磁铁间距θmp是：在从轴向观察时，将磁铁部12的第一磁极的周向中心和中心轴线ca连结的线与将沿周向与第一磁极相邻的第二磁极的周向中心和中心轴线ca连结的线所成的角度θmp。换言之，磁铁间距θmp是：在从轴向观察时，将第一磁铁121的周向中心和中心轴线ca连结的线与将第二磁铁122的周向中心和中心轴线ca连结的线所成的角度θmp。在本实施方式中，10个第一磁铁121与10个第二磁铁122在周向上交替且等间隔地排列。因此，磁铁间距θmp的机械角为18°。并且，磁铁间距θmp的电气角为180°。

磁铁外角θmo是：在从轴向观察时，将第一磁铁121的周向一侧的端部和中心轴线ca连结的线与将在周向另一侧挨着配置的第一磁铁121的周向另一侧的端部和中心轴线ca连结的线所成的角度θmo。在本实施方式中，磁铁外角θmo的机械角为例如50.3°。并且，在该情况下，磁铁外角θmo的电气角为503°。

磁铁内角θmi是：在从轴向观察时，将第一磁铁121的周向另一侧的端部和中心轴线ca连结的线与将在周向另一侧挨着配置的第一磁铁121的周向一侧的端部和中心轴线ca连结的线所成的角度θmi。在本实施方式中，磁铁内角θmi的机械角为例如21.7°。并且，在该情况下，磁铁内角θmi的电气角为217°。

接着，同样参照图5，对小齿213的小齿开角θtp、小齿外角θto、以及小齿内角θti的定义进行说明。

小齿开角θtp是：在相同的齿212中，在从轴向观察时，将第一小齿213a的周向中心和中心轴线ca连结的线与将第二小齿213b的周向中心和中心轴线ca连结的线所成的角度θtp。在本实施方式中，小齿开角θtp的机械角为例如37.3°。并且，在该情况下，小齿开角θtp的电气角为373°。

小齿外角θto是：在相同的齿212中，在从轴向观察时，将第一小齿213a的周向一侧的端部和中心轴线ca连结的线与将第二小齿213b的周向另一侧的端部和中心轴线ca连结的线所成的角度θto。在本实施方式中，小齿外角θto的机械角为例如53.4°。在该情况下，小齿外角θto的电气角为534°。

小齿内角θti是：在相同的齿212中，在从轴向观察时，将第一小齿213a的周向另一侧的端部和中心轴线ca连结的线与将第二小齿213b的周向一侧的端部和中心轴线ca连结的线所成的角度θti。在本实施方式中，小齿内角θti的机械角为例如21.2°。在该情况下，小齿内角θti的电气角为212°。

如图5所示，小齿开角θtp在各个齿212中大于磁铁间距θmp的2倍。这样，由于能够确保与第一磁极对置的小齿213，因此能够在定子铁芯21和转子1之间形成更合适的磁路。因此，能够进行马达110的扭矩特性ke的提高和输出效率的改善。

并且，小齿外角θto在各个齿212中小于磁铁间距θmp的3倍。其理由是因为：在周向上，能够与各个齿212所具有的多个小齿213对接的磁极的间距最大为磁铁间距θmp的3倍，当超过磁铁间距θmp的3倍时与设置于各个齿212的基部212a的线圈部23不交叉的无效磁通会增加。因此，通过使小齿外角θto不超过磁铁间距θmp的3倍，能够防止无效磁通的增加，能够在定子铁芯21和转子1之间形成良好的磁路。

在各个齿212中，小齿外角θto比磁铁外角θmo大，此外，小齿内角θti比磁铁内角θmi小。这样，在产生扭矩的齿212所具有的多个小齿213中，能够使与3个磁极对接的面积接近最大值。因此，能够在定子铁芯21和转子1之间形成更良好的磁路。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。另外，本发明的范围不限于上述的实施方式。本发明能够在不脱离发明的主旨的范围内加以各种变更来实施。并且，上述的实施方式中说明的事项能够在不产生矛盾的范围内适当地任意组合。

例如，在上述的实施方式中，马达110在本实施方式中是吊顶扇100所具有的轴固定型且外转子型的无刷dc马达。但是，不限于这些例示，马达110也可以设置在吊顶扇100以外的装置中，马达110也可以是轴旋转型马达，也可以是内转子型马达。另外，在马达110是内转子型马达的情况下，马达110的结构要素在径向上的位置相反。例如，在马达110是内转子型马达的情况下，多个齿212从铁芯背部211向径向内侧延伸。

本发明例如在马达中是有用的，该马达具有在齿的末端部设置有多个小齿的定子铁芯。