JP2019165633A - 多相クローポールモータと該多相クローポールモータを構成する固定子 - Google Patents
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Abstract
【課題】材料コストを抑えることができる多相クローポールモータと該多相クローポールモータを構成する固定子を提供する【解決手段】多相クローポールモータ1を構成する固定子2は、磁性粉の圧縮成形体からなる圧粉部材と、金属からなる金属部材とで構成されており、少なくとも爪磁極30の爪部31が圧粉部材で構成されている。【選択図】図3
Description
本発明は、多相クローポールモータと該多相クローポールモータを構成する固定子に関する。
従来、多相クローポール型のモータとしては、爪磁極の爪部、径方向継鉄部、外周側継鉄を圧粉コアで形成し、環状コイルを軸方向に挟み込んだ構成のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。このような構成のモータによれば、磁路断面積を折曲鉄板の爪部よりも上げることができる。
一般に、圧粉コアには、3次元の無方向性の磁気特性を有するという利点がある。よって、3次元的な広がりを持つことが望ましい爪部や、爪部近傍の径方向継鉄部に圧粉コアを使用することで、磁気特性上の利点を得ることが可能である。
しかし、特許文献1のごとき多相クローポールモータは、材料コストが高くなっていた。
そこで、本発明は、材料コストを抑えることができる多相クローポールモータと該多相クローポールモータを構成する固定子を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、多相クローポールモータを構成する固定子であって、磁性粉の圧縮成形体からなる圧粉部材と、金属からなる金属部材とで構成されており、少なくとも爪磁極の爪部が圧粉部材で構成されている、固定子である。また、本発明の別の一態様は、上記の固定子を含む多相クローポールモータである。
上記のごとき多相クローポールモータと該多相クローポールモータを構成する固定子によれば、圧粉部材を利用した場合の磁気特性上の利点を確保しながらも、爪磁極の爪部以外の部位を圧粉部材ではない部材で構成することで、材料コストを抑えることが可能となる。
上記の多相クローポールモータにおいては、爪磁極の爪部の径方向外側に位置する環状部の一部または全部が金属部材で構成されていてもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、爪磁極の爪部の径方向外側に位置する環状部の一部または全部が圧粉部材で構成されていてもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、複数の環状部が多相クローポールモータの軸方向へ配置されていてもよい。
上記の多相クローポールモータは、複数の環状部の間における軸方向の磁路を形成する磁路形成部材をさらに備えるものであってもよい。
上記の多相クローポールモータにおける磁路形成部材が、環状部の径方向外側に配置された外周コアからなるものであってもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、外周コアが軟磁性板で形成されていてもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、軟磁性板が、周方向に積層された積層板で形成されていてもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、爪磁極の外周面に平坦面が形成され、外周コアに、当該外周コアが平坦面に接する接触面が軸方向に沿って形成され、接触面と爪磁極の外周面とが互いに係合する形状に形成されていてもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、外周コアは、軸方向に延在し、かつ径方向にも延在し、径方向内周面に接触面を有する形状であってもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、磁路形成部材が、爪磁極の環状部の間に配置されたコアからなっていてもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、コアが、巻回された軟磁性板で形成されていてもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、コアが、固定子の相ごとに配置されていてもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、コアが、固定子のすべての相に跨る軟磁性板で形成されていてもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、爪部が互いに分離して独立した構成であってもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、爪部と、金属部材で構成される環状部とが一体成形されていてもよい。
上記の多相クローポールモータは、爪部を保持するホルダを備えていてもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、ホルダに爪部の位置を定める切欠き部が設けられていてもよい。
上記の多相クローポールモータは、爪磁極のそれぞれを所定位置に位置決めする位置決め部材をさらに備えていてもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、位置決め部材は、爪磁極の爪部の周方向位置を規定する位置決め用の凹部を備えていてもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、固定子の各相に、アルファ巻で形成されたコイルが設けられていてもよい。
上記の多相クローポールモータにおいて、コイルは、巻線がフラットワイズ巻とされたものであってもよい。
本発明によれば、材料コストを抑えることができる多相クローポールモータと該多相クローポールモータを構成する固定子を提供することができる。
添付図面を参照して、圧粉コアとその他のコアとを併用した多相クローポールモータ1の好適な実施形態について説明する。
本発明に係る多相クローポールモータ1は、磁性粉の圧縮成形体からなる圧粉部材と、金属からなる金属部材とを含む固定子2を有しており、すべてが金属部材で構成された固定子に比べて磁路断面積が向上している。なお且つ、この多相クローポールモータ1は、固定子2を構成する爪磁極30のうち少なくとも爪部31が圧粉部材で構成されており、圧粉部材を利用した場合の磁気特性上の利点を確保しながらも、爪磁極30の爪部31以外の一部または全部を圧粉部材ではない部材で構成することで材料コストを抑えることを可能としている。以下、爪磁極、磁路形成部材などの構成の態様が異なる多相クローポールモータ1について、各種実施形態に例示しつつ説明する。
[第1実施形態]
本実施形態の多相クローポールモータ1は、固定子(ステータヨーク)2、環状コイル4、シャフト(回転子)11などを備える。固定子2は、爪磁極30によって構成される固定子内周部3と、外周コア(外周継鉄という場合もある)50によって構成される固定子外周部5とからなる。爪磁極30は磁性粉の表面を電気絶縁して圧縮した成形体で形成され、外周コア50は軟磁性積層板(無方向の電磁鋼板51を積層したもの)で形成されている。
本実施形態の多相クローポールモータ1は、固定子(ステータヨーク)2、環状コイル4、シャフト(回転子)11などを備える。固定子2は、爪磁極30によって構成される固定子内周部3と、外周コア(外周継鉄という場合もある)50によって構成される固定子外周部5とからなる。爪磁極30は磁性粉の表面を電気絶縁して圧縮した成形体で形成され、外周コア50は軟磁性積層板(無方向の電磁鋼板51を積層したもの)で形成されている。
本実施形態では、圧粉コアで形成されていた従来のクローポールにおける環状部の外周側の一部を、接線方向(多相クローポールモータ1の周方向)に積層した無方向性電磁鋼板51による外周コア(積層コア)50)の一部(突出部50a)で構成する。本実施形態の多相クローポールモータ1は、爪磁極30は、爪部31、磁極面31a、環状部32を有する(図1、図4、図5等参照)。
爪部31は、軸方向(シャフト11の回転軸の方向を指す)に延在しており、クローポールを形成する。爪部31には、該シャフト11とともに回転するロータコアの外周面と所定の微小間隔をもって対向する磁極面31aが形成される。爪部31は、単一の爪磁極30において複数(一例として、8個)形成されている(図1、図4等参照)。また、環状部32は、上記の爪部31から、爪磁極30の外形側(外周側)へ延在する環状部分である。
これら複数の爪部31と環状部32は、多相クローポールモータ1における磁路断面積を拡大するべく、磁性粉の表面を電気絶縁して圧縮した成形体(圧粉コア)によって形成されている。
本実施形態の多相クローポールモータ1では、複数の外周コア50によって固定子外周部5が構成されている。これら複数の外周コア50は、固定子内周部3の外側に、周方向に等間隔に配置される(図3参照)。
それぞれの外周コア50は、固定子内周部3の外側に配置された際、環状コイル4が収まる溝部(凹部)50bを形成するよう、その一部(突出部50a)が径方向内側に延在した形状である(図2参照)。径方向に延在した部分は、溝部(凹部)50bに収まった状態の環状コイル4と重なり合った状態となる(図3参照)。
また、外周コア50は、軸方向にも延在し、複数の爪磁極30に接する形状であることが好適である。本実施形態では、4つの突出部50aと3つの溝部50bとからなる櫛歯あるいは鋤のような形状の外周コア50を採用している(図2参照)。この外周コア50は、対向する2個1対で1相分の爪磁極30を、6個3対で3相分重ねたときの軸方向長さに対応している(図2参照)。このように外周コア50を、複数相(本実施形態の場合、3相)の爪磁極30に共通の構造とすることで、部品点数減少と構造や組み付けの簡素化を実現することができる。
外周コア(磁路形成部材)50は、櫛歯あるいは鋤のような形状の薄い電磁鋼板51を複数枚重ね合わせて積層された積層コアからなる(図2の丸い枠で示す部分参照)。圧粉コアで一体的に成形されていた従来型のステータヨークのうち、環状部を構成していた部分の一部と、外周側継鉄を構成していた部分、別言すれば、爪形状付近を除く部分を、本実施形態では、無方向の電磁鋼板51を横断面における接線方向に積層したコアで構成し、高出力、低損失、低材料コストの多相クローポールモータ1を実現している。
すなわち、本実施形態では、磁気特性で劣り、低出力、高損失、高材料コストに繋がりやすい圧粉コアのうち、鎖交磁束を効果的に増大させうる部分を無方向性電磁鋼板51によるコアで形成することで、出力やコストを高次元で両立させた多相クローポールモータ1を実現可能としている。
一方、爪磁極30の外周は、外周コア50と接する面が平面で形成された多角形であることが好適である。上記のように電磁鋼板51の積層コアからなる外周コア50においては、その内周面を円筒外周面のような曲面にする場合、電磁鋼板51を1枚ずつ段差(ずれ)が生じる構造にせざるを得ず、爪磁極30の外周面に隙間なく密着させることが難しくなる。この点、外周コア50と接する面が平面であれば、外周コア50の内周面を隙間なく密着させることが可能となる。
このように爪磁極30の外周を多角形とする場合、多相クローポールモータ1の相数が3であれば、爪磁極30の外周を爪部31の3倍の辺数の多角形で形成することが好適である。一例として、本実施形態では、爪部31の数が8、外周が正24角形である爪磁極30として、爪部31の径方向外側(裏側)の部分が辺を含む平面部33fである爪磁極30A(図4参照)と、爪部31の径方向外側の部分が角部(平面部33fと平面部33fの間)33cである爪磁極30B(図5参照)の2種類を採用し、これらを爪磁極30A,30Bを一対として周方向に22.5°ずらして対向させて組み合わせて1相分とし、計3対を電気角120°もしくは機械角15°ずつ順次ずらして重ね合わせて3相分の爪磁極30を構成している。こうした場合、3相の爪磁極30に共通の構造である外周コア50の突出部50aを、いずれの爪磁極30に対してもその外周の平面部33fに隙間なく突き合わせて密着させることができる(図2、図3参照)。
環状コイル4は、爪磁極30の外側であってかつ外周コア50の内側に配置される。本実施形態の多相クローポールモータ1においては、3つの環状コイル4が、各相の爪磁極30の対に対応して軸方向に等間隔に配置される(図3参照)。各環状コイル4は、軸方向においては突出部50aによって挟まれ、径方向においては爪磁極30と外周コア50とで包まれたような状態となる。
なお、固定子内周部3の周囲には計24個の外周コア50が周方向に配置され、かつ、環状コイル4の巻線41の端末42が外周コア50と外周コア50の間の隙間56から引き出された状態となり、固定子2が形成される(図3参照)。巻線41を引き出す隙間は、軸方向に延在するように空いている。
ここで、上記のごとく構成された固定子2を含む多相クローポールモータ1を図6、図7に示しておく。また、符号を付した構成の名称は以下のとおりである。すなわち、符号12は軸受、13はロータコア、14は永久磁石、15はセンサー磁石、16は前面ブラケット、17は背面ブラケット、18はセンサー、19は樹脂モールドである。また、符号6は、対をなす爪磁極30と爪磁極30の間に介在する介在物である。
ここまで説明したように、本実施形態では、圧粉コアで形成されていた従来のクローポールにおける環状部の一部(外周側の部分)を、接線方向に積層した無方向性電磁鋼板51による積層コアの一部で構成し、また、環状コイル4を軸方向と径方向とで包み込む構造としたことから、高出力、低損失、低材料コストの多相クローポールモータ1を実現している。
しかも、積層コアからなる外周コア50の磁束流入面および流出面となる側面が積層方向に概ね直線状となることから、上記の各実施形態では、爪磁極30の外周のうち、当該直線状の面に接する部分(圧粉コア面)を区分的な平面とし、爪磁極30を全体的には概ね多角形としたことで、外周コア50と爪磁極30とを隙間なく突き合わせて密着させることを可能としている。
[第2実施形態]
本実施形態では、アルファ巻で形成された環状コイル4を採用している(図8〜図11参照)。アルファ巻で形成された環状コイル4においては、銅線が、最内周では螺旋巻、その他では巻軸方向に2層でそれぞれ逆巻の渦巻状に巻線されており、巻線41の両端末42が最外周に位置する(図10、図11等参照)。また、巻線41には平角線が用いられており、これによって隣接する巻線41どうしの間に隙間ができ難くし、巻線41の巻密度を向上させている。
本実施形態では、アルファ巻で形成された環状コイル4を採用している(図8〜図11参照)。アルファ巻で形成された環状コイル4においては、銅線が、最内周では螺旋巻、その他では巻軸方向に2層でそれぞれ逆巻の渦巻状に巻線されており、巻線41の両端末42が最外周に位置する(図10、図11等参照)。また、巻線41には平角線が用いられており、これによって隣接する巻線41どうしの間に隙間ができ難くし、巻線41の巻密度を向上させている。
アルファ巻で形成された環状コイル4によれば、巻線41の両端末42が当該環状コイル4の外側から引き出されるため、端末を避けるスペースが必要なくなり、磁気回路断面積が増え、巻線処理を簡便にすることができる。
なお、アルファ巻は、例えば、巻線41の内周における1巻を螺旋状にし、その他を逆巻の渦巻形状に巻線し、空芯巻後、加熱で固着させる手法(自己融着平角線アルファ巻)等によって実施することができる。
アルファ巻で形成された環状コイル4は、例えば本実施形態のごとき3相の多相クローポールモータ1であれば3個が、順次周方向にずらした状態で設けられてもよい。
また、本実施形態における巻線41は、断面辺長が異なる平角線であって、断面長手方向を軸方向に向けて巻くフラットワイズ巻とされている。一般的に、コイルの口出し線は外周コア(外周継鉄)同士の間隙を通り抜けるようにして外周に引き出す必要があるが、外周コアは磁気抵抗を低減するため、できるだけ磁路断面積を拡大する必要があり、外周コア間の間隙は狭い方が好ましい。このような状況で、本実施形態では、断面長手方向を軸方向に向けたフラットワイズかつα巻きの環状コイル4を使用し、コイルの口出し線(巻線41)が軸方向に並んだ状態としていることから(図10、図11等参照)、接線方向に狭い断面配置(別言すれば、爪磁極30の外周部34の切り欠き34aの周方向の隙間が狭い状態)で外周コアの間隙を通すことができ、巻線断面積を確保できるため、全体として低銅損のコイルを提供できる。
[第3の実施形態]
本実施形態の多相クローポールモータ1は、磁性粉を圧縮した磁性成形体で形成された爪磁極30を備える。爪磁極30は、軸方向に延在し回転子と微小間隔をもって対向する磁極面31aを有する複数の爪部31と、爪部31から外形側へ延在する環状部32と、軸方向に延在する外周部34と、からなる(図12、図13参照)。爪磁極30は、複数が、互いに隣接する当該爪磁極30の爪部31が周方向に交互に配置された状態で、かつ、互いに隣接する当該爪磁極30の環状部32が軸方向に対向した状態で、軸方向に積層されて固定子2を形成している。
本実施形態の多相クローポールモータ1は、磁性粉を圧縮した磁性成形体で形成された爪磁極30を備える。爪磁極30は、軸方向に延在し回転子と微小間隔をもって対向する磁極面31aを有する複数の爪部31と、爪部31から外形側へ延在する環状部32と、軸方向に延在する外周部34と、からなる(図12、図13参照)。爪磁極30は、複数が、互いに隣接する当該爪磁極30の爪部31が周方向に交互に配置された状態で、かつ、互いに隣接する当該爪磁極30の環状部32が軸方向に対向した状態で、軸方向に積層されて固定子2を形成している。
爪磁極30の外周部34には、環状コイル4の巻線41を外周側へ引き出すための切り欠き34aが形成されている。切り欠き34aは、隣接する対の爪磁極30の環状部32を軸方向に対向させた状態で、切り欠き34aどうしが向かい合い、巻線41の大きさに対応した引き出し孔が形成されるように配置されていてもよい(図12、図13参照)。
環状コイル4は、上記の実施形態と同様、アルファ巻で形成されており、隣接する爪磁極30の環状部32のそれぞれの間隙に配置される。巻線41には平角線が用いられており、一対の切り欠き34aが向かい合って形成される引き出し孔から外周側へ引き出されている(図12、図13参照)。
アルファ巻で形成された環状コイル4は、例えば本実施形態のごとき3相の多相クローポールモータ1であれば3個が、順次周方向にずらした状態で設けられる(図12参照)。
本実施形態の多相クローポールモータ1のように、固定子2のすべてが磁性粉を圧縮した磁性成形体で形成されている場合にも、上記の実施形態と同様にアルファ巻で形成された環状コイル4を採用することで、巻線41の両端末42が当該環状コイル4の外側から引き出されるようにして、巻線処理を簡便にすることができる。
[第4の実施形態]
本実施形態の多相クローポールモータ1においては、爪磁極30の外周と接する、外周コア50の突出部50aの面に係合部55が形成され、かつ、爪磁極30の外周の外周コア50と接する面に、爪部31の延在方向に向かい、内周方向に食い込む形状で構成され、外周コア50の係合部55と係合する被係合部35が形成されている。このような構造は下記のごとく作用する。
本実施形態の多相クローポールモータ1においては、爪磁極30の外周と接する、外周コア50の突出部50aの面に係合部55が形成され、かつ、爪磁極30の外周の外周コア50と接する面に、爪部31の延在方向に向かい、内周方向に食い込む形状で構成され、外周コア50の係合部55と係合する被係合部35が形成されている。このような構造は下記のごとく作用する。
すなわち、上記の第1〜第3の実施形態のごとく向き合って重ね合わせられた一対の爪磁極(圧粉コア)30には、互いに磁気吸引力が作用するところ、当該磁気吸引力は、径方向、周方向においては全周で相殺されるが、軸方向においては相殺されることなくそのまま作用する。本実施形態の多相クローポールモータ1において、爪磁極30間には環状コイル4が配置されるが(図14等参照)、この環状コイル4で吸引力を支持することは絶縁等の観点で好ましくない。この点、上記のごとく爪磁極30の外周面に被係合部35を形成し、これらを外周コア50の係合部55に係合させ、向き合って重ね合わせられた一対の爪磁極30どうしが所定距離よりも接近し合わないように間隔を規制することで、その吸引力を環状コイル4に作用させずに外周コア50で支持することができる。別言すれば、外周コア50を、爪磁極30どうしの最小間隔を環状コイル4の厚みよりもわずかに大きい程度に規定するストッパー(つっかえ)として機能させることにより、環状コイル4に作用する力を制限することができる。
なお、被係合部35や係合部55は、互いが係合することによって爪磁極30を所定間隔に保持しうる限り、の具体的な構造が特に限定されることはない。例示すれば、被係合部35は、爪部31の延在方向に向かい内周方向に食い込むように傾斜した斜面をもつテーパ形状であってもよいし、あるいは、図14、図15に示すような段付形状であってもよい。
また、向き合って重ね合わせられる一対の爪磁極30どうしの間に例えば筒状の介在物6を介在させ、磁気吸引力を当該介在物6によって受け止める構造の場合にあっては、上記のごとき被係合部35や係合部55を併設することによって当該介在物6が受ける磁気吸引力を複数の外周コア50に負担させて軽減させてもよい(図16、図17等参照)。介在物6は、爪磁極30のそれぞれを所定の相対位置に位置決めする位置決め部材として機能しうる。
[第5の実施形態]
本実施形態の多相クローポールモータ1において、環状部32の一部または全部と複数の爪部31とは、多相クローポールモータ1における磁路断面積を拡大するべく、磁性粉の表面を電気絶縁して圧縮した磁性成形体(圧粉コア)によって形成されている。また、多相クローポールモータ1における軸方向への磁路形成部材の少なくとも一部を、回転軸を中心として軟磁性板を巻いて概ね円筒状を形成した巻コア57にて形成している(図18(B)参照)。
本実施形態の多相クローポールモータ1において、環状部32の一部または全部と複数の爪部31とは、多相クローポールモータ1における磁路断面積を拡大するべく、磁性粉の表面を電気絶縁して圧縮した磁性成形体(圧粉コア)によって形成されている。また、多相クローポールモータ1における軸方向への磁路形成部材の少なくとも一部を、回転軸を中心として軟磁性板を巻いて概ね円筒状を形成した巻コア57にて形成している(図18(B)参照)。
巻コア57は、軟磁性体、例えば、材料歩留まりが高く磁気特性が優れた方向性電磁鋼板を渦巻状に巻装し、あるいは渦巻状に配置することによって形成されて(図20等参照)、軸方向への磁路形成部の一部を形成する。巻コア57は、圧延方向が巻の中心軸に向くよう巻装される。巻コア57には、円周上の一部を切り欠いた状態の間隙57aが形成される(図20参照)。間隙57aからは、環状コイル4の巻線41の巻線端末42を含む口出し線が引き出される(図19、図20参照)。
多相クローポールモータ1において、巻コア57に対して軸方向に接する平板部分の部材を、積層コア(外周コア50)とすることができる(図18(A)参照)。この場合、径方向磁路形成部の一部(外周部)を、電磁鋼板51を打ち抜いて軸方向に積層した積層コア(外周コア50)で環状に形成してもよい。また、径方向磁路形成部の一部(外周部)を、周方向に複数分割した電磁鋼板51(あるいは積層コアのブロック)を集積して環状をなして形成してもよい(図21参照)。
本実施形態によれば、圧粉部材を含む径方向の磁路形成部材の外周部を、安価で磁気特性の高い電磁鋼板51で形成しているため、鎖交磁束が多く、損失が少なく、より安価な多相クローポールモータ1を提供できる。また、爪磁極30の少なくとも爪部31を含む部分を圧粉コアで形成しているため、鎖交磁束量の増大による出力増大、小型化、低損失化(鉄損)を実現することができる。
[第6の実施形態]
本実施形態では、多相クローポールモータ1の固定子2のうち、ロータコアが設置される空隙面に面した爪形状部分である爪部31を、磁性粉を圧縮した磁性成形体(圧粉部材)、他の部位を稠密な軟磁性体で形成する(図23参照)。
本実施形態では、多相クローポールモータ1の固定子2のうち、ロータコアが設置される空隙面に面した爪形状部分である爪部31を、磁性粉を圧縮した磁性成形体(圧粉部材)、他の部位を稠密な軟磁性体で形成する(図23参照)。
爪部31の他の部位、すなわち爪磁極30における磁路形成部材のうち爪部31を除く部位は、材料歩留まりが高く磁気特性が優れた部材たとえば電磁鋼板を使用して形成されている(図22における環状部32、巻コア57の部分参照)。
圧粉部材(圧粉コア)で形成される爪部31は磁極ごとに分割されて、各爪部31は樹脂ホルダ80によって保持される(図23参照)。
樹脂ホルダ80は、爪部31とは別途成形された樹脂ホルダで、多相クローポールモータ1の軸方向両側から嵌合された各爪部31を保持し、これら爪部31の周方向の角度、対向距離を所定のものとする。本実施形態の樹脂ホルダ80は環状に形成されていて、爪部31を環状かつ角度等配に配置する切欠き部81を備える。各爪部31は、切欠き部81に固定または固着された状態で保持される。
本実施形態の樹脂ホルダ80は、多相クローポールモータ1の軸方向における一方側(図23中の例えば上側)に開いた形状の切欠き部81と、他方側(図23中の例えば下側)に開いた形状の切欠き部81とが周方向に交互に配列された構造となっている(図23参照)。また、本実施形態の樹脂ホルダ80は、環状の1層、対向した電気1相、あるいは全相の爪部31と一体成型された樹脂モールドである。
樹脂ホルダ80には、各相の爪磁極30の周方向位置を決め、同芯度と相対角度を定める位置決め部82が設けられている。例えば本実施形態では、隣接する他の相の樹脂ホルダ80どうしが係合する部位には比較的小さい突部と凹部とで構成される位置決め部82を設け(図23(A)、(B)参照)、それ以外の部位(例えば前面ブラケット16、背面ブラケット17、樹脂モールド19など)に係合する部位には比較的大きい突部で構成される位置決め部82を設けている(図23(C)参照)。
また、多相クローポールモータ1における軸方向への磁路形成部材の一部は、回転軸を中心として軟磁性板を巻いて概ね円筒状を形成した巻コア57にて形成されている(図22参照)。上記実施形態と同様、巻コア57は、軟磁性体、例えば、材料歩留まりが高く磁気特性が優れた方向性電磁鋼板を渦巻状に巻装し、あるいは渦巻状に配置することによって形成されており、軸方向への磁路形成部の一部を形成する。巻コア57は、圧延方向が巻の中心軸に向くよう巻装される。巻コア57には、円周上の一部を切り欠いた状態の間隙57aが形成されており、この間隙57aからは、環状コイル4の巻線41の巻線端末42を含む口出し線が引き出される。
本実施形態によれば、径方向の磁路形成部材のうち爪部31を除く多くの部分を、安価で磁気特性の高い材料で形成しているため、鎖交磁束が多く、損失が少なく、より安価な多相クローポールモータ1を提供できる。また、爪磁極30の爪部31の部分を圧粉コアで形成しているため、鎖交磁束量の増大による出力増大、小型化、低損失化(鉄損)を実現することができる。
[第7の実施形態]
上記第6の実施形態では樹脂ホルダ80を単体で成形し、該樹脂ホルダ80の切欠き部81に嵌合させて保持する構成としたが、これに代え、本実施形態では、樹脂ホルダ80をモールド成形する際に爪部31を一体化したハイブリッド部品を採用する(図24参照)。このように一つの相をなす爪部31と樹脂ホルダ80とを予めを一体部品としておくことで、多相クローポールモータ1の組み立て作業をより容易なものとすることができる(図25〜図31参照)。
上記第6の実施形態では樹脂ホルダ80を単体で成形し、該樹脂ホルダ80の切欠き部81に嵌合させて保持する構成としたが、これに代え、本実施形態では、樹脂ホルダ80をモールド成形する際に爪部31を一体化したハイブリッド部品を採用する(図24参照)。このように一つの相をなす爪部31と樹脂ホルダ80とを予めを一体部品としておくことで、多相クローポールモータ1の組み立て作業をより容易なものとすることができる(図25〜図31参照)。
樹脂ホルダ80は、環状に配置される1層の複数の爪部31と一体成形される。爪磁極31は、それぞれが樹脂ホルダ80に固定または固着された状態となる。
樹脂ホルダ80には、たとえば電磁鋼板で構成された環状部32と組み合わされ一体化される(図24、図29等参照)。環状部32は、上記の爪部31から、爪磁極30の外形側(外周側)へ延在する環状部分である。
樹脂ホルダ80は、対となる対向する樹脂ホルダ80と互いに嵌合しあう構成であってもよい。例えば本実施形態の樹脂ホルダ80は、対となる樹脂ホルダ80に向けて突出する突部83を備えている。突部83は、周方向幅が先細りとなるテーパ形状であって、複数が、周方向に等間隔に並んでいる(図28等参照)。一対の樹脂ホルダ80を組み合わせると、各突部83が、対向する樹脂ホルダ80の突部83と突部83の間に嵌まり込み、対の樹脂ホルダ80どうしが嵌合した状態となる(図31等参照)。
また、これら突部83のそれぞれには、圧粉材料で形成された爪部31が固定または固着されて保持される(図29、図30等参照)。
[第8の実施形態]
本実施形態では、径方向磁路形成部材の径方向途中までは圧粉部材、それ以外は電磁鋼板(からなる積層コアまたは巻コア)を用いて形成した固定子2であり(図33〜図35参照)、形状自由度に優れる圧粉部材と、磁気特性に優れる電磁鋼板のハイブリッド構造となっている。別言すれば、径方向磁路形成部材の内側は圧粉部材、外側(環状部32)は鋼板製とされた構造である。
本実施形態では、径方向磁路形成部材の径方向途中までは圧粉部材、それ以外は電磁鋼板(からなる積層コアまたは巻コア)を用いて形成した固定子2であり(図33〜図35参照)、形状自由度に優れる圧粉部材と、磁気特性に優れる電磁鋼板のハイブリッド構造となっている。別言すれば、径方向磁路形成部材の内側は圧粉部材、外側(環状部32)は鋼板製とされた構造である。
外周側の軸方向継鉄部は、巻コア57であってもよい(図33参照)。あるいは、軸方向継鉄部を、外周側が多角形形状である環状部32の外周に、周方向に分割した積層コア(外周コア50)を等間隔に配置して形成することもできる(図35参照)。一例として、図35に示す例では積層コア(外周コア50)を48分割とした例を示しているが、もちろん、それ以外の構造としてもよい。
上記の実施形態と同様、爪部31は、はそれぞれ樹脂ホルダ80に固定または固着されていてもよい。樹脂ホルダ80は、例えば、爪部31と別途成型された樹脂部材で、軸方向の両側から爪部31を嵌合させて周方向の角度、対向距離を位置決めする構造であってもよい。
本発明は、多相クローポールモータ、さらには該モータを駆動源とする電動パワーステアリング等の各種産業機械や各種駆動装置、さらには、これらが搭載された車両などに適用して好適である。
1…多相クローポールモータ、2…固定子、4…環状コイル、5…磁路形成部材、6…介在物(位置決め部材)、11…シャフト(回転子)、12…軸受、13…ロータコア、14…永久磁石、15…センサー磁石、16…前面ブラケット、17…背面ブラケット、18…センサー、19…樹脂モールド、30…爪磁極、31…爪部、31a…磁極面、32…環状部、34…外周部、35…被係合部、41…巻線、42…巻線端末、50…外周コア(磁路形成部材)、51…電磁鋼板、55…係合部、56…隙間、57…巻コア(軟磁性板、磁路形成部材)、57a…間隙、80…樹脂ホルダ(ホルダ)、81…切欠き部、82…位置決め部、83…突部
Claims (23)
- 多相クローポールモータを構成する固定子であって、
磁性粉の圧縮成形体からなる圧粉部材と、金属からなる金属部材とで構成されており、
少なくとも爪磁極の爪部が前記圧粉部材で構成されている、固定子。 - 請求項1に記載の固定子を含む、多相クローポールモータ。
- 前記爪磁極の爪部の径方向外側に位置する環状部の一部または全部が前記金属部材で構成されている、請求項2に記載の多相クローポールモータ。
- 前記爪磁極の爪部の径方向外側に位置する環状部の一部または全部が前記圧粉部材で構成されている、請求項2に記載の多相クローポールモータ。
- 複数の前記環状部が前記多相クローポールモータの軸方向へ配置されている請求項3または4に記載の多相クローポールモータ。
- 複数の前記環状部の間における軸方向の磁路を形成する磁路形成部材をさらに備える、請求項5に記載の多相クローポールモータ。
- 前記磁路形成部材が、前記環状部の径方向外側に配置された外周コアからなる、請求項6に記載の多相クローポールモータ。
- 前記外周コアが軟磁性板で形成されている、請求項7に記載の多相クローポールモータ。
- 前記軟磁性板が、周方向に積層された積層板で形成されている、請求項8に記載の多相クローポールモータ。
- 前記爪磁極の外周面に平坦面が形成され、前記外周コアに、当該外周コアが前記平坦面に接する接触面が軸方向に沿って形成され、前記接触面と前記爪磁極の外周面とが互いに係合する形状に形成されている、請求項9に記載の多相クローポールモータ。
- 前記外周コアは、前記軸方向に延在し、かつ径方向にも延在し、径方向内周面に前記接触面を有する形状である、請求項10に記載の多相クローポールモータ。
- 前記磁路形成部材が、前記爪磁極の前記環状部の間に配置されたコアからなる、請求項6に記載の多相クローポールモータ。
- 前記コアが、巻回された軟磁性板で形成されている、請求項8または12に記載の多相クローポールモータ。
- 前記コアが、前記固定子の相ごとに配置されている、請求項13に記載の多相クローポールモータ。
- 前記コアが、前記固定子のすべての相に跨る軟磁性板で形成されている、請求項8または9に記載の多相クローポールモータ。
- 前記爪部が互いに分離して独立した構成である、請求項2から14のいずれか一項に記載の多相クローポールモータ。
- 前記爪部と、金属部材で構成される前記環状部とが一体成形されている、請求項16に記載の多相クローポールモータ。
- 前記爪部を保持するホルダを備える請求項16に記載の多相クローポールモータ。
- 前記ホルダに前記爪部の位置を定める切欠き部が設けられている、請求項18に記載の多相クローポールモータ。
- 前記爪磁極のそれぞれを所定位置に位置決めする位置決め部材をさらに備える、請求項2〜12のいずれか一項に記載の多相クローポールモータ。
- 前記位置決め部材は、前記爪磁極の前記爪部の周方向位置を規定する位置決め用の凹部を備える、請求項20に記載の多相クローポールモータ。
- 前記固定子の各相に、アルファ巻で形成されたコイルが設けられている、請求項2〜21のいずれか一項に記載の多相クローポールモータ。
- 前記コイルは、巻線がフラットワイズ巻とされたものである、請求項22に記載の多相クローポールモータ。
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