JP2004088925A

JP2004088925A - トルクモータのステータコア

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Publication number: JP2004088925A
Application number: JP2002247394A
Authority: JP
Inventors: Katsuharu Ishikawa; 石川　克治; Yukiya Kato; 加藤　弓記也; Shinji Kamiya; 神谷　真志
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-27
Also published as: DE10339272A1; US20040041492A1; US6777852B2; KR100503876B1; JP3793965B2; DE10339272B4; KR20040018984A

Abstract

【課題】発生トルクの低下を生じさせずに、製造時の組付け作業性を改善することができるトルクモータのステータコアを提供する。
【解決手段】コイル部４を圧入するためのアーム部１４と、ロータ２を挿入するための円柱空間に対向して配置される極歯部１２とを有するトルクモータのステータコア１１である。ステータコア１１の正面全体形状を有したステータコア全形体１５と略２分割された１対のステータコア分割体１６ａ，１６ｂとが重ね合わせて結合される。１対のステータコア分割体１６ａ，１６ｂは、間に空間部１７を設け且つ極歯部１２を対向させて両側に配置され、ステータコア全形体１５の空間部１７に隣接した部分が、連結部１３として両側のステータコア分割体１６ａ，１６ｂを連結し一体に形成されている。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルクモータのステータコアに関し、特に発生トルクを低下させずにステータコアの組付作業性を改善することができるトルクモータのステータコアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、内燃機関のスロットル弁を開閉制御するスロットル制御装置として、その回転駆動部にトルクモータを用いた装置が知られている。この種の装置で使用されるトルクモータは、制限された回転角の範囲内で、又は拘束された状態で発生するトルクを利用するモータであり、そのために、一般に、二分割された１対のステータコアと、その一対のステータコアの端部を連結するように組み付けられるコイル鉄心と、コイル鉄心に巻装されたコイルと、を備え、対向して配置された１対のステータコアの円弧状の極歯部の間に、永久磁石を外周部に設けたロータを、回転可能に配設して構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
また従来、この種のトルクモータとして、ステータコアの組付作業性を簡単化するために、１対のステータコアのコイル巻装部をそのコイル鉄心で結合させた構造のトルクモータが、特開平１０−１７８７６９号公報で提案されている。しかし、このトルクモータは、１対のステータコアに対しコイル鉄心を噛合い接続部によって連結するため、振動などによりその接続部に隙間が発生しやすく、隙間が発生すると、ステータコアの磁気回路が変化してモータのトルク特性が不安定となる問題があった。
【０００４】
そこで、トルク特性の安定性とステータコアの組付作業性の改善を目指して、１対のステータコアの円弧状の極歯部の両端を、相互に一体に連結した構造のステータコアが考えられたが、両側のステータコアの極歯部の両端を一体に連結すると、ステータコアの極歯部とロータ間で形成される磁気回路がその極歯部で短絡されることになるため、モータの発生トルクが低下する問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、発生トルクの低下を生じさせずに、製造時の組付け作業性を改善することができるトルクモータのステータコア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、本発明のステータコアは、コイル部を圧入するためのアーム部と、ロータを挿入するための円柱空間に対向して配置される極歯部とを有するトルクモータのステータコアにおいて、ステータコアの正面全体形状を有したステータコア全形体と略２分割された１対のステータコア分割体とが重ね合わせて結合され、１対のステータコア分割体は、間に空間部を設け且つ極歯部を対向させて両側に配置され、ステータコア全形体の空間部に隣接した部分が、連結部として両側のステータコア分割体を連結し一体に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
ここで、上記ステータコア分割体とステータコア全形体の組付け形状としては、間に空間部を形成し極歯部を対向して配置されたステータコア分割体の上面と下面に、ステータコア全形体を重ね合わせて結合することができる。また、ステータコア全形体の上面と下面に、或いは上面又は下面に、間に空間部を形成し極歯部を対向して配置されたステータコア分割体を重ね合わせて結合することもできる。
【０００８】
また、対向して配置される両側の極歯部は円弧状部を有して形成され、円弧状部の両側に隣接した２箇所に、上記連結部を形成することができる。
【０００９】
また、上記ステータコア全形体とステータコア分割体は、各々の形状に裁断された積層金属板を積層して形成され、ステータコア全形体とステータコア分割体の積層枚数は、コイル部をアーム部に圧入する際の耐力とモータのトルク特性に応じて調整することができる。
【００１０】
【作用】
上記構成のトルクモータのステータコアは、ステータコア全形体とステータコア分割体を重ね合わせて結合し、ステータコア全形体の空間部に隣接した部分が連結部として両側のステータコア分割体を連結し一体に形成される。したがって、そのアーム部内にコイル部を圧入する際、従来のように、２分割された一対のステータコアを所定の位置に固定した状態で、コイル部のコイル鉄心を両側のステータコアの端部に嵌合させる場合に比べ、コイル部をアーム部内に圧入するだけの簡単な作業で、アーム部内にコイル部を組付けることができる。
【００１１】
また、このステータコアを使用したトルクモータでは、両側のステータコアの極歯部が連結部により磁気回路を短絡する状態となって、発生トルクを低下させる可能性があるが、連結部の厚さは、ステータコア全形体の厚さまたは積層金属板の積層枚数を、圧入時の耐力を有する範囲で調整することにより、発生トルクの低下を最小に抑制し、トルクモータとして必要なトルクを安定して発生させることができる。また、このステータコアを使用したトルクモータでは、コイル部のコイル鉄心が圧入されるため、振動などによりコイル鉄心とステータコアとの間に隙間が発生する虞が少なくなり、良好なトルク特性を確保することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１はトルクモータの正面図を示し、図２、図３はその断面図を示している。このトルクモータは、ステータ１とロータ２とを備え、ステータ１の外側は樹脂ハウジング７により被覆され、ステータ１の下部に形成された円柱空間内に、ロータ２が僅かな隙間を介して回転可能に配設される。
【００１３】
図４〜図７に示すように、ステータ１のステータコア１１は、図４に示すような正面形状を有して形成され、上部両側にアーム部１４、１４がその間にコイル部４を圧入可能に形成され、その中央部から下部にかけて、左右両側のステータコアの極歯部１２を中央の連結部１３により環状に連結して形成される。つまりこのステータコア１１は、ロータ２の両側に僅かな間隙をおいて配置される１対の円弧状部を有する極歯部１２を、連結部１３により連結して形成され、その連結部１３内には、その部分の磁気回路が狭窄されて磁束通路を実質的に遮断するように、空間部１７が形成され、このために、３種類の形状の積層鋼板を積層してステータコア１１が形成される。
【００１４】
すなわち、図７に示すように、ステータコア１１は、その正面形状と同形のステータコア全形体１５と略２分割されたステータコア分割体１６ａ，１６ｂとを、ステータコア分割体１６ａ、１６ｂを内側に配置し、ステータコア全形体１５を正面側（上面側）と背面側（下面側）に積層して形成される。ステータコア分割体１６ａ，１６ｂは、間に空間部１７を形成した状態で両側位置に向き合わせて配置され、その上面と下面にステータコア全形体１５が、重ね合わせて固定される。
【００１５】
ステータコア分割体１６ａ，１６ｂは、図７のように、各々、所定形状に裁断（打ち抜き切断）された例えば１８枚の積層鋼板を積層して形成され、間に空間部１７をあけてその極歯部１２を向き合わせた状態に配置される。また、ステータコア全形体１５は、図７のように、各々所定形状に裁断（打ち抜き切断）された例えば２枚の積層鋼板を積層して形成され、ステータコア分割体１６ａ，１６ｂの上面と下面に重ね合わせるように積層して組み付けられる。
【００１６】
このようなステータコア１１の組付け、つまりステータコア分割体１６ａ，１６ｂとステータコア全形体１５の組付けは、各積層鋼板の一部に裁断時に小形の凹部又は凸部を形成し、それらの積層鋼板を積層しながら、その凹部、凸部をかしめて固定するスタッキングにより容易に組付け固定することができる。或いは、図７のようにステータコア分割体１６ａ，１６ｂとステータコア全形体１５の各積層鋼板を積み重ねた状態で、その縁部をレーザー溶接により溶着することにより、容易に組付け固定することができる。
【００１７】
図７のように組付け形成されたステータコア１１の上部両側には、図４のようにアーム部１４、１４が形成され、このアーム部１４、１４間には、コイル鉄心６に所定巻数のコイル５を巻装したコイル部４が、図３のように圧入される。このコイル部４の圧入工程の際、ロータ２が位置する円柱空間に対向して両側に配置される円弧状部を有した極歯部１２が、連結部１３により連結され、ステータコア１１が一体化されているから、ステータコア１１は圧入に対し充分な剛性を有し、アーム部１４，１４の間に容易にコイル部４を圧入することができる。
【００１８】
特に、連結部１３は、図５、図６のように、ステータコア１１の厚さ方向の２箇所で形成され、且つロータ２と対向する極歯部１２の円弧状部の上下両側の２箇所で形成されているから、連結部１３の鋼板が薄い場合でも、コイル部４の圧入に耐えうる充分な剛性を持たせることができる。そして、このような剛性を有したステータコア１１に圧入されたコイル部４のコイル鉄心６は、アーム部１４との接合状態が良好となり、隙間が生じることはない。
【００１９】
このようにコイル部４を圧入したステータ１は、そのロータ用の円柱空間を除いて、その外周面全体が合成樹脂で覆われるように、樹脂ハウジング７が被覆形成される。樹脂ハウジング７の被覆時、ステータ１を金型内にセットし合成樹脂を金型内に射出注入して樹脂ハウジング７を形成するが、上記のようにステータ１のステータコア１１は一体に形成され、ステータコア１１には空間部１７やロータ２挿入用の円柱空間が形成されているから、その部分に金型の凸部を嵌入させて、容易にステータ１を金型内に定位置にセットすることができ、樹脂ハウジング７の成形を容易に行なうことができる。
【００２０】
樹脂ハウジング７を装着したステータ１は、例えばスロットル制御装置におけるスロットル弁の駆動制御用のモータとして、装置内に装着され、ステータ１の円柱空間内には、図２、図３に示すように、ロータ２が挿入され、ロータ２の回転軸２ｃが、例えばスロットル軸に結合される。ロータ２は、回転軸２ｃの外周部に円筒状磁性体のロータコア２ａを固定し、ロータコア２ａの外周部に複数の円弧状の永久磁石２ｂを配置して構成して構成される。
【００２１】
トルクモータは、そのコイル部４のコイル５に交流電流を通電して駆動される。コイル５に通電すると、その電流の流れる方向に応じてステータコア１１とロータ２間の磁気回路に磁束が発生し、その磁束による磁界の発生により、ロータ２とステータ１の極歯部１２間に吸引力または反発力が発生し、ロータ２を回転させるトルクが発生する。
【００２２】
このとき、このトルクモータのステータコア１１は、ロータ２と対向する両側の極歯部１２が連結部１３によって連結されているものの、連結部１３の積層鋼板の枚数が全体の積層枚数の約１／５以下と少なく、連結部１３の内部に空間部１７が形成されているため、その部分で磁束が実質的に遮断され、連結部１３によってステータの極歯部１２とロータ２間の磁気回路が実質的に短絡することを防止している。このため、モータのトルクは、両側の極歯部が分離した通常のトルクモータのトルクと同様のトルクが得られ、トルクモータとして良好な性能を発揮させることができる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、両側に配置したステータコア全形体１５を、各々２枚の積層鋼板を積層して形成したが、このステータコア全形体１５の連結部１３は、磁気回路を短絡させるため、良好なトルク特性を得るためには、コイル部を圧入可能な剛性を有する範囲で、できるだけ薄く形成することがよく、鋼板の厚さによっては、例えば各々１枚の鋼板でステータコア全形体１５を形成することもできる。
【００２４】
図８〜図１１は、他の実施形態のステータコア２１を示している。この例のステータコア２１は、上記ステータコア１１とは逆に、ステータコア全形体２５の上面と下面にステータコア分割体２６ａ、２６ｂが積層される構造である。
【００２５】
すなわち、ステータコア２１は、その正面形状と同形のステータコア全形体２５と略２分割されたステータコア分割体２６ａ，２６ｂとを、図９、図１０のように、ステータコア分割体２６ａ、２６ｂを外側に配置し、ステータコア全形体２５を内側に挟むように積層して形成される。ステータコア分割体２６ａ，２６ｂは、図１１のように、間に空間部２７を形成した状態で両側位置に向き合わせて配置され、その中側のステータコア全形体２５を両側から挟むように重ね合わせて固定される。
【００２６】
ステータコア分割体２６ａ，２６ｂは、各々、所定形状に裁断された例えば各々９枚の積層鋼板を積層して形成され、間に空間部２７をあけて円弧状部を有する極歯部２２を向き合わせた状態に配置される。また、ステータコア全形体２５は、所定形状に裁断された例えば２枚の積層鋼板を積層して形成され、図１１のように、ステータコア分割体２６ａ，２６ｂの上面と下面に重ね合わせるように積層して組み付けられる。
【００２７】
このようなステータコア２１の組付け、つまりステータコア分割体２６ａ，２６ｂとステータコア全形体２５の組付けは、各積層鋼板の一部に裁断時に小形の凹部又は凸部を形成し、それらの積層鋼板を積層しながら、その凹部、凸部をかしめて固定するスタッキングにより容易に組付け固定することができる。或いは、図１１のようにステータコア分割体２６ａ，２６ｂとステータコア全形体２５の各積層鋼板を積み重ねた状態で、その縁部をレーザー溶接により溶着することにより、容易に組付け固定することができる。さらに、ステータコア２１の連結部１３を、ステータコア２１の厚さ方向の任意の位置に容易に変更することができる。
【００２８】
このように組付け形成されたステータコア２１の上部両側のアーム部２４、２４間には、上記と同様に、コイル鉄心に所定の巻数のコイルを巻装したコイル部が圧入されるが、このコイル部の圧入工程の際、ロータが位置する円柱空間部に対向して両側に配置される円弧状部を有した極歯部２２が、連結部２３により連結され、ステータコア２１が一体化されているから、アーム部２４，２４の間に、容易にコイル部を圧入することができる。また、圧入されたコイル部のコイル鉄心とアーム部２４の接合状態も良好となり、隙間が生じたりすることはない。
【００２９】
そして、上記と同様に、このようにコイル部を圧入したステータは、そのロータ用の円柱空間を除いて、その外周面全体が合成樹脂で覆われるように、樹脂ハウジングが被覆形成され、ステータの円柱空間内にロータが回転可能に配設されて、トルクモータとして使用されるが、上記と同様に、このトルクモータのステータコア２１は、ロータと対向する両側の円弧状部を有した極歯部２２が、連結部２３によって連結されているものの、連結部２３の積層鋼板の枚数が全体の積層枚数の約１／５以下と少なく、連結部２３の上下に空間部２７が形成されているため、その部分で磁束が実質的に遮断され、連結部２３によってステータの極歯部２２とロータ間の磁気回路が実質的に短絡することを防止することができる。このため、モータのトルクは、両側の極歯部２２が分離した構造の通常のトルクモータのトルクと同様のトルクが得られ、トルクモータとして充分に機能させることができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、ステータコア全形体２５を、２枚の積層鋼板を積層して形成したが、このステータコア全形体２５の連結部２３は、磁気回路を短絡することになるため、良好なトルク特性を得るためには、コイル部を圧入可能な剛性を有する範囲で、できるだけ薄く形成することがよく、鋼板の厚さによっては、例えば１枚の鋼板でステータコア全形体２５を形成することもできる。
【００３１】
また、ステータコア全形体２５の上面または下面にのみ、ステータコア分割体を重ね合わせて結合させるように構成することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１，２のトルクモータのステータコアによれば、アーム部内にコイル部を圧入する際、従来のように２分割された一対のステータコアを所定位置に固定した状態で、コイル鉄心を両側のステータコアの端部に嵌合させる場合に比べ、コイル部をアーム部内に圧入するだけの簡単な作業で、アーム部内にコイル部を組付けることができ、組付作業性が向上する。
【００３３】
また、連結部の厚さは、ステータコア全形体の厚さまたはその積層金属板の積層枚数を、圧入時の耐力を有する範囲で調整することにより、発生トルクの低下を最小に抑制し、トルクモータとして必要なトルクを安定して発生させることができる。
【００３４】
さらに、このステータコアを用いたトルクモータでは、コイル部のコイル鉄心が圧入されるため、振動などによりコイル鉄心とステータコアとの間に隙間が発生する虞が少なくなり、良好なトルク特性を確保することができる。
【００３５】
また、請求項３のステータコアによれば、連結部のステータコアの高さ方向の位置を任意にすることができ、それに伴い、空間部の位置と形状の変更が容易となり、ハウジングの樹脂成形を容易にし、トルクモータの組付け作業性を向上させることができる。
【００３６】
また、請求項４のステータコアによれば、トルク特性の平坦部分を多くすることができ、より安定したトルクを得ることができる。
【００３７】
さらに、請求項５のステータコアによれば、コイル部鉄心が圧入されるアーム部の剛性が向上し、それによって、連結部の厚さを薄くすることができ、発生トルクの低下を抑制することができる。
【００３８】
さらに、請求項６のステータコアによれば、ステータコアの形状や大きさの変更を容易に行なうことができ、また、トルク特性の変更も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すトルクモータの正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】ステータコアの正面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】ステータコアの底面図である。
【図７】ステータコアの分解斜視図である。
【図８】他の実施形態のステータコアの正面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】ステータコアの底面図である。
【図１１】ステータコアの分解斜視図である。
【符号の説明】
１１−ステータコア
１２−極歯部
１３−連結部
１４−アーム部
１５−ステータコア全形体
１６ａ，１６ｂ−ステータコア分割体
１７−空間部

Claims

コイル部を圧入するためのアーム部と、ロータを挿入するための円柱空間に対向して配置される極歯部とを有するトルクモータのステータコアにおいて、
ステータコアの正面全体形状を有したステータコア全形体と略２分割された１対のステータコア分割体とが重ね合わせて結合され、該１対のステータコア分割体は、間に空間部を設け且つ該極歯部を対向させて両側に配置され、該ステータコア全形体の該空間部に隣接した部分が、連結部として該両側のステータコア分割体を連結し一体に形成されていることを特徴とするトルクモータのステータコア。
前記極歯部を対向して配置されると共に、前記空間部を間に形成した前記１対のステータコア分割体の上面と下面に、前記ステータコア全形体が重ね合わせて結合されたことを特徴とする請求項１記載のトルクモータのステータコア。
前記ステータコア全形体の上面と下面に、前記極歯部を対向して配置されると共に前記空間部を間に形成した前記１対のステータコア分割体が重ね合わせて結合されたことを特徴とする請求項１記載のトルクモータのステータコア。
前記ステータコア全形体の上面または下面に、前記極歯部を対向して配置されると共に前記空間部を間に形成した前記１対のステータコア分割体が重ね合わせて結合されたことを特徴とする請求項１記載のトルクモータのステータコア。
前記対向して配置される両側の極歯部は円弧状部を有して形成され、該円弧状部の両側に隣接した２箇所に連結部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のトルクモータのステータコア。
前記ステータコア全形体と前記ステータコア分割体は各々の形状に裁断された積層金属板を積層して形成され、該ステータコア全形体と該ステータコア分割体の積層枚数は前記コイル部を前記アーム部に圧入する際の耐力とモータのトルク特性に応じて調整されることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載のトルクモータのステータコア。