JP4038056B2

JP4038056B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP4038056B2
Application number: JP2002051005A
Authority: JP
Inventors: 譲鈴木; 聖一松浦; 栄藤谷; 和夫村松
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: US20030160533A1; DE60322764D1; EP1345306B1; EP1345306A2; JP2003259571A; EP1345306A3; US6856065B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転電機に関し、特に、分割型の突極構造を有するラジアルギャップ型回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、軟磁性板材（珪素鋼板等）の平板リング状コイルから放射状に複数個の突極を形成し、これを軸方向に多数枚積層してアーマチュアを形成した回転電機が知られている。
【０００３】
この従来の回転電機では、複数個の突極を有する状態で一体的にプレス抜き加工するため、構造上突極が分割されず、磁気効率が優れている（磁気抵抗が小さい）という利点がある。
【０００４】
しかしながら、小型機の場合には、巻線は各突極に直巻きされるのが普通であるため、巻線作業が煩雑であるという欠点があった。特にインナーロータ型の回転電機の場合、巻線作業は困難を極める。この結果、巻線作業に長時間を要するとともに巻線の占積率を上げることができないという問題点があった。またこの場合、巻線がフライヤ巻きとなるため、巻線作業時に線材に対してねじれのストレスが加わり、巻線部の絶縁信頼性を上げることができないという問題点があった。
【０００５】
このような状況の中、近年では、エネルギー積の高い希土類磁石が開発されたこと、またコンピュータを駆使した磁気回路解析によって回転電機の構造を見直すことによって、突極を分割した構造であっても所望のモータ特性を得ることができるようになってきた。このような突極を分割した構造にすると、磁気抵抗が多少増大するが、それにも増して、巻線作業が容易になること、また占積率を上げることができることが大きな利点となる。
【０００６】
このことから、最近では、分割アーマチュア型の回転電機の方が総合的に見て高性能化および低コスト化が図れることがわかり、今日ではアーマチュアの分割化の要求度が高まってきた。
【０００７】
この分割型アーマチュアの一例としては、前述の軸方向に複数枚の平板を積層する従来型構成のアーマチュアヨークを突極部分ごとに軸と平行な方向に分割し、この分割した突極部分ごとに巻線を施し、その後、分割した箇所をレーザで溶接するなどの方法によって接合してアーマチュアに再構成するものが知られている。
【０００８】
しかし、この方法で作製したアーマチュアの場合、従来のアーマチュアを一旦分割し、その後に再度結合するため、手間がかかるという煩わしさがある。また、再結合の際には積層状態を確保しながら行わなければならないので、組立精度が十分保証された金型等に組付け且つ１枚１枚確実に溶接作業を行う必要があり、精度維持が難しく作業性が悪いという問題がある。また、何と言っても接合（溶接）箇所は機械的、磁気的特性が著しく劣化する等の欠点があるため、結果的には完成度に今一つ問題がある。
【０００９】
そこで、本発明者らは、特開２００１−２３８３７７号公報として、分割した複数の突極とこれらの突極を磁気的および機械的に接続するリングとを用いて構成したラジアルギャップ型回転電機の分割アーマチュアにおいて、突極の位置決めおよび固定をするための極歯リングと、磁気的不連続性による漏洩磁束の低減を図るためのステータリングとを用いる構成を開示した。
【００１０】
ところでこのような回転電機においては、所望の性能を実現するために、ステータ組立て時に各突極を精度よく配置させ、しかも所定の位置関係に確実に固定されるようにする必要がある。これは、各突極の配置間隔にバラツキが生ずるとトルクリップルやコギングトルク等を増大させ、モータの性能を低下させてしまうからである。
【００１１】
この点に関する対応として従来の回転電機では、分割した複数の突極のそれぞれをボビンで構成し、この複数のボビンを組付けてアーマチュア組立体に組立てる際に、隣り合うボビンのロータ側に面した鍔部の端どうしを互いに面で突き合わせたり、ボビンの鍔部の端を互いにかみ合う形状にすることで固定したり、さらに、突極間に樹脂を注入して固定するようにしていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような従来の回転電機においては、以下のような問題があった。
【００１３】
すなわち、従来の回転電機においては、ステータをステータリング内に組付け、各突極間に樹脂を注入し硬化させた場合、硬化時の収縮によるストレスによって突極に設けた極歯（突極子）が僅かながら動き、それにより極歯の上端面とステータリング内周面との接合状態にバラツキが発生し、トルクリップルやコギングトルク等を増大させ易くするという問題があった。
【００１４】
また、極歯が動くことでステータとロータとで中心ずれの傾向となることも同様な問題を引き起こしてしまうことになる。
【００１５】
また、長尺タイプ（たとえば長手方向寸法５０ｍｍ程度以上）のモータでは注入する樹脂量も多くなり、上記傾向が顕著である。
【００１６】
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、分割した突極を組付けてステータを組立て、ステータ内に樹脂を注入して固定する回転電機において、樹脂の注入、硬化時のストレスがあったとしても、各突極に設けた極歯の位置ずれを防止することができる回転電機を提供することを目的とする。
【００１７】
本発明は上記の目的を達成するために、分割した複数の突極を組付けることによってステータを組立て、該ステータ内に樹脂を注入して固定する回転電機において、前記複数の突極のそれぞれがボビンと極歯とを有し、前記複数の突極を組付ける際に、前記極歯のロータ界磁磁石と対向する面に薄板状のポジションリングを嵌合してなることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記ポジションリングがその外周部に少なくとも前記突極と同じ数の凸部を有し、前記ボビンが前記ポジションリングを嵌合するためのガイド溝を有し、前記極歯が前記ポジションリングを嵌合するための凹部を有し、前記凹部の深さが前記ガイド溝の深さよりも深く、前記凸部を前記凹部に挿入することを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記極歯の凹部が、この極歯の長手方向の中心部に設けられていることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記ポジションリングの材質を電磁気的絶縁物とすることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明による回転電機の第１の実施の形態を示す図であり、回転電機の軸方向断面図である。
【００２３】
また、図２は、図１に示した回転電機の軸方向から見た部分断面正面図である。
【００２４】
図１および図２において、６は突極、１０はアーマチュア組立体、１２および１３はフランジ、２０はロータ組立体、２１はシャフト、２２はスリーブ、２３はロータ界磁磁石、２３ａはロータ位置検出磁石部、２４はスペーサ、２５はボールベアリング、２６はスリーブベアリング、２７は予圧ホルダ、２８は予圧ばね、３４は極歯、３４ａは極歯３４の先端面、３４ｂは極歯３４の凹部、３６はボビン、３８はマグネットワイヤ、５１はプリント配線板、５２はホールセンサ、５３はコネクタ端子、５５は各突極６および各極歯３４の位置決めを行うポジションリング、５７はコネクタ、６０は樹脂、１００はステータリングである。
【００２５】
なお、この実施の形態では、回転電機は、突極数が６個でロータ磁極数が８極の３相インナーロータ型ＤＣブラシレスモータの場合を示す。
【００２６】
また、この図１および図２は、アーマチュア組立体内部のロータ界磁磁石が入る部分を除く部分に樹脂を充填して一体的にモールドした、いわゆる樹脂一体モールドアーマチュア組立体を示している。
【００２７】
このＤＣブラシレスモータは、アーマチュア組立体１０と、その軸方向両端に設けられたフランジ１２および１３と、アーマチュア組立体１０の内部に回転自在に配置されたロータ組立体２０とで構成されている。
【００２８】
アーマチュア組立体１０は、外周に円筒状のステータリング１００を有し、その内部に６個の突極６が６０度の等角度間隔で放射状に配置されている。
【００２９】
ここで、突極６の構造について説明する。
【００３０】
図３は、図１および図２に示した突極６を分解して示す斜視図であり、（ａ）は突極６のうちのボビン部分を示す斜視図、（ｂ）は突極６のうちの極歯部分を示す斜視図である。
【００３１】
また、図４は、図１および図２に示した突極６を示す斜視図である。
【００３２】
図３（ａ）、図３（ｂ）および図４において、図１および図２と同じ構成部分には同じ参照番号を付してある。
【００３３】
突極６は、表面が絶縁された板厚０．５ｍｍの電磁鋼板をほぼＴ字形状に加工し、これを７枚積層した図３（ｂ）に示す極歯３４を、図３（ａ）に示す樹脂製ボビン３６の角穴３６ａ（幅Ｔ１）に挿入し、ボビン３６の鍔部３６ｂと３６ｃとの間に、図４に示すようにマグネットワイヤ３８を巻回して構成される。
【００３４】
極歯３４は、ボビン３６に挿入された際に、その先端部（図３（ｂ）において左側の側縁）全体（長さＴ２）にわたって所定の高さ（高さＴ３）だけ、鍔部３６ｂの表面から突出するような寸法に形成されている。
【００３５】
この極歯３４の材料としては、電磁鋼板のほかに、たとえば軟磁性体粉を焼き固めたセラミックス成形品や、外周表面を絶縁処理した純鉄等のマイクロパウダーから成る軟磁性材料を焼き固めたいわゆる粉末冶金成形品のような軟磁性材を用いることもできるが、それらとは異なる軟磁性の金属板材で成分にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系の金属材を用いると、高い透磁率が維持できるだけではなく、比較的電気抵抗率が高いために渦電流損を低減することができるという利点があると同時に、積層時各板材表面を防錆処理することなく用いても腐食の心配がないので、使用環境の厳しいところ（たとえば車載用）での使用に有効である。
【００３６】
また、極歯３４には、図３（ｂ）に示すような凹部３４ｂが設けられている。これはポジションリング５５を差込むためのくぼみである。この凹部３４ｂは、極歯３４において、その長手方向の中心部の、磁気的影響が少ない位置に設けるのが望ましい。
【００３７】
同様に、ボビン３６にも、ポジションリング５５を差込むためのくぼみであるガイド溝３６ｅが設けられている。
【００３８】
ボビン３６の鍔部３６ｃの両側縁には、さらに、離れて２ヶ所にモールド用樹脂を全体に行き渡らせるための樹脂注入穴を形成する凹部３６ｄが形成されている。
【００３９】
マグネットワイヤ３８の端部は、ボビン３６の片方の鍔部３６ｃの下端に挿入されたコイル端子４０にからげられて固定される。
【００４０】
図５は、図１に示したアーマチュア組立体１０を分解して示す斜視図であり、（ａ）は６個の突極６が鍔部３６ｃどうしが接触するように６０度の等角度間隔で放射状に配置して構成した突極組立体を示す斜視図、（ｂ）はステータリング１００を示す斜視図である。
【００４１】
図５（ａ）、（ｂ）において、図１〜図４と同じ構成部分には同じ参照番号を付してある。
【００４２】
図５（ａ）から分かるように、隣接する２つの突極６のボビン３６の鍔部３６ｃどうしが接触する側縁には凹部３６ｄどうしが合わさって樹脂注入穴３７が形成される。
【００４３】
図５（ｂ）に示すステータリング１００は、突極組立体を受け入れるもので、軟磁性の金属製円筒であり、たとえば絞り加工によって形成される。なお、図中ステータリング１００の下端の切り欠き１００ａはコネクタ５７（図１参照）の逃げ用の溝となっている。
【００４４】
図５（ａ）に示すように、各突極６の内側においては、極歯３４の凹部３４ｂおよびボビン３６のガイド溝３６ｅにポジションリング５５が差込まれて、組付けたときに突極６のそれぞれがずれるのを防止している。
【００４５】
次に、この実施の形態におけるポジションリング５５について詳しく説明する。
【００４６】
図６は、図１および図２に示した第１の実施の形態のポジションリング５５を示す平面図である。
【００４７】
図６において、図１〜図５（ａ）、（ｂ）と同じ構成部分には同じ参照番号を付してある。
【００４８】
本実施の形態のポジションリング５５は、図６に示す形状の薄板状の部材であり、その厚さは、極歯３４の凹部３４ｂやボビン３６のガイド溝３６ｅに嵌合するのによい寸法に設定される。
【００４９】
また、ポジションリング５５の材質は、非磁性の絶縁物すなわち電磁気的絶縁物であって且つ剛性のあるものが望ましいが、たとえばアルミニウムなどが採用される。このようにすることにより、ポジションリング５５に漏洩する磁束による無負荷電流の増加を抑えることができ、回転電機の効率低下となる要因を減らすことができる。もちろん、特性的に十分余裕がある場合には、あえて強磁性材を用いることもある。この場合には、ポジションリングを介してロータ界磁磁石の磁束が一部バイパスされることにより、実効的なエアギャップ磁束密度の波形が調整（磁束変化の勾配が緩和される）される。結果として、トルクリップル改善効果が期待できる。
【００５０】
ポジションリング５５には、６個の突極６のそれぞれに対応した６個の凸部５５ａが設けられ、さらに、凸部５５ａのそれぞれの両脇には肩部５５ｂが設けられている。
【００５１】
図７は、図１および図２に示した第１の実施の形態において、突極６とポジションリング５５とを嵌合させる方法を説明する部分斜視図である。
【００５２】
図８は、図１および図２に示した第１の実施の形態において、回転電機の軸方向のポジションリング５５の位置における断面図を左側に示し、回転電機の軸方向の平面図を右側に示す部分半断面図である。
【００５３】
図７および図８において、図１〜図６と同じ構成部分には同じ参照番号を付してある。図８において、３６ｃ’および３６ｃ”はそれぞれ隣の突極のボビンの鍔部である。
【００５４】
ガイド溝３６ｅおよび凹部３４ｂの位置は、図７に示すように、ボビン３６の角穴３６ａに極歯３４を挿入したときに同じ位置にくるようにしてあり、ここへポジションリング５５が挿入される。このとき、ポジションリング５５の凸部５５ａは極歯３４の凹部３４ｂに、また、凸部５５ａの両脇の肩部５５ｂはボビン３６のガイド溝３６ｅに挿入され、図８に示す状態となる。
【００５５】
図９は、図１および図２に示した第１の実施の形態において、ボビン３６のガイド溝３６ｅおよび極歯３４の凹部３４ｂの深さと、ポジションリング５５の凸部５５ａの高さとの関係について説明する部分側面図である。
【００５６】
図９に示すように、ボビン３６のガイド溝３６ｅの深さがＷで、極歯３４の凹部３４ｂの深さがＷ’で、ポジションリング５５の凸部５５ａの高さがＷ”であるとすると、Ｗ＜Ｗ’であるのが望ましく、且つ（Ｗ’−Ｗ）≧Ｗ”とするのが嵌合時の安定性から見て望ましい。
【００５７】
以上説明した実施の形態によれば、ポジションリング５５によって、樹脂硬化時のストレスでの極歯３４の径方向と円周方向の両方の動きを止めることができ、さらにステータ内径精度が維持され、ロータとの中心ずれの問題も解決することができる。
【００５８】
また、各突極６を組付ける際には単純にポジションリングの凸部５５ａに差込むようにすればよいため、複数の突極を精度よく組付ける作業が容易となった。
【００５９】
またさらに、ボビン３６のガイド溝３６ｅの深さＷ、極歯３４の凹部３４ｂの深さＷ’、ポジションリング５５の凸部５５ａの高さＷ”の寸法を上述の様に設定したため、ボビン３６を形成する樹脂による弾性力を受けて極歯３４およびポジションリング５５が強固にボビンに固定され、結果として極歯３４とポジションリング５５とをより強固に固定することができるという効果もある。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、分割した突極を組付けてステータを組立て、ステータ内に樹脂を注入して固定する回転電機において、樹脂の注入、硬化時のストレスがあったとしても、各突極に設けた極歯の位置ずれを防止することができる回転電機を提供することができる。又、ポジションリングを強磁性体にし、その形状を調整することによってエアギャップ内の実効磁束波形を調整でき、トルクリップルを改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転電機の第１の実施の形態を示す図であり、回転電機の軸方向断面図である。
【図２】図１に示した回転電機の軸方向から見た部分断面正面図である。
【図３】図１および図２に示した突極を分解して示す斜視図であり、（ａ）は突極のうちのボビン部分を示す斜視図、（ｂ）は突極のうちの極歯部分を示す斜視図である。
【図４】図１および図２に示した突極を示す斜視図である。
【図５】図１に示したアーマチュア組立体を分解して示す斜視図であり、（ａ）は６個の突極が鍔部どうしが接触するように６０度の等角度間隔で放射状に配置して構成した突極組立体を示す斜視図、（ｂ）はステータリングを示す斜視図である。
【図６】図１および図２に示した第１の実施の形態のポジションリングを示す平面図である。
【図７】図１および図２に示した第１の実施の形態において、突極とポジションリングとを嵌合させる方法を説明する部分斜視図である。
【図８】図１および図２に示した第１の実施の形態において、回転電機の軸方向のポジションリングの位置における断面図を左側に示し、回転電機の軸方向の平面図を右側に示す部分半断面図である。
【図９】図１および図２に示した第１の実施の形態において、ボビンのガイド溝および極歯の凹部の深さと、ポジションリングの凸部の高さとの関係について説明する部分側面図である。
【符号の説明】
６突極
１０アーマチュア組立体
１２、１３フランジ
２０、１２０ロータ組立体
２１シャフト
２２スリーブ
２３ロータ界磁磁石
２３ａロータ位置検出磁石部
２４スペーサ
２５ボールベアリング
２６スリーブベアリング
２７予圧ホルダ
２８予圧ばね
３４極歯
３４ａ先端面
３４ｂ凹部
３６ボビン
３６ａ角穴
３６ｂ、３６ｃ鍔部
３６ｄ凹部
３６ｅガイド溝
３７樹脂注入穴
３８マグネットワイヤ
４０コイル端子
５１プリント配線板
５２ホールセンサ
５３コネクタ端子
５５ポジションリング
５５ａ凸部
５５ｂ肩部
５７コネクタ
６０樹脂
１００ステータリング
１００ａ切り欠き

Claims

分割した複数の突極を組付けることによってステータを組立て、該ステータ内に樹脂を注入して固定する回転電機において、
前記複数の突極のそれぞれがボビンと極歯とを有し、前記複数の突極を組付ける際に、前記極歯のロータ界磁磁石と対向する面に薄板状のポジションリングを嵌合してなることを特徴とする回転電機。
前記ポジションリングがその外周部に少なくとも前記突極と同じ数の凸部を有し、前記ボビンが前記ポジションリングを嵌合するためのガイド溝を有し、前記極歯が前記ポジションリングを嵌合するための凹部を有し、前記凹部の深さが前記ガイド溝の深さよりも深く、前記凸部を前記凹部に挿入することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記極歯の凹部が、該極歯の長手方向の中心部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
前記ポジションリングの材質を電磁気的絶縁物とすることを特徴とする請求項１、２または３に記載の回転電機。