JP2007097276A - 回転電機の鉄心及びリニアモータの鉄心 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気特性が良く製造コストが安い回転電機の鉄心を提供する。
【解決手段】 環状のヨーク部１１と、このヨーク部１１から突設するティース部１２と、ティース部１２の反対側の位置に軸方向に延設する溝１３を有する積層コア部６と、積層コア部６の軸方向端面のティース先端部付近から軸方向外側に延設される軸方向延設部７Ａと、積層コア部６の軸方向端面のティース部１２に沿って溝１３まで延設されるティース延設部７Ｂと、積層コア部６の溝１３にはめ込まれる溝はめ込み部７Ｃを有する補助磁性部材７と、積層コア部６のティース部１２と補助磁性部材７に巻回する巻線１０を備え、巻線１０による締め付け力により補助磁性部材７を積層コア部６へ固定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、回転電機又はリニアモータの鉄心の構造に関するものである。

従来、回転電機の鉄心として以下に示すものがあった（例えば、特許文献１参照）。すなわち、回転子の内側に配設されている固定子は積層コアを備え、積層コアは磁性体シート部材で挟まれ、リベットをかしめることにより一体化されている。磁性体シート部材には巻線用銅線が巻き付けられ、発電コイルが形成されている。

特開２００４−８８９４５号公報（段落[００１３]、図１）

上記従来の磁性体シート部材を備えた回転電機の鉄心は以上のように構成されているので、積層コアにリベット締結部材用の穴を設ける必要がある。そのため、鉄心の磁気特性の低下を招くという問題点があった。また、リベットの締結工程がある分製造コストが高くなるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、磁気特性が良く製造コストが安い回転電機の鉄心を得ることを目的としている。

この発明に係る回転電機の鉄心は、環状のヨーク部と、このヨーク部から突設するティース部と、このティース部の反対側の位置に軸方向に延設する溝を有する積層コア部と、積層コア部の軸方向端面のティース先端部付近から軸方向外側に延設される軸方向延設部と、積層コア部の軸方向端面のティース部に沿って溝まで延設されるティース延設部と、積層コア部の溝にはめ込まれる溝はめ込み部を有する補助磁性部材と、積層コア部のティース部と補助磁性部材に巻回する巻線を備えたことを特徴とする。

この発明に係るリニアモータの鉄心は、ヨーク部と、このヨーク部から突設するティース部と、このティース部の反対側に幅方向に延設する溝を有する積層コア部と、積層コア部の幅方向端面のティース先端部付近から外側に延設される幅方向延設部と、積層コア部の幅方向端面のティース部に沿って溝まで延設されるティース延設部と、積層コア部の溝にはめ込まれる溝はめ込み部を有する補助磁性部材と、積層コア部のティース部と補助磁性部材に巻回する巻線を備えたことを特徴とする。

この発明の回転電機の鉄心によれば、補助磁性部材の積層コア部に対する位置決めを補助磁性部材と溝のはめ合いにより行うことができる。また、補助磁性部材の積層コア部への固定を巻線の巻回による締め付け力により行うことができるため、積層コア部に締結部材用の穴を開ける必要がない。

この発明のリニアモータの鉄心によれば、補助磁性部材の積層コア部に対する位置決めを補助磁性部材と溝のはめ合いにより行うことができる。また、補助磁性部材の積層コア部への固定を巻線の巻回による締め付け力により行うことができるため、積層コア部に締結部材用の穴を開ける必要がない。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転電機を示す断面図である。本実施の形態ではブラシレスＤＣモータの場合を例にとって説明する。

図１において、ブラシレスＤＣモータ（回転電機）１は、回転軸２Ａを備えた回転子２と、回転子２の周囲に対向して配置された固定子３を備えている。回転子２は、固定子３に対して軸受４を介して回転自在に取り付けられている、また、回転子２は、固定子３との対向面に永久磁石５が取り付けられている。固定子３は、電磁鋼板等を積層してなる積層コア部６と、補助磁性部材７とから構成される鉄心８を備えている。

積層コア部６と補助磁性部材７とから構成される鉄心８には、絶縁部材９を介して電機子巻線１０が巻装されている。回転子２の永久磁石５の軸方向長さは、固定子３の積層コア部６と補助磁性部材７の軸方向長さの和にほぼ等しく設定している。永久磁石５の補助磁性部材７に対向する部分から発生する磁束は、補助磁性部材７を通って積層コア部６に集められる。一方、電機子巻線１０により積層コア部６に発生する磁束は補助磁性部材７によって拡げられるために永久磁石５の軸方向全長に作用させることができる。また、回転子２の軸方向端面には永久磁石１１が取り付けられるとともに、永久磁石１１と対向する位置には磁束を検出するセンサ（図示せず）が設置され、永久磁石１１と当該センサ（図示せず）により回転子２の位置を検出して電機子巻線１０に流す電流を制御する。

図２（ａ）はこの発明の実施の形態１による鉄心８の正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図３は図２の鉄心から積層コア部６のみ取り出して示した正面図、図４は図２の鉄心から補助磁性部材７のみ取り出して示した正面図である。

図３に示すように、積層コア部６は、環状のヨーク部６１と、このヨーク部６１から内周方向に突設する複数個のティース部６２を備えた電磁鋼板等からなるコア部材６０を、軸方向に積層することにより構成している。コア部材６０には、ティース部６２の反対側の位置に溝６３が設けられている。すなわち、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、コア部材６０を軸方向に積層した積層コア部６は、全体として、環状のヨーク部１１と、このヨーク部１１から内周方向に突設するティース部１２と、ティース部１２と反対側の位置に軸方向に延びる溝１３を有している。

補助磁性部材７は、図２（ｂ）に示すように、積層コア部６の軸方向端面のティース先端部付近から軸方向外側に延設される軸方向延設部７Ａと、積層コア部６の軸方向端面のティース先端部で約９０度曲げられてティース部１２に沿って溝１３の入口まで延設されるティース延設部７Ｂと、積層コア部６の溝１３の入口で約９０度曲げられて溝１３にはめ込まれる溝はめ込み部７Ｃを有している。

図３及び図４に示すように、補助磁性部材７の溝はめ込み部７Ｃの幅ｗ２は、積層コア部６の溝１３の幅ｗ１とほぼ同じ寸法になっており、補助磁性部材７を積層コア部６へ組み付ける時の位置決めの機能を果たす。はめ込み部の隙間（ｗ１−ｗ２）は位置決め精度を優先する場合は小さく設定し、組み付け易さを優先する場合は大きく設定する。補助磁性部材７は、永久磁石５から発生する磁束および電機子巻線１０により積層コア部６に発生する磁束の磁路となっているため、磁気特性上できる限りティース延設部７Ｂの幅ｗ４は大きい方が望ましい。その一方、巻線１０を収容する部分を確保する必要もあるので、ティース延設部７Ｂの幅ｗ４はティース部１２の幅ｗ３とほぼ同じ寸法となっている。

このように、本実施の形態によれば、環状のヨーク部１１と、ヨーク部１１から突設するティース部１２と、ティース部１２の反対側の位置に軸方向に延設する溝１３を有する積層コア部６と、積層コア部６の軸方向端面のティース先端部付近から軸方向外側に延設される軸方向延設部７Ａと、積層コア部６の軸方向端面のティース部１２に沿って溝１３まで延設されるティース延設部７Ｂと、積層コア部６の溝１３にはめ込まれる溝はめ込み部７Ｃを有する補助磁性部材７と、積層コア部６のティース部１２と補助磁性部材７に巻回する巻線１０を備えたので、巻線１０による締め付け力により補助磁性部材７に対して積層コア部６のティース部１２への押し付け力が発生し、補助磁性部材７を積層コア部６へ固定することができる。このため、従来のようなリベット等の締結部材が不要となり、積層コア部６に締結部材用の穴をあける必要がないので磁気特性の良好な鉄心を得ることができる。

また、補助磁性部材７において、軸方向延設部７Ａのみの周方向の幅ｗ５を広くした場合はさらに磁気特性の良好な鉄心を得ることができる。この補助磁性部材７の正面図を図５に示す。

このような構成によれば、永久磁石５から発生する磁束をより広い面積で集めることができる。また電機子巻線１０により積層コア６に発生する磁束を永久磁石５のより広い面積に作用させることができる。

また、図６に補助磁性部材７の厚みＴ２（例えば約１ｍｍ）を積層コア部６の各コア部材の厚みＴ１（例えば約０．６ｍｍ）より大きくした場合の図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図を示す。

このような構成によれば、補助磁性部材７における磁束の通過断面を大きくすることができるため、磁気特性が良くなる。また、補助磁性部材７の剛性が上がるので、回転子２の永久磁石５と補助磁性部材７との間に作用する磁気吸引力による補助磁性部材７のたわみ量は小さくなり、回転子２と固定子３の間の空隙が確保しやすくなる。

なお、実施の形態１では、積層コア部６のティース部１２がヨーク部１１から内周方向に突設されている場合の鉄心構造を示したが、積層コア部のティース部がヨーク部から外周方向に突設されている場合の鉄心構造においても同様に適用できる。

また、実施の形態１の説明では、固定子の鉄心構造に適用した例を示したが、回転子の鉄心構造に適用しても同様の効果が得られる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、本願発明を回転電機の鉄心構造に適用したものについて説明したが、実施の形態２では、リニアモータの鉄心構造に適用した場合について説明する。

図７はこの発明の実施の形態２によるリニアモータの側面図であり、図８は図７のＢ−Ｂ線断面図である。

図７に示すように、リニアモータ１００は、電機子１１５と界磁極１１６のいずれか一方を固定子としいずれか他方を可動子として、電機子１１５と界磁極１１６を相対的に移動可能なように構成したものである。電機子１１５は、電磁鋼板等を積層してなる積層コア部１０６と補助磁性部材１０７とから構成される鉄心１０８を備えている。界磁極１１６は、ヨーク部１１４とヨーク部１１４に所定間隔で配設された永久磁石１０５を備えている。

積層コア部１０６と補助磁性部材１０７とから構成される鉄心１０８には、電機子巻線１１０が巻装されている。図８に示すように、界磁極１１４の永久磁石の幅方向長さｗ１０は、電機子１１５の積層コア部１０６と補助磁性部材１０７の幅方向長さの和にほぼ等しく設定している。永久磁石１０５の補助磁性部材１０７に対向する部分から発生する磁束は、補助磁性部材１０７を通って積層コア部１０６に集められる。一方、電機子巻線１１０により積層コア部１０６に発生する磁束は補助磁性部材１０７によって拡げられるために永久磁石１０５の幅方向全長に作用させることができる。

積層コア部１０６は、ヨーク部と、このヨーク部から界磁極方向に突設する複数個のティース部を備えた電磁鋼板等からなるコア部材を、リニアモータの幅方向に積層することにより構成している。このコア部材には、ティース部の反対側の位置に溝が設けられている。すなわち、積層コア部１０６は、全体として、ヨーク部１１１と、このヨーク部１１１から界磁極方向に突設するティース部１１２と、ティース部１１２と反対側の位置に幅方向に延びる溝１１３を有している。

補助磁性部材１０７は、図８に示すように、積層コア部１０６の幅方向端面のティース先端部付近から幅方向外側に延設される幅方向延設部１０７Ａと、積層コア部１０６の幅方向端面のティース先端部で約９０度曲げられてティース部１１２に沿って溝１１３の入口まで延設されるティース延設部１０７Ｂと、積層コア部１０６の溝１１３の入口で約９０度曲げられて溝１１３にはめ込まれる溝はめ込み部１０７Ｃを有している。

補助磁性部材１０７の溝はめ込み部７Ｃの幅は、積層コア部１０６の溝１１３の幅とほぼ同じ寸法になっており、補助磁性部材１０７を積層コア部１０６へ組み付ける時の位置決めの機能を果たす。はめ込み部の隙間は位置決め精度を優先する場合は小さく設定し、組み付け易さを優先する場合は大きく設定する。補助磁性部材１０７は、永久磁石１０５から発生する磁束および電機子巻線１１０により積層コア部１０６に発生する磁束の磁路となっているため、磁気特性上できる限りティース延設部１０７Ｂの幅は大きい方が望ましい。その一方、巻線１１０を収容する部分を確保する必要もあるので、ティース延設部７Ｂの幅はティース部１１２の幅とほぼ同じ寸法となっている。

このように、本実施の形態によれば、ヨーク部１１１と、ヨーク部１１から突設するティース部１１２と、ティース部１１２の反対側に幅方向に延設する溝１１３を有する積層コア部１０６と、積層コア部１０６の幅方向端面のティース先端部付近から外側に延設される幅方向延設部１０７Ａと、積層コア部１０６の幅方向端面のティース部１１２に沿って溝１１３まで延設されるティース延設部１０７Ｂと、積層コア部１０６の溝１１３にはめ込まれる溝はめ込み部１０７Ｃを有する補助磁性部材１０７と、積層コア部１０６のティース部１１２と補助磁性部材１０７に巻回する巻線１１０を備えたので、巻線１１０による締め付け力により補助磁性部材１０７に対して積層コア部１０６のティース部１１２への押し付け力が発生し、補助磁性部材１０７を積層コア部１０６へ固定することができる。このため、従来のようなリベット等の締結部材が不要となり、積層コア部１０６に締結部材用の穴をあける必要がないので磁気特性の良好な鉄心を得ることができる。

また、補助磁性部材１０７において、幅方向延設部１０７Ａのみの推進方向の幅を広くした場合はさらに磁気特性の良好な鉄心を得ることができる。

このような構成によれば、永久磁石１０５から発生する磁束をより広い面積で集めることができる。また電機子巻線１１０により積層コア１０６に発生する磁束を永久磁石１０５のより広い面積に作用させることができる。

また、補助磁性部材１０７の厚み（例えば約１ｍｍ）を積層コア部１０６の各コア部材の厚みＴ１（例えば約０．６ｍｍ）より大きくする。

このような構成によれば、補助磁性部材１０７における磁束の通過断面を大きくすることができるため、磁気特性が良くなる。また、補助磁性部材１０７の剛性が上がるので、永久磁石１０５と補助磁性部材１０７との間に作用する磁気吸引力による補助磁性部材１０７のたわみ量は小さくなり、電機子１１５と界磁極１１６の間の空隙が確保しやすくなる。

上記実施の形態１、２では、図１、図２、図６、図８に示すように、補助磁性部材が積層コア部の両側の端面にそれぞれ１個ずつ組み付けた場合を示したが、例えば積層コア部の片側の端面側が近傍の他部品と干渉する場合などは、積層コア部の片側の端面のみに補助磁性部材を組み付けてもよい。また、部品点数を減らす目的等で、両側２つの補助磁性部材の溝はめ込み部どうしをつなげて補助磁性部材を１つの部材としてもよい。

この発明の実施の形態１による回転電機を示す断面図である。 この発明の実施の形態１による鉄心の正面図、及びＡ−Ａ線断面図である。 図２の鉄心から積層コア部のみを取り出して示した正面図である。 図２の鉄心から補助磁性部材のみを取り出して示した正面図である。 この発明の実施の形態１による補助磁性部材の他の例を示す正面図である。 この発明の実施の形態１による補助磁性部材の他の例を示す正面図である。 図７はこの発明の実施の形態２によるリニアモータの側面図である。 図７のＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１ 回転電機、２ 回転子、３ 固定子、５ 永久磁石、６ 積層コア部、
７ 補助磁性部材、７Ａ 軸方向延設部、７Ｂ ティース延設部、７Ｃ 溝はめ込み部、８ 鉄心、１０ 電機子巻線、１１ ヨーク部、１２ ティース部、１３ 溝、
６０ コア部材、６１ ヨーク部、６２ ティース部、１００ リニアモータ、
１０５ 永久磁石、１０６ 積層コア部、１０７ 補助磁性部材、
１０７Ａ 幅方向延設部、１０７Ｂ ティース延設部、１０７Ｃ 溝はめ込み部、
１０８ 鉄心、１１０ 電機子巻線、１１１ ヨーク部、１１２ ティース部、
１１３ 溝、１１４ ヨーク部、１１５ 電機子、１１６ 界磁極。

Claims (6)

1. 回転電機の軸方向に延在する補助磁性部材を備えた回転電機の鉄心であって、
   環状のヨーク部と、上記ヨーク部から突設するティース部と、上記ティース部の反対側の位置に軸方向に延設する溝を有する積層コア部と、
   上記積層コア部の軸方向端面のティース先端部付近から軸方向外側に延設される軸方向延設部と、上記積層コア部の軸方向端面のティース部に沿って上記溝まで延設されるティース延設部と、上記積層コア部の溝にはめ込まれる溝はめ込み部を有する補助磁性部材と、
   上記積層コア部のティース部と上記補助磁性部材に巻回する巻線を備えたことを特徴とする回転電機の鉄心。
2. 上記補助磁性部材において、軸方向延設部のみの周方向の幅を広くしたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の鉄心。
3. 上記補助磁性部材の厚みを上記積層コア部の各コア部材の厚みより大きくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機の鉄心。
4. リニアモータの幅方向に延在する補助磁性部材を備えたリニアモータの鉄心であって、
   ヨーク部と、上記ヨーク部から突設するティース部と、上記ティース部の反対側に幅方向に延設する溝を有する積層コア部と、
   上記積層コア部の幅方向端面のティース先端部付近から外側に延設される幅方向延設部と、上記積層コア部の幅方向端面のティース部に沿って上記溝まで延設されるティース延設部と、上記積層コア部の溝にはめ込まれる溝はめ込み部を有する補助磁性部材と、
   上記積層コア部のティース部と上記補助磁性部材に巻回する巻線を備えたことを特徴とするリニアモータの鉄心。
5. 上記補助磁性部材において、幅方向延設部のみの推進方向の幅を広くしたことを特徴とする請求項４に記載の回転電機の鉄心。
6. 上記補助磁性部材の厚みを上記積層コア部の各コア部材の厚みより大きくしたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の回転電機の鉄心。

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