JP2007209139A - モータ - Google Patents
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Abstract
【課題】モータの製造を容易にする。
【解決手段】ロータ10は、その上下端に外方に向けて突出する突極を有している。ステータ16は、各相毎のステータコア12に分割されており、各ステータコア12は上下端に内側に突出するティースを有する。ステータコア12の2つのティース間にコイルバネ状のステータコイル14が圧縮収容される。ロータ10内およびステータコア12内の磁束は軸方向になる。
【選択図】図1
【解決手段】ロータ10は、その上下端に外方に向けて突出する突極を有している。ステータ16は、各相毎のステータコア12に分割されており、各ステータコア12は上下端に内側に突出するティースを有する。ステータコア12の2つのティース間にコイルバネ状のステータコイル14が圧縮収容される。ロータ10内およびステータコア12内の磁束は軸方向になる。
【選択図】図1
Description
本発明は、ロータの周囲に円周状にステータコイルが巻回されたステータコアを配置するコイルに関する。
従来より、各種のモータが知られており、ステータコイルへの電流供給を制御して回転磁界を形成し、これによって磁性体からなるロータを回転させる誘導モータも広く利用されている。
このようなモータは、ステータに設けたティースにコイルを巻回し、各相のステータコイルを形成する。このコイルの巻回作業は、機械化することが比較的難しく、モータ製造工程の効率化の弊害となっていた。
ここで、特許文献1には、断面コ字型のステータコアをバックヨークで上下2分割しておき、バックヨークをコイルに差し込む構造が示されている。この構成によれば、コイルを別途形成しておくことができ、モータ製造の効率化を図ることができる。
ここで、モータの製造をさらに簡略化して、製造を容易に機械化することが望まれており、またその際にもモータ性能を十分なものに維持することが要求される。
本発明は、ロータと、このロータの周囲に円周状に配置された複数のステータコアと、各ステータコアに巻回されたステータコイルと、を有し、前記ステータコイルは、コイルバネとして形成され、前記ステータコアに設けられた一対のストッパ部間に圧縮して収容保持されることを特徴とする。
また、前記ステータコアはモータ駆動電流の相毎に設けられていることが好適である。
また、前記ステータコアは、ロータ回転軸と平行な方向に伸び、その周囲を巻回してロータ回転軸と平行な方向の磁界を生成するステータコイルが配置され、ロータおよびステータコアにロータ回転軸と平行な方向の磁路が形成されることが好適である。
また、前記ステータコアのロータ回転軸に平行な方向の両端部分がロータ側に突出しており、この突出した部分がステータコアとロータを結ぶ磁路となると共に前記ステータコイルを保持するための前記ストッパ部となることが好適である。
また、前記ロータは、その回転軸方向に伸びる圧粉磁心と、この圧粉磁心の周囲を部分的に覆って形成される電磁鋼板を含むことが好適である。
また、前記ステータコイルは、少なくともロータ回転軸方向における両端面が平面である線を利用して形成されることが好適である。
また、本発明は、ロータと、このロータの周囲に円周状に配置された複数のステータコアと、このステータコアに巻回されたステータコイルと、を有するモータの製造方法であって、前記ステータコイルを、コイルバネとして形成する工程と、形成されたステータコイルを、前記別途形成されたステータコアに設けられた一対のストッパ部間に圧縮して収容する工程と、を含むことを特徴とする。
また、前記複数のステータコアは、それぞれ前記ロータの回転軸に平行な方向において分割されており、ステータコイルに分割されたステータコアを差し込み接続することでステータコイルをステータコアの周囲に配置することが好適である。
本発明によれば、コイルバネ状のステータコイルをステータコアの一対のストッパによって保持する構成としたため、その製造を容易に行えるとともに、ステータコイルとステータコアの接触を確実に行え、ステータコイルからの熱拡散を効率的に行える。
また、ステータコアを複数に分割しておき、これを別に作製したステータコアに差し込み固定することでステータコイルをステータコアに巻回する必要がなくなり、製造が容易になる。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
「モータの全体構成」
図1は、本発明の一実施形態に係るモータの要部構成を示す図である。図1(A)は、斜視図、図1(B)は断面模式図である。ロータ10は円柱状の磁性体からなり、軸方向の上下端部には、外方に向けて突出する突極が一対ずつ設けられている。なお、突極の設けられる円周方向の位置(位相)は、上下端部で同一となっており一対の突極は互いに180°位相がずれて対向配置されている。なお、ロータ10の具体的構成については後述する。
図1は、本発明の一実施形態に係るモータの要部構成を示す図である。図1(A)は、斜視図、図1(B)は断面模式図である。ロータ10は円柱状の磁性体からなり、軸方向の上下端部には、外方に向けて突出する突極が一対ずつ設けられている。なお、突極の設けられる円周方向の位置(位相)は、上下端部で同一となっており一対の突極は互いに180°位相がずれて対向配置されている。なお、ロータ10の具体的構成については後述する。
ロータ10の周囲には、ロータ10の軸に平行な方向に伸びる3つのステータコア12が等間隔(120度ずつ離れて)配置されている。各ステータコア12には、それぞれステータコイル14が巻回されている。従って、ステータコイル14に電流を流すことによって、ステータコイル14の軸方向(ロータ10の回転軸に平行な方向)に磁路が形成される。また、この3つのステータコア12およびステータコイル14によって、ステータ16が構成される。
ステータコア12は、ロータを取り囲む一定の厚みの円筒を所定の角度の円弧状に切り取ったような形状であって、その上下端部には、ロータ10側に向かって突出するティースが形成されている。
また、図1には、ブロック矢印で磁束の向きが示されており、この例では、ステータコア12中では、磁束は下向きであり、ロータ10中では磁束は上向きである。従って、図における上部において磁束はロータ10の突極からステータコア12のティースに向けて進み、下部では磁束は反対にステータコア12のティースからロータ10の突極に向けて進む。
ここで、ステータコア12は、ロータ10に向く側(内側)は、上下端部のティースで挟まれた中間部分が相対的に凹んで断面がコ字状になっている。また、ステータコア12の外側は単に円筒面となっている。そして、ステータコイル14は、ステータコア12の中間部に巻回されており、内側部分はステータコア12の凹んだ部分(凹部内)に収容されている。
一方、ロータ10の上下端部には、上述のように、2つの対向する突極が設けられており、ステータコア12のティースと位相があった場合に、ロータ10の突極がステータコア12のティースと対向する。
このため、ステータコイル14に電流を流すと、ステータコア12の両端のティースと、対応するロータ10の突極間に磁路が形成され、従って、ロータ10およびステータコア12内を軸方向に伸び両端の突極、ティース間を通る磁路が形成される。
そして、3つのステータコイル14にそれぞれ120度ずつ位相が異なる正弦波(または矩形波)の駆動電流を供給することによって、ロータ10の突極が回転磁界に追従しロータ10が駆動電流の周波数に応じて回転する。
「断面構成」
このように、本実施形態では、磁路はロータ10,ステータコア12内において軸方向に向いている。通常のモータの場合、ティースにコイルが巻回され、放射方向の磁界が形成される。従って、その磁路は、図2に示されるように、ステータ内を円周方向に伸び、ティース、突極間を伸びるラジアルタイプの磁路になる(この磁路の長さをL1とする)。一方、本実施形態では、上述のように、ロータ10,ステータコア12内では、磁路は軸方向タイプのものになる(この磁路の長さをL2とする)。
このように、本実施形態では、磁路はロータ10,ステータコア12内において軸方向に向いている。通常のモータの場合、ティースにコイルが巻回され、放射方向の磁界が形成される。従って、その磁路は、図2に示されるように、ステータ内を円周方向に伸び、ティース、突極間を伸びるラジアルタイプの磁路になる(この磁路の長さをL1とする)。一方、本実施形態では、上述のように、ロータ10,ステータコア12内では、磁路は軸方向タイプのものになる(この磁路の長さをL2とする)。
ロータ10の直径や軸方向長さにもよるが、軸方向長さが短い場合には、磁路の長さはL1>L2となり、本実施形態のモータの方が有利になる。
また、磁気抵抗は図3に示すように、従来のラジアル方向の磁路の場合、2つのティースと突極との間を通る磁路が形成される。従って、120度間隔で形成されるステータのティースと、ロータ10の突極の間に磁路が形成されることになり、一方は磁気抵抗が大きくなる。これに対し、本実施形態では、1つのステータコア12の1つの突極と対向するティース間において磁路が形成され、突極とティースが近づいている磁気抵抗の小さな相へ駆動電流を流すことができ、全体として磁気抵抗が小さくなり、効率的なモータの駆動が行える。
「ステータの形成」
次に、ステータ16の形成について説明する。本実施形態では、ステータ16は相毎、すなわち3つに分割されており、各相がステータコア12およびステータコイル14によって形成されている。そこで、まず1つのステータコア12にステータコイル14を巻回するが、本実施形態では、ステータコア12が上下に2つに分割されて形成される。一方、ステータコイル14は、ステータコア12が挿入可能なように、ステータコア12の中間部の外形に対応した空間を内側に形成してコイルバネ状に形成されている。
次に、ステータ16の形成について説明する。本実施形態では、ステータ16は相毎、すなわち3つに分割されており、各相がステータコア12およびステータコイル14によって形成されている。そこで、まず1つのステータコア12にステータコイル14を巻回するが、本実施形態では、ステータコア12が上下に2つに分割されて形成される。一方、ステータコイル14は、ステータコア12が挿入可能なように、ステータコア12の中間部の外形に対応した空間を内側に形成してコイルバネ状に形成されている。
そこで、ステータコイル14の内側空間に2つに分割されたステータコア12を上下から挿入し、2つのステータコア12を接着固定する。これによってステータコイル14が巻回されたステータコア12が形成される。
また、ステータコイル14は、コイルバネであり、圧縮変形可能であり、ステータコア12の上下両端には、内側に向けて突出するティースが形成されている。そこで、分割されたステータコア12を上下から押しつけ接着することで、ステータコイル14は、ティースによって圧縮変形してティース間に収容される。このため、ステータコイル14はそのバネ力によって、ティースに対し強く押しつけられている。従って、実際に使用時において、ステータコイル14に発生する熱がステータコア12に容易に伝達でき、ステータコイル14が過熱するのを効果的に防止することができる。
そして、ステータコイル14を巻回したステータコア12を3つ120度ずつ離して配置してステータが形成される。なお、図においては、ステータコイル14を巻回していないステータコア12についての1相分の形状および配列状態についても示してある。
また、この例では、2つに分割したステータコア12の形状は同一であり、これを作製するための金型は、1つでよく、効率的な製造が行える。
図5には、ステータの他の構成例が示されている。この例では、ステータコア12は、軸方向において3つに分割されている。すなわち、ティースが形成される上下の部分とティースのない胴部と、に分割されている。そして、ステータコア12の胴部をまずステータコイル14の内部空間に挿入する。次に、ステータコア12の上下端にあたるティースを胴部に接着する。このとき、ティースによってステータコイル14を圧縮して胴部とティースを接着する。これによっても図4と同様のステータが形成できる。
なお、この例では、3つに分割したステータコア12の形状は2種類であり、これらを作製するための金型は2つとなる。
また、図4,5のいずれの場合においても、ステータコア12は、圧粉磁心を用いた成形により製造される。この圧粉磁心とは、電気絶縁被覆処理した鉄粉の圧粉成形体である。この圧粉磁心は、三次元的に絶縁されており、磁気的に等方であるため、磁束方向を選ばず自由な磁気回路設計が可能であり、電気抵抗が高く、渦電流の発生が少ないため、高い周波数での鉄損を低減できるというメリットを有している。
また、接着剤としては、エポキシ系のコーティング剤等が利用でき、例えば2液タイプ(混合比10:4)、使用温度範囲−60°C〜180°C程度のものが好適である。
「ロータの形成」
次に、ロータ10の構成について図6に基づいて説明する。まず、シャフトは出力軸として機能し、通常の鉄系のシャフト材が用いられる。このシャフトの周囲には、軸方向の磁路を形成するための磁性体が配置される。
次に、ロータ10の構成について図6に基づいて説明する。まず、シャフトは出力軸として機能し、通常の鉄系のシャフト材が用いられる。このシャフトの周囲には、軸方向の磁路を形成するための磁性体が配置される。
バリエーション1としては、円筒状の圧粉磁心がシャフトを覆って形成され、その周囲に強度を補強するための円筒形の構造材が配置される。この構造材としては強度のある樹脂材や、グラスファイバ材などが用いられる。
また、バリエーション2としては、圧粉磁心材料は、上部と下部が円筒材であり、中間部分は磁路を形成する2つの軸方向部分のみを圧粉磁心材料で形成しており、上部と下部の円筒材を2つの軸方向部分で接続する形になっている。そして、構造材が圧粉磁心を全体として覆うと共に中間部分の軸方向部分以外の部分を埋める形になっている。このような構造材によってロータ10の強度を十分なものにできる。
また、シャフト、圧粉磁心材料および構造材によって円柱状の部材が構成され、この上下端部分に電磁鋼板による一対の円筒材が取り付けられる。この円筒材は、互いに180°離れた対向する2つの部分が突極になっており、この突極がバリエーション2における軸方向部分に対応して配置される。このように、電磁鋼板により突極を形成することで十分なモータ特性を維持することができる。
このようにしてロータ10が形成される。なお、実施のモータでは、シャフトが両端部分から突出して出力軸とされる。また、各部材間における回転方向の滑りの発生を防止するため、キーおよびキー溝などを形成することが好適である。
「ステータコアの他の構成例」
また、ステータコア12の他の構成例を図7に示す。上述の例では、上下端に形成するティースは、端に放射方向に伸びる突出部であったが、この例では、内側端において鈎形に伸びる耳部を有している。すなわち、この耳部において、ステータコア12を内側から押さえられるようになっている。この構成によって、ステータコア12がステータコイル14をより確実に保持することができる。また、ステータコア12は図4,5に示すように、ステータコイル14を両端方向から押さえるようにして接着して一体化するものであり、耳部があってもステータコイル14の収容に問題はない。
また、ステータコア12の他の構成例を図7に示す。上述の例では、上下端に形成するティースは、端に放射方向に伸びる突出部であったが、この例では、内側端において鈎形に伸びる耳部を有している。すなわち、この耳部において、ステータコア12を内側から押さえられるようになっている。この構成によって、ステータコア12がステータコイル14をより確実に保持することができる。また、ステータコア12は図4,5に示すように、ステータコイル14を両端方向から押さえるようにして接着して一体化するものであり、耳部があってもステータコイル14の収容に問題はない。
図8には、ステータコア12によりコイルバネ状のステータコイル14を押さえつけることについての説明図が示されている。ステータコイル14は、バネ特性を有するコイルであり、ステータコア12のティースによって押しつけることによって圧縮変形する。従って、ステータコイル14はステータコア12のティースによって確実に押しつけ固定される。
本実施形態において、ステータコイル14は、断面がほぼ長方形の平角線を用いており、4面が平面である。従って、ティースの平らな面によって、確実に押さえることができ、また接触面積も十分大きくとれる。例えば、幅5.0mm×厚み2.6mmであって、銅製の平角線などを用いることが好適である。また、このようなステータコイル14は、ステータコア12とは別に作製でき、その形も単純である。そこで、ステータコイル14を機械によって容易に作製できる。
図9には、ステータコア12の押さえ部材18を設けたモータの全体構成が示してある。押さえ部材18は、ドーナツ状の板材を軸方向の板材によって接続した構成を有しており、ステータコア12の両端が、ドーナツ状の板材によって軸方向の外方から保持される。また接続する板材は円筒材の一部をなすように円弧状の形状を有しておりステータコア12およびステータコイル14を外方から支えるようになっている。
このようなモータは、難しいティースへのコイルの巻回作業などがなく、各作業が比較的簡単である。従って、製造工程を容易に機械化できる。
そして、ステータコイル14は、それぞれU相、V相、W相のコイルになっており、図10に示すように、各相のステータコイル14に120°ずつ位相の異なる駆動電流であって、ロータ回転電気角の360°分が1周期となる電流が供給される。駆動波形は正弦波形でもよいが、この例では立ち上がり、立ち下がりが若干なだらかになっているが矩形波に近い波形となっている。各相の駆動波形によって各ステータコア12と、ロータ10のティースの間で順次磁路が形成され、これが回転力となり、ロータ10が駆動波形の周波数で回転される。
10 ロータ、12 ステータコア、14 ステータコイル、16 ステータ、18 押さえ部材。
Claims (8)
- ロータと、
このロータの周囲に円周状に配置された複数のステータコアと、
各ステータコアに巻回されたステータコイルと、
を有し、
前記ステータコイルは、コイルバネとして形成され、前記ステータコアに設けられた一対のストッパ部間に圧縮して収容保持されることを特徴とするモータ。 - 請求項1に記載のモータにおいて、
前記ステータコアはモータ駆動電流の相毎に設けられていることを特徴とするモータ。 - 請求項2に記載のモータにおいて、
前記ステータコアは、ロータ回転軸と平行な方向に伸び、その周囲を巻回してロータ回転軸と平行な方向の磁界を生成するステータコイルが配置され、
ロータおよびステータコアにロータ回転軸と平行な方向の磁路が形成されることを特徴とするモータ。 - 請求項3に記載のモータにおいて、
前記ステータコアのロータ回転軸に平行な方向の両端部分がロータ側に突出しており、この突出した部分がステータコアとロータを結ぶ磁路となると共に前記ステータコイルを保持するための前記ストッパ部となることを特徴とするモータ。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載のモータにおいて、
前記ロータは、その回転軸方向に伸びる圧粉磁心と、この圧粉磁心の周囲を部分的に覆って形成される電磁鋼板を含むことを特徴とするモータ。 - 前記ステータコイルは、少なくともロータ回転軸方向における両端面が平面である線を利用して形成されることを特徴とするモータ。
- ロータと、このロータの周囲に円周状に配置された複数のステータコアと、このステータコアに巻回されたステータコイルと、を有するモータの製造方法であって、
前記ステータコイルを、コイルバネとして形成する工程と、
形成されたステータコイルを、前記別途形成されたステータコアに設けられた一対のストッパ部間に圧縮して収容する工程と、
を含むことを特徴とするモータの製造方法。 - 請求項7に記載のモータの製造方法において、
前記複数のステータコアは、それぞれ前記ロータの回転軸に平行な方向において分割されており、ステータコイルに分割されたステータコアを差し込み接続することでステータコイルをステータコアの周囲に配置することを特徴とするモータの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006025969A JP2007209139A (ja) | 2006-02-02 | 2006-02-02 | モータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006025969A JP2007209139A (ja) | 2006-02-02 | 2006-02-02 | モータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007209139A true JP2007209139A (ja) | 2007-08-16 |
Family
ID=38488092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006025969A Pending JP2007209139A (ja) | 2006-02-02 | 2006-02-02 | モータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007209139A (ja) |
-
2006
- 2006-02-02 JP JP2006025969A patent/JP2007209139A/ja active Pending
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