JP2011166858A - アキシャルギャップ型電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁鋼板の材料歩留まりを良好にし、複数結合させる際の磁気結合効率を高する。
【解決手段】１回転子型のアキシャルギャップ型電動機において、固定子１００のコアメンバ１１０を磁気コア１１１とボビン１１２とコイル１１３で構成する。磁気コア１１１は、コア先端１１１ａ、コア後端部１１１ｂ、コア胴体部で構成する。コア後端部１１１ｂにおける円周方向の両端部に、該円周方向に隣接する別のコアメンバのコア後端部の段差結合平面と重なり合う段差結合平面を設ける。磁気コア１１１として半径方向に積層される電磁鉄心片の形状は、１種類の略エ形状とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転子と固定子が出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向して配置される１回転子型のアキシャルギャップ型電動機に関し、特に、固定子を構成するコアメンバの磁気コアの製作時の材料歩留まりの改善と各磁気コア同士の確実な磁気的結合を図ったアキシャルギャップ型電動機に関する。

１回転子型のアキシャルギャップ型電動機として、図８に示す構成のものが提案されている（特許文献１参照）。図８において、５００はケース、６００は固定子、７００は回転子、８００は出力軸である。ケース５００は、前ケース５１０と、後ケース５２０と、両ケース５１０，５２０を結合する外周ケース５３０、および軸受５４０、５５０を有する。固定子６００は、後ケース５２０の内側に周方向に等角度ピッチで配置された複数のコアメンバ６１０からなる。出力軸８００は両ケース５１０，５２０の間に軸受５４０，５５０を介して支持されている。そして、出力軸８００に回転子７００の中心部が固着されている。この回転子７００には、円盤形状の回転子ヨーク７１０の後ケース６２０側を向く面に、コアメンバ６１０と空隙Ｇを介して対面するように、複数の永久磁石７２０が等角度ピッチで周方向に固着されている。コアメンバ６１０は、磁気コア６１１と、その磁気コア６１１の周囲を覆う絶縁性のボビン６１２と、そのボビン６１２に巻装されたコイル６１３を備える。

磁気コア６１１は、図９に示すように、先端面が空隙Ｇに直面する直方体のコア先端部６１１ａと、後ケース５２０側に位置し固定子６００の円周方向に広がったコア後端部６１１ｂを有する。そして、図１０に示すように、複数個の磁気コア６１１を固定子６００の円周方向に円環形状に、コア後端部６１１ｂの側端面６１１ｂ１を相互に接触結合させて組み立てられる。このように、磁気コア６１１は円周方向に複数個を結合させる関係から、コア先端部６１１ａとコア後端部６１１ｂは、内周側（図９では左側）が幅狭で外周側（図９では右側）が幅広の台形形状となるように固定子６００の半径径方向（矢印Ａ方向）に電磁鉄心片を複数枚互いに積層させて構成される。

特開２００６−０５０７４５号公報

ところが、図８〜図１０で説明した従来の電動機は、磁気コア６１１の形状が、内周側が幅狭で外周側が幅広な積層方向Ａに台形形状であるので、これを形成するために積層する電磁鉄心片の形状が全て異なり、各形状の電磁鉄心片をロール形状の電磁鋼板から順送型のプレス金型で打抜形成する場合に、材料歩留まりが悪くなり、コストが悪化する問題がある。また、複数の磁気コア６１１を円環状となるように結合させるとき、相互に接触する個所はコア後端部６１１ｂの側端面６１１ｂ１のみであり、接触面積が小さく、隣接する磁気コア６１１同士が磁気的に結合されないおそれがある。

本発明の目的は、電磁鋼板の打ち抜き型を１種類で済ませることで打ち抜きの材料歩留まりを良好にさせると共に、隣接する磁気コア同士を磁気的に確実に結合させることができるようにした磁気コアを有するアキシャルギャップ型電動機を提供することである。

上述した目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、固定子と回転子が該回転子の出力軸の軸線方向に沿って対向的に配置され、前記回転子は前記出力軸の軸線を中心に円周方向に配置される複数の永久磁石を有し、前記固定子は前記出力軸の軸線を中心に円周方向に配置される複数のコアメンバを有し、該各々のコアメンバ同士が相互に所定の角度ピッチで連結されているアキシャルギャップ型電動機において、前記各コアメンバは前記固定子の半径方向に同一形状の鋼板が積層された磁気コアを含み、該磁気コアは、前記永久磁石と対向するコア先端部と、前記各コアメンバ同士を磁気的に相互に連結して円環形状の磁気ヨークを形成するためのコア後端部と、該コア後端部と前記コア先端部の間を接続するコア胴体部とを備え、前記コア後端部における前記円周方向の一端部と他端部には、該円周方向に隣接する別のコアメンバのコア後端部と前記軸線方向に重なり合う矩形状の結合平面が設けられている、ことを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のアキシャルギャップ型電動機において、前記コア後端部の前記円周方向の前記一端部に設けられる前記結合平面は、前記一端部を軸線方向に沿って前記回転子側に凹ませた位置に形成されると共に、前記他端部に設けられる前記結合平面は、前記他端部を軸線方向に沿って反回転子側に凹ませた位置に形成されることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項２に記載のアキシャルギャップ型電動機において、前記結合平面の前記円周方向の長さをＸ、前記半径方向の長さをｔ、前記複数のコアメンバの配置される角度ピッチをαとするとき、前記円周方向の長さＸは、
Ｘ≧ｔ・sinα
に設定したことを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項１、２又は３に記載のアキシャルギャップ型電動機において、前記コアメンバはさらに、少なくとも前記コア先端部の先端面を残して前記磁気コアの外周を覆い、前記コア先端部の先端面に平行な前フランジと前記コア後端部の後端面に平行な後フランジを有するボビンを含み、前記コア先端部の少なくとも先端面は前記前フランジから前記軸線方向の前記回転子側に突出していることを特徴とする。
請求項５にかかる発明は、請求項１、２、３又は４に記載のアキシャルギャップ型電動機において、前記前フランジおよび前記後フランジの前記円周方向の一端側にはフックが突設され、他端側には前記軸線方向に突出し隣のコアメンバの前記フックが係止される係止軸が設けられており、前記コア先端部の先端面は前記係止軸の先端よりも前記軸線方向先方に突出していることを特徴とする。

本発明によれば、複数枚積層して磁気コアを構成する鋼板が同一形状の鋼板であるであるので、その鋼板をプレス金型で打抜製作する際の材料歩留まりが良好になる。また、隣接する磁気コアのコア後端部同士は結合平面において軸線方向に互いに重なるので、磁気的に確実に結合させることができる。

本発明の実施例のアキシャルギャップ型電動機の要部断面図である。 各向きのコアメンバ（コイル非巻装）の斜視図である。 各向きの磁気コアの斜視図である。 ２個のコアメンバ（コイル非巻装）の結合状態の各向きの斜視図である。 磁気コアを円環形状に結合した説明図である。 ２つの磁気コアの結合の説明図である。 磁気鋼板から磁気鉄心片を打ち抜く説明図である。 従来のアキシャルギャップ型電動機の要部断面図である。 図８の電動機に使用する磁気コアの斜視図である。 図９の磁気コアを円環形状に結合した説明図である。

図１に、本発明の１つの実施例の１回転子型のアキシャルギャップ型電動機の断面を示す。図１において、１００は固定子、２００は回転子、３００は出力軸である。固定子１００は出力軸３００の周方向に等角度ピッチで配置された複数個のコアメンバ１１０と、軸受１２０と、各コアメンバ１１０と軸受１２０を一体的に保持する樹脂成形体１３０を備える。回転子２００は円盤形状の磁気ヨーク２１０と、その磁気ヨーク２１０の裏面においてコアメンバ１１０の前面に所定の空隙Ｇを介して対面するように出力軸３００の周方向に等角度ピッチで配置された複数の永久磁石２２０を備える。出力軸３００は回転子２００の中心に一体化され、固定子１００の軸受１２０で支持されている。なお、この出力軸３００は、回転力を取り出すために前方（図１の右側）に延長され、固定子１００を保持するケース（図示せず）に取り付けられた軸受でさらに支持される場合もある。

コアメンバ１１０は、磁気コア１１１と、その磁気コア１１１に装着される絶縁材からなるボビン１１２と、そのボビン１１２に巻装されるコイル１１３からなる。図２に、各向きのコアメンバ１１０を示した。ただし、ここではコイル１１３は巻装されていない。

図３に各向きの磁気コア１１１を示す。この磁気コア１１１は、電磁鋼鈑を打ち抜いて形成した断面が略エ形状の複数枚の鋼板（後記する電磁鉄心片４０１）を、固定子１００の半径方向である矢印Ａ方向に積層して形成したものであり、回転子２００の永久磁石２２０に先端面１１１ａ１が対面するコア先端部１１１ａと、その反対側のコア後端部１１１ｂと、そのコア先端部１１１ａとコア後端部１１１ｂを連結させるコア胴体部１１１ｃとからなる。コア後端部１１１ｂは、出力軸３００の軸線方向である矢印Ｃ方向に略垂直な２つの端面（上端面１１１ｂ２１、底端面１１１ｂ１１）を有する。さらに、コア後端部１１１ｂの円周方向Ｂの一方の端部の底端面１１１ｂ１１から軸線方向に一段低く凹まされた外側段差結合平面１１１ｂ１が形成され、他方の端部の上端面１１１ｂ２１から軸線方向に一段低く凹まされた内側段差結合平面１１１ｂ２が形成されている。打ち抜かれた複数枚の電磁鉄心片４０１は同一形状であるので、これを積層すると、コア先端部１１１ａの先端面１１１ｂ１、コア後端部１１１ｂの底端面１１１ｂ１１は四角形状となり、外側段差結合平面１１１ｂ１と内側段差結合平面１１１ｂ２は、積層方向（Ａ方向：固定子１００の半径方向）の幅が一定となっている。

ボビン１１２は、図２に示したように、コア前端部１１１ａの先端面１１１ａ１に平行な前フランジ１１２ａと、コア後端部１１１ｂの底端面１１１ｂ１１に平行な後フランジ１１２ｂと、両フランジ１１２ａ，１１２ｂを接続する巻筒１１２ｃからなる。前フランジ１１２ａには、フック１１２ａ１と係止軸１１２ａ２と係合凹部１１２ａ３と係合片１１２ａ４が形成されている。また、後フランジ１１２ｂにも、フック１１２ｂ１と係止軸１１２ｂ２と係合凹部１１２ｂ３と係合片１１２ｂ４が形成され、さらに端子台１１２ｂ５が形成されている。なお、このボビン１１２は、合成樹脂の成型品からなり、磁気コア１１１の円周方向に沿ってほぼ半分割されており、それらを磁気コア１１１の両側から嵌め込むことにより、磁気コア１１１に取り付けられるようになっている。

このコアメンバ１１０は、ボビン１１２の巻筒１１２ｃ内に磁気コア１１１のコア胴体部１１１ｃを配置して、その磁気コア１１１のコア先端部１１１ａが前フランジ１１２ａの外側に突出し（図２(ａ)）、コア後端部１１１ｂが後フランジ１１２ｂの外側に突出する（図２(ｂ)）ように、ボビン１１２を一体化した後に、巻筒１１２ｃにコイル１１３を巻装する（図２では図示せず）ことで組み立てられる。コイル１１３の端子は、端子台１１２ｂ５に装着した端子ピン（図示せず）に接続される。この組立状態では、コア先端部１１１ａの先端面１１１ａ１は前フランジ１１２ａよりも軸線方向の先方に突出し、コア後端部１１１ｂの底端面１１１ｂ１１は後フランジ１１２ｂよりも軸線方向の後方に突出する。また、コア先端部１１１ａの先端面１１１ａ１は係止軸１１２ａ２の先端より軸線方向の先方に突出している。つまり、コア先端部１１１ａの先端面１１１ａ１は最も先端に位置して永久磁石と対面し、コア後端部１１１ｂの底端面１１１ｂ１１は最も後端に位置している。

複数個のコアメンバ１１０を、磁気コア１１１のコア先端部１１１ａが同一面を向き、コア後端部１１１ｂも同一面を向くように、隣接するボビン１１２の前フランジ１１２ａのフック１１２ａ１と係止軸１１２ａ２との係止、後フランジ１１２ｂのフック１１２ｂ１と係止軸１１２ｂ２との係止を行い、係合凹部１１２ａ３と係合片１１２ａ４との係合、係合凹部１１２ｂ３と係合片１１２ｂ４との係合を行うことにより、図４に示すように、複数個のコアメンバ１１０が固定子１００の円周方向であるＣ方向に、所定の角度ピッチで連結される。このとき、隣接する磁気コア１１１の相互間では、コア先端部１１１ａは接触せず、コア後端部１１１ｂは外側段差結合平面１１１ｂ１と内側段差結合平面１１１ｂ２が一部重なり合って接触する。この接触により、隣接する磁気コア１１１間を磁力線が行き来できる。したがって、コア後端部１１１ｂの外側段差結合平面１１１ｂ１と内側段差結合平面１１１ｂ２は、隣接する磁気コア１１１を磁気的に結合するための結合面としての役割を果たす。そして、所定数のコアメンバ１１０を順次連結すると、全体はエンドレスの円環形状となり、コア後端部１１１ｂは円環形状の磁気ヨークとなる。図５に磁気コア１１１のみについて、円環形状に結合される状態を示した（電磁鉄心片４０１の積層状態は省略している）。

以上のように円環形状に組み立てられた複数個のコアメンバ１１０は、軸受１２０とともに専用のインサート金型（図示しない）に取り付けられた後、金型内に熔融樹脂が流し込まれコア先端部１１１ａを残して全体が樹脂成形体１３０として一体成形される。

ここで、磁気コア１１１のコア後端部１１１ｂの外側段差結合平面１１１ｂ１と内側段差結合平面１１１ｂ２について図を用いて詳細に説明する。図６は図５のＤ部分についての説明図である。隣接する磁気コア１１１の相互間で出力軸３００の軸線方向に一部が重なって接触する外側段差結合平面１１１ｂ１と内側段差結合平面１１１ｂ２が半径方向に亘り常に接触するには少なくとも、図６(ａ)，(ｂ)に示すような重ねられる必要がある。この場合、段差結合平面１１１ｂ１，１１１ｂ２の幅Ｘは、半径方向の長さ（磁気コア１１１の半径方向の厚さに相当する）をｔとし、隣接する磁気コア１１１の間の角度ピッチをαとすると、線分ａ１（右側の磁気コア１１１の厚さｔの方向に沿った線分）と線分ａ２（左側の磁気コア１１の厚さｔの方向に沿った線分）のなす角度もαとなるので、
Ｘ＝ｔ・sinα (１)
となる。よって、幅Ｘは
Ｘ≧ｔ・sinα (２)
に設定すれば、隣接する磁気コア１１１同士を半径方向に亘り常に接触させることができる。

このように、外側段差結合平面１１１ｂ１と内側段差結合平面１１１ｂ２を半径方向に亘って常に接触できるようにすることで、磁気コア１１１を構成する全電磁鉄心片４０１が隣接する磁気コアと磁気的に結合される。したがって、磁気コア１１１を複数連結したコアメンバ１１０には、コア後端部１１１ｂにおいて磁気抵抗の少ない円環形状の磁気ヨークが形成される。

また、本実施例の磁気コア１１１は、前記したように、電磁鋼鈑をプレス金型で打ち抜いて断面が略エ形状の電磁鉄心片を複数枚形成し、これを積層して形成したものであり、そこに使用する電磁鉄心片は同一形状、つまり１種類である。したがって、例えば、電磁鋼板４００から電磁鉄心片４０１を打ち抜く場合に、図７に示すように打ち抜くことができるので、材料歩留まりを良くすることができる。

この電磁鉄心片４０１の形状は、磁気コア１１１のコア先端部１１１ａの積層の方向に直交する面形状に対応する形状の第１形状部４０１ａと、コア後端部１１１ｂの積層の方向に直交する面形状に対応する形状、つまり、外側段差結合平面１１１ｂ１に対応する外側段差部４０１ｂ１と内側段差結合平面１１１ｂ２に対応する内側段差部４０１ｂ２を有する第２形状部４０１ｂと、コア胴体部１１１ｃの積層の方向に直交する面形状に対応する形状の第３形状部４０１ｃとからなる略エ形状である。

１００：固定子、１１０：コアメンバ、１１１：磁気コア、１１１ａ：コア先端部、１１１ａ１：先端面、１１１ｂ：コア後端部、１１１ｃ：コア胴体部、１１１ｂ１：外側段差結合平面、１１１ｂ２：内側段差結合平面、１１１ｂ１１：底端面、１１１ｂ２１：上端面、１１２：ボビン、１１２ａ：前フランジ、１１２ｂ：後フランジ、１１２ｃ：巻胴部、１１２ａ１，１１２ｂ１：フック、１１２ａ２，１１２ｂ２：係止軸、１１２ａ３，１１２ｂ３：係合凹部、１１２ａ４，１１２ｂ４：係合片、１１２ｂ５：端子台
２００：回転子、２１０：磁気ヨーク、２２０：永久磁石
３００：出力軸
４００：電磁鋼板、４０１：電磁鉄心片、４０１ａ：第１形状部、４０１ｂ：第２形状部、４０１ｂ１：外側段差部、４０１ｂ２：内側段差部、４０１ｃ：第３形状部
５００：ケース、５１０：前ケース、５２０：後ケース、５３０：外周ケース，５４０，４４０：軸受
６００：固定子、６１０：コアメンバ、６１１：磁気コア、６１２：ボビン、６１３：コイル
７００：回転子、７１０：磁気ヨーク、７２０：永久磁石
８００：出力軸

Claims (5)

1. 固定子と回転子が該回転子の出力軸の軸線方向に沿って対向的に配置され、前記回転子は前記出力軸の軸線を中心に円周方向に配置される複数の永久磁石を有し、前記固定子は前記出力軸の軸線を中心に円周方向に配置される複数のコアメンバを有し、該各々のコアメンバ同士が相互に所定の角度ピッチで連結されているアキシャルギャップ型電動機において、
   前記各コアメンバは前記固定子の半径方向に同一形状の鋼板が積層された磁気コアを含み、
   該磁気コアは、前記永久磁石と対向するコア先端部と、前記各コアメンバ同士を磁気的に相互に連結して円環形状の磁気ヨークを形成するためのコア後端部と、該コア後端部と前記コア先端部の間を接続するコア胴体部とを備え、
   前記コア後端部における前記円周方向の一端部と他端部には、該円周方向に隣接する別のコアメンバのコア後端部と前記軸線方向に重なり合う矩形状の結合平面が設けられている、
   ことを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
2. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型電動機において、
   前記コア後端部の前記円周方向の前記一端部に設けられる前記結合平面は、前記一端部を軸線方向に沿って前記回転子側に凹ませた位置に形成されると共に、前記他端部に設けられる前記結合平面は、前記他端部を軸線方向に沿って反回転子側に凹ませた位置に形成されることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
3. 請求項２に記載のアキシャルギャップ型電動機において、
   前記結合平面の前記円周方向の長さをＸ、前記半径方向の長さをｔ、前記複数のコアメンバの配置される角度ピッチをαとするとき、前記円周方向の長さＸは、
   Ｘ≧ｔ・sinα
   に設定したことを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
4. 請求項１、２又は３に記載のアキシャルギャップ型電動機において、
   前記コアメンバはさらに、少なくとも前記コア先端部の先端面を残して前記磁気コアの外周を覆い、前記コア先端部の先端面に平行な前フランジと前記コア後端部の後端面に平行な後フランジを有するボビンを含み、前記コア先端部の少なくとも先端面は前記前フランジから前記軸線方向の前記回転子側に突出していることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
5. 請求項１、２、３又は４に記載のアキシャルギャップ型電動機において、
   前記前フランジおよび前記後フランジの前記円周方向の一端側にはフックが突設され、他端側には前記軸線方向に突出し隣のコアメンバの前記フックが係止される係止軸が設けられており、前記コア先端部の先端面は前記係止軸の先端よりも前記軸線方向先方に突出していることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。

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