JP3800506B2 - Gap winding motor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子と可動子との間隙に電機子巻線を巻き付けるためのティースと呼ばれる凸部を有しないギャップワインディングモータに関する。このギャップワインディングモータは電動パワーステアリング、エアコン等に用いて好適である。
【0002】
【従来の技術】
図7に示すように、固定子としてのステータ80に対して可動子としてのロータ81が相対回転するギャップワインディングモータでは、ステータ80とロータ81とが両者の間に間隙82を有して対面している。
【0003】
ステータ80は、筒状のフレーム80aと、このフレーム80aの内周に固定された固定子鉄心80bとからなる。フレーム80aの両端にはブラケット83、84が固定されており、ブラケット83、84の軸孔には軸受装置85、86が設けられている。固定子鉄心80bは、薄いリング状のケイ素鋼板を軸方向に積層することによって成形された筒状のものである。
【0004】
他方、ロータ81は軸受装置85、86に軸支される回転軸87のほぼ中央に固定されている。このロータ81は、ロータ本体81aと、ロータ本体81aの外周で一体に設けられた可動子鉄心81bと、可動子鉄心81b内の外周に埋め込まれた永久磁石81cとからなる。可動子鉄心81bも薄いリング状のケイ素鋼板を軸方向に積層することによって成形された円筒状のものである。
【0005】
これらステータ80の固定子鉄心80bとロータ81の可動子鉄心81bとの間に位置する間隙82のうち間隙82aには、図8に示すように、固定子鉄心80bに固定された電機子巻線88が設けられている。また、間隙82のうち間隙82bは、ロータ81を電機子巻線88と接触することなく回転させるための微小な隙間である。前記電機子巻線88は、通常、外周面を絶縁されたワイヤがU相、V相及びW相を構成する平行四辺形若しくは亀甲形に等間隔で巻かれた後、円筒状に成形されたものである。こうして成形された電機子巻線88は、図9に示すように、固定子鉄心80b内に挿入された後、樹脂89によって埋設されることにより、固定子鉄心80bに固定されている。こうして、図7に示すように、ステータ80に固定されて間隙82aに設けられた電機子巻線88は、U相、V相及びW相の3組のリード線88aがフレーム80aの外方に導かれ、これらに交流電流が通電されるようになっている。
【0006】
このように構成されたギャップワインディングモータでは、電機子巻線88のU相、V相及びW相に交流電流を通電することにより、永久磁石81cと、印加電流と、磁界内の有効導体長との積で求められる力が発生し、ロータ81が回転軸87とともに回転する。こうして、このギャップワインディングモータでは、回転軸87により回転力が取り出されることとなる。特に、このギャップワインディングモータでは、間隙82a内で電機子巻線88が樹脂89に埋設され、間隙82aにティースが存在しないことから、小型化が実現されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のギャップワインディングモータでは、電機子巻線が非磁性体である樹脂に埋設されていることから、前記樹脂の径方向の厚みによって磁気抵抗が大きくなり、電機子巻線に鎖交する鎖交磁束密度が低下し、たとえ大きな電流値の交流電流を通電したとしても、ロータは大きな高トルクで回転しにくい等、可動子が大きな駆動力で移動せず、可動子の稼動効率が悪い。
【0008】
この点、電機子巻線を磁性体により埋設し、それらの間の磁気抵抗を無くすことも考えられるが、こうすると、ある相の電機子巻線が他の相の電機子巻線による磁束の影響を受け、可動子の駆動力が得られないおそれがある。
【0009】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、電流値に対する可動子の稼動効率の優れたギャップワインディングモータを提供することを解決すべき課題としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行い、表面が電気的に絶縁された磁性粉末を採用することにより、上記課題を解決できると考察し、本発明を完成させるに至った。
【0011】
すなわち、本発明のギャップワインディングモータは、固定子と、該固定子との間に間隙を有して対面し、該固定子に対して相対移動可能な可動子と、該固定子に固定されて該間隙に設けられた電機子巻線とを備えたギャップワインディングモータにおいて、前記間隙では、表面が電気的に絶縁された磁性粉末からなる充填材により、前記電機子巻線が埋設されていることを特徴とする。
【0012】
本発明のギャップワインディングモータでは、間隙において電機子巻線を埋設している充填材は表面が電気的に絶縁された磁性粉末であるため、固定子及び可動子間の磁束は、大部分を占める磁性粉末により容易にその間隙を通過する。
【0013】
すなわち、従来のギャップワインディングモータにおいて、固定子及び可動子間の磁束が磁気抵抗を受ける長さは、一般的にエアギャップ長と言われる。ここで、固定子及び可動子間の長さである間隙において、電機子巻線を非磁性体により埋設しているとすると、ロータを回転させるために必要な電機子巻線とロータとの間の間隙と、前記非磁性体とにより大きな磁気抵抗を受けることとなり、なかでも、微妙な前記間隙と比べ、径方向厚みの大きな前記電機子巻線部(非磁性体)による磁気抵抗の割合が大きい。他方、本発明のように、間隙において、電機子巻線を表面が電気的に絶縁された磁性粉末からなる充填材により埋設するとすれば、電機子巻線と磁性粉末からなる充填材の磁気抵抗は、各磁性粉末の表面の厚さの総計に過ぎず、充填材が非磁性体からなる従来のモータに比べ磁気抵抗は低減される。このため、固定子及び可動子間の磁束は大きな磁束密度で間隙を通過する。
【0014】
したがって、本発明のギャップワインディングモータは、電流値に対する可動子の稼動効率が優れている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のギャップワインディングモータを具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【0016】
実施形態のギャップワインディングモータは、図1に示すように、固定子としてのステータ10に対して可動子としてのロータ11が相対回転するものである。ステータ10とロータ11とは両者の間に間隙12を有して対面している。
【0017】
ステータ10は、筒状のフレーム10aと、このフレーム10aの内周に固定された固定子鉄心10bとからなる。固定子鉄心10bは、薄いリング状のケイ素鋼板を軸方向に積層することによって成形された筒状のものである。
【0018】
他方、ロータ11は、回転軸17に固定されたロータ本体11aと、ロータ本体11aの外周で一体に設けられた可動子鉄心11bと、可動子鉄心11b内の外周に埋め込まれた永久磁石11cとからなる。可動子鉄心11bも薄いリング状のケイ素鋼板を軸方向に積層することによって成形された円筒状のものである。
【0019】
これらステータ10の固定子鉄心10bとロータ11の可動子鉄心11bとの間に位置する間隙12には、固定子鉄心10bに固定された電機子巻線18が設けられている。前記間隙12は、電機子巻線18が位置する間隙12aと、ロータ11を回転させるために必要な電機子巻線18とロータ11との間の間隙12bとからなる。
【0020】
この電機子巻線18は以下のように製造される。まず、図3に示すように、従来と同様のワイヤ18aが巻型20で巻かれ、図4に示すように、それぞれ亀甲形コイル18bに形成される。そして、各亀甲形コイル18bは、互いに等間隔をなす3の倍数の数だけ、U相、V相及びW相の順に重ねられて重巻コイル18cとされる。この重巻コイル18cは、図5に示すように、マンドレル21に巻き付けられ、図6に示すように、円筒状コイル18dとされる。得られた円筒状コイル18dは、図1に示すように、固定子鉄心10b内に挿入され、U相、V相及びW相の3組のリード線18eが外方に導かれた電機子巻線18とされる。
【0021】
一方、図2に示すように、鉄を主成分とする軟磁性粉末Iの表面が電気的に絶縁可能なリン酸被膜P及びナイロン系樹脂被膜Nによって薄く被覆された充填材(住友電工(株)製「FM−CM材」)19を用意する。
【0022】
電機子巻線18を挿入した固定子鉄心10bは図示しない金型のキャビティ内に挿入される。このキャビティは固定子鉄心10bの内周面との間に間隙12aと同一の間隙を有している。この間隙において電機子巻線18の周囲に充填材19を密に充填し、この状態で200°C程度の加熱を施す。これにより、ナイロン系樹脂被膜Nがバインダとなって充填材19は互いに固着することから、電機子巻線18は充填材19によって固定子鉄心10bに固定される。電機子巻線18が固定された固定子鉄心10bはフレーム10aの内周に固定され、ステータ10となる。
【0023】
こうして、得られたギャップワインディングモータでは、固定子鉄心10bと可動子鉄心11bとの間に位置する間隙12のうち間隙12aにおいて、電機子巻線18が充填材19により埋設された状態となっている。電機子巻線18は、U相、V相及びW相の3組のリード線18eがフレーム10aの外方に導かれ、リード線18eから交流電流が通電されるようになっている。
【0024】
以上のように構成された実施形態のギャップワインディングモータでは、電機子巻線18のU相、V相及びW相に交流電流を通電することにより、ステータ10における固定子鉄心10bの内周面が周方向で順次N極又はS極に磁化される。これにより、ロータ11は、永久磁石11cが引き付けられたり、反発したりするとともに、可動子鉄心11bが固定子鉄心11bとの間で磁路を形成する。このため、ロータ11が回転軸17とともに回転する。こうして、このギャップワインディングモータでは、回転軸17により回転力が取り出されることとなる。
【0025】
特に、このギャップワインディングモータでは、間隙12a内で電機子巻線18が充填材19に埋設されていることから、固定子鉄心10b及び可動子鉄心11b間の磁束は、充填材19のナイロン系樹脂被膜Nによって磁束密度がさほど小さくされず、充填材19の大部分を占める軟磁性粉末Iにより容易にその間隙12aを通過することができる。
【0026】
つまり、このギャップワインディングモータでは、間隙12において、固定子鉄心10b及び可動子鉄心11b間の磁束が磁気抵抗を受ける長さとしてのエアギャップ長は、電機子巻線18とロータ11との間の間隙12bと、間隙12aに存在する各充填材19のリン酸被膜P及びナイロン系樹脂被膜Nの厚さの総計であることから極端に短くなる。したがって、リン酸被膜P及びナイロン系樹脂被膜Nの厚さは、電気的絶縁性及びバインダとしての機能を損ねない範囲で可能な限り薄くすることが望ましい。
【0027】
このため、このギャップワインディングモータでは、固定子鉄心10b及び可動子鉄心11b間の磁束が大きな磁束密度で間隙12を通過することができる。
【0028】
したがって、このギャップワインディングモータでは、交流電流の電流値に対する可動子11のトルク発生効率を向上させることができる。
【0029】
なお、上記実施形態は固定子に対して可動子が相対回転するギャップワインディングモータであるが、本発明は固定子に対して可動子が相対直線運動するギャップワインディングモータにも具体化可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のギャップワインディングモータの拡大横断面図である。
【図2】実施形態の充填材の拡大断面図である。
【図3】実施形態のワイヤを巻型に巻いた状態を示す平面図である。
【図4】実施形態の亀甲形コイル及び重巻コイルの平面図である。
【図5】実施形態の重巻コイルの平面図である。
【図6】実施形態の円筒状コイルの斜視図である。
【図7】従来のギャップワインディングモータの縦一部断面図である。
【図8】従来のギャップワインディングモータの横断面図である。
【図9】従来ののギャップワインディングモータの拡大横断面図である。
【符号の説明】
10…固定子(ステータ)
12、12a、12b…間隙
11…可動子(ロータ)
18…電機子巻線
I…磁性粉末(軟磁性粉末)
19…充填材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gap winding motor that does not have a convex portion called a tooth for winding an armature winding around a gap between a stator and a mover. This gap winding motor is suitable for use in electric power steering, air conditioners and the like.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 7, in a gap winding motor in which a
[0003]
The
[0004]
On the other hand, the
[0005]
Of the gap 82 located between the stator core 80b of the
[0006]
In the gap winding motor configured as described above, by passing an alternating current through the U-phase, V-phase and W-phase of the armature winding 88, the permanent magnet 81c, the applied current, the effective conductor length in the magnetic field, and Is generated, and the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional gap winding motor, since the armature winding is embedded in a resin that is a non-magnetic material, the magnetic resistance increases due to the radial thickness of the resin, and the armature winding is linked to the armature winding. However, even if an alternating current with a large current value is applied, the rotor does not move with a large driving force, such as being difficult to rotate with a large high torque. bad.
[0008]
In this regard, it is conceivable to embed the armature windings with a magnetic material and eliminate the magnetic resistance between them. There is a possibility that the driving force of the mover cannot be obtained due to the influence.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and an object to be solved is to provide a gap winding motor having excellent operation efficiency of the movable element with respect to the current value.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have intensively studied to solve the above problems, and have considered that the above problems can be solved by adopting a magnetic powder whose surface is electrically insulated, thereby completing the present invention. .
[0011]
That is, the gap winding motor of the present invention faces a stator, a gap between the stator and a movable element that is movable relative to the stator, and is fixed to the stator. In a gap winding motor including an armature winding provided in the gap, the armature winding is embedded in the gap by a filler made of magnetic powder whose surface is electrically insulated. It is characterized by.
[0012]
In the gap winding motor of the present invention, the filling material in which the armature winding is embedded in the gap is a magnetic powder whose surface is electrically insulated. Therefore, the magnetic flux between the stator and the mover occupies most of the gap. The gap is easily passed by the magnetic powder.
[0013]
That is, in the conventional gap winding motor, the length that the magnetic flux between the stator and the mover receives the magnetic resistance is generally referred to as the air gap length. Here, if the armature winding is embedded with a non-magnetic material in the gap that is the length between the stator and the mover, the space between the armature winding and the rotor necessary for rotating the rotor is assumed. And the non-magnetic material receive a large magnetic resistance, and in particular, the ratio of the magnetic resistance due to the armature winding portion (non-magnetic material) having a large radial thickness compared to the fine gap. large. On the other hand, if the armature winding is embedded in the gap with a filler made of magnetic powder whose surface is electrically insulated as in the present invention, the magnetoresistance of the filler made of armature winding and magnetic powder Is merely the total thickness of the surface of each magnetic powder, and the magnetic resistance is reduced as compared with a conventional motor in which the filler is made of a non-magnetic material. For this reason, the magnetic flux between the stator and the mover passes through the gap with a large magnetic flux density.
[0014]
Therefore, the gap winding motor of the present invention is excellent in operating efficiency of the mover with respect to the current value.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the gap winding motor of the present invention is embodied will be described with reference to the drawings.
[0016]
As shown in FIG. 1, the gap winding motor of the embodiment is such that a
[0017]
The
[0018]
On the other hand, the
[0019]
An armature winding 18 fixed to the stator core 10b is provided in the
[0020]
The armature winding 18 is manufactured as follows. First, as shown in FIG. 3, the same wire 18a as in the prior art is wound by the winding
[0021]
On the other hand, as shown in FIG. 2, the surface of soft magnetic powder I containing iron as a main component is filled with a phosphoric acid coating P and a nylon resin coating N that are electrically insulating (Sumitomo Electric Co., Ltd.). ) “FM-CM material”) 19 is prepared.
[0022]
The stator core 10b in which the armature winding 18 is inserted is inserted into a mold cavity (not shown). This cavity has the same gap as the gap 12a between the inner peripheral surface of the stator core 10b. In this gap, the filling
[0023]
Thus, in the obtained gap winding motor, the armature winding 18 is buried with the
[0024]
In the gap winding motor of the embodiment configured as described above, the inner peripheral surface of the stator core 10b in the
[0025]
In particular, in this gap winding motor, since the armature winding 18 is embedded in the
[0026]
That is, in this gap winding motor, the air gap length as a length in which the magnetic flux between the stator core 10 b and the mover core 11 b receives the magnetic resistance in the
[0027]
For this reason, in this gap winding motor, the magnetic flux between the stator iron core 10b and the mover iron core 11b can pass through the
[0028]
Therefore, in this gap winding motor, the torque generation efficiency of the
[0029]
The above embodiment is a gap winding motor in which the mover rotates relative to the stator. However, the present invention can also be embodied in a gap winding motor in which the mover moves relative to the stator in a straight line. Needless to say.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a gap winding motor according to an embodiment.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a filler according to an embodiment.
FIG. 3 is a plan view showing a state in which the wire of the embodiment is wound around a winding mold.
FIG. 4 is a plan view of the turtle shell coil and the heavy wound coil of the embodiment.
FIG. 5 is a plan view of the heavy wound coil according to the embodiment.
FIG. 6 is a perspective view of a cylindrical coil according to the embodiment.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a conventional gap winding motor.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional gap winding motor.
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of a conventional gap winding motor.
[Explanation of symbols]
10 ... Stator
12, 12a, 12b ...
18 ... Armature winding I ... Magnetic powder (soft magnetic powder)
19 ... filler
Claims (2)
前記間隙では、表面が電気的に絶縁された磁性粉末からなる充填材により、前記電機子巻線が埋設されていることを特徴とするギャップワインディングモータ。A stator, a movable element facing with a gap between the stator and movable relative to the stator, and an armature winding fixed to the stator and provided in the gap In the gap winding motor with
In the gap, the armature winding is embedded with a filler made of magnetic powder whose surface is electrically insulated.
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