JP2005143237A - 同期電動機 - Google Patents

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利光 高橋
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Abstract

【課題】 軽量化を図ることができると共に、トルク及び効率の向上並びに組立工数の削減化を図ることができる同期電動機を提供する。
【解決手段】 固定子2は、12個のティース部5が内周部に設けられるステータ6と、この各ティース部5の軸方向上下端面部に固着される第1曲げコア7と、各ティース部5の周方向両側面及び各第1曲げコア7の内側面に巻装される各固定子コイル8A〜8Cと、各ティース部5の半径方向先端部に取り付けられた第1圧粉磁心10と、から構成されている。また、回転子3は、8個のロータティース部11が外周部に設けられたロータ12と、その回転中心に設けられる回転軸13と、各ロータティース部11の軸方向上下端面部に固着される第2曲げコア15と、各ロータティース部11の半径方向先端部に取り付けられた第2圧粉磁心16と、から構成されている。
【選択図】 図3

Description

本発明は、固定子コイルが巻回される複数のティース部が内周部に設けられたステータと、複数のロータティース部が外周部に設けられたロータとから構成される同期電動機に関するものである。
従来より、ステータやロータの鉄損やトルクリップル等を小さくし、効率を高めた同期電動機が種々提案されている。
例えば、従来の同期電動機では、固定子コイルが巻回されるティースを備えたステータを複数枚、厚さ方向に積層・固定して用いる同期電動機のステータ構造であって、少なくともティースとヨークとを別体とし、このティースを方向性電磁鋼板により形成すると共に、該方向性電磁鋼板の磁化容易方向を径方向としている。また、このヨークを周方向に複数に分割し、該ヨークを方向性電磁鋼板により形成すると共に、方向性電磁鋼板の磁化容易方向を各ヨークの周方向としている(例えば、特許文献1参照。)。
これにより、別体とされたティースとヨークのうち、ティースを方向性電磁鋼板により形成し、しかも方向性電磁鋼板の磁化容易方向を径方向とすることによって、ティースにおける鉄損は、これが無方向性電磁鋼板により形成されている場合と較べて大きく低減される。また、別体とされたティースとヨークのうち、ヨークを周方向に更に複数に分割すると共にこれを方向性電磁鋼板により形成し、しかも方向性電磁鋼板の磁化容易方向を周方向とすることによって、ヨークにおける鉄損は、これが無方向性電磁鋼板により形成されている場合と較べて大きく低減される。
特開平7−67272号公報(段落(0022)〜(0026)、図1〜図4)
しかしながら、上記した従来の同期電動機では、固定子コイルは、ステータのティース部に巻回されるため、この固定子コイルの巻長さを短くして軽量化を図る場合には、ティース部の厚さ寸法が短くなりトルクが低下するという問題がある。また、ティースとヨークとを別体とした場合には、ステータの組立工数が増加し、製造コストアップになるという問題がある。
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、固定子コイルの巻長さを短くして軽量化を図ることができると共に、トルク及び効率の向上並びに組立工数の削減化を図ることができる同期電動機を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため請求項1に係る同期電動機は、固定子コイルが巻回される複数のティース部が内周部に設けられたステータと、複数のロータティース部が外周部に設けられたロータと、を備えた同期電動機において、略長方形の電磁鋼板を内側対向面間に所定間隔を形成するように長手方向に折り曲げると共に、この電磁鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固着して形成され、前記各ティース部の軸方向の上下各端面部に折曲先端部が半径方向内側に向くように固着される第1曲げコアと、略長方形の電磁鋼板が内側対向面間に所定間隔を形成するように長手方向に折り曲げられると共に、この電磁鋼板が複数枚、厚さ方向に積層・固着して形成され、前記各ロータティース部の軸方向の上下各端面部に折曲先端部が半径方向外側に向くように固着される第2曲げコアと、強磁性体から形成されて、前記各第1曲げコアの折曲先端側開口部を覆うと共に、該各第1曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成するように前記各ティース部の半径方向先端部に固着される第1突極表層部材と、強磁性体から形成されて、前記各第2曲げコアの折曲先端側開口部を覆うと共に、該各第2曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成するように前記各ロータティース部の半径方向先端部に固着される第2突極表層部材と、を備え、前記固定子コイルは、前記ティース部の周方向両側面及び該ティース部の上下各端面部に固着される前記各第1曲げコアの内側面に巻回され、前記第1突極表層部材は、前記固定子コイルよりも半径方向内側に設けられ、前記ティース部とロータティース部とが対向した場合には、該ティース部に固着される各第1曲げコアの折曲先端部及び第1突極表層部材と該ロータティース部に固着される各第2曲げコアの折曲先端部及び第2突極表層部材とが対向配置され、該第1曲げコアとこの第1曲げコアに対向配置される第2曲げコアとによって磁気閉回路が形成されると共に、該ティース部及び第1突極表層部材とこのティース部に対向配置されるロータティース部及び第2突極表層部材とによって磁気閉回路が形成されることを特徴とする。
このような特徴を有する請求項1に係る同期電動機では、ステータの各ティース部の軸方向上下端面部には、略長方形の電磁鋼板を内側対向面間に所定間隔を形成するように長手方向に折り曲げると共に、この電磁鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固着して形成される第1曲げコアが、その折曲先端部が半径方向内側に向くように固着されている。また、各ティース部の半径方向先端部には、各第1曲げコアの折曲先端側開口部を覆うと共に、該各第1曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成するように強磁性体から形成される第1突極表層部材が固着されている。また、固定子コイルは、この第1突極表層部材よりも半径方向外側の各ティース部の周方向両側面及び該各ティース部の上下各端面部に固着される各第1曲げコアの内側面に巻回されている。
一方、ロータの各ロータティース部の軸方向上下端面部には、略長方形の電磁鋼板を内側対向面間に所定間隔を形成するように長手方向に折り曲げると共に、この電磁鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固着して形成される第2曲げコアが、その折曲先端部が半径方向内側に向くように固着されている。また、各ロータティース部の半径方向先端部には、各第2曲げコアの折曲先端側開口部を覆うと共に、該各第2曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成するように強磁性体から形成される第2突極表層部材が固着されている。
そして、ティース部とロータティース部とが対向した場合には、該ティース部に固着される各第1曲げコアの折曲先端部及び第1突極表層部材と該ロータティース部に固着される各第2曲げコアの折曲先端部及び第2突極表層部材とが対向配置され、該第1曲げコアとこの第1曲げコアに対向配置される第2曲げコアとによって磁気閉回路が形成されると共に、該ティース部及び第1突極表層部材とこのティース部に対向配置されるロータティース部及び第2突極表層部材とによって磁気閉回路が形成される。
また、請求項2に係る同期電動機は、請求項1に記載の同期電動機において、前記第1突極表層部材は、正面視矩形状に形成され、前記ティース部の半径方向端面部及び該ティース部に固着される各第1曲げコアの折曲先端側開口部を覆い、前記第2突極表層部材は、正面視矩形状に形成され、前記ロータティース部の半径方向端面部及び該ロータティース部に固着される各第2曲げコアの折曲先端側開口部を覆うことを特徴とする。
このような特徴を有する請求項2に係る同期電動機では、ティース部の半径方向端面部及び該ティース部に固着される各第1曲げコアの折曲先端側開口部は、正面視矩形状の第1突極表層部材によってほぼ覆われている。また、ロータティース部の半径方向端面部及び該ロータティース部に固着される各第2曲げコアの折曲先端側開口部は、正面視矩形状の第1突極表層部材によってほぼ覆われている。
また、請求項3に係る同期電動機は、請求項2に記載の同期電動機において、前記ティース部は、半径方向端面部に軸方向に沿って形成される第1溝部を有し、前記第1突極表層部材は、該ティース部に対向する背面部の前記第1溝部に対向する位置に立設される第1リブ部を有し、前記ロータティース部は、半径方向端面部に軸方向に沿って形成される第2溝部を有し、前記第2突極表層部材は、該ロータティース部に対向する背面部の前記第2溝部に対向する位置に立設される第2リブ部を有し、前記第1リブ部は、前記第1溝部に嵌入されて固着されて、前記第2リブ部は、前記第2溝部に嵌入されて固着されることを特徴とする。
このような特徴を有する請求項3に係る同期電動機では、第1突極表層部材は、背面部に立設される第1リブ部が、ティース部の半径方向端面部に軸方向に沿って形成される第1溝部に嵌入されて固着されている。また、第2突極表層部材は、背面部に立設される第2リブ部が、ロータティース部の半径方向端面部に軸方向に沿って形成される第2溝部に嵌入されて固着されている。
また、請求項4に係る同期電動機は、請求項1に記載の同期電動機において、前記ティース部と該ティース部に固着される各第1曲げコアは、半径方向端面部に軸方向に沿って連続して形成される第3溝部を有し、前記第1突極表層部材は、前記第3溝部に嵌入されて各第1曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成する第1軸部と、前記第1軸部の軸方向各端縁部の両側端縁部から周方向外側に延出されて該第1曲げコアの折曲先端開口部を覆う第1延出部と、を有し、前記ロータティース部と該ロータティース部に固着される各第2曲げコアは、半径方向端面部に軸方向に沿って連続して形成される第4溝部を有し、前記第2突極表層部材は、前記第4溝部に嵌入されて各第2曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成する第2軸部と、前記第2軸部の軸方向各端縁部の両側端縁部から周方向外側に延出されて該第2曲げコアの折曲先端開口部を覆う第2延出部と、を有し、該第1突極表層部材は、前記第1軸部を前記第3溝部に嵌入されて固着され、該第2突極表層部材は、前記第2軸部を前記第4溝部に嵌入されて固着されることを特徴とする。
このような特徴を有する請求項4に係る同期電動機では、第1突極表層部材は、第1軸部と、該第1軸部の軸方向各端縁部の両側端縁部から周方向外側に延出されて該第1曲げコアの折曲先端開口部を覆う第1延出部とから構成され、正面視略横H形に形成されている。また、各ティース部と各ティース部に固着される各第1曲げコアの半径方向端面部には、第3溝部が軸方向に沿って連続して形成されている。そして、第1突極表層部材は、第1軸部が第3溝部に嵌入されて取り付けられると共に、該第1突極表層部材は、各第1曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面との間に所定隙間が形成されている。一方、第2突極表層部材は、第2軸部と、該第2軸部の軸方向各端縁部の両側端縁部から周方向外側に延出されて該第2曲げコアの折曲先端開口部を覆う第2延出部とから構成され、正面視略横H形に形成されている。また、各ロータティース部と各ロータティース部に固着される各第2曲げコアの半径方向端面部には、第4溝部が軸方向に沿って連続して形成されている。そして、第2突極表層部材は、第2軸部が第4溝部に嵌入されて取り付けられると共に、該第2突極表層部材は、各第2曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面との間に所定隙間が形成されている。
また、請求項5に係る同期電動機は、請求項4に記載の同期電動機において、前記第1突極表層部材は、前記第1軸部の軸方向各端縁部に形成される各第1延出部の軸方向内側端縁部に対向する位置から半径方向外側に延出される薄板状の一対の第3延出部を有し、前記固定子コイルは、前記各第3延出部の外側面に巻回されることを特徴とする。
このような特徴を有する請求項5に係る同期電動機では、固定子コイルは、第1突極表層部材の各第1延出部の軸方向内側端縁部に対向する位置から半径方向外側に延出される薄板状の一対の第3延出部の外側面に巻回されている。
また、請求項6に係る同期電動機は、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の同期電動機において、前記第1突極表層部材と第2突極表層部材のうちの少なくとも一方は、絶縁性皮膜で被覆された鉄系磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心で形成されていることを特徴とする。
このような特徴を有する請求項6に係る同期電動機では、第1突極表層部材と第2突極表層部材のうちの少なくとも一方は、絶縁性皮膜で被覆された鉄系磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心で形成されている。
また、請求項7に係る同期電動機は、請求項1に記載の同期電動機において、前記ティース部と該ティース部に固着される各第1曲げコアは、半径方向端面部に軸方向に沿って連続して形成される第5溝部を有し、前記第1突極表層部材は、略細長四角形の電磁鋼板を内側対向面間に前記ティース部に固着される各第1曲げコアの内側面を挟持可能、且つ各第1曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成するように長手方向に折り曲げると共に、この電磁鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固着して形成される一対の第3曲げコアを有し、前記ロータティース部と該ロータティース部に固着される各第2曲げコアは、半径方向端面部に軸方向に沿って連続して形成される第6溝部を有し、前記第2突極表層部材は、略細長四角形の電磁鋼板を内側対向面間に前記ロータティース部に固着される各第2曲げコアの内側面を挟持可能、且つ各第2曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成するように長手方向に折り曲げると共に、この電磁鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固着して形成される一対の第4曲げコアを有し、前記一対の第3曲げコアは、両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部が当接されて前記第5溝部に嵌入されて固着され、前記一対の第4曲げコアは、両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部が当接されて前記第6溝部に嵌入されて固着されることを特徴とする。
このような特徴を有する請求項7に係る同期電動機では、第1突極表層部材は、略細長四角形の電磁鋼板を内側対向面間にティース部に固着される各第1曲げコアの内側面を挟持可能、且つ各第1曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成するように長手方向に折り曲げると共に、この電磁鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固着して形成される一対の第3曲げコアから構成されている。また、各ティース部と各ティース部に固着される各第1曲げコアの半径方向端面部には、第5溝部が軸方向に沿って連続して形成されている。そして、第1突極表層部材の一対の第3曲げコアは、両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部が当接されて、各ティース部と各ティース部に固着される各第1曲げコアの半径方向端面部に形成された第5溝部に嵌入されて固着される。一方、第2突極表層部材は、略細長四角形の電磁鋼板を内側対向面間にティース部に固着される各第2曲げコアの内側面を挟持可能、且つ各第2曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成するように長手方向に折り曲げると共に、この電磁鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固着して形成される一対の第4曲げコアから構成されている。また、各ロータティース部と各ロータティース部に固着される各第2曲げコアの半径方向端面部には、第6溝部が軸方向に沿って連続して形成されている。そして、第2突極表層部材の一対の第4曲げコアは、両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部が当接されて、各ロータティース部と各ロータティース部に固着される各第2曲げコアの半径方向端面部に形成された第6溝部に嵌入されて固着される。
また、請求項8に係る同期電動機は、請求項7に記載の同期電動機において、前記第3曲げコア及び第4曲げコアは、曲げ方向に沿った磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板により形成されていることを特徴とする。
このような特徴を有する請求項8に係る同期電動機では、前記第3曲げコア及び第4曲げコアは、曲げ方向に沿った磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板により形成され、各第1曲げコア及び第2曲げコアの折曲先端側開口部の磁束をティース部及びロータティース部に流す磁気回路が形成される。
更に、請求項9に係る同期電動機は、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の同期電動機において、前記第1曲げコア及び第2曲げコアは、曲げ方向に沿った磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板により形成されていることを特徴とする。
このような特徴を有する請求項9に係る同期電動機では、前記第1曲げコア及び第2曲げコアは、曲げ方向に沿った磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板により形成されている。
請求項1に係る同期電動機では、ティース部とロータティース部とが対向した場合には、対向配置される第1曲げコアと第2曲げコアとによって磁気閉回路が形成されるため、磁路長を短くでき、低鉄損化及び効率の向上を図ることができる。
また、ティース部の軸方向厚さ寸法を軸方向上下端面部に固着される各第1曲げコアの軸方向厚さ寸法分ずつ短くしても、ティース部の半径方向先端部に固着される第1突極表層部材によって各第1曲げコアの折曲先端側開口部がほぼ覆われると共に、該第1突極表層部材と各第1曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面との間には、所定隙間が形成されているため、従来のティース部の磁路断面積以上の磁路断面積を得ることができる。これにより、ステータは各第1曲げコアの軸方向厚さ寸法分ずつのヨーク部を無くすことができ、同期電動機の大幅な軽量化を図ることができると共に、高トルク化及び高効率化を図ることができる。
また、同様に、ロータティース部の軸方向厚さ寸法を軸方向上下端面部に固着される各第2曲げコアの軸方向厚さ寸法分ずつ短くしても、ロータティース部の半径方向先端部に固着される第2突極表層部材によって各第2曲げコアの折曲先端側開口部がほぼ覆われると共に、該第2突極表層部材と各第2曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面との間には、所定隙間が形成されているため、従来のロータティース部の磁路断面積以上の磁路断面積を得ることができる。これにより、ロータは、各第2曲げコアの軸方向厚さ寸法分ずつのロータ部を無くすことができ、同期電動機の大幅な軽量化を図ることができると共に、高トルク化及び高効率化を図ることができる。
また、固定子コイルがティース部の両側面部と上下第1曲げコアの内側面に巻回されるため、この固定子コイルの軸方向の巻長さを左右側面部において、従来の同期電動機より各第1曲げコアの軸方向厚さ寸法分ずつ短くして巻回することができ、同期電動機の更なる軽量化を図ることができる。また、第1曲げコアと第2曲げコアは、略長方形の電磁鋼板を内側対向面間に所定間隔を形成するように長手方向に折り曲げると共に、この電磁鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固着することにより形成されるため、簡易な構成により形成することができ組立作業の効率化を図ることができる。
また、請求項2に係る同期電動機では、各第1突極表層部材と各第2突極表層部材は、正面視矩形状に形成されているため、簡単な形状に形成でき加工精度の向上を図ることができる。また、各第1突極表層部材と各第2突極表層部材は、ティース部及び各第1曲げコアとロータティース部及び各第2曲げコアの半径方向端面部を容易に覆うことができ、ステータとロータ間の磁束密度を高くし、高トルク化及び高効率化を図ることができる。
また、請求項3に係る同期電動機では、各第1突極表層部材の背面部に立設される第1リブ部を、各ティース部の半径方向端面部に軸方向に沿って形成される第1溝部に嵌入して固着することにより、該各第1突極表層部材を各ティース部の半径方向端面部に取り付けることができるため、ステータ組み立て作業の効率化を図ることができる。また、各第2突極表層部材の背面部に立設される第2リブ部を、各ロータティース部の半径方向端面部に軸方向に沿って形成される第2溝部に嵌入して固着することにより、該各第2突極表層部材を各ロータティース部の半径方向端面部に取り付けることができるため、ロータ組み立て作業の効率化を図ることができる。
また、請求項4に係る同期電動機では、各第1突極表層部材は、各ティース部と該ティース部に固着される各第1曲げコアの半径方向端面部に連続して形成される第3溝部に、該第1突極表層部材の第1軸部を嵌入して取り付けることができるため、各第1突極表層部材をティース部の半径方向端面部に容易に取り付けることができ、ステータ組み立て作業の効率化を図ることができる。また、各第2突極表層部材は、各ロータティース部と該ロータティース部に固着される各第2曲げコアの半径方向端面部に連続して形成される第4溝部に、該第2突極表層部材の第2軸部を嵌入して取り付けることができるため、各第2突極表層部材をロータティース部の半径方向端面部に容易に取り付けることができ、ロータ組み立て作業の効率化を図ることができる。また、各ティース部と該ティース部に固着される各第1曲げコアの第3溝部の両側には、電磁鋼板が表面部に出ており、一方、各ロータティース部と該ロータティース部に固着される各第2曲げコアの第4溝部の両側にも、電磁鋼板が表面部に出て対向しているため、各ティース部及びロータティース部の各第1突極表層部材及び第2突極表層部材における鉄損を大幅に削減することができ、更なる高トルク化及び高効率化を図ることができる。
また、請求項5に係る同期電動機では、固定子コイルは、第1突極表層部材の各第1延出部の軸方向内側端縁部に対向する位置から半径方向外側に延出される薄板状の一対の第3延出部の外側面に巻回されているため、該第1突極表層部材の各第3延出部を各第1曲げコアに挿入し、第1軸部を第3溝部に嵌入させることによって、固定子コイルがティース部の両側面部と上下第1曲げコアの内側面に巻回されるため、固定子コイルをステータの各ティース部に巻回する作業の大幅な効率化を図ることできる。
また、請求項6に係る同期電動機では、第1突極表層部材と第2突極表層部材のうちの少なくとも一方は、絶縁性皮膜で被覆された鉄系磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心で形成されているため、第1突極表層部材や第2突極表層部材の製造を容易に行え、歩留まりの向上を図ることができ、同期電動機の製造コストの削減化を図ることができる。
また、請求項7に係る同期電動機では、各第1突極表層部材は、各ティース部と各ティース部に固着される各第1曲げコアの半径方向端面部に連続して形成される第5溝部に、該第1突極表層部材を構成する一対の第3曲げコアを、該第3曲げコアの両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部を当接させた状態で嵌入して取り付けることができるため、各第1突極表層部材をティース部の半径方向端面部に容易に取り付けることができ、ステータ組み立て作業の効率化を図ることができる。また、各第2突極表層部材は、各ロータティース部と各ロータティース部に固着される各第2曲げコアの半径方向端面部に連続して形成される第6溝部に、該第2突極表層部材を構成する一対の第4曲げコアを、該第4曲げコアの両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部を当接させた状態で嵌入して取り付けることができるため、各第2突極表層部材をロータティース部の半径方向端面部に容易に取り付けることができ、ロータ組み立て作業の効率化を図ることができる。また、第1突極表層部材を構成する一対の第3曲げコアと、第2突極表層部材を構成する一対の第4曲げコアとは、電磁鋼板で形成されているため、各ティース部及びロータティース部の各第1突極表層部材及び第2突極表層部材における鉄損を大幅に削減することができ、高トルク化及び高効率化を図ることができる。
また、請求項8に係る同期電動機では、第3曲げコア及び第4曲げコアは、曲げ方向に沿った磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板により形成されるため、第3曲げコアと第4曲げコアとが無方向性電磁鋼板により構成されている場合よりも更なる低鉄損化を図ることができ、更なる高トルク化及び高効率化を図ることができる。
更に、請求項9に係る同期電動機では、第1曲げコア及び第2曲げコアは、曲げ方向に沿った磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板により形成されるため、第1曲げコアと第2曲げコアとが無方向性電磁鋼板により構成されている場合よりも更なる低鉄損化を図ることができ、更なる高トルク化及び高効率化を図ることができる。
以下、本発明に係る同期電動機を三相同期モータについて具体化した第1実施形態乃至第3実施形態を図面に基づき説明する。
先ず、第1実施形態に係る三相同期モータの概略構成について図1乃至図4に基づき説明する。
図1乃至図3に示すように、第1実施形態に係る三相同期モータ1は、固定子2と回転子3とこれらを収納する不図示のケースとから構成されている。
固定子2は、12個のティース部5が内周部に設けられるステータ6と、この各ティース部5の軸方向上下端面部に後述のように半径方向内側向きに固着される24個の断面略横U字形の第1曲げコア7と、各ティース部5の周方向両側面及びこのティース部5の上下端面部に固着される各第1曲げコア7の内側面に順番に巻装される樹脂製ボビン9に巻回された各固定子コイル8A、8B、8Cと、後述のように各ティース部5の半径方向先端部に取り付けられた12個の第1圧粉磁心10と、から構成されている。
この各第1曲げコア7の周方向幅寸法は、ティース部5の周方向幅寸法にほぼ等しく形成されている。また、各第1曲げコア7は各ティース部5の基端部で略横U字形に半径方向内側向きに折り曲げられている。そして、各第1曲げコア7の軸方向内側の折曲先端面は、各ティース部5の内周面と同一面上に配置されるように形成され、一方、軸方向外側の折曲先端面は、各第1圧粉磁心10の半径方向内側面と同一面上に配置されるように形成されている。
また、図1乃至図4に示すように、各第1圧粉磁心10は、絶縁性皮膜で被覆された鉄系磁性粉末を加圧成形してなる公知の圧粉磁心(例えば、本出願人による国際公開番号 WO 02/058085参照。)で形成されている。また、該第1圧粉磁心10の周方向幅寸法は、ティース部5の周方向幅寸法にほぼ等しく形成され、軸方向高さ寸法は、軸方向端面部が各第1曲げコア7の軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間(第1実施形態では、相対向する第1曲げコア7と第2曲げコア15の各軸方向外側切断面間のギャップの約2倍以上の隙間寸法が望ましい。)を形成するように、正面視矩形状で所定厚さ寸法(第1実施形態では、厚さ寸法は約5mmである。)の略平板状に加圧成形され、各ティース部5の半径方向端面部及び該ティース部5に固着された各第1曲げコア7の折曲先端側開口部をほぼ覆うように形成されている。また、該第1圧粉磁心10の平板部10Aの半径方向の両表面部は、ティース部5の先端面に対して同心面上に位置するように形成され、平板部10Aの半径方向外側面(背面)10Bは該ティース部5の先端面に密着可能に形成されている。
また、第1圧粉磁心10の背面10Bの周方向略中央部でティース部5に対向する位置には、外側方向に広がった水平断面台形状の第1リブ部10Cが軸方向に平行に立設されている。また、該第1リブ部10Cの軸方向長さ寸法は、ティース部5の軸方向高さ寸法にほぼ等しくなるように形成されている。そして、この第1リブ部10Cは、後述のようにティース部5の先端部の周方向略中央位置に、軸方向に平行に全高さに渡って形成された第1溝部5Aに嵌入されて接着やレーザー溶接等によって固着されている。この第1溝部5Aは、半径方向外側に広がる水平断面台形状に形成されているため、第1圧粉磁心10の第1リブ部10Cがこの第1溝部5Aに嵌入されて固着された場合には、該第1圧粉磁心10の背面10Bがティース部5の半径方向先端面に密着され、半径方向の振動を効果的に防止できるとともに、取付位置精度の向上を図ることができる。
また、図1乃至図3に示すように、回転子3は、8個のロータティース部11が外周部に設けられたロータ12と、その回転中心に設けられて回転自在に軸支される回転軸13と、各ロータティース部11の軸方向上下端面部に後述のように半径方向外側向きに固着される16個の断面略横U字形の第2曲げコア15と、各ロータティース部11の半径方向先端部に取り付けられた8個の第2圧粉磁心16と、から構成されている。
この各第2曲げコア15の周方向幅寸法は、ロータティース部11の周方向幅寸法にほぼ等しく形成されている。また、各第2曲げコア15は各ロータティース部11の基端部で略横U字形に半径方向外側向きに折り曲げられている。そして、各第2曲げコア15の軸方向内側の折曲先端面は、各ロータティース部11の内周面と同一面上に配置されるように形成され、一方、軸方向外側の折曲先端面は、各第2圧粉磁心16の半径方向外側面と同一面上に配置されるように形成されている。
また、各第2圧粉磁心16は、上記第1圧粉磁心10と同様に絶縁性皮膜で被覆された鉄系磁性粉末を加圧成形してなる公知の圧粉磁心で形成されている。また、この第2圧粉磁心16の形状は、上記圧粉磁心10の形状とほぼ同じに形成され、該第2圧粉磁心16の周方向幅寸法は、ロータティース部11の周方向幅寸法にほぼ等しく形成され、軸方向高さ寸法は、軸方向端面部が各第2曲げコア15の軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間(第1実施形態では、相対向する第1曲げコア7と第2曲げコア15の各軸方向外側切断面間のギャップの約2倍以上の隙間寸法が望ましい。)を形成するように、正面視矩形状で所定厚さ寸法(第1実施形態では、厚さ寸法は約5mmである。)の略平板状に加圧成形され、各ロータティース部11の半径方向端面部及び該ロータティース部11に固着された各第2曲げコア15の折曲先端側開口部をほぼ覆うように形成されている。また、該第2圧粉磁心16の平板部16Aの半径方向の両表面部は、ロータティース部11の先端面に対して同心面上に位置するように形成され、平板部16Aの半径方向外側面(背面)16Bは該ロータティース部11の先端面に密着可能に形成されている。
また、第2圧粉磁心16の背面16Bの周方向略中央部でロータティース部11に対向する位置には、上記第1圧粉磁心10と同様に外側方向に広がった水平断面台形状の第2リブ部16Cが軸方向に平行に立設されている。また、該第2リブ部16Cの軸方向長さ寸法は、ロータティース部11の軸方向高さ寸法にほぼ等しくなるように形成されている。そして、この第2リブ部16Cは、後述のようにロータティース部11の先端部の周方向略中央位置に、軸方向に平行に全高さに渡って形成された第2溝部11Aに嵌入されて接着やレーザー溶接等によって固着されている。この第2溝部11Aは、半径方向外側に広がる水平断面台形状に形成されているため、第2圧粉磁心16の第2リブ部16Cがこの第2溝部11Aに嵌入されて固着された場合には、該第2圧粉磁心16の背面16Bがロータティース部11の半径方向先端面に密着され、半径方向の振動を効果的に防止できるとともに、取付位置精度の向上を図ることができる。
ここで、三相同期モータ1の固定子2及び回転子3の製造方法について図5乃至図7に基づいて説明する。
先ず、ステータ6及びロータ12の作製方法について図5に基づいて説明する。
図5に示すように、ステータ6は、内周部に等間隔に12個のティースを有するように打ち抜いて成形した略円環状の無方向性電磁鋼板を複数枚積層し、溶接やカシメ等により固定したものである。また、各ティースの先端部の周方向中央部には、積層・固着した際に第1溝部5Aを形成する半径方向外側に広がる平面視台形状の切欠部6Aが打ち抜かれている。
また、ロータ12は、外周部に等間隔に8個のロータティースを有するように打ち抜いて成形した略円環状の無方向性電磁鋼板を複数枚積層し、溶接やカシメ等により固定したものである。また、各ロータティースの先端部の周方向中央部には、積層・固着した際に第2溝部11Aを形成する半径方向外側に広がる平面視台形状の切欠部12Aが打ち抜かれている。そして、このロータ12に回転軸13を圧入して固定する。
尚、ステータ6を構成する無方向性電磁鋼板の各ティースの周方向幅寸法と、ロータ12を構成する無方向性電磁鋼板の各ロータティースの周方向幅寸法とは同一の幅寸法に成形されている。また、ステータ6の軸方向厚さ寸法とロータ12の軸方向厚さ寸法とは同一の厚さ寸法になるように積層・固定されている。
続いて、第1曲げコア7及び第2曲げコア15の作製方法について図6に基づいて説明する。
第1曲げコア7の作製は、図6(A1)に示すように、断面略長四角形の芯部材17に長手方向(図6(A1)中、矢印18A方向)に磁化容易方向を有する長尺状の方向性電磁鋼板18を所定回数巻きつける。また、この芯部材17の断面の長辺部の長さは、ティース部5の半径方向の長さ寸法の2倍の長さと、第1圧粉磁心10の平板部10Aの半径方向の厚さ寸法との合計寸法にほぼ等しい寸法に形成されている。また、この方向性電磁鋼板18の幅寸法は、ティース部5の周方向幅寸法に等しく形成されている。
そして、図6(A2)に示すように、芯部材17を抜き去り、ワニス等で固めて巻コア部材19を形成する。
続いて、図6(A3)に示すように、巻コア部材19の内側貫通孔の一方の長辺部(図6(A3)中、上側の長辺部)を折曲端からティース部5の半径方向の長さ寸法と第1圧粉磁心10の平板部10Aの半径方向の厚さ寸法との合計寸法にほぼ等しい位置の切断位置20Aで巻方向に対して略垂直に切断し、一方、該巻きコア部材19の内側貫通孔の他方の長辺部(図6(A3)中、下側の長辺部)を折曲端からティース部5の半径方向の長さ寸法にほぼ等しい位置の切断位置20Bで巻方向に対して略垂直に切断して、2個の第1曲げコア7に分割形成する。
また、第2曲げコア15の作製は、図6(B1)に示すように、断面略長四角形の芯部材21に長手方向(図6(B1)中、矢印22A方向)に磁化容易方向を有する長尺状の方向性電磁鋼板22を所定回数巻きつける。また、この芯部材21の断面の長辺部の長さは、ロータティース部11の半径方向の長さ寸法の2倍の長さと、第2圧粉磁心16の平板部16Aの半径方向の厚さ寸法との合計寸法にほぼ等しい寸法に形成されている。また、この方向性電磁鋼板22の幅寸法は、ロータティース部11の周方向幅寸法に等しく形成されている。
そして、図6(B2)に示すように、芯部材21を抜き去り、ワニス等で固めて巻コア部材23を形成する。
続いて、図6(B3)に示すように、巻コア部材23の内側貫通孔の一方の長辺部(図6(B3)中、上側の長辺部)を折曲端からロータティース部11の半径方向の長さ寸法と第2圧粉磁心16の平板部16Aの半径方向の厚さ寸法との合計寸法にほぼ等しい位置の切断位置24Aで巻方向に対して略垂直に切断し、一方、該巻きコア部材23の内側貫通孔の他方の長辺部(図6(B3)中、下側の長辺部)を折曲端からロータティース部11の半径方向の長さ寸法にほぼ等しい位置の切断位置24Bで巻方向に対して略垂直に切断して、2個の第2曲げコア15に分割形成する。
続いて、固定子2及び回転子3の組立方法について図7に基づいて説明する。
図7に示すように、固定子2の組み立ては、先ず、各固定子コイル8A〜8Cの巻回されるボビン9をステータ6の各ティース部5に半径方向内側から挿入して装着する。続いて、各第1圧粉磁心10の背面10Bに立設される第1リブ部10Cを各ティース部5の先端部に形成される第1溝部5Aに軸方向上側から嵌入して接着やレーザー溶接等により固着する。尚、第1リブ部10Cの上端面は、ティース部5の上端面と同一平面上に位置されている。
その後、各一対の第1曲げコア7を、該各第1曲げコア7の両切断面のうち曲げ方向に突き出ている方の切断面を軸方向外側に位置させて、それぞれ半径方向外側からボビン9とティース部5との隙間に嵌入し、ティース部5に当接する切断面を第1圧粉磁心10の背面10Bに当接させて、接着やレーザー溶接等によりステータ6に固着する。これにより、固定子2が形成される。
また、回転子3の組み立ては、先ず、各第2圧粉磁心16の背面16Bに立設される第2リブ部16Cを各ロータティース部11の先端部に形成される第2溝部11Aに軸方向上側から嵌入して接着やレーザー溶接等により固着する。尚、第2リブ部16Cの上端面は、ロータティース部11の上端面と同一平面上に位置されている。
その後、各一対の第2曲げコア15を、該各第2曲げコア15の両切断面のうち曲げ方向に突き出ている方の切断面を軸方向外側に位置させて、ロータティース部11の軸方向上下端面部に当接すると共に、該ロータティース部11に当接する切断面を第2圧粉磁心16の背面16Bに当接させて、接着やレーザー溶接等によりロータ12に固着する。これにより、回転子3が形成される。
ここで、第1圧粉磁心10は、第1突極表層部材として機能する。また、第2圧粉磁心16は、第2突極表層部材として機能する。
次に、上記製造方法により作製された三相同期モータ1の各固定子コイル8A〜8Cに順次通電して励磁した場合に形成される磁気回路について図1乃至図3に基づいて説明する。
尚、図1乃至図3には各固定子コイル8Aに通電して励磁した場合に、固定子2と回転子3に形成される磁気回路が示されているが、各固定子コイル8B、8Cにそれぞれ通電した場合にも固定子2と回転子3に同様な磁気回路が形成される。
図1乃至図3に示すように、各固定子コイル8Aに通電することにより、この固定子コイル8Aが巻回される各ティース部5内とこのティース部5に積層・固着される各第1曲げコア7の固着側内に半径方向に流れる磁束が発生する。また、各第1圧粉磁心10の各第1曲げコア7の折曲先端側開口部に対向する部分に、該第1圧粉磁心10の両側端縁部から周方向略中央部方向に流れて、該第1圧粉磁心10内から密着されるティース部5内の半径方向にへ流れる磁束が発生する。
そして、無方向性電磁鋼板を複数枚積層して形成されるステータ6の各ティース部5内に発生した半径方向外側に流れる磁束は、各ティース部5の基端部で周方向に約90度曲げられてステータ6のヨーク部内を流れる。
続いて、ステータ6のヨーク部内を流れる磁束は、直交する位置の各固定子コイル8Aにより、該固定子コイル8Aが巻回されるティース部5の基端部で再度、約90度曲げられてこのティース部5内を半径方向内側に流れ、第1圧粉磁心10を経て対向配置される第2圧粉磁心16及びロータティース部11内を半径方向内側に流れる。また、各第2圧粉磁心16の各第2曲げコア15の折曲先端側開口部に対向する部分に、該第2圧粉磁心16の両側端縁部から周方向略中央部方向に流れて、該第2圧粉磁心16内から密着されるロータティース部11内の半径方向にへ流れる磁束が発生する。
そして、このロータティース部11内に発生した半径方向内側に流れる磁束は、各ロータティース部11の基端部で周方向に約90度曲げられて無方向性電磁鋼板を複数枚積層して形成されるロータ12内を流れる。そしてまた、ロータ12内を周方向に流れる磁束は、直交する位置の各ロータティース部11の基端部で再度、約90度曲げられてこのロータティース部11内を半径方向外側に流れ、第2圧粉磁心16の全面に広がって対向配置される第1圧粉磁心10を経てティース部5内を半径方向外側に流れる。また、該各第2圧粉磁心16の軸方向上下端縁部に広がった磁束は、対向配置される各第1圧粉磁心10の各第1曲げコア7の折曲先端側開口部に対向する部分に流れ、該第1圧粉磁心10の両側端縁部から周方向略中央部方向に流れて、該第1圧粉磁心10内から密着されるティース部5内の半径方向にへ流れる磁束が発生する。
これにより、図1に示すように、無方向性電磁鋼板を複数枚、積層・固着して形成されるステータ6とロータ12内を流れる4つの磁気閉回路(図1(A)中、太実線で示す磁気閉回路)25が形成される。
また、固定子コイル8Aへの通電によって各ティース部5に積層・固着される各第1曲げコア7の固着側内に発生した磁束は、図1(B)及び図3に示すように、半径方向外側に流れる場合には、方向性電磁鋼板18を複数枚、積層して形成される第1曲げコア7の磁化容易方向、即ち、曲げ方向に沿って流れ、軸方向外側の切断面まで流れて、この第1曲げコア7に対向配置される第2曲げコア15内に流れ込む。そして、この第2曲げコア15内に流れ込んだ磁束は、方向性電磁鋼板22を複数枚、積層して形成される第2曲げコア15の磁化容易方向、即ち、曲げ方向に沿って流れ、第2曲げコア15の固着側の切断面まで流れて、第2圧粉磁心16及び第1圧粉磁心10を貫通して、対向配置される第1曲げコア7の固着側切断面に流れる。
一方、固定子コイル8Aへの通電によって各ティース部5に積層・固着される各第1曲げコア7の固着側内に発生した磁束が、半径方向内側に流れる場合には、各第1曲げコア7と各第2曲げコア15内には、図1(B)に示す磁束の流れと反対方向に磁束が流れる。
これにより、図1に示すように、各ティース部5とロータティース部11の軸方向上下端面部に積層・固着されて、対向配置される各第1曲げコア7と第2曲げコア15内を流れる8個の磁気閉回路(図1(A)中、破線で示す磁気閉回路)26が形成される。
従って、第1実施形態に係る三相同期モータ1は、各固定子コイル8A〜8Cが順番に通電されて、各ティース部5とロータティース部11とが対向した場合には、対向配置される各第1曲げコア7と第2曲げコア15とによって磁気閉回路26が形成されるため、磁路長を短くでき、低鉄損化を図ることができる。また、各第1曲げコア7及び第2曲げコア15は、曲げ方向に沿った磁化容易方向を有する各方向性電磁鋼板18、22により形成されるため、各第1曲げコア7と第2曲げコア15とが無方向性電磁鋼板により構成されている場合よりも更なる低鉄損化を図ることができ、また、トルクの更なる向上を図ることができる。
また、各ティース部5の軸方向厚さ寸法を軸方向上下端面部に固着される各第1曲げコア7の軸方向厚さ寸法分ずつ短くしても、ティース部5の半径方向先端部に固着される第1圧粉磁心10によって各第1曲げコア7の折曲先端側開口部がほぼ覆われると共に、該第1圧粉磁心10と各第1曲げコア7の軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面との間には、所定隙間が形成されているため、従来のティース部の磁路断面積以上の磁路断面積を得ることができる。これにより、ステータ6は各第1曲げコア7の軸方向厚さ寸法分ずつのヨーク部を無くすことができ、三相同期モータ1の大幅な軽量化を図ることができると共に、高トルク化及び高効率化を図ることができる。
また、同様に、各ロータティース部11の軸方向厚さ寸法を軸方向上下端面部に固着される各第2曲げコア15の軸方向厚さ寸法分ずつ短くしても、ロータティース部11の半径方向先端部に固着される第2圧粉磁心16によって各第2曲げコア15の折曲先端側開口部がほぼ覆われると共に、該第2圧粉磁心16と各第2曲げコア15の軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面との間には、所定隙間が形成されているため、従来のロータティース部11の磁路断面積以上の磁路断面積を得ることができる。これにより、ロータ12は、各第2曲げコア15の軸方向厚さ寸法分ずつのロータ部12を無くすことができ、三相同期モータ1の大幅な軽量化を図ることができると共に、高トルク化及び高効率化を図ることができる。
また、各固定子コイル8A〜8Cが各ティース部5の両側面部と上下各第1曲げコア7の内側面に巻回されるため、この各固定子コイル8A〜8Cの軸方向の巻長さを左右側面部において、各第1曲げコア7の軸方向厚さ寸法分ずつ短くして巻回することができ、三相同期モータ1の軽量化を図ることができる。
また、各第1圧粉磁心10と各第2圧粉磁心16は、正面視矩形状で平板状に形成されているため、簡単な形状に形成でき加工精度の向上を図ることができる。また、各第1圧粉磁心10と各第2圧粉磁心16は、ティース部5及び各第1曲げコア7とロータティース部11及び各第2曲げコア15の半径方向端面部を容易に覆うことができ、ステータ6とロータ12間の磁束密度を高くし、高トルク化及び高効率化を図ることができる。
また、各第1圧粉磁心10の背面10Bに立設される第1リブ部10Cを、各ティース部5の半径方向端面部に軸方向に沿って形成される第1溝部5Aに嵌入して固着することにより、該各第1圧粉磁心10を各ティース部5の半径方向端面部に取り付けることができるため、ステータ6の組み立て作業の効率化を図ることができる。また、各第2圧粉磁心16の背面16Bに立設される第2リブ部16Cを、各ロータティース部11の半径方向端面部に軸方向に沿って形成される第2溝部11Aに嵌入して固着することにより、該各第2圧粉磁心16を各ロータティース部11の半径方向端面部に取り付けることができるため、ロータ12の組み立て作業の効率化を図ることができる。
更に、第1圧粉磁心10と第2圧粉磁心16は、絶縁性皮膜で被覆された鉄系磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心で形成されているため、該第1圧粉磁心10と第2圧粉磁心16の製造を容易に行え、歩留まりの向上を図ることができ、三相同期モータ1の製造コストの削減化を図ることができる。
次に、第2実施形態に係る三相同期モータについて図8乃至図14に基づいて説明する。尚、上記第1実施形態に係る三相同期モータ1と同一符号は、上記第1実施形態に係る三相同期モータ1と同一あるいは相当部分を示すものである。
先ず、第2実施形態に係る三相同期モータの概略構成について図8乃至図11に基づき説明する。
図8乃至図11に示すように、第2実施形態に係る三相同期モータ31は、固定子32と回転子33とこれらを収納する不図示のケースとから構成されている。
固定子32は、12個のティース部35が内周部に設けられるステータ36と、この各ティース部35の軸方向上下端面部に後述のように半径方向内側向きに固着される24個の断面略横U字形の第1曲げコア37と、各ティース部35の周方向両側面及びこのティース部35の上下端面部に固着される各第1曲げコア37の内側面に順番に巻装される樹脂製ボビン9に巻回された各固定子コイル8A、8B、8Cと、後述のように各ティース部35の半径方向先端部の周方向略中央部と該ティース部35に固着された各第1折り曲げコア37の軸方向内側の折り曲げ先端部の周方向略中央部とに軸方向に連続して形成された水平断面略コの字形の第3溝部38(図14参照)に取り付けられた12個の第3圧粉磁心40と、から構成されている。
この各第1曲げコア37の周方向幅寸法は、ティース部35の周方向幅寸法にほぼ等しく形成されている。また、各第1曲げコア37の各折曲先端面は、各ティース部35の内周面と同一面上に配置されると共に、各第1曲げコア37は各ティース部35の基端部で略横U字形に半径方向内側向きに折り曲げられている。
図10に示すように、各第3圧粉磁心40は、絶縁性皮膜で被覆された鉄系磁性粉末を加圧成形してなる公知の圧粉磁心(例えば、本出願人による国際公開番号 WO 02/058085参照。)で形成されている。該第3圧粉磁心40は、各ティース部35と該ティース部35に固着された各第1曲げコア37の半径方向先端部に連続して形成された第3溝部38に嵌入されて、各第1曲げコア37の軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間(第2実施形態では、相対向する第1曲げコア37と第2曲げコア47の各軸方向外側切断面間のギャップの約2倍以上の隙間寸法が望ましい。)を形成する水平断面四角形の第1軸部41と、該第1軸部41の軸方向各端縁部から各第1曲げコア37の軸方向内側先端部の内側面に対向する位置に渡った両側端縁部から、この第1軸部41の厚さ寸法(第2実施形態では、厚さ寸法は約5mmである。)に等しい厚さ寸法で、ティース部35の両側面部まで周方向外側に延出されて該第1曲げコア37の折曲先端開口部を覆う各第1延出部42と、から構成され、正面視略横H形に形成されている。また、この第1軸部41の周方向幅寸法及び半径方向厚さ寸法は、第3溝部38の周方向幅寸法及び半径方向深さ寸法にほぼ等しくなるように形成されている。従って、この第3圧粉磁心40の軸方向両端縁部によって、ティース部35に固着された各第1曲げコア37の折曲先端側開口部がほぼ覆われるように形成されている。
また、各第3圧粉磁心40の各第1延出部42の軸方向内側端縁部に対向する位置から薄板状の一対の第3延出部43が半径方向外側に、ボビン9の半径方向厚さ寸法にほぼ等し半径方向幅寸法になるように延出されている。従って、この第3圧粉磁心40の各第3延出部43の周方向幅寸法は、ティース部35の周方向幅寸法にほぼ等しくなるように形成され、また、この第3延出部43の軸方向内側面間の距離寸法は、各第1曲げコア37の内側面間の軸方向距離寸法にほぼ等しくなるように形成されている。また、この第3圧粉磁心40の各第3延出部43にボビン9を嵌挿した状態で、該第3圧粉磁心40の第1軸部41をティース部35の半径方向先端部に形成される第3溝部38に嵌入することができる。
また、回転子33は、8個のロータティース部45が外周部に設けられたロータ46と、その回転中心に設けられて回転自在に軸支される回転軸13と、各ロータティース部45の軸方向上下端面部に後述のように半径方向外側向きに固着される16個の断面略横U字形の第2曲げコア47と、後述のように各ロータティース部45の半径方向先端部の周方向略中央部と該ロータティース部45に固着された各第2折り曲げコア47の軸方向内側の折り曲げ先端部の周方向略中央部とに軸方向に連続して形成された水平断面略コの字形の第4溝部48(図14参照)に取り付けられた8個の第4圧粉磁心49と、から構成されている。
この各第2曲げコア47の周方向幅寸法は、ロータティース部45の周方向幅寸法にほぼ等しく形成されている。また、各第2曲げコア47の各折曲先端面は、各ロータティース部45の内周面と同一面上に配置されると共に、各第2曲げコア47は各ロータティース部45の基端部で略横U字形に半径方向外側向きに折り曲げられている。
図11に示すように、各第4圧粉磁心49は、上記第3圧粉磁心40と同様に絶縁性皮膜で被覆された鉄系磁性粉末を加圧成形してなる公知の圧粉磁心で形成されている。この第4圧粉磁心49は、各ロータティース部45と該ロータティース部45に固着された各第2曲げコア47の半径方向先端部に連続して形成された第4溝部48に嵌入されて、各第2曲げコア47の軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間(第2実施形態では、相対向する第1曲げコア37と第2曲げコア47の各軸方向外側切断面間のギャップの約2倍以上の隙間寸法が望ましい。)を形成する水平断面四角形の第2軸部51と、該第2軸部51の軸方向各端縁部から各第2曲げコア47の軸方向内側先端部の内側面に対向する位置に渡った両側端縁部から、この第2軸部51の厚さ寸法(第2実施形態では、厚さ寸法は約5mmである。)に等しい厚さ寸法で、ロータティース部45の側面部まで周方向外側に延出されて該第2曲げコア47の折曲先端開口部を覆う各第2延出部52と、から構成され、正面視略横H形に形成されている。また、この第2軸部51の周方向幅寸法及び半径方向厚さ寸法は、第4溝部48の周方向幅寸法及び半径方向深さ寸法にほぼ等しくなるように形成されている。従って、この第4圧粉磁心49の軸方向両端縁部によってロータティース部45に固着された各第2曲げコア47の折曲先端側開口部がほぼ覆われるように形成されている。
ここで、三相同期モータ31の固定子32及び回転子33の製造方法について図12乃至図14に基づいて説明する。
図12に示すように、ステータ36は、内周部に等間隔に12個のティースを有するように打ち抜いて成形した略円環状の無方向性電磁鋼板を複数枚積層し、溶接やカシメ等により固定したものである。また、各ティースの先端部の周方向中央部には、積層・固着した際に第3溝部38の軸方向中央部分を形成する平面視コの字形の切欠部36Aが打ち抜かれている。
また、ロータ46は、外周部に等間隔に8個のロータティースを有するように打ち抜いて成形した略円環状の無方向性電磁鋼板を複数枚積層し、溶接やカシメ等により固定したものである。また、各ロータティースの先端部の周方向中央部には、積層・固着した際に第4溝部48の軸方向中央部分を形成する平面視コの字形の切欠部46Aが打ち抜かれている。そして、このロータ46に回転軸13を圧入して固定する。
尚、ステータ36を構成する無方向性電磁鋼板の各ティースの周方向幅寸法と、ロータ46を構成する無方向性電磁鋼板の各ロータティースの周方向幅寸法とは同一の幅寸法に成形されている。また、ステータ36の軸方向厚さ寸法とロータ46の軸方向厚さ寸法とは同一の厚さ寸法になるように積層・固定されている。また、ステータ36の各切欠部36Aとロータ46の各切欠部46Aとは、ほぼ同じ形状に形成されている。従って、上記第3圧粉磁心40の第1軸部41と第4圧粉磁心49の第2軸部51の断面形状もほぼ同じ形状に形成されている。
続いて、第1曲げコア37及び第2曲げコア47の作製方法について図13に基づいて説明する。
先ず、図13(A1)に示すように、断面略長四角形の芯部材55に長手方向(図13(A1)中、矢印56A方向)に磁化容易方向を有する長尺状の方向性電磁鋼板56を所定回数巻きつける。また、この芯部材55の断面の長辺部の長さは、ティース部35の半径方向の長さ寸法とロータティース部45の半径方向の長さ寸法との合計寸法にほぼ等しい寸法に形成されている。また、この方向性電磁鋼板56の幅寸法は、ティース部35及びロータティース部45の各周方向幅寸法に等しく形成されている。
そして、図13(A2)に示すように、芯部材55を抜き去り、ワニス等で固めて巻コア部材57を形成する。
続いて、図13(A3)に示すように、巻コア部材57の内側貫通孔の長辺部をティース部35の半径方向の長さ寸法とロータティース部45の半径方向の長さ寸法とにほぼ等しくなるように分割する切断位置58で巻方向に対して略垂直に切断して、第1曲げコア37と第2曲げコア47とに分割形成する。
その後、図13(B1)に示すように、第1曲げコア37の一方の切断端面部の幅方向略中央部に、該第1曲げコア37をティース部35に固着した際に第3溝部38の一方の端縁部分を形成する水平視コの字形の切欠部37Aを形成する。
また、図13(B2)に示すように、第2曲げコア47の一方の切断端面部の幅方向略中央部に、該第2曲げコア47をロータティース部45に固着した際に第4溝部48の一方の端縁部分を形成する水平視コの字形の切欠部47Aを形成する。
続いて、固定子32及び回転子33の組立方法について図14に基づいて説明する。
図14(A)に示すように、ステータ36の各ティース部35の軸方向上下端面部に各第1曲げコア37を一方の切断面に形成される切欠部37Aがステータ36の各切欠部36Aに重なるように積層し、プリプレグ(ガラス繊維状接着シート)61で巻回後所定温度に加熱してこのプリプレグ61を溶融して積層・接着する。
また、ロータ46の各ロータティース部45の軸方向上下端面部に各第2曲げコア47を一方の切断面に形成される切欠部47Aがロータ46の各切欠部46Aに重なるように積層し、プリプレグ(ガラス繊維状接着シート)62で巻回後所定温度に加熱してこのプリプレグ62を溶融して積層・接着する。
そして、図14(B)に示すように、各固定子コイル8A〜8Cの巻回されるボビン9を第3圧粉磁心40の各第3延出部43に嵌入した状態で、ステータ36の各ティース部35とこのティース部35に積層・固着される各第1曲げコア37の内側面に半径方向内側から挿入して装着する。また、第3圧粉磁心40の第1軸部41は、第3溝部38内に嵌入されて接着などにより固着される。これにより、第3圧粉磁心40の各第1延出部42と第1軸部41の軸方向両端縁部によって、各第1曲げコア37の折曲先端開口部は覆われ、固定子32が形成される(図9(A)参照)。
また、同様に、ロータ46の各ロータティース部45とこのロータティース部45に積層・固着されて形成される各第4溝部48に第4圧粉磁心49の第2軸部51を半径方向外側から嵌入して接着などにより固着する。これにより、第4圧粉磁心49の各第2延出部52と第2軸部51の軸方向両端縁部によって、各第2曲げコア47の折曲先端開口部は覆われ、回転子33が形成される(図9(B)参照)。
ここで、第3圧粉磁心40は、第1突極表層部材として機能する。また、第4圧粉磁心49は、第2突極表層部材として機能する。
次に、上記製造方法により作製された三相同期モータ31の各固定子コイル8A〜8Cに順次通電して励磁した場合に形成される磁気回路について図8及び図9に基づいて説明する。
尚、図8及び図9には各固定子コイル8Aに通電して励磁した場合に、固定子32と回転子33に形成される磁気回路が示されているが、各固定子コイル8B、8Cにそれぞれ通電した場合にも固定子32と回転子33に同様な磁気回路が形成される。
図8及び図9に示すように、各固定子コイル8Aに通電することにより、この固定子コイル8Aが巻回される各ティース部35内とこのティース部35に積層・固着される各第1曲げコア37の固着側内に半径方向に流れる磁束が発生する。また、各第3圧粉磁心40の各第1曲げコア37の折曲先端側開口部に対向する各第1延出部42に、該第3圧粉磁心40の両側端縁部から周方向略中央部方向に流れて、該第3圧粉磁心40の第1軸部41を経て密着されるティース部35内の半径方向にへ流れる磁束が発生する。
そして、無方向性電磁鋼板を複数枚積層して形成されるステータ36の各ティース部35内に発生した半径方向外側に流れる磁束は、各ティース部35の基端部で周方向に約90度曲げられてステータ36のヨーク部内を流れる。
続いて、ステータ36のヨーク部内を流れる磁束は、直交する位置の各固定子コイル8Aにより、該固定子コイル8Aが巻回されるティース部35の基端部で再度、約90度曲げられてこのティース部35内を半径方向内側に流れ、対向配置されるロータティース部45内を半径方向内側に流れる。また、各第4圧粉磁心49の各第2曲げコア47の折曲先端側開口部に対向する各第2延出部52に、該第4圧粉磁心49の両側端縁部から周方向略中央部方向に流れて、該第4圧粉磁心49の第2軸部51を経て密着されるロータティース部45内の半径方向にへ流れる磁束が発生する。
そして、このロータティース部45内に発生した半径方向内側に流れる磁束は、各ロータティース部45の基端部で周方向に約90度曲げられて無方向性電磁鋼板を複数枚積層して形成されるロータ46内を流れる。そしてまた、ロータ46内を周方向に流れる磁束は、直交する位置の各ロータティース部45の基端部で再度、約90度曲げられてこのロータティース部45内を半径方向外側に流れ、対向配置されるティース部35内を半径方向外側に流れる。また、このロータティース部45に固着される第4圧粉磁心49の第2軸部51を経て各第2延出部52に広がった磁束は、対向配置される各第3圧粉磁心40の各第1曲げコア37の折曲先端側開口部に対向する各第1延出部42に流れ、該第3圧粉磁心40の両側端縁部から周方向略中央部方向に流れて、該第3圧粉磁心40の第1軸部41を経て密着されるティース部35内の半径方向にへ流れる磁束が発生する。
これにより、図8に示すように、無方向性電磁鋼板を複数枚、積層・固着して形成されるステータ36とロータ46内を流れる4つの磁気閉回路(図8(A)中、太実線で示す磁気閉回路)65が形成される。
また、固定子コイル8Aへの通電によって各ティース部35に積層・固着される各第1曲げコア37の固着側内に発生した磁束は、図8(B)に示すように、半径方向外側に流れる場合には、方向性電磁鋼板56を複数枚、積層して形成される第1曲げコア37の磁化容易方向、即ち、曲げ方向に沿って流れ、軸方向外側の切断面まで流れて、この第1曲げコア37に対向配置される第2曲げコア47内に流れ込む。そして、この第2曲げコア47内に流れ込んだ磁束は、方向性電磁鋼板56を複数枚、積層して形成される第2曲げコア47の磁化容易方向、即ち、曲げ方向に沿って流れ、第2曲げコア47の固着側の切断面まで流れて、対向配置される第1曲げコア37の固着側切断面に流れる。
一方、固定子コイル8Aへの通電によって各ティース部35に積層・固着される各第1曲げコア37の固着側内に発生した磁束が、半径方向内側に流れる場合には、各第1曲げコア37と各第2曲げコア47内には、図8(B)に示す磁束の流れと反対方向に磁束が流れる。
これにより、図8に示すように、各ティース部35とロータティース部45の軸方向上下端面部に積層・固着されて、対向配置される各第1曲げコア37と第2曲げコア47内を流れる8個の磁気閉回路(図8(A)中、破線で示す磁気閉回路)66が形成される。
従って、第2実施形態に係る三相同期モータ31は、各固定子コイル8A〜8Cが順番に通電されて、各ティース部35とロータティース部45とが対向した場合には、対向配置される各第1曲げコア37と第2曲げコア47とによって磁気閉回路66が形成されるため、磁路長を短くでき、低鉄損化を図ることができる。また、各第1曲げコア37及び第2曲げコア47は、曲げ方向に沿った磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板56により形成されるため、各第1曲げコア37と第2曲げコア47とが無方向性電磁鋼板により構成されている場合よりも更なる低鉄損化を図ることができ、また、トルクの更なる向上を図ることができる。
また、各ティース部35の軸方向厚さ寸法を軸方向上下端面部に固着される各第1曲げコア37の軸方向厚さ寸法分ずつ短くしても、ティース部35の半径方向先端部と該ティース部35に固着された各第1折り曲げコア37の軸方向内側の折り曲げ先端部に軸方向に連続して形成される第3溝部38に第1軸部41が嵌入・固着される第3圧粉磁心40の各第1延出部42によって、各第1曲げコア37の折曲先端側開口部がほぼ覆われると共に、該第3圧粉磁心40の第1軸部41の両端縁部と各第1曲げコア37の軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面との間には、所定隙間が形成されているため、従来のティース部の磁路断面積以上の磁路断面積を得ることができる。これにより、ステータ36は各第1曲げコア37の軸方向厚さ寸法分ずつのヨーク部を無くすことができ、三相同期モータ31の大幅な軽量化を図ることができると共に、高トルク化及び高効率化を図ることができる。
また、同様に、各ロータティース部45の軸方向厚さ寸法を軸方向上下端面部に固着される各第2曲げコア47の軸方向厚さ寸法分ずつ短くしても、ロータティース部45の半径方向先端部と該ロータティース部45に固着された各第2折り曲げコア47の軸方向内側の折り曲げ先端部に軸方向に連続して形成される第4溝部48に第2軸部51が嵌入・固着される第4圧粉磁心49の各第2延出部52によって、各第2曲げコア47の折曲先端側開口部がほぼ覆われると共に、該第4圧粉磁心49の第2軸部51の両端縁部と各第2曲げコア47の軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面との間には、所定隙間が形成されているため、従来のロータティース部の磁路断面積以上の磁路断面積を得ることができる。これにより、ロータ46は、各第2曲げコア47の軸方向厚さ寸法分ずつのロータ部を無くすことができ、三相同期モータ31の大幅な軽量化を図ることができると共に、高トルク化及び高効率化を図ることができる。
また、各固定子コイル8A〜8Cが各ティース部35の両側面部と上下各第1曲げコア37の内側面に巻回されるため、この各固定子コイル8A〜8Cの軸方向の巻長さを左右側面部において、各第1曲げコア37の軸方向厚さ寸法分ずつ短くして巻回することができ、三相同期モータ31の軽量化を図ることができる。
また、各第3圧粉磁心40は、各ティース部35と該ティース部35に固着される各第1曲げコア37の半径方向端面部に連続して形成される第3溝部38に、該第3圧粉磁心40の第1軸部41を嵌入して取り付けることができるため、各第3圧粉磁心40をティース部35の半径方向端面部に容易に取り付けることができ、ステータ36の組み立て作業の効率化を図ることができる。また、各第4圧粉磁心49は、各ロータティース部45と該ロータティース部45に固着される各第2曲げコア47の半径方向端面部に連続して形成される第4溝部48に、該第4圧粉磁心49の第2軸部51を嵌入して取り付けることができるため、各第4圧粉磁心49をロータティース部47の半径方向端面部に容易に取り付けることができ、ロータ46の組み立て作業の効率化を図ることができる。また、各ティース部35と該ティース部35に固着される各第1曲げコア47の第3溝部38の両側には、電磁鋼板が表面部に出ており、一方、各ロータティース部45と該ロータティース部45に固着される各第2曲げコア47の第4溝部48の両側にも、電磁鋼板が表面部に出て対向しているため、各ティース部35及びロータティース部45の各第3圧粉磁心40及び第4圧粉磁心49における鉄損を大幅に削減することができ、更なる高トルク化及び高効率化を図ることができる。
また、各固定子コイル8A〜8Cは、第3圧粉磁心40の各第1延出部42の軸方向内側端縁部に対向する位置から半径方向外側に延出される薄板状の一対の第3延出部43の外側面に巻回されているため、該第3圧粉磁心40の各第3延出部43を各第1曲げコア47に挿入し、第1軸部41を第3溝部38に嵌入させることによって、各固定子コイル8A〜8Cがティース部35の両側面部と上下第1曲げコア37の内側面に巻回されるため、各固定子コイル8A〜8Cをステータ36の各ティース部35に巻回する作業の大幅な効率化を図ることできる。
更に、第3圧粉磁心40と第4圧粉磁心49は、絶縁性皮膜で被覆された鉄系磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心で形成されているため、該第3圧粉磁心40と第4圧粉磁心49の製造を容易に行え、歩留まりの向上を図ることができ、三相同期モータ31の製造コストの削減化を図ることができる。
次に、第3実施形態に係る三相同期モータについて図15乃至図17に基づいて説明する。尚、上記第2実施形態に係る三相同期モータ31と同一符号は、上記第2実施形態に係る三相同期モータ31と同一あるいは相当部分を示すものである。
先ず、第3実施形態に係る三相同期モータの概略構成について図15及び図16に基づき説明する。
図15及び図16に示すように、第3実施形態に係る三相同期モータ71の全体構成は、第2実施形態に係る三相同期モータ31の全体構成とほぼ同じ構成である。但し、第2実施形態に係る第3圧粉磁心40及び第4圧粉磁心49に替えて後述のように各一対の第3曲げコアを設けた点が上記第2実施形態に係る三相同期モータ31と異なっている。
ここで、第3実施形態に係る三相同期モータ71のステータ36とロータ46との構成について図16に基づいて説明する。
図16(A)に示すように、ステータ36の各ティース部35の軸方向上下端面部には、各第1曲げコア37が一方の切断面に形成される切欠部37Aをステータ36の各切欠部36Aに重ねられて積層され、プリプレグ(ガラス繊維状接着シート)61で巻回後所定温度に加熱してこのプリプレグ61を溶融して積層・接着されている。そして、各固定子コイル8A〜8Cの巻回されるボビン9がステータ36の各ティース部35とこのティース部35に積層・固着される各第1曲げコア37の内側面に半径方向内側から挿入されてて装着されている。そして、後述のように方向性電磁鋼板から形成される側面視縦長コの字形の一対の第3曲げコア73が、その両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部が当接されて、各切欠部36A、37Aによって形成される第3溝部38に半径方向内側から嵌入されて接着やレーザー溶接等により固着されている。また、各第3曲げコア73の軸方向両端面部と、各第1曲げコア37の軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面との間には所定隙間(第3実施形態では、相対向する第1曲げコア37と第2曲げコア47の各軸方向外側切断面間のギャップの約2倍以上の隙間寸法が望ましい。)が形成されている。また、この両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部が当接された一対の第3曲げコア73の長手方向両端部の各折り曲げ部の合計長さは、ティース部35の周方向幅寸法とほぼ同じ寸法、即ち、第1曲げコア37の周方向幅寸法とほぼ同じ寸法に形成されている。従って、この一対の第3曲げコア73の軸方向両端折曲部によって、ティース部35に固着された各第1曲げコア37の折曲先端側開口部がほぼ覆われるように形成されている。
尚、この第3曲げコア73の幅寸法は、該第3溝部38及び第4溝部48の半径方向深さ寸法(第3実施形態では、深さ寸法は約5mmである。)にほぼ等しく形成されている。
また、図16(B)に示すように、ロータ46の各ロータティース部45の軸方向上下端面部には、各第2曲げコア47が一方の切断面に形成される切欠部47Aをロータ46の各切欠部46Aに重ねられて積層され、プリプレグ(ガラス繊維状接着シート)62で巻回後所定温度に加熱してこのプリプレグ62を溶融して積層・接着されている。そして、後述のように方向性電磁鋼板から形成される側面視縦長コの字形の一対の第3曲げコア73が、その両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部が当接されて、各切欠部46A、47Aによって形成される第4溝部48に半径方向外側から嵌入されて接着やレーザー溶接等により固着されている。また、各第3曲げコア73の軸方向両端面部と、各第2曲げコア47の軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面との間には所定隙間(第3実施形態では、相対向する第1曲げコア37と第2曲げコア47の各軸方向外側切断面間のギャップの約2倍以上の隙間寸法が望ましい。)が形成されている。また、この両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部が当接された一対の第3曲げコア73の長手方向両端部の各折り曲げ部の合計長さは、ロータティース部45の周方向幅寸法とほぼ同じ寸法、即ち、第2曲げコア47の周方向幅寸法とほぼ同じ寸法に形成されている。従って、この一対の第3曲げコア73の軸方向両折曲部によって、ロータティース部45に固着された各第2曲げコア47の折曲先端側開口部がほぼ覆われるように形成されている。
ここで、三相同期モータ71の一対の第3曲げコア73の作製方法について図17に基づいて説明する。
先ず、図17(A1)に示すように、断面略長四角形の芯部材75に長手方向(図17(A1)中、矢印76A方向)に磁化容易方向を有する長尺状の方向性電磁鋼板76を所定回数巻きつける。また、この芯部材75の断面の長手方向幅寸法は、ティース部35に固着される各第1曲げコア37の軸方向内側折り曲げ先端部の内側面間の距離寸法、即ち、ロータティース部45に固着される各第2曲げコア47の軸方向内側折り曲げ先端部の内側面間の距離寸法にほぼ等しく形成されている。また、この芯部材75の断面の短手方向幅寸法は、ティース部35の第3溝部38の周方向側端縁部から該ティース部35の周方向側面までの距離寸法、即ち、ロータティース部45の第4溝部48の周方向側端縁部から該ロータティース部45の周方向側面までの距離寸法にほぼ等しく形成されている。また、この方向性電磁鋼板76の幅寸法は、第3溝部38及び第4溝部48の半径方向深さ寸法にほぼ等しく形成されている。
そして、図17(A2)に示すように、芯部材75を抜き去り、ワニス等で固めて巻コア部材77を形成する。
続いて、図17(A3)に示すように、巻きコア部材77を短軸方向(図17(A3)中、上下方向)の中心線上の切断位置78に沿って切断して2分割し、一対の第3曲げコア73を作製する。
ここで、ティース部35と該ティース部35に固着される各第1曲げコア37の半径方向端面部に連続して形成される第3溝部38は、第5溝部として機能する。また、ロータティース部45と該ロータティース部45に固着される各第2曲げコア47の半径方向端面部に連続して形成される第4溝部48は、第6溝部として機能する。また、ティース部35に固着された一対の第3曲げコア73は、第1突極表層部材として機能する。また、ロータティース部45の半径方向端面部に固着された一対の第3曲げコア73は、一対の第4曲げコア及び第2突極表層部材として機能する。
次に、このように構成された三相同期モータ71の各固定子コイル8A〜8Cに順次通電して励磁した場合に形成される磁気回路について図15及び図16に基づいて説明する。
尚、図15及び図16には各固定子コイル8Aに通電して励磁した場合に、固定子32と回転子33に形成される磁気回路が示されているが、各固定子コイル8B、8Cにそれぞれ通電した場合にも固定子32と回転子33に同様な磁気回路が形成される。
図15及び図16に示すように、各固定子コイル8Aに通電することにより、この固定子コイル8Aが巻回される各ティース部35内とこのティース部35に積層・固着される各第1曲げコア37の固着側内に半径方向に流れる磁束が発生する。また、方向性電磁鋼板76を複数枚、積層して形成され、各ティース部35に固着された各第3曲げコア73には、各第1曲げコア37の折曲先端側開口部に対向する各折曲部の切断端面側から第3曲げコア73の磁化容易方向、即ち、曲げ方向に沿って流れて、長辺部が密着されるティース部35内の半径方向にへ流れる磁束が発生する。
そして、無方向性電磁鋼板を複数枚積層して形成されるステータ36の各ティース部35内に発生した半径方向外側に流れる磁束は、各ティース部35の基端部で周方向に約90度曲げられてステータ36のヨーク部内を流れる。
続いて、ステータ36のヨーク部内を流れる磁束は、直交する位置の各固定子コイル8Aにより、該固定子コイル8Aが巻回されるティース部35の基端部で再度、約90度曲げられてこのティース部35内を半径方向内側に流れ、対向配置されるロータティース部45内を半径方向内側に流れる。また、方向性電磁鋼板76を複数枚、積層して形成され、各ロータティース部45に固着された各第3曲げコア73には、各第2曲げコア47の折曲先端側開口部に対向する各折曲部の切断端面側から第3曲げコア73の磁化容易方向、即ち、曲げ方向に沿って流れて、長辺部が密着されるロータティース部45内の半径方向にへ流れる磁束が発生する。
そして、このロータティース部45内に発生した半径方向内側に流れる磁束は、各ロータティース部45の基端部で周方向に約90度曲げられて無方向性電磁鋼板を複数枚積層して形成されるロータ46内を流れる。そしてまた、ロータ46内を周方向に流れる磁束は、直交する位置の各ロータティース部45の基端部で再度、約90度曲げられてこのロータティース部45内を半径方向外側に流れ、対向配置されるティース部35内を半径方向外側に流れる。また、このロータティース部45に固着される各第3曲げコア73の長辺部の曲げ方向に沿って流れ、該第3曲げコア73の軸方向上下端の折曲部に広がった磁束は、対向配置される各ティース部35に固着された各第3曲げコア73に流れ、該各第3曲げコア73の各第1曲げコア37の折曲先端側開口部に対向する各折曲部の切断端面側から第3曲げコア73の磁化容易方向、即ち、曲げ方向に沿って流れて、長辺部が密着されるティース部35内の半径方向にへ流れる磁束が発生する。
これにより、図15に示すように、無方向性電磁鋼板を複数枚、積層・固着して形成されるステータ36とロータ46内を流れる4つの磁気閉回路(図15(A)中、太実線で示す磁気閉回路)65が形成される。
また、固定子コイル8Aへの通電によって各ティース部35に積層・固着される各第1曲げコア37の固着側内に発生した磁束は、図15(B)に示すように、半径方向外側に流れる場合には、方向性電磁鋼板56を複数枚、積層して形成される第1曲げコア37の磁化容易方向、即ち、曲げ方向に沿って流れ、軸方向外側の切断面まで流れて、この第1曲げコア37に対向配置される第2曲げコア47内に流れ込む。そして、この第2曲げコア47内に流れ込んだ磁束は、方向性電磁鋼板56を複数枚、積層して形成される第2曲げコア47の磁化容易方向、即ち、曲げ方向に沿って流れ、第2曲げコア47の固着側の切断面まで流れて、対向配置される第1曲げコア37の固着側切断面に流れる。
一方、固定子コイル8Aへの通電によって各ティース部35に積層・固着される各第1曲げコア37の固着側内に発生した磁束が、半径方向内側に流れる場合には、各第1曲げコア37と各第2曲げコア47内には、図15(B)に示す磁束の流れと反対方向に磁束が流れる。
これにより、図15に示すように、各ティース部35とロータティース部45の軸方向上下端面部に積層・固着されて、対向配置される各第1曲げコア37と第2曲げコア47内を流れる8個の磁気閉回路(図15(A)中、破線で示す磁気閉回路)66が形成される。
従って、第3実施形態に係る三相同期モータ71は、各固定子コイル8A〜8Cが順番に通電されて、各ティース部35とロータティース部45とが対向した場合には、対向配置される各第1曲げコア37と第2曲げコア47とによって磁気閉回路66が形成されるため、磁路長を短くでき、低鉄損化を図ることができる。また、各第1曲げコア37及び第2曲げコア47は、曲げ方向に沿った磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板56により形成されるため、各第1曲げコア37と第2曲げコア47とが無方向性電磁鋼板により構成されている場合よりも更なる低鉄損化を図ることができ、また、トルクの更なる向上を図ることができる。
また、各ティース部35の軸方向厚さ寸法を軸方向上下端面部に固着される各第1曲げコア37の軸方向厚さ寸法分ずつ短くしても、ティース部35の半径方向先端部と該ティース部35に固着された各第1折り曲げコア37の軸方向内側の折り曲げ先端部に軸方向に連続して形成される第3溝部38に嵌入・固着される一対の第3曲げコア73によって、各第1曲げコア37の折曲先端側開口部がほぼ覆われると共に、該各第3曲げコア73の軸方向両端縁部と各第1曲げコア37の軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面との間には、所定隙間が形成されているため、従来のティース部の磁路断面積以上の磁路断面積を得ることができる。これにより、ステータ36は各第1曲げコア37の軸方向厚さ寸法分ずつのヨーク部を無くすことができ、三相同期モータ71の大幅な軽量化を図ることができると共に、高トルク化及び高効率化を図ることができる。
また、同様に、各ロータティース部45の軸方向厚さ寸法を軸方向上下端面部に固着される各第2曲げコア47の軸方向厚さ寸法分ずつ短くしても、ロータティース部45の半径方向先端部と該ロータティース部45に固着された各第2折り曲げコア47の軸方向内側の折り曲げ先端部に軸方向に連続して形成される第4溝部48に嵌入・固着される一対の第3曲げコア73によって、各第2曲げコア47の折曲先端側開口部がほぼ覆われると共に、該各第3曲げコア73の軸方向両端縁部と各第2曲げコア47の軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面との間には、所定隙間が形成されているため、従来のロータティース部の磁路断面積以上の磁路断面積を得ることができる。これにより、ロータ46は、各第2曲げコア47の軸方向厚さ寸法分ずつのロータ部を無くすことができ、三相同期モータ71の大幅な軽量化を図ることができると共に、高トルク化及び高効率化を図ることができる。
また、各固定子コイル8A〜8Cが各ティース部35の両側面部と上下各第1曲げコア37の内側面に巻回されるため、この各固定子コイル8A〜8Cの軸方向の巻長さを左右側面部において、各第1曲げコア37の軸方向厚さ寸法分ずつ短くして巻回することができ、三相同期モータ71の軽量化を図ることができる。
また、各ティース部35と各ティース部35に固着される各第1曲げコア37の半径方向端面部に連続して形成される第3溝部38に、一対の第3曲げコア73を両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部を当接させた状態で嵌入して取り付けることができるため、各第3曲げコア73をティース部35の半径方向端面部に容易に取り付けることができ、ステータ36の組み立て作業の効率化を図ることができる。また、各ロータティース部45と各ロータティース部45に固着される各第2曲げコア47の半径方向端面部に連続して形成される第4溝部48に、一対の第3曲げコア73を両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部を当接させた状態で嵌入して取り付けることができるため、各第3曲げコア73をロータティース部45の半径方向端面部に容易に取り付けることができ、ロータ46の組み立て作業の効率化を図ることができる。
また、各一対の第3曲げコア73は、曲げ方向に沿った磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板76により形成されるため、第3曲げコア73とが無方向性電磁鋼板により構成されている場合よりも更なる低鉄損化を図ることができ、更なる高トルク化及び高効率化を図ることができる。
尚、本発明は前記第1実施形態乃至第3実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。例えば、以下のようにしてもよい。
(A)前記第1実施形態及び第2実施形態では、第1圧粉磁心10、第2圧粉磁心16、第3圧粉磁心40及び第4圧粉磁心49は、絶縁性皮膜で被覆された鉄系磁性粉末を加圧成形して形成したが、電磁ステンレス鋼などを切削加工して形成してもよい。
(B)前記第1実施形態乃至第3実施形態では、各第1曲げコア7、37、各第2曲げコア15、47、第3曲げコア63は、各方向性電磁鋼板18、56、76で形成したが、長尺状の無方向性電磁鋼板で形成してもよい。これにより、三相同期モータの軽量化を図ると共に、効率の向上及び製造コストの削減化を図ることができる。
(C)前記第1実施形態乃至第3実施形態では、各第1曲げコア7、37又は各第2曲げコア15、47は、断面略横U字形であったが、断面略横コの字形など任意の形状でもよい。
第1実施形態に係る三相同期モータの概略構成及び1相励磁の場合に形成される磁気回路の一例を示す図で、(A)は平面図、(B)は断面図である。 図1(B)の水平断面図である。 図1の磁気回路を模式的に示す図で、(A)は固定子側の要部拡大斜視図、(B)は対向する回転子側の要部拡大斜視図である。 第1実施形態に係る三相同期モータの固定子の各ティース部に固着される第1圧粉磁心を示す斜視図である。 第1実施形態に係る三相同期モータのステータとロータの作製工程を示す図で、(A)は平面図、(B)は側面図である。 第1実施形態に係る三相同期モータの第1曲げコア及び第2曲げコアの作製工程を示す図で、(A1)〜(A3)は第1曲げコアの作製工程、(B1)〜(B3)は第2曲げコアの作製工程を示す図である。 第1実施形態に係る三相同期モータの固定子コイル、第1圧粉磁心、第1曲げコア、第2圧粉磁心及び第2曲げコアの取り付け工程を示す図である。 第2実施形態に係る三相同期モータの概略構成及び1相励磁の場合に形成される磁気回路の一例を示す図で、(A)は平面図、(B)は断面図である。 図8の磁気回路を模式的に示す図で、(A)は固定子側の要部拡大斜視図、(B)は対向する回転子側の要部拡大斜視図である。 第2実施形態に係る三相同期モータの固定子の各ティース部に固着される第3圧粉磁心を示す斜視図である。 第2実施形態に係る三相同期モータの回転子の各ロータティース部に固着される第4圧粉磁心を示す斜視図である。 第2実施形態に係る三相同期モータのステータとロータの作製工程を示す図で、(A)は平面図、(B)は側面図である。 第2実施形態に係る三相同期モータの第1曲げコア及び第2曲げコアの作製工程を示す図である。 第2実施形態に係る三相同期モータの製造方法を模式的に示す図で、(A)は第1曲げコアと第2曲げコアの取り付け工程を示す図、(B)は固定子コイルの装着工程を示す図である。 第3実施形態に係る三相同期モータの概略構成及び1相励磁の場合に形成される磁気回路の一例を示す図で、(A)は平面図、(B)は断面図である。 図15の磁気回路を模式的に示す図で、(A)は固定子側の要部拡大斜視図、(B)は対向する回転子側の要部拡大斜視図である。 第3実施形態に係る三相同期モータの第3曲げコアの作製工程を示す図である。
符号の説明
1、31、71 三相同期モータ、 2、32 固定子
3、33 回転子、 5、35 ティース部
5A 第1溝部、 6、36 ステータ
7、37 第1曲げコア、 8A、8B、8C 固定子コイル
9 ボビン、 10 第1圧粉磁心
11、45 ロータティース部、 11A 第2溝部
12、46 ロータ、 13 回転軸
15、47 第2曲げコア、 16 第2圧粉磁心
17、21、55、75 芯部材
18、22、56、76 方向性電磁鋼板
19、23、57、77 巻コア部材
25、26、65、66 磁気閉回路
38 第3溝部、 40 第3圧粉磁心
48 第4溝部、 49 第4圧粉磁心
73 第3曲げコア

Claims (9)

  1. 固定子コイルが巻回される複数のティース部が内周部に設けられたステータと、複数のロータティース部が外周部に設けられたロータと、を備えた同期電動機において、
    略長方形の電磁鋼板を内側対向面間に所定間隔を形成するように長手方向に折り曲げると共に、この電磁鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固着して形成され、前記各ティース部の軸方向の上下各端面部に折曲先端部が半径方向内側に向くように固着される第1曲げコアと、
    略長方形の電磁鋼板が内側対向面間に所定間隔を形成するように長手方向に折り曲げられると共に、この電磁鋼板が複数枚、厚さ方向に積層・固着して形成され、前記各ロータティース部の軸方向の上下各端面部に折曲先端部が半径方向外側に向くように固着される第2曲げコアと、
    強磁性体から形成されて、前記各第1曲げコアの折曲先端側開口部を覆うと共に、該各第1曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成するように前記各ティース部の半径方向先端部に固着される第1突極表層部材と、
    強磁性体から形成されて、前記各第2曲げコアの折曲先端側開口部を覆うと共に、該各第2曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成するように前記各ロータティース部の半径方向先端部に固着される第2突極表層部材と、
    を備え、
    前記固定子コイルは、前記ティース部の周方向両側面及び該ティース部の上下各端面部に固着される前記各第1曲げコアの内側面に巻回され、
    前記第1突極表層部材は、前記固定子コイルよりも半径方向内側に設けられ、
    前記ティース部とロータティース部とが対向した場合には、該ティース部に固着される各第1曲げコアの折曲先端部及び第1突極表層部材と該ロータティース部に固着される各第2曲げコアの折曲先端部及び第2突極表層部材とが対向配置され、該第1曲げコアとこの第1曲げコアに対向配置される第2曲げコアとによって磁気閉回路が形成されると共に、該ティース部及び第1突極表層部材とこのティース部に対向配置されるロータティース部及び第2突極表層部材とによって磁気閉回路が形成されることを特徴とする同期電動機。
  2. 前記第1突極表層部材は、正面視矩形状に形成され、前記ティース部の半径方向端面部及び該ティース部に固着される各第1曲げコアの折曲先端側開口部を覆い、
    前記第2突極表層部材は、正面視矩形状に形成され、前記ロータティース部の半径方向端面部及び該ロータティース部に固着される各第2曲げコアの折曲先端側開口部を覆うことを特徴とする請求項1に記載の同期電動機。
  3. 前記ティース部は、半径方向端面部に軸方向に沿って形成される第1溝部を有し、
    前記第1突極表層部材は、該ティース部に対向する背面部の前記第1溝部に対向する位置に立設される第1リブ部を有し、
    前記ロータティース部は、半径方向端面部に軸方向に沿って形成される第2溝部を有し、
    前記第2突極表層部材は、該ロータティース部に対向する背面部の前記第2溝部に対向する位置に立設される第2リブ部を有し、
    前記第1リブ部は、前記第1溝部に嵌入されて固着されて、前記第2リブ部は、前記第2溝部に嵌入されて固着されることを特徴とする請求項2に記載の同期電動機。
  4. 前記ティース部と該ティース部に固着される各第1曲げコアは、半径方向端面部に軸方向に沿って連続して形成される第3溝部を有し、
    前記第1突極表層部材は、前記第3溝部に嵌入されて各第1曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成する第1軸部と、
    前記第1軸部の軸方向各端縁部の両側端縁部から周方向外側に延出されて該第1曲げコアの折曲先端開口部を覆う第1延出部と、を有し、
    前記ロータティース部と該ロータティース部に固着される各第2曲げコアは、半径方向端面部に軸方向に沿って連続して形成される第4溝部を有し、
    前記第2突極表層部材は、前記第4溝部に嵌入されて各第2曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成する第2軸部と、
    前記第2軸部の軸方向各端縁部の両側端縁部から周方向外側に延出されて該第2曲げコアの折曲先端開口部を覆う第2延出部と、を有し、
    該第1突極表層部材は、前記第1軸部を前記第3溝部に嵌入されて固着され、該第2突極表層部材は、前記第2軸部を前記第4溝部に嵌入されて固着されることを特徴とする請求項1に記載の同期電動機。
  5. 前記第1突極表層部材は、前記第1軸部の軸方向各端縁部に形成される各第1延出部の軸方向内側端縁部に対向する位置から半径方向外側に延出される薄板状の一対の第3延出部を有し、
    前記固定子コイルは、前記各第3延出部の外側面に巻回されることを特徴とする請求項4に記載の同期電動機。
  6. 前記第1突極表層部材と第2突極表層部材のうちの少なくとも一方は、絶縁性皮膜で被覆された鉄系磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心で形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の同期電動機。
  7. 前記ティース部と該ティース部に固着される各第1曲げコアは、半径方向端面部に軸方向に沿って連続して形成される第5溝部を有し、
    前記第1突極表層部材は、略細長四角形の電磁鋼板を内側対向面間に前記ティース部に固着される各第1曲げコアの内側面を挟持可能、且つ各第1曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成するように長手方向に折り曲げると共に、この電磁鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固着して形成される一対の第3曲げコアを有し、
    前記ロータティース部と該ロータティース部に固着される各第2曲げコアは、半径方向端面部に軸方向に沿って連続して形成される第6溝部を有し、
    前記第2突極表層部材は、略細長四角形の電磁鋼板を内側対向面間に前記ロータティース部に固着される各第2曲げコアの内側面を挟持可能、且つ各第2曲げコアの軸方向外側の折り曲げ先端部の内側面と所定隙間を形成するように長手方向に折り曲げると共に、この電磁鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固着して形成される一対の第4曲げコアを有し、
    前記一対の第3曲げコアは、両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部が当接されて前記第5溝部に嵌入されて固着され、
    前記一対の第4曲げコアは、両折り曲げ先端部が互いに周方向外側に向くように背面部が当接されて前記第6溝部に嵌入されて固着されることを特徴とする請求項1に記載の同期電動機。
  8. 前記第3曲げコア及び第4曲げコアは、曲げ方向に沿った磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板により形成されていることを特徴とする請求項7に記載の同期電動機。
  9. 前記第1曲げコア及び第2曲げコアは、曲げ方向に沿った磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板により形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の同期電動機。
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