JP2002305865A - 円筒状積層コアユニット及び円筒状積層コア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁性鋼板の積層密度が高い円筒状積層コアユ
ニットを提供する 【解決手段】 磁性鋼板７の内側端部７ａを円筒状積層
コアユニット１の中心線ＣＬを中心とする第１の半径ｒ
１を有する第１の仮想円Ｃ１の円周上に位置させる。ま
た磁性鋼板７の外側端部７ｂを第１の半径ｒ１よりも大
きな第２の半径ｒ２を有し中心線ＣＬを中心とする第２
の仮想円Ｃ２の円周上に位置させる。内側端部７ａの端
縁７ｆと外側端部７ｂの端縁７ｇを中心線ＣＬに沿って
延びるように配置する。複数枚の磁性鋼板７のそれぞれ
の一対の側面７ｄ，７ｅの全部または主要部分を隣接す
る他の磁性鋼板７の対向する側面の全部または主要部分
と接触するように、複数枚の磁性鋼板７を周方向にそれ
ぞれ湾曲して積層する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒状積層コアユ
ニット及び円筒状積層コアに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平１１−３３２２１１号公報に示さ
れたシリンダ型リニアモータは、磁極面の形状が円弧状
になるように櫛歯状の複数枚の磁性鋼板を積層して形成
した複数個の固定子コアユニットを周方向に間隔を開け
て配置した固定子コアを備えている。これに対して、特
開平１０−３２２９４５号公報には、全体または主要部
が複数枚の磁性鋼板を積層して形成された鋼板積層部か
らなる円筒状積層コアユニットの一例が開示されてい
る。この公報に示された円筒状積層コアユニットは、複
数の磁性鋼板の内周側端部（内側端部）を相互に接触さ
せ、隣接する磁性鋼板間に楔状の空間を形成させるよう
に複数の磁性鋼板を周方向に並べて円筒状に形成した構
造を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−３２２９４５号公報に示されている従来の円筒状
積層コアユニットでは、隣接する２枚の磁性鋼板間に楔
状の空間が形成されるため、磁気抵抗が大きくなる問題
があった。またこの楔状の空間維持した状態で個の空間
に絶縁性樹脂を充填する作業は面倒であった。さらにこ
の楔状の空間があるために、磁性鋼板の積層密度が小さ
くなって推力を低下させる問題があった。

【０００４】本発明の目的は、磁性鋼板の積層密度が高
い円筒状積層コアユニットを提供することにある。

【０００５】本発明の他の目的は、組立が容易な円筒状
積層コアを提供することにある。

【０００６】本発明の別の他の目的は、大きな推力を発
生させることができる円筒状積層コアユニットを提供す
ることにある。

【０００７】また本発明の別の他の目的は、鉄損（うず
電流損）を減らし高効率の円筒形リニア同期モータを提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、全体または主
要部が複数枚の磁性鋼板を積層して形成された鋼板積層
部からなる円筒状積層コアユニットを改良の対象とす
る。本発明では、複数枚の磁性鋼板が、それぞれ円筒状
積層コアユニットの中心線側に位置する内側端部と、内
側端部の外側に位置する外側端部と、内側端部と外側端
部との間に位置して厚み方向に対向する一対の側面とを
具備している。そして複数枚の磁性鋼板は、内側端部が
前述の中心線を中心とする第１の半径を有する第１の仮
想円の円周上に実質的に位置し且つ外側端部が第１の半
径よりも大きな第２の半径を有し前述の中心線を中心と
する第２の仮想円の円周上に実質的に位置し、しかも内
側端部の端縁及び外側端部の端縁がそれぞれ中心線に沿
って延びるように配置されている。そして複数枚の磁性
鋼板のそれぞれの一対の側面の全部または主要部分が、
隣接する他の磁性鋼板の対向する側面の全部または主要
部分と接触するように、複数枚の磁性鋼板は周方向の一
方向に凸または凹となるようにそれぞれ湾曲している。
このようにすれば、積層されて隣接する磁性鋼板の間に
大きな隙間が生じることがないので、高い空間占積率ま
たは積層密度を有する円筒状積層コアユニットを得るこ
とができる。

【０００９】本発明で用いる複数枚の磁性鋼板の形状は
同じであることが望ましい。同じ形状の磁性鋼板を用い
ることで、円筒状積層コアユニットの価格を低下させる
ことができて、しかも製造が容易になる利点がある。

【００１０】本発明の円筒状積層コアユニットを用いて
円筒状積層コアとする場合には、複数個の円筒状積層コ
アユニットを、中心線を一致させるように重ねて構成す
る。このようにすれば、円筒状積層コアを容易に組立て
ることができる。この場合、隣接する２つの円筒状積層
コアユニットの間に巻線が収納される環状の巻線収納用
スロットが形成されるように、複数の磁性鋼板の形状を
定めればよい。このように磁性鋼板の形状を変えるだけ
で、巻線収納用スロットの形状を自由に設定することが
できる。

【００１１】本発明の円筒状積層コアを固定子コアに用
いて円筒型リニア同期モータを構成すると、固定子コア
の積層密度が高く、しかも磁気抵抗が小さいため、大き
な推力を発生させることができ、鉄損が小さく高効率な
円筒形リニア同期モータを得ることができる。また本発
明の円筒状積層コアの外周部に複数の永久磁石を固定し
て円筒型リニア同期モータの可動子を構成することもで
きる。この可動子も可動子コアの積層密度が高く、しか
も磁気抵抗が小さいため、円筒型リニア同期モータの特
性の改善に大きく寄与する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態の一例を詳細に説明する。図１は本発明の円筒状
積層コアユニットの実施の形態の構造の一例を概念的に
示した斜視図である。この図では、積層面の描写はせず
に、積層部の輪郭だけをしめしている。なお理解を容易
にするために、積層された複数枚の磁性鋼板のうち１枚
の磁性鋼板を破線で示してある。また図２は、本発明の
円筒状積層コアユニットの磁性鋼板の積層状態の基本例
を概念的に示した平面図である。

【００１３】円筒状積層コアユニット１は、複数枚の磁
性材料からなる磁性鋼板７…が積層されて構成された鋼
板積層部３と、この円筒状積層コアユニット１に後述す
る環状巻線の半部が収納された状態で、環状巻線のリー
ド線を円筒状積層コア１の外部に引き出すリード線引出
し溝５ｃを備えた補助コア５とを有している。鋼板積層
部３は、複数枚の磁性鋼板７…が周方向にそれぞれ湾曲
した状態で積層されて構成されている。磁性鋼板７…
は、円筒状積層コアユニット１の中心線ＣＬ側に位置し
ている台形形状の内側端部７ａ、この内側端部７ａの径
方向外側に位置している長方形形状の外側端部７ｂ、内
側端部７ａと外側端部７ｂとの間にあって内側端部７ａ
と外側端部７ｂとを連結する連結部７ｃとを備えてい
る。また磁性方向７は、磁性鋼板７…の厚み方向（ユニ
ット１の周方向）に対向する一対の側面７ｄ，７ｅを有
している。この連結部７ｃの中心線ＣＬに沿う方向の長
さ（幅）は、内側端部７ａ及び外側端部７ｂの中心線Ｃ
Ｌに沿って延びる辺（後述する端縁）の長さよりも小さ
くなっている。そして複数枚の磁性鋼板７…はそれぞれ
同じ形状を有している。

【００１４】鋼板積層部３を構成する複数枚の磁性鋼板
７…は、磁性鋼板７の内側端部７ａが円筒状積層コアユ
ニット１の中心線ＣＬを中心とする第１の半径ｒ１を有
する第１の仮想円Ｃ１の円周上に位置し、また磁性鋼板
７の外側端部７ｂが中心線ＣＬを中心とする、第１の半
径ｒ１よりも大きい第２の半径ｒ２を有する第２の仮想
円Ｃ２の円周上に位置するように配置されている。その
結果、磁性鋼板７の内側端部７ａの端縁７ｆは中心線Ｃ
Ｌに沿って延びており、また磁性鋼板７の外側端部７ｂ
の端縁７ｇも中心線ＣＬに沿って延びている。図２に示
すように、複数枚の磁性鋼板７…は、それぞれの一方の
側面７ｄ…が隣接する他の磁性鋼板７の他方の側面７ｅ
と近接するようにユニット１の周方向の一方向に凸また
は凹となるように湾曲している。そのため複数枚の磁性
鋼板７…は、実質的にそれらの側面同志で接触した状態
で周方向に積層されている。なお鋼板積層部３には、積
層面からワニス等の樹脂が含浸されており、各磁性鋼板
７は相互にワニス等の樹脂で結合されている。

【００１５】ユニット１の中心線１が延びる方向に位置
する両側面には、後述する環状巻線が収納される環状の
巻線収納用スロット半部９，１１がそれぞれ形成されて
いる。この巻線収納用スロットの半部９，１１は、円筒
状積層コアユニット１を中心線ＣＬに一致させて連結し
たときに、隣接する円筒状積層コアユニット間に完全な
巻線収納用スロットを形成する。巻線収納用スロットは
半部９，１１の形状を変えることにより、すなわち磁性
鋼板７…の形状を変えることにより、任意に変更するこ
とができる。

【００１６】図１に示した円筒状積層コアユニット１で
は、鋼板積層部３は周方向全体にわたって磁性鋼板７…
を積層させた完全な環状を呈していない。図２に示すよ
うに、磁性鋼板７…を積層して円筒型リニア同期モータ
の鋼板積層部３を周方向全体にわたって形成した場合に
は、他の円筒状積層コアユニットと連結して円筒状積層
コアとした場合に、２つの円筒状積層コアユニット間に
収納する環状巻線から出るリード線をその円筒状積層コ
アの外部に引き出す作業が難しくなる。そのためこのよ
うなユニットと組み合わされるユニットとして、図１に
示した円筒状積層コアユニット１のように鋼板積層部３
と磁性材料の鋳造品からなる補助コア５とを組み合わせ
たユニットを用いる。この補助コア５は、その側面５
ａ，５ｂが磁性鋼板７の外側端部７ｂに対応する部分と
は接触しない（言いかえると外側端部７ｂに相当する部
分が存在しない）形状を有している。したがって補助コ
ア５の周方向両側に位置する２枚の磁性鋼板７の側面７
ｄ及び７ｅの外側端部７ｂに対応する部分が露出してい
る。その結果、ユニット１の外周部には１箇所だけ径方
向外側に向かって開口する凹部８が形成されることにな
る。また補助コア５の中心線ＣＬが延びる方向の一方側
の側面には、環状巻線を収納したときに環状巻線のリー
ド線を引き出すための溝部５ｃが形成されている。この
溝部５ｃの外側端部は、凹部８内に開口している。

【００１７】図３は、図１で用いる磁性鋼板７を湾曲さ
せる方法を説明するために用いる工具の断面図である。
符号１３で示されている部材は、底部側に雌型１５が配
置されされたガイド用の箱状部材である。この箱状部材
１３の上方空間内には雌型１５と対なって使用される雄
型１７が上下方向に摺動自在に嵌合されている。雌型１
５の型面１５ａと雄型１７の凸面１７ａとは、それぞれ
整合する形状を有しており、これらの型を合わせること
により、所定の湾曲した磁性鋼板７を製造する。磁性鋼
板７の湾曲形状は、図２に示す通りであるが、この湾曲
形状は使用する磁性鋼板の厚み及び枚数とユニット１の
内径寸法ｒ１及び外径寸法ｒ２等のデータに基づいてコ
ンピュータを利用して簡単に決定することができる。

【００１８】磁性鋼板７を湾曲させる場合には、まず磁
性鋼板７の一端を雌型１５の一端１５ｂに一致させるよ
うに箱状部材１３の内部に傾斜させて配置する。次に箱
状部材１３の開口部１３ａから箱状部材１３の内部空間
に向かって雄型１７を挿入する。これによって蓋状部材
１７は、所定の形状に湾曲する。その後、雌型１７を箱
状部材１３から引出し、湾曲した磁性鋼板７を取り出
す。

【００１９】図４は、湾曲した磁性鋼板７…を周方向に
積層して、円筒状積層コアユニット形成するために用い
る積層用の治具の構成を示す概略斜視図である。この治
具１８には、図１に示した円筒状積層コアユニット１の
中心線ＣＬを中心とする第２の半径ｒ２を有する第２の
仮想円Ｃ２と実質的に一致する内周面を有する有底の円
筒体１９を備えている。この円筒体１９の低部２１に
は、湾曲した磁性鋼板７の内側端部７ａの一部と外側端
部７ｂの一部が嵌合される２つの環状溝２１ａ及び２１
ｂが形成されている。また低部２１の中心には、外径寸
法が前述の第１の半径ｒ１を有する第１の仮想円Ｃ１と
実質的に一致する円柱部２３が一体に設けられている。

【００２０】図４中に符号２５，２７を付して示した２
つの湾曲用治具は、図１の補助コア５を挿入するための
スペースを形成する目的と、複数枚の磁性鋼板７に積層
方向に加圧力を加える目的のための用いられている。湾
曲用治具２５，２７には、湾曲用治具２５，２７が組み
合わされた状態で２本のねじ孔が形成されるように４本
の半円柱状の孔２５ａ〜２７ｂが形成されている。これ
ら半円柱状の孔２５ａ〜２７ｂの内周面には、対応する
孔どうしが組み合わされて１つの貫通孔になった状態で
ネジ部材２９及び３１の雄ネジ部２９ａ及び３１ａが螺
合される螺旋状の雌ネジ溝を形成する複数本の溝がそれ
ぞれ形成されている。

【００２１】湾曲した複数枚の磁性鋼板７は、磁性鋼板
７の外側端部７ｂと内側端部７ａの一部を治具１８内の
環状溝２１ａ及び２１ｂ内にそれぞれ嵌合させた状態
で、複数枚の磁性鋼板７が周方向に重なるようにして治
具１８内に挿入される。複数枚の磁性鋼板７を治具１８
内に挿入する際には、２つの圧縮用治具２５及び２７に
は、ネジ部材２９及び３１は装着されていない。複数枚
の磁性鋼板７を治具１８内に挿入した後に、ネジ部材２
９及び３１の雄ネジ部２９ａ及び３１ａを２つの圧縮用
治具２５及び２７間に形成されたネジ孔に螺合させてい
く。このようにすると、２つの圧縮用治具２５及び２７
は、周方向に離れるように移動し、この移動に伴って治
具１８内の複数枚の積層鋼板には積層方向（周方向）に
向かう圧力が加えられる。この状態で、治具１８の開口
部から積層面にワニス等を含浸させて、複数枚の磁性鋼
板７どうしを結合させることにより鋼板積層部３を形成
する。その後、ネジ部材２９及び３１を外して、圧縮用
治具２５及び２７を抜き出し、その跡に補助コア５を嵌
合させる。そして補助コア５と鋼板積層部３の接合面に
ワニス等を含浸させて両者を接合する。このようにして
図１に示したユニットを製造する。

【００２２】なお補助コア５を有しない図２に示すよう
なユニットを製造する場合には、前述の円筒体１９に相
当する部分が径方向に移動可能な治具を用いればよい。
また磁性鋼板７…を仮積層させた円筒状積層コアユニッ
トを中心線ＣＬを中心に回転させ、回転している円筒状
積層コアユニットの外側から中心に向かって、第２の仮
想円Ｃ２の第２の半径に相当する半径を有する半円状の
凹部を備えた２つの治具を近づけていき、接合させる。
その後鋼板積層部３にワニス等を含浸させて各磁性鋼板
７…を接合し積層させてもよい。

【００２３】図５は本発明の円筒状積層コアユニットを
積み重ねて円筒状積層コアとして構成する場合の、円筒
状積層コアユニットと環状巻線との位置関係を示す概略
斜視図である。環状巻線３７は、合成樹脂製のボビン３
９に巻線導体が巻回されて構成されている。ボビン３９
は、円筒部３９ａの両端に環状の２枚の鍔部３９ａ，３
９ｂが結合された構造を有している。この２枚の部３９
ａ及び３９ｂの間に巻線導体が巻回されて環状巻線３７
が構成されている。ボビン３９の一方の鍔部３９ｂが、
図１の巻線収納用スロットの半部９または１１に収納さ
れる。図５においては、符号３７ａ，３７ｂで示した部
材は、環状巻線３７の引出し用リード線である。このリ
ード線３７ａ，３７ｂは円筒状積層コアユニット１ａに
配置されている補助コア５に設けられている溝部５ｃに
よって外部に引き出される。

【００２４】図６は、円筒状積層コアを固定子コアとし
て構成した場合の概略斜視図である。円筒状積層コア３
３は、６個の円筒状積層コアユニット１ａ〜１ｋが図１
に示したそれぞれの中心線ＣＬを一致させるように積み
重ねられて構成されている。積み重ねられた状態の隣接
する円筒状積層コアユニット１ａ〜１ｋの間には、巻線
導体３５が環状にボビン３９に巻かれて形成された環状
巻線３７が収納される、環状の巻線収納用スロットが形
成されている。

【００２５】図７は、図６に示した円筒状積層コアを固
定子コアに用いて円筒型リニア同期モータを構成する場
合の固定子と可動子を中心線に沿って半分に切断した状
態の斜視図である。図７において、図１〜図６に示した
部材と同様の部材には、図１〜図６に付した符号に１０
０の数を加えた数の符号を付して原則として説明を省略
する。図７に示す円筒型リニア同期モータ１４０は、円
筒状積層コアユニット１４１ａ，１４１ｂ，…をそれぞ
れの中心線ＣＬが一致するように積み重ねて形成した円
筒状積層コア１４１を可動子コアとして用いている。な
お、図７では、可動子１４３が固定さる直動軸は図示を
省略している。可動子１４３を構成する円筒状積層コア
１４１の外周部１４１ａには、筒状の複数の永久磁石１
４５ａ，１４５ｂ，…が軸線方向に並んで構成された永
久磁石列１４５が固定されている。またこの例では、固
定子コア１３４としても図６に示したような円筒状積層
コア１３３を用いている。１０１ａ及び１０１ｂ並び１
０１ｃ及び１０１ｄは、間に環状巻線収納用スロットを
形成するように組み合わされる一対の円筒状積層コアユ
ニットである。この例では１組の円筒状積層コアユニッ
ト１０１ａ及び１０１ｂまたは１０１ｃ及び１０１ｄの
間に環状巻線１３７ａ及び１３７ｂがそれぞれ配置され
ている。

【００２６】図８は、図６に示したような円筒状積層コ
アを固定子コアに用いた円筒形リニア同期モータの固定
子と可動子を中心線に沿って半分に切断した状態の斜視
図である。これらの図において、図７に示した部材と同
様の部材には、図６に付した符号に２００の数を加えた
符号を付してある。この例では、可動子本体２４１が磁
性材料から形成された円筒状のブロック部材２４１ａ，
２４１ｂ，…を中心線を一致させるように積み重ねて構
成されている。その他の構造は、図７の例と同じであ
る。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、複数の磁性鋼板を隙間
なく積層して鋼板積層部を構成することができるので、
積層率（積層密度）の高い円筒状積層コアユニットを得
ることができる。また本発明の円筒状積層コアユニット
を用いれば、推力の高い円筒型リニア同期モータを構成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の円筒状積層コアユニットの実施の形態
の構造の一例を概念的に示した斜視図である。

【図２】本発明の円筒状積層コアユニットの磁性鋼板の
積層状態の基本例を概念的に示した平面図である。

【図３】図１で用いる磁性鋼板を湾曲させる方法を説明
するために用いる工具の断面図である。

【図４】湾曲した磁性鋼板を周方向に積層して、円筒状
積層コアユニット形成するために用いる積層用の治具の
構成を示す概略斜視図である。

【図５】本発明の円筒状積層コアユニットを積み重ねて
円筒状積層コアとして構成する場合の、円筒状積層コア
ユニットと環状巻線との位置関係を示す概略斜視図であ
る。

【図６】円筒状積層コアユニットを用いて構成した円筒
状積層コアの概略斜視図である。

【図７】図６に示した円筒状積層コアを固定子コアに用
いて円筒型リニア同期モータを構成する場合の固定子と
可動子を中心線に沿って半分に切断した状態の斜視図で
ある。

【図８】図６に示した円筒状積層コアを固定子コアに用
いた円筒形リニア同期モータの固定子と可動子を中心線
に沿って半分に切断した状態の斜視図である。

【符号の説明】

１ 円筒状積層コアユニット ３ 鋼板積層部 ７ 磁性鋼板 ７ａ 内側端部 ７ｂ 外側端部 ７ｄ，７ｅ 一対の側面 ｒ１ 第１の半径 ｒ２ 第２の半径 Ｃ１ 第１の仮想円 Ｃ２ 第２の仮想円

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 秀幸 東京都豊島区北大塚一丁目15番１号 山洋 電気株式会社内 (72)発明者 鈴木 信二 東京都豊島区北大塚一丁目15番１号 山洋 電気株式会社内 (72)発明者 小野寺 悟 東京都豊島区北大塚一丁目15番１号 山洋 電気株式会社内 Ｆターム(参考） 5E062 AC01 AC13 5H002 AA03 AE07 AE08 5H641 BB06 BB14 GG02 GG04 HH03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 全体または主要部が複数枚の磁性鋼板を
   積層して形成された鋼板積層部からなる円筒状積層コア
   ユニットであって、 前記複数枚の磁性鋼板は、それぞれ前記円筒状積層コア
   ユニットの中心線側に位置する内側端部と、前記内側端
   部の外側に位置する外側端部と、前記内側端部と前記外
   側端部との間に位置して厚み方向に対向する一対の側面
   とを具備しており、 前記複数枚の磁性鋼板は、前記内側端部が前記中心線を
   中心とする第１の半径を有する第１の仮想円の円周上に
   実質的に位置し且つ前記外側端部が前記第１の半径より
   も大きな第２の半径を有し前記中心線を中心とする第２
   の仮想円の円周上に実質的に位置し、しかも前記内側端
   部の端縁及び前記外側端部の端縁が前記中心線に沿って
   延びるように配置されており、 前記複数枚の磁性鋼板のそれぞれの前記一対の側面の全
   部または主要部分が、隣接する他の磁性鋼板の対向する
   前記側面の全部または主要部分と近接するように、前記
   複数枚の磁性鋼板が周方向にそれぞれ湾曲していること
   を特徴とする円筒状積層コアユニット。
2. 【請求項２】 前記複数枚の磁性鋼板の形状が同じであ
   る請求項１に記載の円筒状積層コアユニット。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の前記円筒状積層コアユ
   ニットが、複数個前記中心線を一致させるように重ねら
   れて構成されている円筒状積層コア。
4. 【請求項４】 隣接する二つの前記円筒状積層コアユニ
   ットの間に巻線が収納される環状の巻線収納用スロット
   が形成されるように、前記複数の磁性鋼板の形状が定め
   られている請求項３に記載の円筒状積層コア。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の円筒状積層コアを固定
   子コアに用いて構成された円筒型リニア同期モータ。
6. 【請求項６】 請求項３に記載の円筒状積層コアの外周
   部に複数の永久磁石が固定されて構成された可動子を用
   いる円筒型リニア同期モータ。