JP2009159714A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの磁力のバラツキを抑制する電動機を提供する。
【解決手段】本発明は、回転軸２を備えた回転子３と、回転子と軸方向に対向するように配置された固定子４と、回転子と固定子とを内装するケース５とを備えた電動機において、固定子は、ケースに固定されるヨーク１２と、コイルが巻回されるティース１１とからなるコア１３を備え、ティースは、磁性材料のリボン材で構成される内芯１１ａと外芯１１ｂからなり、内芯は、リボン材を積層して形成された複数の積層体１１ｃを、ティースの形状に応じて接合して構成され、外芯は、内芯の外周に前記リボン材を巻回して形成されることを特徴とする電動機である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関するものである。

従来、低速高トルクを発揮する電動機として、回転軸方向に固定子と回転子とが対向して配置される軸方向空隙型電動機がある。この軸方向空隙型電動機は、コイルが巻回される固定子と、このコイルに回転軸方向に対向して配置され、複数対の永久磁石が周方向起磁力形に配置される回転子とからなり、固定子のコイルに電流を流して回転磁界を発生させ、これに伴い固定子と回転子との間の磁気的な吸引力および反発力によって、回転子を回転させるものである。

このような軸方向空隙型電動機の固定子のコアの構造として、リボン状の磁性鋼板を渦巻状に巻回してコアを形成し、このコアにコイルを巻回して固定子を形成するものがある（特許文献１参照）。
特開２００７−１０４７９５号公報

しかしながら、これら従来のコア構造では、芯となる部分がなく、コア成形時に鋼板の巻回作業がしにくく、またコアの形状が一定しない。このため、コアに巻回されたコイルが生じる磁力が、コイルごとに不均一となりやすく、電動機の回転変動の原因となるおそれがある。

本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、コアをリボン状の板材を用いて形成する場合において、コアの形状が一定となる電動機を提供することを目的とする。

本発明は、回転軸を備えた回転子と、前記回転子と軸方向に対向するように配置された固定子と、前記回転子と前記固定子とを内装するケースとを備えた電動機において、前記固定子は、前記ケースに固定されるヨークと、前記コイルが巻回されるティースとからなるコアを備え、前記ティースは、磁性材料のリボン材で構成される内芯と外芯からなり、前記内芯は、前記リボン材を積層して形成された複数の積層体を、前記ティースの形状に応じて接合して構成され、前記外芯は、前記内芯の外周に前記リボン材を巻回して形成されることを特徴とする電動機である。

本発明では、ティースは、磁性材料のリボン材で構成される内芯と外芯からなり、内芯は、ティースの形状に応じて、リボン材を積層して形成された複数の積層体から構成され、外芯は、内芯の外周にリボン材を巻回して形成されるので、各ティースの形状が安定し、各ティースに巻回されるコイルの磁力が均一化し、電動機の回転変動を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の軸方向空隙型電動機１の断面図である。

軸方向空隙型電動機１は、不図示の被回転部材に接続する回転軸２と、回転軸２を回転する回転子３と、回転軸２と軸方向に所定の空隙をもって対向するように設けられた一対の固定子４とからなり、これらをケース５内に収納して構成される。

回転軸２は、ケース５の円筒形の支持壁５ａ、５ｂに支持された軸受６、７を介して回転自由にケース５に支持される。回転軸２の一端は、ケース５から突出し、不図示の被回転部材に結合する。回転軸２の他端に臨んで支持壁５ａの内側に回転軸２の回転速度を検出するセンサ８が設置される。

回転子３は、円盤状に形成され、回転軸２の外周面に固定され、ケース５内の軸方向略中央に配置される。回転子３には、不図示の永久磁石が周方向に等間隔に配置され、この永久磁石に対面するように固定子４のティース１１が配置される。

固定子４は、ケース５に固定されるコア１３と、コア１３に配置された複数のコイル１０とから形成される。コア１３は、絶縁材を介してコイル１０が巻回される複数のティース１１と、このティース１１をケース５に固定する環状のヨーク１２とからなり、回転子に軸方向両側から臨んで配置される。

コア１３の各ティース１１は、ヨーク１２から回転子３に向かって突出し、回転子３と軸方向に所定の隙間を持って対峙する。

図２を参照すると、各ティース１１は、周方向に所定間隔で配置され、ティース１１には、コイル１０が不図示の絶縁材を介して巻回される。コイル１０がティース１１に巻回された状態でモールド樹脂によりコア１３とコイル１０とが一体的に成形される。モールド成形後、ケース５の内面に形成された軸方向に開口する環状溝１５、１６に環状のヨーク１２の外内周面を嵌合させることで、固定子４は、ケース５に固定される。なお、コア１３を周方向に分割することも可能である。

回転子３と固定子４とを内装するケース５は、有底円筒形状の本体部５ｃと本体部５ｃの開口部を閉止する蓋部５ｄとから構成される。蓋部５ｄには、回転軸２が貫通する貫通孔１４が形成される。本体部５ｃの底面と蓋部５ｄの内周面には、ヨーク１２が嵌合する環状溝１５、１６が形成される。

次に図３、図４を参照して、本発明の特徴的な構成を備えたコア１３について説明する。コア１３は、前述したように複数のティース１１とヨーク１２とから構成される。

図３を参照すると、各ティース１１は、内芯１１ａと、この内芯１１ａを取り囲む外芯１１ｂとからなり、略扇形の平面形状に形成される。固定子４は、ティース１１の外芯１１ｂの外周部に、不図示の絶縁材を介してコイル１０が巻回されて構成される。

内芯１１ａと外芯１１ｂは、電磁鋼板や電磁鋼板より薄いアモルファス金属材からなる所定幅のリボン材から形成される。内芯１１ａは、ティース１１の形状に応じて、リボン材から形成される積層体１１ｃを複数接合して形成される。内芯１１ａを構成する各積層体１１ｃは、図３（ａ）に示すようにリボン材を長手方向で所定の長さにて折り返し、積層して構成される。各積層体１１ｃの長さや積層数は、構成するティース１１の形状に応じて設定される。なお、積層体１１ｃは、リボン材を折り返さず、所定長さに切断して積層して形成してもよく、また図３（ｂ）に示すように渦巻状に巻回して積層に形成することも可能である。

外芯１１ｂは、内芯１１ａの外縁に沿ってリボン材を所定長さだけ巻回して形成する。

コア１３は、形成された各ティース１１をヨーク１２に一体化して、構成される。なお、内芯１１ａをヨーク１２上に固定し、その後、リボン材を内芯１１ａに巻回して外芯１１を形成してもよい。

コイル１０は、各ティース１１に不図示の絶縁材を介して巻回され、コイル１０とコア１３とがモールド樹脂により一体的に成形することで、固定子４が完成する。

次に作用を説明する。

本発明の軸方向空隙型電動機１は、例えば、ケース５を固定し、回転子３に固定された回転軸２を被回転部材に接続した状態で固定子４のコイル１０に通電される。固定子４のコイル１０に通電されると、回転磁界が発生し、これに伴い固定子４と回転子３との間の磁気的な吸引力および反発力によって、回転子３が所定方向に回転する。この回転により回転軸２も回転する。

固定子４を構成するコア１３の各ティース１１は、磁性材料のリボン材で構成される。各ティース１１は、リボン材の積層体１１ｃからなる内芯１１ａと、内芯１１ａの外縁に沿ってリボン材を巻回して形成され、コイル１０が絶縁材を介して巻回される外芯１１ｂとで構成される。このような構成により、ティース１１の形状が安定し、ティース１１のコイル巻回時のティース１１の変形が抑制される。したがって、ティース１１に巻回されるコイル１０の形状が安定し、コイル１０の磁力は均一となり、結果として電動機１の回転変動が抑制される。

各ティース１１の内芯１１ａと外芯１１ｂは、電磁鋼板やアモルファス金属材のリボン材から形成され、内芯１１ａは、リボン材を長手方向に所定長さで所定回数だけ折り返し、または渦巻状に巻回して形成された積層体１１ｃから構成される。積層体１１ｃは、リボン材の長手方向の長さ違い及び積層数違いで複数個形成され、内芯１１ａは、ティース１１の形状に応じて、形状の異なる複数の積層体１１ｃを並べて接着し、形成される。寸法の異なる積層体１１ｃを用いて内芯１１ａを形成することで、ティース形状の自由度を高めることができる。また、リボン材を積層して構成した積層体１１ｃを用いてティース１１を形成することで、金型やプレス機械を用いる必要がない。また形状が固定した内芯１１ａ、外芯１１ｂにコイル１０を巻回するため、コイル巻回時のティース１１の変形が抑制される。

また、芯材としての内芯１１ａ、外芯１１ｂをアモルファス金属で形成することにより、電磁鋼板で形成する場合に比して、リボン材の厚みをより薄くすることが可能となり、鉄損を減少させることができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の軸方向空隙型電動機１の構成を説明する断面図である。 図１の断面Ａ−Ａの断面図である。 ティースの構成を説明する図である。 図３の断面Ｂ−Ｂの断面図である。

符号の説明

１ 軸方向空隙型電動機
２ 回転軸
３ 回転子
４ 固定子
５ ケース
５ｃ 本体部
５ｄ 蓋部
６ 軸受
８ センサ
１０ コイル
１１ ティース
１１ａ 内芯
１１ｂ 外芯
１１ｃ 積層体
１２ ヨーク
１３ コア

Claims (5)

1. 回転軸を備える回転子と、
   前記回転子と軸方向に対向するように配置された固定子と、
   前記回転子と前記固定子とを内装するケースとを備えた電動機において、
   前記固定子は、前記ケースに固定されるヨークと、前記コイルが巻回されるティースとからなるコアを備え、
   前記ティースは、磁性材料のリボン材で構成される内芯と外芯からなり、
   前記内芯は、前記リボン材を積層して形成された複数の積層体を、前記ティースの形状に応じて接合して構成され、
   前記外芯は、前記内芯の外周に前記リボン材を巻回して形成されることを特徴とする電動機。
2. 前記各積層体は、前記ティースの形状に応じて、長さ及び積層回数が設定されることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記積層体は、前記リボン材を長手方向に所定長さで折り返して積層することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
4. 前記積層体は、前記リボン材を渦巻状に巻回して積層することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
5. 前記リボン材は、アモルファス金属材からなることを特徴とする請求項１に記載の電動機。

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