JP4246765B2 - 往復動式モータの固定子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、往復動式モータに関し、特に、複数の積層シートを円筒状に積層するとき、その円筒状積層体の単位体積当たりの積層シートの体積を最大化して、磁束に対する抵抗を最小化することができる往復動式モータの固定子及びその製造方法に関する。

モータは、電気エネルギーを運動エネルギーに変換する。このようなモータは、電気エネルギーを回転運動力に変換する回転モータや、電気エネルギーを直線運動力に変換する往復動式モータなどに分類される。

図１は、前記往復動式モータの一例を示すもので、同図に示すように、前記往復動式モータは、アウターコア１００及びそのアウターコア１００内に挿入されるインナーコア２００で構成される固定子と、前記固定子のアウターコア１００とインナーコア２００の間に動作自在に挿入される可動子３００とを含む。
可動子３００は、円筒状に形成され、アウターコア１００とインナーコア２００との間に挿入される磁石ホルダー３１０と、前記磁石ホルダー３１０に結合される永久磁石３２０とを含む。

アウターコア１００の内部には、巻線コイル４００及びその巻線コイル４００が位置するボビン４１０が結合される。ボビン４１０は、環状に形成され、巻線コイル４００は、ボビン４１０にワイヤーが複数回、巻回されて形成される。ボビン４１０及び巻線コイル４００は、インナーコア２００に結合してもよい。

アウターコア１００は、所定のサイズの内径と幅とを有する円筒状に形成される。アウターコア１００の円周方向への断面は、巻線コイル４００及びボビン４１０が位置するように内側に開口した開口溝１１０と、開口溝１１０の外側に該当する部分として、磁束が流れるパス部１２０と、パス部１２０の内側両端部に該当する部分として、極を形成するポール部１３０とからなる。
インナーコア２００は、所定の幅を有する円筒状に形成される。インナーコア２００の円周方向への断面は、所定の幅と長さを有する矩形状である。
なお、図中の符号Ｒは固定リングを示す。

以下、このような往復動式モータの動作を説明する。
往復動式モータに電源が供給されることによって、巻線コイル４００に電流が流れ、巻線コイル４００に流れる電流により、巻線コイル４００の周辺に磁束が形成される。巻線コイル４００の周辺に形成される磁束は、アウターコア１００のパス部１２０とインナーコア２００に沿って閉ループを形成する。

巻線コイル４００に流れる電流によりアウターコア１００のパス部１２０とインナーコア２００に形成された磁束と、可動子３００の永久磁石３１０により形成された磁束との相互作用により、永久磁石３１０が軸方向に力を受け、永久磁石３１０に作用する力により、可動子３００が軸方向に動く。また、巻線コイル４００に供給される電流の方向を交互に変えることによって、可動子３００が直線往復運動を行うようになる。

一方、前記固定子Ｓを構成するアウターコア１００及びインナーコア２００は、その形態が多様であり、かつその製作方法も多様である。前記固定子のアウターコア１００及びインナーコア２００は、磁束の損失を最小化するために、通常、所定の形状を有する薄板を複数個、積層して製作する。もし、アウターコア１００又はインナーコア２００が、それぞれ積層体でなく、１つの本体からなる場合は、銅損により磁束の損失を誘発する。

図２は、前記往復動式モータのインナーコアの一例を示す分解斜視図である。
同図に示すように、前記往復動式モータのインナーコア２００は、所定の厚さを有する矩形状の積層シートＩＳが円筒状に積層されて円筒状積層体となる。積層シートＩＳにおいて、相対的に長い辺１が円筒状積層体の内外側に位置するように積層される。また、各積層シートＩＳの短い両側辺２に開口した凹部３が形成され、各積層シートＩＳの凹部３により、円筒状積層体の両側面にリング溝２１０がそれぞれ形成される。リング溝２１０に環状の固定リングＲがそれぞれ結合されることによって、各積層シートＩＳが固定される。

一方、前記往復動式モータのアウターコア１００が積層体の場合も、インナーコア２００の積層体と同様の形で構成される。即ち、所定の形状の積層シートが円筒状に積層され、各積層シートは、その円筒状積層体の中心方向に位置する。
しかしながら、前述したような往復動式モータの固定子、即ち、円筒状積層体からなるアウターコア１００及びインナーコア２００は、単位体積当たりの積層シートが占める比率が低いため、磁束の形成時、磁束の密度が相対的に高くなり、磁束の抵抗を増加させる。より詳しくは、図３に示すように、インナーコア２００が所定の厚さを有する積層シートＩＳが円筒状に積層された円筒状積層体で構成されるため、円筒状積層体の内周面側は、積層シートＩＳが隣接した積層シートＩＳと密着した状態となるが、円筒状積層体の外周面側は、各積層シートＩＳの間に間隔ｈが形成される。このような各積層シート間の間隔ｈは、円筒状積層体の内周面側から外周面側にいくに従って一定の比率で増加する。また、アウターコア１００が円筒状積層体で構成された場合も同様である。

これにより、前記円筒状積層体の内部に形成される空間が多く、円筒状積層体の単位体積当たりの積層シートＩＳにより満たされる体積が少ないため、相対的に磁路が狭くなり、磁束に対する抵抗が増加し、モータの効率を低下させるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、複数の積層シートを円筒状に積層するとき、その円筒状積層体の単位体積当たりの積層シートの体積を最大化して、磁束に対する抵抗を最小化することができる往復動式モータの固定子及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、複数の積層シートが円筒状又は円弧状に積層された２つの積層体を含む固定子と、前記２つの積層体がなす空隙の間に挿入されて直線往復運動を行う可動子とを含む往復動式モータにおいて、前記積層体を構成する積層シートの形状は、前記各積層体の外周側に位置する部分の厚さがその内周側に位置する部分の厚さより厚いことを特徴とする往復動式モータの固定子を提供する。

また、所定の厚さを有する母材を所定のサイズに切断する切断段階と、その切断された平面シートの両側の厚さが互いに異なるようにプレス加工して積層シートを製作するプレス段階と、前記積層シートの厚さが相対的に薄い部分が内側に位置し、厚い部分が外側に位置するように、前記積層シートを円筒状に積層する積層段階とを含むことを特徴とする往復動式モータの固定子製造方法を提供する。

本発明に係る、上記の及びその他の目的、特徴、態様及び利点は、添付する図面と共に以下に記載する本発明の詳細な説明を参照することによって、さらに明らかになるであろう。

以下、添付図面に例示される本発明の好適実施例の詳細を参照する。
以下、本発明による往復動式モータの固定子及びその製造方法を添付の図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図４及び図５は、本発明による往復動式モータの固定子の一実施形態を備える往復動式モータを示す断面図及び正面図である。従来と同一部分には同一符号を付す。

同図に示すように、本発明による往復動式モータは、アウターコア５００及びそのアウターコア５００内に挿入されるインナーコア６００で構成される固定子と、前記固定子のアウターコア５００とインナーコア６００との間に動作自在に挿入される可動子３００とを含む。

アウターコア５００の内部には、ボビン４１０及びそのボビン４１０にワイヤーが巻回された巻線コイル４００が結合される。ボビン４１０、巻線コイル４００及び可動子３００は、従来の構造と同様であるため、以下、それらの説明を省略する。
インナーコア６００は、図６及び図７に示すように、複数の積層シートＩＳ１が円筒状に積層された円筒状積層体であり、その積層体を構成する積層シートＩＳ１の形状は、積層体の外周側に位置する部分の厚さがその内周側に位置する部分の厚さより厚く形成される。

積層シートＩＳ１は、矩形状の平面に形成された平面部１１と、平面部１１の反対側面に階段状の連続する複数の段差面Ａが形成された段差部１２とを備える。段差面Ａは、図上においては３面であるが、段差面Ａの数は多いほど効果的である。積層シートＩＳ１の長い両側辺１３は、互いに厚さが異なる。また、相対的に短い両側辺１４には、凹部１５がそれぞれ形成される。凹部１５は、一側が開口した四角形状に形成される。

前記円筒状積層体を構成する積層シートＩＳ１は、隣接する積層シートＩＳ１と互いに平面部１１と段差部１２が接触するように積層される。
前記円筒状積層体の両側面には、その円筒状積層体を構成する各積層シートＩＳ１の凹部１５により、環状のリング溝６１０がそれぞれ形成され、各リング溝６１０には、環状の固定リングＲがそれぞれ圧入される。
一方、前記複数の積層シートＩＳ１で構成される円筒状積層体を固定する他の手段として、円筒状積層体の両側面にそれぞれ溶接を行うことにより、円筒状積層体を固定することもできる。

積層シートの変形された形態として、図８に示すように、その変形された積層シートＩＳ２は、階段状の複数の段差面Ａが形成された第１段差部２１と、第１段差部２１の反対側面に、その第１段差部２１と対応するように、階段状の複数の段差面Ａが形成された第２段差部２２とを備える。即ち、積層シートＩＳ２は、矩形状に形成され、その両側面に第１段差部２１及び第２段差部２２が形成される。
段差面Ａは、図上においては３面であるが、段差面Ａの数は多いほど効果的である。積層シートＩＳ２の長い両側辺２３は、互いに厚さが異なる。また、相対的に短い両側辺には、凹部２５がそれぞれ形成される。凹部２５は、一側が開口した四角形状に形成される。
前記円筒状積層体の両側面には、その円筒状積層体を構成する各積層シートＩＳ２の凹部２５により、環状のリング溝６１０がそれぞれ形成され、各リング溝６１０には、環状の固定リングＲがそれぞれ圧入される。

積層シートの他の変形された形態として、図９に示すように、積層シートＩＳ３は、その中心軸に向けて両側面が傾斜した矩形状の傾斜平面部３１で形成される。積層シートＩＳ３の長い両側辺３２は、互いに厚さが異なり、その横方向の断面形状は台形状である。積層シートＩＳ３の短い両側辺には、凹部３５がそれぞれ形成される。凹部３５は、一側が開口した四角形状に形成される。
前記円筒状積層体の両側面には、その円筒状積層体を構成する各積層シートＩＳ３の凹部３５により、環状のリング溝６１０がそれぞれ形成され、各リング溝６１０には、環状の固定リングＲがそれぞれ圧入される。

前述したような円筒状積層体からなるインナーコア６００は、円筒状積層体を構成する積層シートＩＳの内周側が外周側より薄いため、円筒状積層体の外周側の積層シート間の間隔だけでなく、各積層シート間の間隔が最小化される。これにより、インナーコア６００を構成する円筒状積層体の単位体積当たりの積層シートが占める体積が最大化される。

一方、アウターコア５００は、所定の形状を有する複数の積層シートＩＳ４が積層された積層体であり、前記積層体を構成する積層シートＩＳ４の形状は、前記積層体の外周側に位置する部分の厚さがその内周側に位置する部分の厚さより厚く形成される。
アウターコア５００の積層シートＩＳ４は、矩形状の平面に形成された平面部４１と、平面部４１の反対側面に階段状の連続する複数の段差面Ａが形成された段差部４２とを備える。段差面Ａは、図上においては３面であるが、段差面Ａの数は多いほど効果的である。積層シートＩＳ４の長い両側辺は、互いに厚さが異なる。
また、積層シートＩＳ４の薄い一側辺には、四角形状の開口溝５２０が形成される。開口溝５２０は、多様な形態に形成することができる。また、積層シートＩＳ４の相対的に短い両側辺には、凹部４５がそれぞれ形成される。凹部４５は、一側が開口した四角形状に形成される。
前記円筒状積層体を構成する積層シートＩＳ４は、隣接する積層シートＩＳ４と互いに平面部４１と段差部４２が接触するように積層される。

前記円筒状積層体の両側面には、その円筒状積層体を構成する各積層シートＩＳ４の凹部４５により、環状のリング溝５１０がそれぞれ形成され、開口溝５２０により、ボビン４１０が挿入される環状のボビン挿入溝が形成される。各リング溝５１０には、環状の固定リングＲがそれぞれ圧入される。
アウターコア５００を構成する積層シートＩＳ４は、前述のインナーコア６００の積層シートと同様に、多様な形態に変形することができる。

前述したような円筒状積層体からなるアウターコア５００は、インナーコア６００と同様に、円筒状積層体の外周側の積層シート間の間隔だけでなく、各積層シート間の間隔が最小化され、これにより、アウターコア５００を構成する円筒状積層体の単位体積当たりの積層シートが占める体積が最大化される。

本発明による往復動式モータの固定子は、前述したように、アウターコア５００とその内部に挿入されるインナーコア６００を共に積層体で構成することができる。また、アウターコア５００を積層体で構成し、アウターコア５００の内部に挿入されるインナーコア６００を非積層体で形成することもできる。また、アウターコア５００を非積層体で形成し、インナーコア６００のみを積層体で構成することもできる。
本発明による往復動式モータの固定子製造方法は、図１０に示すように、所定の厚さを有する母材を所定のサイズに切断する切断段階と、その切断された平面シートの両側の厚さが互いに異なるようにプレス加工して積層シートを製作するプレス段階とを含む。前記平面シートは、矩形状に複数個切断され、その矩形状の平面シートは、その長手方向の両側、即ち、長さが長い両側の厚さが異なるようにプレス加工する。

また、前記積層シートは円筒状に積層される。このとき、積層シートの相対的に厚さが薄い部分が円筒状積層体の内周側に位置し、厚い部分が外側に位置するように積層される。
前記円筒状積層体を構成する各積層シートは、固定リングＲで固定するか、又は溶接により固定結合する。

前記製造過程のうちプレス段階で、前記平面シートは、図１１に示すように、一側面のみ階段状かつ段階的にプレス加工をする。即ち、前記平面シートの一側面をプレスで段階的に押圧して、階段のような複数の段差面Ａを形成する。このような各積層シートＩＳは、円筒状に積層するとき、その隣接した積層シートの平面と段差面Ａが接触するように積層する。

一方、製造過程のうちプレス段階で、前記平面シートは、図１２に示すように、両側面とも階段状かつ段階的にプレス加工をすることができる。即ち、前記平面シートは、両側面に階段状の段差面Ａがそれぞれ形成される。
積層シートの前記両側面に段差面Ａを設けるために、前記平面シートの一側面を先に階段状かつ段階的にプレス加工し、前記平面シートを反転させて他側面を階段状かつ段階的にプレス加工する。

さらに他の方法として、平面シートの両側面を同時に階段状かつ段階的にプレス加工することもできる。
前述したような製造方法で製造された円筒状積層体は、外周側の積層シート間の間隔だけでなく、各積層シート間の間隔が最小化される。

以下、本発明による往復動式モータの固定子及びその製造方法の作用効果を説明する。
まず、本発明による往復動式モータの固定子が備えられた往復動式モータは、従来の往復動式モータの動作と同様に、電源の供給により巻線コイル４００に電流が流れ、その巻線コイル４００に流れる電流により、固定子のアウターコア５００とインナーコア６００に磁束が形成される。前記固定子のアウターコア５００とインナーコア６００に形成される磁束と、可動子の永久磁石３２０による磁束との相互作用により、永久磁石３２０が力を受けて可動子３００が動く。

前記の過程で、本発明の固定子は、異なる厚さを有する複数の積層シートが積層された円筒状積層体を備えるため、その円筒状積層体の単位体積当たりの積層シートの体積が最大化され、これにより、固定子の円筒状積層体に形成されるフラックスの磁路を最大化して、磁束に対する抵抗を最小化する。
また、円筒状積層体を構成する各積層シート間の接触部分が相対的に多くなるため、往復動式モータの動作中に振動が発生しても、積層シートの揺れや接触騒音などを防止することができる。

上述したように、本発明による往復動式モータの固定子及びその製造方法では、巻線コイルに印加される電流及び永久磁石によって生成される磁束の経路が最大化され、これによって磁束抵抗が最小化される。これによりモータの出力だけでなくモータ効率が向上する。
さらに、積層シートの支持状態が強固になるので、モータ動作時に振動が生じた場合でも、積層シート間で振動及び雑音が発生することが防止され、モータの信頼性が向上される。
本発明は、その精神及び本質的特徴から逸脱することなく様々な形態で具現化することが可能であり、したがって特に明記がない限り上記実施例は、上述の説明の細部のいずれによっても限定されないものと理解されるべきであって、むしろその精神及び添付された特許請求の範囲に定義される範囲内において広く解釈されるべきである。したがって、特許請求の範囲内またはその均等な範囲における全ての変更及び修正は、添付される特許請求の範囲に包含される。

一般的な往復動式モータを示す断面図である。 往復動式モータのインナーコアの一例を示す分解斜視図である。 記往復動式モータのインナーコアの正面図である。 本発明による往復動式モータの固定子の一実施形態を備える往復動式モータの断面図である。 本発明による往復動式モータの固定子の一実施形態を備える往復動式モータの正面図である。 往復動式モータの固定子を構成するインナーコアを示す分解斜視図である。 インナーコアを部分拡大して示す正面図である。 インナーコアの他の変形例を部分拡大して示す斜視図である。 インナーコアのさらに他の変形例を部分拡大して示す斜視図である。 往復動式モータの固定子製造方法を示すフローチャートである。 往復動式モータの固定子製造工程を示す正面図である。 往復動式モータの固定子製造工程を示す正面図である。

Claims (6)

1. 複数の積層シートが円筒状又は円弧状に積層された２つの積層体を含む固定子と、前記２つの積層体がなす空隙の間に挿入されて直線往復運動を行う可動子とを含む往復動式モータにおいて、
   前記積層体を構成する積層シートは、四角形状の平面部と、前記平面部の反対側面に階段状に複数の段差面が形成された段差部とを備え、前記各積層体の外周側に位置する部分の厚さがその内周側に位置する部分の厚さより厚いことを特徴とする往復動式モータの固定子。
2. 前記段差部に形成された段差面に対応するように、前記平面部に階段状に段差面が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の往復動式モータの固定子。
3. 前記各積層シートの両側端に凹部がそれぞれ形成され、前記各積層シートの凹部により形成されたリング溝に環状の固定リングが結合されて、積層体を構成する積層シートが固定されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式モータの固定子。
4. 前記積層体を構成する積層シートは、溶接により固定されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式モータの固定子。
5. 巻線コイルが備えられたアウターコア、及び前記アウターコア内に所定の空隙をおいて挿入されるインナーコアを含む固定子と、前記空隙に挿入されて直線往復運動を行う可動子とを含む往復動式モータにおいて、
   前記アウターコア又はインナーコアは、複数の積層シートが積層された積層体であり、前記積層体を構成する積層シートは、四角形状の平面部と、前記平面部の反対側面に階段状に複数の段差面が形成された段差部とを備え、前記積層体の外周側に位置する部分の厚さがその内周側に位置する部分の厚さより厚いことを特徴とする往復動式モータの固定子。
6. 所定の厚さを有する母材を四角形状に切断する切断段階と、
   前記四角形状の平面シートを一側面のみ複数の階段状かつ段階的にプレス加工して積層シートを製作するプレス段階と、
   前記積層シートの厚さが相対的に薄い部分が内周側に位置し、厚い部分が外周側に位置するように、前記積層シートを円筒状に積層する積層段階と、
   を含むことを特徴とする往復動式モータの固定子製造方法。

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