JP2007306745A - 多相電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】
多相電動機を一平面上に構成し，多極着磁されたリング状の磁石の磁束を有効に使用し，磁気回路上の磁気抵抗を低減し，鉄損を低減し，モータ効率を向上させ，振動も低減することを目的とする。
【解決手段】
一方の端面に固定された磁極板群Ａ同士，及び他方の端面に固定された磁極板群Ｂ同士は夫々同一平面上に配置され、その弧状の内周面が同一円周上に配置され、上記磁極板群Ａ，Ｂの極歯が互に離間して入れ子状に配置され，各磁極芯と極歯と磁極版群Ａ同士は連結分を持って圧粉磁心材で一体に成形され，磁極版群Ｂ同士も連結部を持って圧粉磁心材で一体に形成され，磁極板群Ａにモータ巻線を挿入し，磁極板群Ｂと組み合わせ後，モールドし，各磁極板群を連結する部分を切断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電動機に係り、特に巻線を巻装した複数の磁極芯を同一平面上に配置した固定子を有する扁平形電動機の構造に関するものである。

図４は特許３２４６７２４号により実施されている多極着磁された磁石を使用した２相でアウターロータ構造の電動機の断面図で、図５はモータ巻線，極歯等の配置を示す固定子極歯の説明図である。

図４、図５において，４個の円柱状磁極芯９を回転軸６と同芯の同一円周上に等間隔離して、その軸が回転軸６と同一軸方向となるように配置し、これらを夫々ネジ１０によりプリント基板８に固定し、各磁極芯９には夫々ボビン１１を介してモータ巻線１２を巻装している。

また、上記各磁極芯９の軸方向両端には夫々扇形の磁極板１３ａ，１３ｂを固定し、各磁極芯９の一方の端面に固定された４枚の磁極板１３ａは夫々同一平面上に配置され、その弧状の外周面が同一円周上に配置されるようにすると共に、上記弧状の外周面に軸方向に延びる複数の極歯１４ａを形成している。
この電動機の特徴は同一平面上に各相が配置され，電動機を扁平に構成できる点にある。
特許３２４６７２４号

然しながら、特許３２４６７２４号に開示された電動機には下記の問題点が存在する。
（１）磁極芯にはモータ軸方向の磁束が流れ，珪素鋼板の積層では珪素鋼板間の積層隙間が存在し，磁気抵抗が大きくなってしまう。また，モータ軸方向の磁束のため大きな渦電流損失を伴う。
（２）極歯を有する磁極板は，曲げ加工が必要であり，磁気特性の良い珪素鋼板は加工性が悪く使用できない。そのため一般的な軟磁性の鋼板を使用するため，磁気特性が悪い。（３）磁極芯と磁極板は別体であり，組み合わせた時の接触の度合いにより，磁束の透磁率が著しく変化する。
（４）各磁極群同士に連結部分が存在し，各相間で磁束が循環し電動機としての特性が劣化する。

本発明の電動機は，上記の課題に対し下記のような手段をこうじて電動機の特性を向上させるものである。
上記（1）から（3）の課題に対しては，磁性材料に絶縁処理した軟磁性粉末と樹脂の複合材から成る圧粉磁心材を使用し，極歯と磁極芯を有する磁極板群Ａを一体に成形し，極歯と磁極芯ガイド穴を有する磁極板群Ｂを一体に成形する。圧粉磁心材の透磁率は珪素鋼板には劣るが，一般的な軟磁性の鋼板を折り曲げて使用する場合に比べると遙かに優れている。また，圧粉磁心材内の鉄の粒子同士は樹脂コーテングにより電気的に絶縁されていて，渦電流の発生も無く，鉄損が低く抑えられる。

課題（４）に対しては，磁極板群Ａにモータ巻線を挿入し，磁極板群Ｂと組み合わせ後，モールドし，各磁極板群を連結する部分を切断する。

本発明の目的は，磁石の磁束を有効に活用し，電動機内の磁気回路を構成する軟磁性材料とその構造を最適に設計することにより損失を低減し，電動機の特性と効率を向上させることにある。

各磁極群に極歯を有し，一平面上に多相モータ巻線を配置した多相電動機において下記のように優れた特徴を有する。
・圧粉磁心材にて極歯と磁極芯と磁極板を一体に成形することで，電動機内の磁気回路の損失が大幅に低減され，電動機の特性と効率が向上する。
・隣り合う各磁極群が磁気回路的に完全に分離され，各相間の磁束の循環が無く，電動機の振動等の特性を向上できる。

３相のインナーロータの電動機としては，固定子の内周面に空隙を介して対向配置した円周方向にＮ，Ｓを交互に多極着磁した円環状回転磁石と，固定子が、回転磁石の回転軸と同芯の同一円周上に等間隔離してその軸が上記回転軸と同一軸方向となるように配置した複数個の磁極芯と、この各磁極芯に夫々巻装した固定子巻線と、上記各磁極芯の軸方向両端に夫々固定した弧状の内周面に軸方向に延びる複数の極歯を有する扇形の磁極板群Ａと、上記磁極芯に相対する位置にガイド穴を設けた磁極板群Ｂとより成り、各磁極芯の一方の端面に固定された磁極板群Ａ同士，及び他方の端面に固定された磁極板群Ｂ同士は夫々同一平面上に配置され、その弧状の内周面が同一円周上に配置され、上記磁極板群Ａ，Ｂの極歯が互に離間して入れ子状に配置され，各磁極芯と極歯と磁極版群Ａ同志は連結分を持って圧粉磁心材で一体に成形され，磁極版群Ｂ同志も連結部を持って圧粉磁心材で一体に形成され，
磁極板群Ａにモータ巻線を挿入し，磁極板群Ｂと組み合わせ後，モールドし，各磁極板群を連結する部分を切断する。

以下、図面によって本発明の実施例を説明する。

図１は磁極板群Ａと磁極板群Ｂからなる固定子の形状を示すものである。図１（ａ）は磁極板群Ａの断面図であり，図１（ｂ）は磁極板群Ａの平面図である。磁極板群Ａは２１−１から２１−６の６個の磁極板からなり，６箇所の連結分２４で一体に構成されている。極歯２３と磁極芯２２と磁極板２１は圧粉磁心材により一体に成形されている。

図１（ｃ）は磁極板群Ｂの断面図であり，図１（ｄ）は磁極板群Ｂの平面図である。磁極板群Ｂも２５−１から２５−６の６個の磁極板からなり，６箇所の連結分２４で一体に構成されている。極歯２７と磁極芯ガイド穴２６と磁極板２５は圧粉磁心材により，磁極板群Ａと同様に一体に成形されている。

圧粉磁心材は，絶縁処理した軟磁性粉末と樹脂の複合材から成る粉末体を成形した構造であり，３次元形状を成形でき，磁気特性に優れ，電気抵抗が高いことから渦電流損失が極めて小さい。

図３は磁極芯部の詳細図である。本発明の電動機の組立手順は，図１（ａ）の磁極板群Ａ２１の各磁極芯２２に，ボビンまたは空芯に巻線した電動機巻線３１を挿入する。その後，磁極板群Ｂ２５をインロー構成となっている磁極芯２２の先端部３５と磁極芯ガイド穴２６部により，磁極板群Ａ，Ｂの同心度を確保して組立できる。また，磁極芯２２先端部には段差が設けてあり，その高さまで磁極芯ガイド穴２６部に挿入され，電動機巻線の厚みより少し高い位置で固定される。
その後，極歯の内周面を基準に，金型に挿入しモールドされステータ部組が完成する。

各相の磁気回路が連結部２４により磁束が漏洩し，干渉する場合が生じ，モータ特性としてトルクリプルが大きくなる等の問題を生じる場合がある。その改善が必要な場合には，連結部２４を切断する必要がある。
その場合には，１２箇所の連結分２４をモールド完了後にカッターで切断する。この際にきりこ等が発生するが既にステータ部組はモールドされているためその影響は受けない。

図２は電動機巻線と磁極芯と磁極板群Ａ，Ｂの極歯配置の関係を示すものである。図中３１−１から３１−６は各磁極芯２２に挿入された電動機巻線であり，３２は外周に多極着磁されたリング状の磁石である。図において各磁極板はＵ相，Ｖ相，Ｗ相に割り当てられ，３相構成で６個の巻線を有している。極歯の総数は２４個で，１磁極芯あたり４個の極歯となり，磁極板Ａ側，磁極板Ｂ側にそれぞれ２個の極歯が配置されている。また，磁石の総磁極数は２８極で等ピッチに着磁されている。

本発明の内容をインナーロータ構造の電動機として説明してきたが，請求項２に記載するように，アウターロータ構造の電動機としても構成出来ることは言うまでもない。

上記のように本発明の電動機によれば、一平面に各相の巻線を配置し，薄型の電動機が構成でき，圧粉磁心材にて極歯と磁極芯と磁極板を一体に成形されているので，電動機内の磁気回路の損失が大幅に低減され，電動機の特性と効率が向上する。また，隣り合う各磁極群が磁気回路的に完全に分離され，各相間の磁束の循環が無く，電動機の振動等の特性を向上できる。また，圧粉磁心材磁心の特性向上やモールド技術は既に完成されているため，本発明のモータに容易に適用可能である。

本発明の固定子を示す図 本発明の電動機の構成を示す図 本発明の磁極芯部の詳細図 従来の電動機の構成を示す図 従来の電動機の構成を示す図

符号の説明

１：固定子磁極
３：巻線
４：極歯
６：回転軸
８：プリント基板
９：円柱状磁極芯
１０：ネジ
１１：ボビン
１２：巻線
１３：磁極板
１４：極歯
２１：磁極板群Ａ
２２：磁極芯
２３：磁極板群Ａの極歯
２４：連結部
２５：磁極板群Ｂ
２６：磁極芯穴
２７：磁極板群Ｂの極歯
３１：巻線
３２：円環状磁石
３５：先端部

Claims (4)

1. 固定子巻線を有する固定子と、該固定子の内周面に空隙を介して対向配置した円周方向にＮ，Ｓを交互に多極着磁した円環状回転磁石とより成り、上記固定子が、上記回転磁石の回転軸と同芯の同一円周上に等間隔離してその軸が上記回転軸と同一軸方向となるように配置した複数個の磁極芯と、この各磁極芯に夫々巻装した固定子巻線と、上記各磁極芯の軸方向両端に夫々固定した弧状の内周面に軸方向に延びる複数の極歯（クローポール）を有する扇形の磁極板群Ａと、上記磁極芯に相対する位置にガイド穴を設けた磁極板群Ｂとより成り、上記各磁極芯の一方の端面に固定された磁極板群Ａ同士，及び他方の端面に固定された磁極板群Ｂ同士は夫々同一平面上に配置され、その弧状の内周面が同一円周上に配置され、上記磁極板群Ａ，Ｂの極歯が互に離間して入れ子状に配置され， 上記各磁極芯と磁極版群Ａ同士は連結分を持って圧粉磁心材で一体に成形され，磁極版群Ｂ同士も連結部を持って圧粉磁心材で一体に形成されたことを特徴とするクローポールを有するインナーロータ形電動機。
2. 固定子巻線を有する固定子と、該固定子の外周面に空隙を介して対向配置した円周方向にＮ，Ｓを交互に多極着磁した円環状回転磁石とより成り、上記固定子が、上記回転磁石の回転軸と同芯の同一円周上に等間隔離してその軸が上記回転軸と同一軸方向となるように配置した複数個の磁極芯と、この各磁極芯に夫々巻装した固定子巻線と、上記各磁極芯の軸方向両端に夫々固定した弧状の外周面に軸方向に延びる複数の極歯（クローポール）を有する扇形の磁極板群Ａと、上記磁極芯に相対する位置にガイド穴を設けた磁極板群Ｂとより成り、上記各磁極芯の一方の端面に固定された磁極板群Ａ同士，及び他方の端面に固定された磁極板群Ｂ同士は夫々同一平面上に配置され、その弧状の外周面が同一円周上に配置され、上記磁極板群Ａ，Ｂの極歯が互に離間して入れ子状に配置され，上記各磁極芯と磁極版群Ａ同士は連結分を持って圧粉磁心材で一体に成形され，磁極版群Ｂ同士も連結部を持って圧粉磁心材で一体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のクローポールを有するアウターロータ形電動機。
3. 上記電動機の磁極版群Ａ，Ｂ同士の連結分が切断されていることを特徴とする請求項１と２に記載の電動機。
4. 上記電動機を非磁性で絶縁性のある充填材で一体にモールドし，その後磁極版群Ａ，Ｂ同士の連結分をカットすることを特徴とする請求項１から３に記載の電動機の製造方法。

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