JP3999358B2 - Cylindrical radial gap type rotating electrical machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はロータに永久磁石を持つ、小型円筒ラジアルギャップ型回転電機の構造に関するものである。特に、アマチュアがステータリング部と複数の突極部で構成される磁気回路構成の回転電機において、突極形状とステータリング形状を工夫してこれらの機械的/磁気的結合を確保すると同時に、回転電機自体の熱放散を改善したDCブラシレスモータの突極構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
固定子コイルを巻回した突極を回転軸からみて放射状に複数個分割配設し、該突極の軸方向の長さを対向するロータ磁石の長さとほぼ同じとした回転電機の構成が特許願平成9年第306115号に示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この方式だと、突極の断面積を十分確保する事が出来るので、磁気飽和は改善できるが、アマチュアがステータリング部と複数個の突極部の2つで構成されているので、この間の機械的/磁気的結合如何により、回転電機(モータ)効率が悪化する欠点があった。又、各突極がステータリング外周面から全く表出していない為、モータ内部(特に突極とこれに巻回したコイルで発生する)の熱が効果的にモータ外部に放出させられない構造的欠点があった。
【0004】
本発明は上述のような従来の欠点を改善しようとするものであり、その目的は、ロータに永久磁石を持った、有鉄芯型ラジアルギャップの小型円筒型回転電機において、同一形状のコアを軸方向に積層した、いわゆる従来型のラミネーション構造を用いずに、アーマチュアはステータリングと複数個の突極からなる構造で、組立が容易で、熱放散性が良い回転電機の構造を提供することにある。特に、本発明はステータリングと突極の結合部に形状的工夫を施し、これらの機械的結合力を十分安定させると同時に、前記突極の一部をステータリング表面から外部方向に積極的に突出させて熱放散性の良いモータ構造を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、固定子のヨークを構成する円筒状のステータリングと、
ロータ磁石を保持し該ステータリングの両端面で回転自在に軸承される回転軸と、
前記ステータリングの内側に配置され固定子巻線を施されて前記ロータ磁石の磁極と対峙する複数の突極と、
を有する円筒ラジアルギャップ型回転電機において、
前記突極の形状は軸方向断面形状がほぼT字型で、回転軸に垂直な断面形状はI字型であり、前記T字の上端面である極歯は前記ロータ磁石の外周面に対向配置され、突極下端部で前記ステータリングに設けた貫通部分に機械的に嵌合固定させると共に、前記突極下端部の少なくとも一部を前記ステータリングの外周面から突出させ、
前記突極下端部は、第1のスリットを有し、
前記ステータリングに設けた貫通部分は、前記ステータリングの一方端から他方端に向かって軸方向に伸長し、前記第1のスリットと互いに嵌合される第2のスリットにて構成されてなることを特徴とする円筒ラジアルギャップ型回転電機が提供される。
【0006】
【発明の実施の形態】
次に本発明の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明に係るインナロータ型DCブラシレスモータの軸方向の側断面図であり、図2は半断面正面図である。これらの図から分かるように、本発明にかかるインナロータ型DCブラシレスモータは、外周に円筒型のステータリング1を有する。このステータリング1は固定子のヨークとなるものである。ステータリング1の両端にはフランジ2、2が取り付けられている。フランジ2,2には、ベアリング3,4が固定され、これらベアリング3,4には、回転軸5が回転自在に軸承されている。
【0007】
図1に示すように、回転軸5には、円筒状のスリーブ6が嵌合しており、このスリーブ6の外周に、希土類合成樹脂型永久磁石からなる界磁磁極としてのロータ磁石7がはめ込まれている。このロータ磁石7の外面には、回転軸線方向に永いN極とS極が円周に沿って交互に12極着磁されている。ロータ磁石7の右端縁には、ロータ磁石7の回転位置検出用のロータ磁石位置検出用磁石8がロータ磁石7とは別体に貼着されており、このロータ磁石位置検出用磁石8には、多数のN極とS極が交互に着磁されている。スリーブ6とベアリング4との間にはスペーサ9が遊嵌されており、ロータ磁石7、スリーブ6、スペーサ9はロータ部10を構成している。スペーサ9とベアリング4との間の回転軸5にはスラストワッシャ11が介在し、さらにロータ磁石7とベアリング3との間にもスラストワッシャ12が介在し、ロータ部10のスラスト方向の遊びを吸収すると共に、それらの挿入枚数を調整して、ロータの軸方向位置関係が適切になるよう構成されている。なお、ロータ磁石7は合金や焼結型の永久磁石を用いてもよい。
【0008】
ステータリング1の内側には、ロータ磁石7と空隙13を介して対峙する突極14が9極設けられている。該突極14は図3に示す1枚のT字型珪素鋼鈑14’を複数枚重ねた積層体(図4)からなり、それらの根部15にはスリット16が形成されている。また、図5に示すように、ステータリング1にもスリット17が形成されていて、ステータリング1のスリット17に図1における左方向から挿入された突極14は、そのスリット16にステータリング1の固定部分18が挿入されて突極14はステータリング1の内面と密着して固定される。突極14には、ボビン19を介して固定子巻線20が巻回されている。なお、ボビン19、固定子巻線20は、突極14とともに固定磁極21を構成する。ボビン19の側端には、板状のプリント配線板22が添着されている。プリント配線板22には、モータの駆動回路用電子部品23が載置され、必要な電気配線が施されているほか、ロータ磁石位置検出用磁石8に形成された複数の磁石と対峙してロータの位置を検出する3個のホール素子24が搭載されている。プリント配線板22の端部には外部電気回路との接続を果たすFPCのような引出導線25が取り付けられており、これに対して必要な電源と信号を付与すればモータは回転する。
【0009】
図6は、1個の固定磁極21を示す斜視図である。図6からわかるように、ボビン19はT字型の突極14の根部15が挿入できるように、中央部にストレート若しくは先端先細形状の角穴26を持っている。又、T字型の突極14の下端部はステータリング1に接触/固定される。ボビン19は合成樹脂で一体形成され、その鍔部19aの下端部には端子27が挿入されており、ここに固定子巻線20の引出線28先端29をからげる。なおこの端子27はプリント配線板22に挿入され、これにはんだ付けされる。突極14の先端に設けられた極歯30の周囲には、図7に示すように、中央に極歯30の先端が挿通する挿通穴31を形成した長四辺形をした磁束収束用の極歯板32がはめ込まれている。なお、本発明では、固定子巻線20を巻回した複数個の突極14からなる固定磁極21をステータリング1の内側に固定してこれらでステータ部を構成している。尚、突極下端部14”側のボビン19のツバ部には、ステータリング1の内周面と対応した曲率を持たせている。
【0010】
ここで、ステータリング1の詳細構造について図5を用いて説明する。図5はステータリング1の拡大斜視図を示したものである。ステータリング1は磁気回路の一部を形成しているので軟磁性材である必要があり本発明の実施の形態では、材料として純鉄を採用している。ステータリング1には突極の数に等しいスリット17、17・・・・・が軸方向に沿って施されており、このスリット17に突極下端部14”に施されたスリット16を挿入する事により、ステータリング1と突極14を機械的及び磁気的に連結する事が出来る。そして、図1及び図2に示すように、突極下端部14”がステータリング1外周より突出することにより、モータ外周の放熱表面積が増大し、且つ又、最も発熱部に近い一端が、直接モータ外周に突出される点で熱放散性が著しく高まる。
【0011】
尚、突極14のスリット16の溝幅はステータリング1の肉厚に等しいか若しくはこれより狭く、又、ステータリング1のスリット17の溝幅は突極14の円周方向幅と等しいか若しくはこれより狭くして、各々圧入しながら組立ることによって磁気的結合が高く且つ、機械的剛性をあげることができる。
【0012】
図6は前述のように、ボビン19に固定子巻線20を巻回した後、ボビン19の角穴26に突極14を挿入した状態を示した斜視図である。この状態に組立たものをステータリング1に、必要個数、放射状に、組み付けることは当然である。また、極歯30の先端の周囲には、磁束収束用の極歯板32が設けられているが、この磁束収束用の極歯板32が取り付けられていることにより、ロータ磁石7からの磁束を有効に突極14と鎖交させる効果を持たせていると同時に、該極歯板32に曲率を付けることにより、敢えて、周方向で見たエアギャップ幅を不均等にして、コギング/トルクリップルの改善効果を持たせることが出来る。又、極歯30はこの磁束収束用の極歯板32で箍が嵌められることになり、結果として、突極の励磁による振動が低減し低騒音となる。
【0013】
次に、図8ないし図10を用いて本発明の第2の実施の形態を説明する。第2の実施の形態の説明において、第1のそれと同一部分には同一符号を図面中に付し、説明の必要のない部分の説明は省略する。第2の実施の形態の特徴は、ステータリング1と突極14の極結合用に、スリット17をステータリング1に設けるのではなく、細長い角穴33をステータリング1に設けた場合の例である。尚、角穴33から突極14の下端部14”をステータリング1の内側方向から外周方向に突出させ、該下端部14”の両端をステータリング1外周で機械的に曲げることにより、両者を連結・固定させる。
【0014】
図9は、第2の実施の形態に用いられる突極14の斜視図である。突極14は軸方向断面形状がほぼT字型であり、図3及び図4に示すものと同様に、4つの部分から成り立っている。即ち、極歯30で、ロータ磁石7と対向する部分と、ボビン巻した固定子巻線20を収納する根部15と、下端部14”でステータリング1の外周から突出する部分と、一対のスリット16’16”の4つの部分である。尚、図中のスリット16’、16”の形状はテーパ状であり、突極14をステータリング1に挿入後、突極14の下端部14”を曲げる時、強度を上げることが出来る様に、図中の寸法L1、L2、L3の関係を、
L2<L1<L3
とするのが好ましい。この事により、曲率を持ったステータリング12の外周面にも突極14を高強度に固定できる。但し、L1はステータリング1の厚さであり、L2は基準面からスリット16’、16”の最小値であり、L3は同じく基準面からこれらの最大値である。
図10は、ステータリング1に突極14を挿入・固定した状態を示した斜視図である。突極14下端部14”の一部は図のように曲げられて固定される。又、突極14の下端部14”がステータリング1の外周から突出するので、放熱効果は実施の形態1と同様に高い。尚、モータの放熱効率を更に上げる為には、モータ回転軸5に冷却用ファンを付加し、強制冷却すれば冷却効率は向上する。
【0015】
以上、本発明を上述の実施の形態により説明したが、本発明は上記実施の形態のようなロータ磁極数(12極)、突極数(9個)の3相DCブラシレスモータに限るものではなく、相数、ロータ磁極数、突極数はこれに限るものではない。又、DCブラシレスモータだけではなく、永久磁石型の同期モータ及び永久磁石型の発電機にも適用出来るなど、本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であり、これらの変形や応用を本発明の範囲から排除するものではない。
【0016】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、突極の形状は軸方向断面形状がほぼT字型で、回転軸に垂直な断面形状はI字型であり、前記T字の上端面である極歯はロータ磁石の軸方向と対向し、突極下端部で前記ステータリングに設けた貫通部分に機械的に嵌合固定させると共に、前記突極下端部の少なくとも一部を前記ステータリング表面から突出させる構成を有するので、放熱表面積が増大すると同時に、突極部で発生する熱が効率良く回転電機外部に放出される様になり、著しく熱放散が向上した。このため同一温度上昇まで許容される場合には大きな出力を取り出すことが出来る。
特に、突極を電磁鋼板を用い円周方向に積層して構成するので、突極内で生じる鉄損が著しく減少する利点があり、熱放散効率とあいまって、熱的耐量の向上が出来た。特に、ロータ磁極数が大きく且つ高回転使用ではこの突極10での鉄損が著しく増大するので電磁鋼板を積層した構成の方が好ましい。
また、請求項8に記載の発明では、ロータ磁石からの磁束を有効に突極と鎖交させる効果を持たせていると同時に、該極歯板に曲率を付けることにより、敢えて、周方向で見たエアギャップ幅を不均等にして、コギング/トルクリップルの改善効果を持たせることが出来る。又、極歯はこの磁束収束用の極歯板で箍が嵌められることになり、結果として、突極の励磁による振動が低減し低騒音となる。、インナロータ型のDCブラシレスモータで特に著しい効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明に係る円筒型ラジアルギャップ型回転電機の軸方向の側断面図である。
【図2】図2は、本発明に係る円筒ラジアルギャップ型回転電機の軸方向の半断面正面図である。
【図3】図3は、1枚の突極の斜視図である。
【図4】図4は、積層された突極の斜視図である。
【図5】図5は、ステータリングの斜視図である。
【図6】図6は、固定磁極の斜視図である。
【図7】図7は、磁束収束用の極歯板の斜視図である。
【図8】図8は、本発明に係る円筒ラジアルギャップ型回転電機の第2の実施形態の軸方向側断面図である。
【図9】図9は、第2の実施形態の突極の斜視図である。
【図10】図10は、第2の実施形態のステータリングを示す斜視図である。
【符号の説明】
1・・・・・ステータリング
2・・・・・フランジ
3・・・・・ベアリング
4・・・・・ベアリング
5・・・・・回転軸
6・・・・・スリーブ
7・・・・・ロータ磁石
8・・・・・ロータ磁石位置検出用磁石
9・・・・・スペーサ
10・・・・・ロータ部
11・・・・・スラストワッシャ
12・・・・・スラストワッシャ
13・・・・・空隙
14・・・・・突極
14’・・・・T字型珪素鋼板
14”・・・・突極下端部
15・・・・・根部
16・・・・・スリット
16’・・・・スリット
16”・・・・スリット
17・・・・・スリット
18・・・・・固定部分
19・・・・・ボビン
19a・・・・鍔部
20・・・・・固定子巻線
21・・・・・固定磁極
22・・・・・プリント配線板
23・・・・・電子部品
24・・・・・ホール素子
25・・・・・引出導線
26・・・・・角穴
27・・・・・端子
28・・・・・引出線
29・・・・・先端
30・・・・・極歯
31・・・・・挿通穴
32・・・・・磁束収束用の極歯板
33・・・・・角穴[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a small cylindrical radial gap type rotating electrical machine having a permanent magnet in a rotor. In particular, in a rotating electrical machine having a magnetic circuit configuration in which an armature is composed of a stator ring portion and a plurality of salient pole portions, the salient pole shape and the stator ring shape are devised to ensure their mechanical / magnetic coupling while rotating. The present invention relates to a salient pole structure of a DC brushless motor with improved heat dissipation of the electric machine itself.
[0002]
[Prior art]
A configuration of a rotating electrical machine in which a plurality of salient poles wound with a stator coil are radially arranged as viewed from the rotation axis, and the length of the salient poles in the axial direction is substantially the same as the length of the opposing rotor magnet is patented. Application No. 306115 in 1997.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
With this method, it is possible to sufficiently secure the cross-sectional area of the salient pole, so that the magnetic saturation can be improved. However, since the armature is composed of the stator ring part and the plurality of salient pole parts, There is a drawback that the efficiency of the rotating electrical machine (motor) deteriorates depending on the mechanical / magnetic coupling. In addition, since each salient pole is not exposed at all from the outer peripheral surface of the stator ring, the heat inside the motor (particularly generated by the salient pole and the coil wound around it) cannot be effectively released outside the motor. There were drawbacks.
[0004]
The present invention aims to remedy the above-mentioned conventional drawbacks, and its purpose is to provide a core-shaped radial gap small cylindrical rotating electrical machine having a permanent magnet in a rotor and having a core of the same shape. To provide a structure of a rotating electrical machine that is easy to assemble and has good heat dissipation characteristics, without using a so-called conventional lamination structure laminated in the axial direction, and an armature having a structure of a stator ring and a plurality of salient poles. It is in. In particular, according to the present invention, the shape of the joint portion between the stator ring and the salient pole is devised to sufficiently stabilize the mechanical coupling force, and at the same time, a part of the salient pole is actively moved outward from the stator ring surface. The object is to provide a motor structure that protrudes and has good heat dissipation.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a cylindrical stator ring constituting the yoke of the stator;
A rotating shaft that holds the rotor magnet and is rotatably supported on both end faces of the stator ring;
A plurality of salient poles disposed on the inner side of the stator ring and provided with stator windings to face the magnetic poles of the rotor magnet;
In a cylindrical radial gap type rotating electrical machine having
The salient pole has a substantially T-shaped axial cross-section, the I-shaped cross-section perpendicular to the rotation axis, and the pole teeth that are the upper end surface of the T-shape are opposed to the outer peripheral surface of the rotor magnet. Is disposed and mechanically fitted and fixed to a penetrating portion provided in the stator ring at the lower end of the salient pole, and at least a part of the lower end of the salient pole is protruded from the outer peripheral surface of the stator ring,
The salient pole lower end has a first slit,
The penetrating portion provided in the stator ring is configured by a second slit that extends in the axial direction from one end of the stator ring toward the other end and is fitted to the first slit. A cylindrical radial gap type rotating electrical machine is provided.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view in the axial direction of an inner rotor type DC brushless motor according to the present invention, and FIG. 2 is a half sectional front view. As can be seen from these drawings, the inner rotor type DC brushless motor according to the present invention has a
[0007]
As shown in FIG. 1, a
[0008]
Nine
[0009]
FIG. 6 is a perspective view showing one fixed
[0010]
Here, the detailed structure of the
[0011]
The groove width of the
[0012]
FIG. 6 is a perspective view showing a state in which the
[0013]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the description of the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description of the parts that need not be described is omitted. The feature of the second embodiment is an example in which the
[0014]
FIG. 9 is a perspective view of the
L2 <L1 <L3
Is preferable. As a result, the
FIG. 10 is a perspective view showing a state in which the
[0015]
Although the present invention has been described above by the above embodiment, the present invention is not limited to the three-phase DC brushless motor having the number of rotor magnetic poles (12 poles) and the number of salient poles (9) as in the above embodiment. In addition, the number of phases, the number of rotor magnetic poles, and the number of salient poles are not limited thereto. Also, various modifications and applications are possible within the scope of the present invention, such as being applicable not only to DC brushless motors but also to permanent magnet type synchronous motors and permanent magnet type generators. Applications are not excluded from the scope of the present invention.
[0016]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the shape of the salient pole is substantially T-shaped in the axial cross-section, and the cross-sectional shape perpendicular to the rotation axis is I-shaped, which is the upper end surface of the T-shape. The pole teeth are opposed to the axial direction of the rotor magnet, and are mechanically fitted and fixed to the penetrating portion provided in the stator ring at the lower end of the salient pole, and at least a part of the lower end of the salient pole is separated from the stator ring surface. Since it has a structure to project, the heat radiation surface area increases, and at the same time, the heat generated in the salient pole part is efficiently released to the outside of the rotating electrical machine, and the heat dissipation is remarkably improved. For this reason, a large output can be taken out when the temperature rise is allowed to be the same.
In particular, because the salient poles are constructed by laminating magnetic steel sheets in the circumferential direction, there is an advantage that iron loss generated in the salient poles is remarkably reduced, and combined with the heat dissipation efficiency, the thermal resistance can be improved. . In particular, when the number of rotor magnetic poles is large and the rotation speed is high, the iron loss at the
In the invention according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional side view in the axial direction of a cylindrical radial gap type rotating electrical machine according to the present invention.
FIG. 2 is a half-sectional front view in the axial direction of a cylindrical radial gap type rotating electrical machine according to the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of one salient pole.
FIG. 4 is a perspective view of stacked salient poles.
FIG. 5 is a perspective view of a stator ring.
FIG. 6 is a perspective view of a fixed magnetic pole.
FIG. 7 is a perspective view of a pole tooth plate for flux convergence.
FIG. 8 is a cross-sectional side view in the axial direction of a second embodiment of the cylindrical radial gap type rotating electrical machine according to the present invention.
FIG. 9 is a perspective view of a salient pole according to a second embodiment.
FIG. 10 is a perspective view showing a stator ring of a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ロータ磁石を保持し該ステータリングの両端面で回転自在に軸承される回転軸と、
前記ステータリングの内側に配置され固定子巻線を施されて前記ロータ磁石の磁極と対峙する複数の突極と、
を有する円筒ラジアルギャップ型回転電機において、
前記突極の形状は軸方向断面形状がほぼT字型で、回転軸に垂直な断面形状はI字型であり、前記T字の上端面である極歯は前記ロータ磁石の外周面に対向配置され、突極下端部で前記ステータリングに設けた貫通部分に機械的に嵌合固定させると共に、前記突極下端部の少なくとも一部を前記ステータリングの外周面から突出させ、
前記突極下端部は、第1のスリットを有し、
前記ステータリングに設けた貫通部分は、前記ステータリングの一方端から他方端に向かって軸方向に伸長し、前記第1のスリットと互いに嵌合される第2のスリットにて構成されてなることを特徴とする円筒ラジアルギャップ型回転電機。 A cylindrical stator ring constituting a stator yoke ;
A rotating shaft that holds the rotor magnet and is rotatably supported at both end faces of the stator ring;
A plurality of salient poles disposed on the inner side of the stator ring and provided with stator windings to face the magnetic poles of the rotor magnet;
In a cylindrical radial gap type rotating electrical machine having
The shape of the salient pole in the axial direction sectional shape is substantially T-shaped, cross-sectional shape perpendicular to the rotation axis is I-shaped, pole teeth which is the upper end surface of the T-shape is opposed to the outer peripheral surface of the rotor magnet Is disposed and mechanically fitted and fixed to a penetrating portion provided in the stator ring at the lower end portion of the salient pole, and at least a part of the lower end portion of the salient pole is projected from the outer peripheral surface of the stator ring,
The salient pole lower end has a first slit,
The through portion provided in the stator ring is configured by a second slit that extends in the axial direction from one end of the stator ring toward the other end and is fitted to the first slit. Cylindrical radial gap type rotating electrical machine.
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