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JP4062723B2 - 回転形モータおよびその製造方法 - Google Patents

回転形モータおよびその製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にサーボモータなどに用いられると共に、分割されたコアブロックを連続して連結してなる回転形モータのステータコア構造およびステータの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、サーボモータなどに用いられると共に、分割されたコアブロックを連続して連結してなる回転形モータのステータコア構造は、図5、図6のようになっている(例えば、特開2000−232740号公報)。
図5は従来技術の回転形モータの断面図、図6は図5のステータコアの1コアブロック分を示したものであって、(a)はコアブロックを構成するヨークとティースを展開した断面図、(b)は薄肉連結部を支点としてヨークとティースを接合した断面図である。
図5において、11はステータ、13はスロット、14はコアブロック、21、22は永久磁石である。
ステータ11は、積層された方向性電磁鋼板を用いて複数分割されたコアブロック14を周方向に連続して複数個連結したもので構成される。また、当該コアブロック14の先端に形成された磁極(ティース)には集中巻により巻線(不図示)を高密度に巻回すると共に、スロット13の内部に樹脂モールド(不図示)を充填して当該巻線を固着するようにしてある。
永久磁石21、22は、ステータ11の内径面と所望のギャップ(磁気的空隙)を介して対向配置しており、隣り合う磁石同士は異極となっている。
図6(a)において、コアブロック14はヨーク15とティース16より構成されている。該ヨーク15は、第1ヨーク部151および第2ヨーク部152により構成されている。第1ヨーク部151および第2ヨーク部152には、ティース16の根元側に設けたテーパ部161と接合するためのヨークテーパ部153,154がそれぞれ設けられている。そして、第1ヨーク部151および第2ヨーク部152は、ティース16のテーパ部161部の先端部に位置する薄肉連結部162により結合されている。
この場合、コアブロック14を構成する方向性電磁鋼板は、第1ヨーク部151、第2ヨーク部152とティース16を、図5中に矢印で示すごとく永久磁石21、22が作る磁束の流れる方向(それぞれの部位の長手方向)と方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向が一致する方向で一体型にて打ち抜きした後、積層して構成されている。
【0003】
次に、コアブロックの組立工程について説明する。
図6(b)は、図6(a)において、コアブロック14はヨークテーパ部153、154がティース16のテーパ部161と接合するように、第1ヨーク部151、第2ヨーク部152およびティース16を薄肉連結部162を支点として折り曲げて、1コアブロックを完成させる。この場合、コアブロック14の磁化容易軸方向は、ヨーク15では第1ヨーク部151および第2ヨーク部152それぞれX方向となり、ティース16ではY方向となっている。
【0004】
永久磁石21の作る磁束Φは、図5中に点線で示す様に、永久磁石21からステータ11のティース16、ヨーク15へと流れ、該永久磁石21と隣接する永久磁石22に戻ってくる。回転形モータは、この永久磁石21、22の作る磁束Φと図5中には記載していないがスロット13の中に巻回された巻線(不図示)に流れる電流により回転力を得ており、永久磁石21、22の作る磁束が強いほど大きな回転力となる。
従来技術では、図5に示すように、永久磁石21,22の作る磁束Φの方向とティース16およびヨーク15の磁化容易軸方向がティース16のテーパ部161の部位を除き一致している。従来技術で示した方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向の飽和磁束密度は2T程度である。今回、従来技術では示していないが、従来技術で示した構成のコアブロック14を無方向性電磁鋼板で構成したとすると、その飽和磁束密度は1.6T程度であることから、磁束は約25%大きく設定することができ、回転力もおおよそ25%向上することとなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術の回転形モータのステータ構造では、互いに磁化容易軸方向がX軸方向である第1ヨーク部151と第2ヨーク部152とが直接接することはなく、両者の間に磁化容易軸方向がY軸方向であるティース6が介在している。したがって、ヨーク部を流れる磁束は、ティース6が介在する部分において、磁束の流れが磁化容易軸方向と直交することになり、永久磁石21から始まりティース16、ヨーク15と流れる磁路において、著しい飽和を生じることになる。
一般に、コアを構成する鉄心は、磁束が飽和するとその透磁率は大幅に低減し、等価的にギャップが増大したことになり、永久磁石21、22の作る磁束は小さくなる。そのため、回転形モータのステータ構造に方向性電磁鋼板を適用する効果は減少してしまうという問題があった。
また、鉄心が飽和することにより、磁束の飽和した部位では鉄損も増大してしまう。通常、鉄損は磁束密度の2乗に比例するが、鉄心が飽和するとこの限りにあらず、異常な鉄損を生じる。そのため、回転形モータのステータ構造に方向性電磁鋼板を適用することにより回転力は増加するものの、損失も増加する問題があった。
また、従来技術で示した構成では、ヨーク15とティース16との接合は面接合となり、そこには薄肉連結部の外には何ら機械的な締結機構はない。ヨーク15とティース16とは回転中に常に外力が加わり、振動等を生じる。そのため、長年の使用においては、破損を生じる恐れがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、回転形モータのステータ構造に方向性電磁鋼板を適用する際に、磁石の作る磁束の流れと方向性電磁鋼板の磁化容易軸とを全て一致させることができると共に、回転力を向上させ、また、ヨークとティースの連結部の耐久性を向上させることのできる回転形モータおよびその製造方法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】
上記目的を達成するために、請求項1記載の本発明は、方向性電磁鋼板を積層して形成されると共に、薄肉連結部により相互に結合されたヨークとティースとより構成されるコアブロックを備え、前記コアブロックを円筒状に複数個配列して構成されるステータコア構造を有する回転形モータにおいて、前記ティースは、ヨーク側に鋭角形状のテーパ部を有しており、前記ヨークは前記ティースのテーパ部の先端部の位置で第1ヨーク部と第2ヨーク部とに分割されると共に、前記ティースのテーパ部の付根に位置する前記薄肉連結部で前記ティースと結合してあり、前記第1ヨーク部と前記第2ヨーク部は、前記ティースと接合する面となるヨークテーパ部よりも外周側において、当該第1ヨーク部と第2ヨーク部が互いに接合し、第1ヨーク部と第2ヨーク部間において磁束が直接通り合う面をしたものである。
【0007】
請求項2記載の本発明は、請求項1記載の回転形モータにおいて、第1ヨーク部と第2ヨーク部が互いに接合し、前記第1ヨーク部と第2ヨーク部間において磁束が直接通り合う面と、前記ヨークテーパ部とが接する位置には、当該位置を中心に、前記第1ヨーク部と第2ヨーク部が互いに接合し、前記第1ヨーク部と第2ヨーク部間において磁束が直接通り合う面と、前記ヨークテーパ部の何れか一方に係合突起を設け、他方に前記係合突起と係合する係合溝を設けたものである。
【0008】
請求項3記載の本発明は、回転形モータの製造方法に関するもので、方向性電磁鋼板を積層して形成されると共に、薄肉連結部により相互に結合された第1ヨーク部、第2ヨーク部およびティースとより構成されるコアブロックに対して、前記第1ヨーク部と前記第2ヨーク部を前記ティースのテーパ部の付根に位置する前記薄肉連結部を支点に前記ティース側に折り曲げ、前記第1ヨーク部のヨークテーパ部と前記第2ヨーク部のヨークテーパ部を前記ティースのテーパ部に接合させ、且つ、第1ヨーク部と第2ヨーク部が互いに接合し、前記第1ヨーク部と第2ヨーク部間において磁束が直接通り合う面を接合させ、前記ヨークおよび前記ティースを接合した後のコアブロックのティースに集中巻により巻線を巻回し、巻線を巻回してなるコアブロックを円筒状に複数個配列し、方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向と一致する磁束の方向を有するようにステータを形成するようにしたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施例であって、(a)は回転形モータの断面図、(b)は巻線を装着したコアブロックの断面図である。図2は図1のステータコアの1コアブロック分を示したものであって、(a)はコアブロックを構成するヨークとティースを展開した断面図、(b)は薄肉連結部を支点としてヨークとティースを接合した断面図である。
【0010】
図1において、1はステータ、3はスロット、4はコアブロックである。
本発明のステータ構造は、方向性電磁鋼板を積層して形成されると共に、薄肉連結部により相互に結合されたヨークとティースとより構成されるコアブロックを備えて、コアブロックを円筒状に複数個配列して構成される点は、従来技術と同じである。なお、永久磁石21の作る磁束Φは、図1中に点線で示す様に、永久磁石21からステータ1へと流れ、また該永久磁石21と隣接する永久磁石22に戻ってくるようになっている。
【0011】
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、図2(a)において、ステータ1のコアブロック4を構成するティース6は鋭角形状のテーパ部61を有しており、また、ヨーク5はティース6のテーパ部61の先端部の位置で第1ヨーク部51と第2ヨーク部52とに分割されると共に、ティース6のテーパ部61の付根に位置する薄肉連結部62、63で結合してある点である。
さらに、第1ヨーク部51と第2ヨーク部52は、ティース6と接合する面となるヨークテーパ部9と、第1ヨーク部51と第2ヨーク部52が互いに接合する面となる直線部53を有している。
【0012】
次に組立工程について説明する。
第1ヨーク部51、第2ヨーク部52およびティース6からなるコアブロック4は、方向性電磁鋼板を図2(a)に示す形状になるように、図2(a)中に矢印で示す永久磁石21、22の作る磁束の流れる方向(それぞれの部位の長手方向)と方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向が一致する方向で一体型にて打ち抜きした後、積層して構成されている。
そして、図2(a)および(b)に示すように、方向性電磁鋼板を積層して形成されて、薄肉連結部により相互に結合された第1ヨーク部、第2ヨーク部およびティースとより構成されるコアブロック4に対して、第1ヨーク部51、第2ヨーク部52およびティース6を、ティース6のテーパ部61の付根に位置する薄肉連結部62を支点として、第1ヨーク部51および第2ヨーク部52のヨークテーパ部9がティース6のテーパ部61と接合するように折り曲げ、また、第1ヨーク部51と第2ヨーク部52の直線部53同士を接合するように折り曲げる。なお、ここで、図2(b)に示すコアブロック4において、磁化容易軸方向はヨーク5では第1ヨーク部51および第2ヨーク部52共にX方向となり、ティース6ではY方向となっている。
そして、ヨークおよびティースを接合した後のコアブロック4に対して、コアブロック4のティース6に図1(b)に示すごとく集中巻により巻線8を高密度に巻回し、ティース6間のスロット3内に装着された巻線8を樹脂モールド(不図示)により固着する。
それから、巻線8を高密度に巻回してなる1コアブロックを円筒状に複数個配列し、ステータを形成する方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向と一致する磁束の方向を有するようにステータを形成する。
【0013】
永久磁石2の作る磁束Φは、図1中に点線で示す様に、永久磁石21からステータ1のティース6、ヨーク5へと流れ、該ヨーク5では第1ヨーク部51と第2ヨーク部52の直線部53が接合する部位を磁束が流れ、該永久磁石21と隣接する永久磁石22に戻ってくる。回転形モータは、この永久磁石21、22の作る磁束とスロット3の中に巻回された巻線8に流れる電流により回転力を得ており、永久磁石21、22の作る磁束が強いほど大きな回転力となる。
【0014】
本実施例では、永久磁石21の作る磁束Φの方向とティース6およびヨーク5の磁化容易軸方向が全て一致している。特に、ヨーク5において磁束Φは第1ヨーク部51と第2ヨーク部52の直線部53が接合する部位を磁束が流れる。本実施例で示した方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向の飽和磁束密度は2T程度である。今回、本実施例では示していないが、本実施例で示した構成のコアブロック4を無方向性電磁鋼板で構成したとすると、その飽和磁束密度は1.6T程度であることから、磁束は約25%大きく設定することができ、回転力も25%向上することとなる。
【0015】
第1の実施例は、ステータ1のコアブロック4を構成するティース6を、鋭角形状のテーパ部61を有し、また、ヨーク5はティース6のテーパ部61の先端部の位置で第1ヨーク部51と第2ヨーク部52とに分割されると共に、ティース6のテーパ部61の付根に位置する薄肉連結部62、63で結合する構成、さらに、第1ヨーク部51と第2ヨーク部52は、ティース6と接合する面となるヨークテーパ部9と、第1ヨーク部51と第2ヨーク部52が互いに接合する面となる直線部53を有する構成にしたので、鉄心内を流れる永久磁石の作る磁束Φの向きと磁化容易軸方向とを全く一致させることができる。そのため、方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向のみに磁石の作る磁束を流すことができ、エネルギー積の高い磁石の適用もしくは磁石の体積を増やす等の設計を行うことで、磁気装荷を高め、回転力を大きくすることができる。
【0016】
また、ステータ1のコア内で、磁化容易軸に磁石の作る磁束の流れが直交する部位が無くなることにより、局所的な磁気飽和は無くなる。そのため、鉄損の発生を抑制することができる。
【0017】
また、本実施例は、第1ヨーク部51と第2ヨーク部52を、薄肉連結部62、63を支点として折り曲げ、ティース6のテーパ部61および第1ヨーク部51と第2ヨーク部52のヨークテーパ部9を接合させ、且つ、第1ヨーク部51と第2ヨーク部52の直線部53を接合させコアブロック4を構成することにより、該コアブロック4をヨークとティースとに分けて製作すること無く、1枚の方向性電磁鋼板を打抜くことで製作でき、加工工数を短縮することができる。
【0018】
次に、本発明の第2の実施例について説明する。
図3は本発明の第2の実施例を示す回転形モータの断面図である。図4は図3のステータコアの1コアブロック分を示したものであって、(a)はコアブロックを構成するヨークとティースを展開した断面図、(b)は薄肉連結部を支点としてヨークとティースを接合した断面図である。なお、第2の実施例の構成要素が第1の構成要素と同じものについて説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【0019】
第2の実施例が第1の実施例と異なる点は、ヨークテーパ部9と直線部53が接する位置には、当該位置を中心にヨークテーパ部9と直線部53の何れか一方に係合突起64を設け、他方に係合突起64と係合する係合溝54を設けた点である。なお、基本的な組立方法、動作については第1の実施例と同じなのでその説明を省略する。
【0020】
第2の実施例は、ヨーク5に係合溝54を、ティース6に係合突起64を設けて、係合溝54と係合突起64とを機械的に嵌合する構成にしたので、ヨーク5とティース6の連結部を強固に締結することが可能となり、回転中に発生する振動に対して十分な強度を維持し、耐久性の向上を図ることができる。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したように、本実施例の第1の実施例によれば、ステータのコアブロックを構成するティースは鋭角形状のテーパ部を有し、また、ヨークはティースのテーパ部の先端部の位置で第1ヨーク部と第2ヨーク部に分割されると共に、ティースのテーパ部の付根に位置する薄肉連結部で結合する構成、さらに、第1ヨーク部と第2ヨーク部は、ティースと接合する面となるヨークテーパ部と、第1ヨーク部と第2ヨーク部が互いに接合し、第1ヨーク部と第2ヨーク部間において磁束が直接通り合う面を有する構成にしたため、鉄心内を流れる永久磁石の作る磁束Φの向きと磁化容易軸方向とを全く一致させることができる。そのため、方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向のみに磁石の作る磁束を流すことができ、エネルギー積の高い磁石の適用もしくは磁石の体積を増やす等の設計を行うことで、磁気装荷を高め、回転力を大きくすることができる。
【0022】
また、ステータのコア内で、磁化容易軸に磁石の作る磁束の流れが直交する部位が無くなることにより、局所的な磁気飽和は無くなる。そのため、鉄損の発生を抑制することができる。
【0023】
また、本実施例は、第1ヨーク部と第2ヨーク部を、薄肉連結部を支点として折り曲げ、ティースのテーパ部および第1ヨーク部と第2ヨーク部のヨークテーパ部を接合させ、且つ、第1ヨーク部と第2ヨーク部を互いに接合させてコアブロックを構成したため、該コアブロックをヨークとティースとに分けて製作すること無く、1枚の方向性電磁鋼板を打抜くことで製作でき、加工工数を短縮することができる。
【0024】
本実施例の第2の実施例によれば、第1ヨーク部と第2ヨーク部が互いに接合し、前記第1ヨーク部と第2ヨーク部間において磁束が直接通り合う面と、前記ヨークテーパ部とが接する位置には、当該位置を中心に、前記第1ヨーク部と第2ヨーク部が互いに接合し、前記第1ヨーク部と第2ヨーク部間において磁束が直接通り合う面と、前記ヨークテーパ部の何れか一方に係合突起を設け、他方に前記係合突起と係合する係合溝を設け、係合溝と係合突起とを機械的に嵌合する構成にしたので、ヨークとティースの連結部を強固に締結することが可能となり、回転中に発生する振動に対して十分な強度を維持し、耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例であって、(a)は回転形モータの断面図、(b)は巻線を装着したコアブロックの断面図である。
【図2】図1のステータコアの1コアブロック分を示したものであって、(a)はコアブロックを構成するヨークとティースを展開した断面図、(b)は薄肉連結部を支点としてヨークとティースを接合した断面図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す回転形モータの断面図である。
【図4】図3のステータコアの1コアブロック分を示したものであって、(a)はコアブロックを構成するヨークとティースを展開した断面図、(b)は薄肉連結部を支点としてヨークとティースを接合した断面図である。
【図5】従来技術の回転形モータの断面図である。
【図6】図5のステータコアの1コアブロック分を示したものであって、(a)はコアブロックを構成するヨークとティースを展開した断面図、(b)は薄肉連結部を支点としてヨークとティースを接合した断面図である。
【符号の説明】
1 ステータ、
21、22 永久磁石、
3 スロット、
4 コアブロック、
5 ヨーク、
51 第1ヨーク部、
52 第2ヨーク部、
53 直線部、
54 係合溝、
6 ティース、
61 テーパ部、
62、63 薄肉連結部、
64 係合突起、
8 巻線、
9 ヨークテーパ部、
Φ 磁束

Claims (3)

  1. 方向性電磁鋼板を積層して形成されると共に、薄肉連結部により相互に結合されたヨークとティースとより構成されるコアブロックを備え、前記コアブロックを円筒状に複数個配列して構成されるステータコア構造を有する回転形モータにおいて、
    前記ティースは、ヨーク側に鋭角形状のテーパ部を有しており、
    前記ヨークは前記ティースのテーパ部の先端部の位置で第1ヨーク部と第2ヨーク部とに分割されると共に、前記ティースのテーパ部の付根に位置する前記薄肉連結部で前記ティースと結合してあり、
    前記第1ヨーク部と前記第2ヨーク部は、前記ティースと接合する面となるヨークテーパ部よりも外周側において、当該第1ヨーク部と第2ヨーク部が互いに接合し、第1ヨーク部と第2ヨーク部間において磁束が直接通り合う面を有していることを特徴とする回転形モータ。
  2. 第1ヨーク部と第2ヨーク部が互いに接合し、前記第1ヨーク部と第2ヨーク部間において磁束が直接通り合う面と、前記ヨークテーパ部とが接する位置には、当該位置を中心に、前記第1ヨーク部と第2ヨーク部が互いに接合し、前記第1ヨーク部と第2ヨーク部間において磁束が直接通り合う面と、前記ヨークテーパ部の何れか一方に係合突起を設け、他方に前記係合突起と係合する係合溝を設けたことを特徴とする請求項1記載の回転形モータ。
  3. 方向性電磁鋼板を積層して形成されると共に、薄肉連結部により相互に結合された第1ヨーク部、第2ヨーク部およびティースとより構成されるコアブロックに対して、
    前記第1ヨーク部と前記第2ヨーク部を前記ティースのテーパ部の付根に位置する前記薄肉連結部を支点に前記ティース側に折り曲げ、
    前記第1ヨーク部のヨークテーパ部と前記第2ヨーク部のヨークテーパ部を前記ティースのテーパ部に接合させ、且つ、第1ヨーク部と第2ヨーク部が互いに接合し、前記第1ヨーク部と第2ヨーク部間において磁束が直接通り合う面を接合させ、
    前記ヨークおよび前記ティースを接合した後のコアブロックのティースに集中巻により巻線を巻回し、
    巻線を巻回してなるコアブロックを円筒状に複数個配列し、方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向と一致する磁束の方向を有するようにステータを形成することを特徴とする回転形モータの製造方法。
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