JP4062723B2 - 回転形モータおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にサーボモータなどに用いられると共に、分割されたコアブロックを連続して連結してなる回転形モータのステータコア構造およびステータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、サーボモータなどに用いられると共に、分割されたコアブロックを連続して連結してなる回転形モータのステータコア構造は、図５、図６のようになっている（例えば、特開２０００−２３２７４０号公報）。
図５は従来技術の回転形モータの断面図、図６は図５のステータコアの１コアブロック分を示したものであって、（ａ）はコアブロックを構成するヨークとティースを展開した断面図、（ｂ）は薄肉連結部を支点としてヨークとティースを接合した断面図である。
図５において、１１はステータ、１３はスロット、１４はコアブロック、２１、２２は永久磁石である。
ステータ１１は、積層された方向性電磁鋼板を用いて複数分割されたコアブロック１４を周方向に連続して複数個連結したもので構成される。また、当該コアブロック１４の先端に形成された磁極（ティース）には集中巻により巻線（不図示）を高密度に巻回すると共に、スロット１３の内部に樹脂モールド（不図示）を充填して当該巻線を固着するようにしてある。
永久磁石２１、２２は、ステータ１１の内径面と所望のギャップ（磁気的空隙）を介して対向配置しており、隣り合う磁石同士は異極となっている。
図６（ａ）において、コアブロック１４はヨーク１５とティース１６より構成されている。該ヨーク１５は、第１ヨーク部１５１および第２ヨーク部１５２により構成されている。第１ヨーク部１５１および第２ヨーク部１５２には、ティース１６の根元側に設けたテーパ部１６１と接合するためのヨークテーパ部１５３，１５４がそれぞれ設けられている。そして、第１ヨーク部１５１および第２ヨーク部１５２は、ティース１６のテーパ部１６１部の先端部に位置する薄肉連結部１６２により結合されている。
この場合、コアブロック１４を構成する方向性電磁鋼板は、第１ヨーク部１５１、第２ヨーク部１５２とティース１６を、図５中に矢印で示すごとく永久磁石２１、２２が作る磁束の流れる方向（それぞれの部位の長手方向）と方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向が一致する方向で一体型にて打ち抜きした後、積層して構成されている。
【０００３】
次に、コアブロックの組立工程について説明する。
図６（ｂ）は、図６（ａ）において、コアブロック１４はヨークテーパ部１５３、１５４がティース１６のテーパ部１６１と接合するように、第１ヨーク部１５１、第２ヨーク部１５２およびティース１６を、薄肉連結部１６２を支点として折り曲げて、１コアブロックを完成させる。この場合、コアブロック１４の磁化容易軸方向は、ヨーク１５では第１ヨーク部１５１および第２ヨーク部１５２それぞれＸ方向となり、ティース１６ではＹ方向となっている。
【０００４】
永久磁石２１の作る磁束Φは、図５中に点線で示す様に、永久磁石２１からステータ１１のティース１６、ヨーク１５へと流れ、該永久磁石２１と隣接する永久磁石２２に戻ってくる。回転形モータは、この永久磁石２１、２２の作る磁束Φと図５中には記載していないがスロット１３の中に巻回された巻線（不図示）に流れる電流により回転力を得ており、永久磁石２１、２２の作る磁束が強いほど大きな回転力となる。
従来技術では、図５に示すように、永久磁石２１，２２の作る磁束Φの方向とティース１６およびヨーク１５の磁化容易軸方向がティース１６のテーパ部１６１の部位を除き一致している。従来技術で示した方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向の飽和磁束密度は２Ｔ程度である。今回、従来技術では示していないが、従来技術で示した構成のコアブロック１４を無方向性電磁鋼板で構成したとすると、その飽和磁束密度は１．６Ｔ程度であることから、磁束は約２５％大きく設定することができ、回転力もおおよそ２５％向上することとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術の回転形モータのステータ構造では、互いに磁化容易軸方向がＸ軸方向である第１ヨーク部１５１と第２ヨーク部１５２とが直接接することはなく、両者の間に磁化容易軸方向がＹ軸方向であるティース６が介在している。したがって、ヨーク部を流れる磁束は、ティース６が介在する部分において、磁束の流れが磁化容易軸方向と直交することになり、永久磁石２１から始まりティース１６、ヨーク１５と流れる磁路において、著しい飽和を生じることになる。
一般に、コアを構成する鉄心は、磁束が飽和するとその透磁率は大幅に低減し、等価的にギャップが増大したことになり、永久磁石２１、２２の作る磁束は小さくなる。そのため、回転形モータのステータ構造に方向性電磁鋼板を適用する効果は減少してしまうという問題があった。
また、鉄心が飽和することにより、磁束の飽和した部位では鉄損も増大してしまう。通常、鉄損は磁束密度の２乗に比例するが、鉄心が飽和するとこの限りにあらず、異常な鉄損を生じる。そのため、回転形モータのステータ構造に方向性電磁鋼板を適用することにより回転力は増加するものの、損失も増加する問題があった。
また、従来技術で示した構成では、ヨーク１５とティース１６との接合は面接合となり、そこには薄肉連結部の外には何ら機械的な締結機構はない。ヨーク１５とティース１６とは回転中に常に外力が加わり、振動等を生じる。そのため、長年の使用においては、破損を生じる恐れがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、回転形モータのステータ構造に方向性電磁鋼板を適用する際に、磁石の作る磁束の流れと方向性電磁鋼板の磁化容易軸とを全て一致させることができると共に、回転力を向上させ、また、ヨークとティースの連結部の耐久性を向上させることのできる回転形モータおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、方向性電磁鋼板を積層して形成されると共に、薄肉連結部により相互に結合されたヨークとティースとより構成されるコアブロックを備え、前記コアブロックを円筒状に複数個配列して構成されるステータコア構造を有する回転形モータにおいて、前記ティースは、ヨーク側に鋭角形状のテーパ部を有しており、前記ヨークは、前記ティースのテーパ部の先端部の位置で第１ヨーク部と第２ヨーク部とに分割されると共に、前記ティースのテーパ部の付根に位置する前記薄肉連結部で前記ティースと結合してあり、前記第１ヨーク部と前記第２ヨーク部は、前記ティースと接合する面となるヨークテーパ部よりも外周側において、当該第１ヨーク部と第２ヨーク部が互いに接合し、第１ヨーク部と第２ヨーク部間において磁束が直接通り合う面を有したものである。
【０００７】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の回転形モータにおいて、第１ヨーク部と第２ヨーク部が互いに接合し、前記第１ヨーク部と第２ヨーク部間において磁束が直接通り合う面と、前記ヨークテーパ部とが接する位置には、当該位置を中心に、前記第１ヨーク部と第２ヨーク部が互いに接合し、前記第１ヨーク部と第２ヨーク部間において磁束が直接通り合う面と、前記ヨークテーパ部の何れか一方に係合突起を設け、他方に前記係合突起と係合する係合溝を設けたものである。
【０００８】
請求項３記載の本発明は、回転形モータの製造方法に関するもので、方向性電磁鋼板を積層して形成されると共に、薄肉連結部により相互に結合された第１ヨーク部、第２ヨーク部およびティースとより構成されるコアブロックに対して、前記第１ヨーク部と前記第２ヨーク部を前記ティースのテーパ部の付根に位置する前記薄肉連結部を支点に前記ティース側に折り曲げ、前記第１ヨーク部のヨークテーパ部と前記第２ヨーク部のヨークテーパ部を前記ティースのテーパ部に接合させ、且つ、第１ヨーク部と第２ヨーク部が互いに接合し、前記第１ヨーク部と第２ヨーク部間において磁束が直接通り合う面を接合させ、前記ヨークおよび前記ティースを接合した後のコアブロックのティースに集中巻により巻線を巻回し、巻線を巻回してなるコアブロックを円筒状に複数個配列し、方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向と一致する磁束の方向を有するようにステータを形成するようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例であって、（ａ）は回転形モータの断面図、（ｂ）は巻線を装着したコアブロックの断面図である。図２は図１のステータコアの１コアブロック分を示したものであって、（ａ）はコアブロックを構成するヨークとティースを展開した断面図、（ｂ）は薄肉連結部を支点としてヨークとティースを接合した断面図である。
【００１０】
図１において、１はステータ、３はスロット、４はコアブロックである。
本発明のステータ構造は、方向性電磁鋼板を積層して形成されると共に、薄肉連結部により相互に結合されたヨークとティースとより構成されるコアブロックを備えて、コアブロックを円筒状に複数個配列して構成される点は、従来技術と同じである。なお、永久磁石２１の作る磁束Φは、図１中に点線で示す様に、永久磁石２１からステータ１へと流れ、また該永久磁石２１と隣接する永久磁石２２に戻ってくるようになっている。
【００１１】
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、図２（ａ）において、ステータ１のコアブロック４を構成するティース６は鋭角形状のテーパ部６１を有しており、また、ヨーク５はティース６のテーパ部６１の先端部の位置で第１ヨーク部５１と第２ヨーク部５２とに分割されると共に、ティース６のテーパ部６１の付根に位置する薄肉連結部６２、６３で結合してある点である。
さらに、第１ヨーク部５１と第２ヨーク部５２は、ティース６と接合する面となるヨークテーパ部９と、第１ヨーク部５１と第２ヨーク部５２が互いに接合する面となる直線部５３を有している。
【００１２】
次に組立工程について説明する。
第１ヨーク部５１、第２ヨーク部５２およびティース６からなるコアブロック４は、方向性電磁鋼板を図２（ａ）に示す形状になるように、図２（ａ）中に矢印で示す永久磁石２１、２２の作る磁束の流れる方向（それぞれの部位の長手方向）と方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向が一致する方向で一体型にて打ち抜きした後、積層して構成されている。
そして、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、方向性電磁鋼板を積層して形成されて、薄肉連結部により相互に結合された第１ヨーク部、第２ヨーク部およびティースとより構成されるコアブロック４に対して、第１ヨーク部５１、第２ヨーク部５２およびティース６を、ティース６のテーパ部６１の付根に位置する薄肉連結部６２を支点として、第１ヨーク部５１および第２ヨーク部５２のヨークテーパ部９がティース６のテーパ部６１と接合するように折り曲げ、また、第１ヨーク部５１と第２ヨーク部５２の直線部５３同士を接合するように折り曲げる。なお、ここで、図２（ｂ）に示すコアブロック４において、磁化容易軸方向はヨーク５では第１ヨーク部５１および第２ヨーク部５２共にＸ方向となり、ティース６ではＹ方向となっている。
そして、ヨークおよびティースを接合した後のコアブロック４に対して、コアブロック４のティース６に図１（ｂ）に示すごとく集中巻により巻線８を高密度に巻回し、ティース６間のスロット３内に装着された巻線８を樹脂モールド（不図示）により固着する。
それから、巻線８を高密度に巻回してなる１コアブロックを円筒状に複数個配列し、ステータを形成する方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向と一致する磁束の方向を有するようにステータを形成する。
【００１３】
永久磁石２の作る磁束Φは、図１中に点線で示す様に、永久磁石２１からステータ１のティース６、ヨーク５へと流れ、該ヨーク５では第１ヨーク部５１と第２ヨーク部５２の直線部５３が接合する部位を磁束が流れ、該永久磁石２１と隣接する永久磁石２２に戻ってくる。回転形モータは、この永久磁石２１、２２の作る磁束とスロット３の中に巻回された巻線８に流れる電流により回転力を得ており、永久磁石２１、２２の作る磁束が強いほど大きな回転力となる。
【００１４】
本実施例では、永久磁石２１の作る磁束Φの方向とティース６およびヨーク５の磁化容易軸方向が全て一致している。特に、ヨーク５において磁束Φは第１ヨーク部５１と第２ヨーク部５２の直線部５３が接合する部位を磁束が流れる。本実施例で示した方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向の飽和磁束密度は２Ｔ程度である。今回、本実施例では示していないが、本実施例で示した構成のコアブロック４を無方向性電磁鋼板で構成したとすると、その飽和磁束密度は１．６Ｔ程度であることから、磁束は約２５％大きく設定することができ、回転力も２５％向上することとなる。
【００１５】
第１の実施例は、ステータ１のコアブロック４を構成するティース６を、鋭角形状のテーパ部６１を有し、また、ヨーク５はティース６のテーパ部６１の先端部の位置で第１ヨーク部５１と第２ヨーク部５２とに分割されると共に、ティース６のテーパ部６１の付根に位置する薄肉連結部６２、６３で結合する構成、さらに、第１ヨーク部５１と第２ヨーク部５２は、ティース６と接合する面となるヨークテーパ部９と、第１ヨーク部５１と第２ヨーク部５２が互いに接合する面となる直線部５３を有する構成にしたので、鉄心内を流れる永久磁石の作る磁束Φの向きと磁化容易軸方向とを全く一致させることができる。そのため、方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向のみに磁石の作る磁束を流すことができ、エネルギー積の高い磁石の適用もしくは磁石の体積を増やす等の設計を行うことで、磁気装荷を高め、回転力を大きくすることができる。
【００１６】
また、ステータ１のコア内で、磁化容易軸に磁石の作る磁束の流れが直交する部位が無くなることにより、局所的な磁気飽和は無くなる。そのため、鉄損の発生を抑制することができる。
【００１７】
また、本実施例は、第１ヨーク部５１と第２ヨーク部５２を、薄肉連結部６２、６３を支点として折り曲げ、ティース６のテーパ部６１および第１ヨーク部５１と第２ヨーク部５２のヨークテーパ部９を接合させ、且つ、第１ヨーク部５１と第２ヨーク部５２の直線部５３を接合させコアブロック４を構成することにより、該コアブロック４をヨークとティースとに分けて製作すること無く、１枚の方向性電磁鋼板を打抜くことで製作でき、加工工数を短縮することができる。
【００１８】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
図３は本発明の第２の実施例を示す回転形モータの断面図である。図４は図３のステータコアの１コアブロック分を示したものであって、（ａ）はコアブロックを構成するヨークとティースを展開した断面図、（ｂ）は薄肉連結部を支点としてヨークとティースを接合した断面図である。なお、第２の実施例の構成要素が第１の構成要素と同じものについては説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【００１９】
第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、ヨークテーパ部９と直線部５３が接する位置には、当該位置を中心にヨークテーパ部９と直線部５３の何れか一方に係合突起６４を設け、他方に係合突起６４と係合する係合溝５４を設けた点である。なお、基本的な組立方法、動作については第１の実施例と同じなのでその説明を省略する。
【００２０】
第２の実施例は、ヨーク５に係合溝５４を、ティース６に係合突起６４を設けて、係合溝５４と係合突起６４とを機械的に嵌合する構成にしたので、ヨーク５とティース６の連結部を強固に締結することが可能となり、回転中に発生する振動に対して十分な強度を維持し、耐久性の向上を図ることができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本実施例の第１の実施例によれば、ステータのコアブロックを構成するティースは鋭角形状のテーパ部を有し、また、ヨークはティースのテーパ部の先端部の位置で第１ヨーク部と第２ヨーク部に分割されると共に、ティースのテーパ部の付根に位置する薄肉連結部で結合する構成、さらに、第１ヨーク部と第２ヨーク部は、ティースと接合する面となるヨークテーパ部と、第１ヨーク部と第２ヨーク部が互いに接合し、第１ヨーク部と第２ヨーク部間において磁束が直接通り合う面を有する構成にしたため、鉄心内を流れる永久磁石の作る磁束Φの向きと磁化容易軸方向とを全く一致させることができる。そのため、方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向のみに磁石の作る磁束を流すことができ、エネルギー積の高い磁石の適用もしくは磁石の体積を増やす等の設計を行うことで、磁気装荷を高め、回転力を大きくすることができる。
【００２２】
また、ステータのコア内で、磁化容易軸に磁石の作る磁束の流れが直交する部位が無くなることにより、局所的な磁気飽和は無くなる。そのため、鉄損の発生を抑制することができる。
【００２３】
また、本実施例は、第１ヨーク部と第２ヨーク部を、薄肉連結部を支点として折り曲げ、ティースのテーパ部および第１ヨーク部と第２ヨーク部のヨークテーパ部を接合させ、且つ、第１ヨーク部と第２ヨーク部を互いに接合させてコアブロックを構成したため、該コアブロックをヨークとティースとに分けて製作すること無く、１枚の方向性電磁鋼板を打抜くことで製作でき、加工工数を短縮することができる。
【００２４】
本実施例の第２の実施例によれば、第１ヨーク部と第２ヨーク部が互いに接合し、前記第１ヨーク部と第２ヨーク部間において磁束が直接通り合う面と、前記ヨークテーパ部とが接する位置には、当該位置を中心に、前記第１ヨーク部と第２ヨーク部が互いに接合し、前記第１ヨーク部と第２ヨーク部間において磁束が直接通り合う面と、前記ヨークテーパ部の何れか一方に係合突起を設け、他方に前記係合突起と係合する係合溝を設け、係合溝と係合突起とを機械的に嵌合する構成にしたので、ヨークとティースの連結部を強固に締結することが可能となり、回転中に発生する振動に対して十分な強度を維持し、耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例であって、（ａ）は回転形モータの断面図、（ｂ）は巻線を装着したコアブロックの断面図である。
【図２】図１のステータコアの１コアブロック分を示したものであって、（ａ）はコアブロックを構成するヨークとティースを展開した断面図、（ｂ）は薄肉連結部を支点としてヨークとティースを接合した断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す回転形モータの断面図である。
【図４】図３のステータコアの１コアブロック分を示したものであって、（ａ）はコアブロックを構成するヨークとティースを展開した断面図、（ｂ）は薄肉連結部を支点としてヨークとティースを接合した断面図である。
【図５】従来技術の回転形モータの断面図である。
【図６】図５のステータコアの１コアブロック分を示したものであって、（ａ）はコアブロックを構成するヨークとティースを展開した断面図、（ｂ）は薄肉連結部を支点としてヨークとティースを接合した断面図である。
【符号の説明】
１ ステータ、
２１、２２ 永久磁石、
３ スロット、
４ コアブロック、
５ ヨーク、
５１ 第１ヨーク部、
５２ 第２ヨーク部、
５３ 直線部、
５４ 係合溝、
６ ティース、
６１ テーパ部、
６２、６３ 薄肉連結部、
６４ 係合突起、
８ 巻線、
９ ヨークテーパ部、
Φ 磁束

Claims (3)

1. 方向性電磁鋼板を積層して形成されると共に、薄肉連結部により相互に結合されたヨークとティースとより構成されるコアブロックを備え、前記コアブロックを円筒状に複数個配列して構成されるステータコア構造を有する回転形モータにおいて、
   前記ティースは、ヨーク側に鋭角形状のテーパ部を有しており、
   前記ヨークは、前記ティースのテーパ部の先端部の位置で第１ヨーク部と第２ヨーク部とに分割されると共に、前記ティースのテーパ部の付根に位置する前記薄肉連結部で前記ティースと結合してあり、
   前記第１ヨーク部と前記第２ヨーク部は、前記ティースと接合する面となるヨークテーパ部よりも外周側において、当該第１ヨーク部と第２ヨーク部が互いに接合し、第１ヨーク部と第２ヨーク部間において磁束が直接通り合う面を有していることを特徴とする回転形モータ。
2. 第１ヨーク部と第２ヨーク部が互いに接合し、前記第１ヨーク部と第２ヨーク部間において磁束が直接通り合う面と、前記ヨークテーパ部とが接する位置には、当該位置を中心に、前記第１ヨーク部と第２ヨーク部が互いに接合し、前記第１ヨーク部と第２ヨーク部間において磁束が直接通り合う面と、前記ヨークテーパ部の何れか一方に係合突起を設け、他方に前記係合突起と係合する係合溝を設けたことを特徴とする請求項１記載の回転形モータ。
3. 方向性電磁鋼板を積層して形成されると共に、薄肉連結部により相互に結合された第１ヨーク部、第２ヨーク部およびティースとより構成されるコアブロックに対して、
   前記第１ヨーク部と前記第２ヨーク部を前記ティースのテーパ部の付根に位置する前記薄肉連結部を支点に前記ティース側に折り曲げ、
   前記第１ヨーク部のヨークテーパ部と前記第２ヨーク部のヨークテーパ部を前記ティースのテーパ部に接合させ、且つ、第１ヨーク部と第２ヨーク部が互いに接合し、前記第１ヨーク部と第２ヨーク部間において磁束が直接通り合う面を接合させ、
   前記ヨークおよび前記ティースを接合した後のコアブロックのティースに集中巻により巻線を巻回し、
   巻線を巻回してなるコアブロックを円筒状に複数個配列し、方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向と一致する磁束の方向を有するようにステータを形成することを特徴とする回転形モータの製造方法。

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