JP4368643B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、本体ケースの内周壁面に沿って複数個の分割コアが円周方向に配列されるようにして固定された回転電機および回転電機に関する。

一般に、モータ等の回転電機において、複数個の分割コアの集合体により電機子コアを形成する構造のものが知られている。そのような分割構造の電機子コアを構成している各分割コアには、回転子（ロータ）に対向するように配置された複数個の傘状集磁部がそれぞれ設けられているとともに、それらの各傘状集磁部から放射状に延在するように設けらた複数個のリブ状突極部に対して、駆動コイルがそれぞれ巻回されるようにして装着されている。

このように、一組の傘状集磁部とリブ状突極部とを有する分割コアは、中空円筒状の本体ケースの内周壁面に沿うようにして円周方向に配列されているが、それらの複数個の分割コアの集合体は、当該複数個の分割コアの集合体に対して焼き嵌めまたは圧入で固着されたリング状の環状結合体により、各分割コアどうしが互いに押し合うように締め付けられることによって固定されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

特開平９−３２２４３９号公報 特開平８−１３０８４４号公報

しかしながら、このような複数個の分割コアの集合体からなる回転電機においては、各分割コアの集合体を固定しているリング状の環状結合体が、本体ケースの内部空間において相当の体積割合を占めた構成にならざるを得ないという問題がある。すなわち、その環状結合体は、本体ケースの内部空間を半径方向に圧迫した構成になってしまうことから、回転電機全体の小型化あるいは小径化が困難になっているとともに、駆動コイルの線積率を向上させる上での障害にもなっている。

そこで本発明は、簡易な構成によって、全体の小型化あるいは小径化、または駆動コイルの線積率の向上を容易に図ることができるようにした回転電機および回転電機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の請求項１にかかる回転電機では、回転子に対向するように配置された複数個の傘状集磁部と、それらの各傘状集磁部から放射状に延在する複数個のリブ状突極部と、当該各リブ状突極部に巻回されるように装着された駆動コイルとを備えた電機子コアが、一組の前記傘状集磁部とリブ状突極部とを有する複数個の分割コアの集合体から構成されたものであって、前記複数個の分割コアが、中空円筒状の本体ケースの内周壁面に沿って円周方向に配列されるように固定された回転電機において、前記分割コアには、当該分割コアおける少なくとも前記駆動コイルの装着表面を覆う絶縁枠体が装着され、その絶縁枠体に、前記分割コア側のコア位置決め手段を構成する位置決め係合ピンが、前記傘状集磁部に相当する部位から軸方向に突出するように一体成形されているとともに、前記分割コアにおける前記傘状集磁部の軸方向端面と軸方向に対面する前記本体ケースの軸端壁面に、前記分割コア側の位置決め係合ピンを受け入れる位置決め係止穴が設けられ、その位置決め係止穴内に前記位置決め係合ピンが挿通されることによって、前記本体ケースに対して前記分割コアの各々を、少なくとも円周方向および半径方向に位置決めするように構成されている。
このような構成を有する本発明の請求項１にかかる回転電機によれば、複数個の分割コアが、従来のような円環状結合部を用いることなくコア位置決め手段により本体ケース内で位置決めされた状態で固定されるため、円環状結合部が用いられていない分だけ、本体ケースの内部空間に余裕が生まれることとなり、本体ケースの小型化または小径化が可能となるとともに、駆動コイルの巻線スペースを拡大することが可能となって巻線占積率の向上が図られるようになっている。
また、コア位置決め手段によって各分割コアの傘状集磁部が直接的に位置決めされることから、回転特性上において極めて重要な要素である回転子と傘状集磁部との間の位置関係が、容易かつ高精度に得られることとなって、回転特性の向上が安価に図られるようになっている。
さらに、このような構成を有する本発明の請求項１にかかる回転電機によれば、分割コアに装着された絶縁枠体によって、駆動コイルに対する絶縁作用と、その駆動コイルの巻き崩れを防止する巻線ガイド作用と、分割コア自体の位置決め作用の三つの機能が良好に確保されるようになっている。

また、本発明の請求項２にかかる回転電機では、上記請求項１におけるリブ状突極部が、傘状集磁部の外周側表面から半径方向外方側に向かって延出するように設けられ、前記傘状集磁部の内周側表面が回転子の外周面に対して半径方向外方側から環状に取り囲むように対向配置されている。
このような構成を有する本発明の請求項２にかかる回転電機、すなわちインナーロータ型の回転電機によれば、分割コアの外周側に環状結合部を有しない構造となることから、特に電機子コアの小径化が直接的に可能となる。

さらにまた、本発明の請求項３にかかる回転電機では、上記請求項１における絶縁枠体が、分割コアの集合体に対して装着された構成を有しているとともに、その絶縁枠体が装着された分割コアの集合体に対して駆動コイルが装着されている。
このような構成を有する本発明の請求項３にかかる回転電機によれば、各分割コアどうしの間の位置決め精度が向上することとなり、特に傘状集磁部の内径精度の向上が可能となる。

一方、本発明の請求項４にかかる回転電機では、上記請求項１における駆動コイルが、各分割コアのリブ状突極部に装着可能な形状に予め巻回された空芯コイルからなる。
このような構成を有する本発明の請求項４にかかる回転電機によれば、駆動コイルの組立て作業が容易化されるようになっている。

また、本発明の請求項５にかかる回転電機では、上記請求項１における各分割コアの傘状集磁部が、該傘状集磁部と対向する前記回転子の対向面に対応した湾曲形状を有するように形成されているとともに、空芯コイルからなる駆動コイルが前記傘状集磁部の湾曲表面に対応した形状をなすように巻回されている。
このような構成を有する本発明の請求項５にかかる回転電機によれば、駆動コイルが傘状集磁部に沿って密着するようにして無駄なく配置されることとなり、駆動コイルの占積率がさらに向上されるようになっている。

以上のように本発明にかかる回転電機は、中空円筒状の本体ケース内に配列固定した各分割コアにおける傘状集磁部および本体ケースにコア位置決め手段を設けて、本体ケースに対して複数個の分割コアの各々を、少なくとも円周方向および半径方向に位置決めすることとし、従来のような円環状結合部を用いることなく複数個の分割コアを本体ケース内で位置決めした状態で固定することによって本体ケースの内部空間に余裕を生成し、本体ケースの小型化または小径化を可能とするとともに、駆動コイルの巻線スペースを拡大して巻線占積率の向上を図り、またコア位置決め手段によって各分割コアの傘状集磁部を位置決めすることにより、回転特性上極めて重要な要素である回転子と傘状集磁部との間の位置関係を容易かつ高精度に得ることとして回転特性の向上を安価に図るように構成したものであるから、簡易な構成によって、回転電機の小型化または小径化、あるいは駆動コイルの線積率の向上を図りつつ性能を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１、図２および図３に示された実施形態にかかるインナーロータ型のブラシレスモータにおいては、略中空円筒体からなる本体ケース１の軸方向両端部分に一対のメタル軸受２，３が取り付けられている。これら一対のメタル軸受２，３のうち、図示左方の出力側に配置されている一方側のメタル軸受２は、上記本体ケース１の一端部分を絞り成形した支持端板１ａの中心取付孔の内部側に圧入等によって装着されている。また、図示右方の反出力側に配置された他方側のメタル軸受３は、上記本体ケース１の他端側開口部に装着されたホルダー端板４の中心軸受部４ａ内に圧入等により挿通されて固着されている。

そして、それら一対のメタル軸受２，３によって、細長棒状の回転シャフト５が回転自在に支持されている。なお、本実施形態では、上記回転シャフト５の図示左側の出力側部分に、図示を省略した出力ギア等が取り付けられる。

また、上記回転シャフト５の本体ケース１の内部部分には、中実円筒状のロータマグネット（回転子）６が挿通されていて、圧入や接着などによって固着されている。さらに、そのロータマグネット６の半径方向外方側には、電磁鋼板などからなる磁性板を複数枚にわたって積層することにより形成された電機子コア７が配置されており、上記ロータマグネット６の外周面に対して半径方向に近接した状態で環状に取り囲むようにして配置されている。

この電機子コア７は、複数個（本実施形態では６個）の分割コア７１，７１，・・・の集合体から構成されたものであって、それら複数個の分割コア７１，７１，・・・が、上述した本体ケース１の内周壁面に沿って円周方向に配列されるように固定されている。このとき、上記各分割コア７１は、上述したロータマグネット（回転子）６の外周面に対して微小ギャップを介して近接対向配置された傘状集磁部７２を備えているとともに、それらの各傘状集磁部７２の背面側（外周面側）における円周方向の略中央部分からは、半径方向外方側に向かってリブ状突極部７３が放射状に延出している。そして、それらの各リブ状突極部７３の各々に対して駆動コイル７４が巻回されている。

すなわち、上述した各分割コア７１は、特に図４に示されているように、一組の傘状集磁部７２と、リブ状突極部７３とを有しており、その各分割コア７１には絶縁枠体７５が装着されている。この絶縁枠体７５は、上述した駆動コイル７４が巻回される外表面を覆うように装着されており、その絶縁枠体７５を介して上記駆動コイル７４が、軸方向に沿って細長形状となるように巻き付けられている。

このとき、上記絶縁枠体７５は、例えば分割コア７１をインサート材としたインサートモールド成型により成形された樹脂材からなり、上記分割コア７１の傘状集磁部７２を覆っている部位に、軸方向両側に向かって突出する巻線ガイド７５ａ，７５ｂが設けられている。これらの巻線ガイド７５ａ，７５ｂは、上述した駆動コイル７４に対する仕切壁を構成するように形成されていて、上記駆動コイル７４の絶縁を行いつつ、巻崩れを防止する構成になされている。

また、それらの各巻線ガイド７５ａ，７５ｂは、前述した本体ケース１の軸端壁面を構成している支持端板１ａおよびホルダー端板４の各内壁面にそれぞれ近接するように配置されている。すなわち、図１中の左方の出力側に配置された巻線ガイド７５ａは、上記本体ケース１の支持端板１ａに近接配置されているが、当該巻線ガイド７５ａの軸方向端面には、コア位置決め手段としての位置決め係合ピン７６が、軸方向に突出するように一体成形されている。

この位置決め係合ピン７６は、上述した各分割コア７１ごとに計６個のものが設けられていて、上記巻線ガイド７５ａの軸方向端面における円周方向の略中心位置、すなわち上記各分割コア７１の傘状集磁部７２の円周方向中心位置に相当する部位から、軸方向の外方側（図１の左方側）向かって突出するように設けられている。一方、本体ケース１の支持端板１ａ側には、上記各位置決め係合ピン７６を受け容れる位置決め係止穴１ｂが貫通形成されている。この位置決め係止穴１ｂは、上記位置決め係合ピン７６とともにコア位置決め手段を構成するものであって、上記位置決め係合ピン７６に対応した位置に計６個のものが設けられている。そして、それらの各位置決め係止穴１ｂ内に、上述した位置決め係合ピン７６の各々が挿通されることによって、上述した各分割コア７１を本体ケース１に対して円周方向および半径方向にそれぞれ位置決めする構成になされている。

このときの半径方向における位置決めは、上述したロータマグネット６の吸引力に対抗するものであって、ロータマグネット６の磁気的吸引力によって各分割コア７１が常時中心側に引き寄せられていることから、上述した各位置決め係合ピン７６の各々が位置決め係止穴１ｂ内に係止されることによって各分割コア７１が半径方向の所定の位置に保持され、それによって、上記各分割コア７１の傘状集磁部７２と、ロータマグネット６の外周面との間の微小ギャップ量が、容易かつ高精度に得られるようになっている。

また、図１中の右方の反出力側に配置された巻線ガイド７５ｂは、前述したホルダー端板４に近接するように配置されているが、そのホルダー端板４の中心部分に設けられた中心軸受部４ａの筒状外周面に対して、外方側から圧接するように配置されている。そして、それによって上述したロータマグネット６の吸引力に対抗して各分割コア７１を半径方向に位置決めしている。

一方、上述した各分割コア７１に対する軸方向における固定は、例えば図５のようにして行われている。すなわち同図において、各分割コア７１を構成している積層体の外周部における軸方向の略中央部分には、半径方向外方側に向かって僅かに突出する固定凸部７１ａが設けられており、その固定凸部７１ａが、上述した本体ケース１の内周壁面に対して溶接などにより固着されている。

また、上述した駆動コイル７４は、その外周側に貼着された絶縁シート８を介在することによって上記本体ケース１との間の絶縁性が確保されているが、それらの駆動コイル７４、絶縁シート８、および本体ケース１は、接着剤９を用いて固着されている。

さらに、上記各分割コア７１の固定は、図６に示されているように、本体ケース１に形成された固定穴１ｃを通して、溶接、ろう付け、溶着などの機械的固定手段を分割コア７１に施すことによって行うことも可能である。

一方、上述したように、駆動コイル７４は、各分割コア７１のリブ状突極部７３に対して絶縁枠体７５を介して巻回されたものであるが、本実施形態における駆動コイル７４は、図７に示されているように、上記リブ状突極部７３に対して装着可能な形状に予め巻回された空芯コイルから構成されている。

この駆動コイル７４を構成している空芯コイルは、特に図７（ａ）および（ｂ）に示されているように、当該空芯コイルの巻回中心部に、上記各分割コア７１のリブ状突極部７３に挿通される中空状の装着穴７４ａが形成されるように予め巻回されていて、その装着穴７４ａをリブ状突極部７３に挿通することによって駆動コイル７４の装着が容易に行われるようになっている。この空芯コイルからなる駆動コイル７４の装着は、各分割コア７１ごとに行い、その後に駆動コイル７４が装着された分割コア７１の集合体を構成するようにしてもよいし、後述するように、すべての分割コア７１を集合体に構成した後に、空芯コイルからなる駆動コイル７４の装着を行うようにしてもよい。

また、この駆動コイル７４を構成している空芯コイルは、上述した傘状集磁部７２の表面形状に対応した形状をなすように形成されている。すなわち、前述した各分割コア７１の傘状集磁部７２は、該傘状集磁部７２と対向するロータマグネット（回転子）６の外周面に対応した湾曲形状を有するように形成されているが、上述した空芯コイルからなる駆動コイル７４は、上記傘状集磁部７２の外周側の湾曲面形状に対応した形状をなすように巻回されていて、その傘状集磁部７２の外周側湾曲面に対して、上記駆動コイル７４が隙間なく密着するようにして装着されるようになっている。

このように本実施形態では、複数個の分割コア７１が、従来のような円環状結合部を用いることなく、コア位置決め手段７６，１ｂによって本体ケース１内で位置決めされた状態で固定されるため、円環状結合部が用いられていない分だけ、本体ケース１の内部空間に余裕が生まれることとなる。その結果、本体ケース１の小型化または小径化が可能となるとともに、駆動コイル７４の巻線スペースを拡大することが可能となり、巻線占積率の向上が図られる。

また、上述したコア位置決め手段７６，１ｂによって、各分割コア７１の傘状集磁部７２が直接的に位置決めされることとなるため、回転特性上において極めて重要な要素であるロータマグネット６と傘状集磁部７２との間の位置関係が、容易かつ高精度に得られることとなって回転特性の向上が安価に図られるようになっている。

さらに上述した実施形態は、インナーロータ型のモータに本発明を適用したものであるが、特にそのようなインナーロータ型のモータにおいては、各分割コア７１の外周側に環状結合部を持たない構造となることから、電機子コア７の小径化が直接的に可能となるものである。

さらにまた上述した実施形態においては、各分割コア７１に対して装着された絶縁枠体７５が、電機子コア７の絶縁作用と、駆動コイル７４の巻線ガイド作用と、分割コア７１の位置決め作用との三つの機能が良好に確保されるように構成されていることから、簡易な構成で、良好な信頼性が得られるようになっている。

加えて、上述した実施形態では、駆動コイル７４が空芯コイルから構成されており、その空芯コイルからなる駆動コイル７４を、分割コア７１のリブ状突極部７３に対して装着する構成になされていることから、駆動コイル７４の組立て作業が極めて容易に行われるようになっている。

さらに、その空芯コイルからなる駆動コイル７４は、分割コア７１の傘状集磁部７３の湾曲形状に対応した形状をなすように形成されていることから、傘状集磁部７２に沿って密着するように無駄なく配置され、駆動コイル７４の占積率がさらに向上されるようになっている。

また、上述した実施形態と同一の構成物を同一の符号で示した図８にかかる実施形態では、分割コア７１を集合体に配列した状態をインサート材として絶縁枠体７５をインサートモールド成型により成形しており、そのような分割コア７１の集合体と、絶縁枠体７５とが一体に成形された後に、前述した空芯コイルからなる駆動コイル７４がそれぞれ装着されている。

このような実施形態によれば、各分割コア７１どうしの間の位置決め精度が向上することとなり、特に傘状集磁部７２における内径精度を向上させることが可能となる。

一方、図９および図１０に表された実施形態は、反出力側に配置されたホルダー端板４に、コア芯出し機能を持たせたものであって、ホルダー端板４の組立後に、当該ホルダー端板４に設けられた注入口４ｂを通して接着剤を流し込み、その接着剤によって各分割コア７１の固定を行うようにしている。

以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、駆動コイルとして空芯コイルを用いているが、分割コアのリブ状突極部に対して直接巻回して装着するように構成することも可能である。

また、上述した実施形態では、絶縁枠体を分割コアと一体成形しているが、例えば絶縁枠体を出力側と反出力側分割して成形しておき、それらを分割コアに嵌め込むようにして装着してもよい。

さらに、上述した実施形態ではインナーロータ型のモータに本発明を適用したが、アウターロータ型のモータに対しても本発明の適用は可能である。

さらにまた、上述した実施形態は、ブラシレスモータに対して本発明を適用したものであるが、ブラシ付き構造のモータや発電機等の回転電機に対して本発明は同様に適用することができるものである。

以上述べた本発明は、モータや発電機等の多種多様な回転電機対して広く採用することが可能である。

本発明の一実施形態におけるブラシレスモータの概略構造を表した縦断面説明図である。 図１に示されたブラシレスモータの出力側における端面の概略構造を表した正面説明図である。 図１に示されたブラシレスモータの横断面説明図である。 図１に示されたブラシレスモータに採用されている分割コアの概略構造を表した斜視説明図である。 図１に示されたブラシレスモータの電機子コアの固定工程の一例を表した縦断面説明図である。 図１に示されたブラシレスモータの電機子コアの固定工程の他の例を表した縦断面説明図である。 図１に示されたブラシレスモータに用いられている分割コアを拡大して表した横断面説明図であって、（ａ）は分割コアに駆動コイルを装着した状態、（ｂ）は空芯コイルからなる駆動コイルを表したものである。 本発明の他の実施形態における分割コアの集合体を表した横断面説明図である。 本発明の更に他の実施形態におけるブラシレスモータの概略構造を表した縦断面説明図である。 図９に示されたブラシレスモータの反出力側における端面の概略構造を表した正面説明図である。

符号の説明

１ 本体ケース
１ａ 支持端板
１ｂ 位置決め係止穴（コア位置決め手段）
１ｃ 固定穴
２，３ メタル軸受
４ ホルダー端板
４ｂ 注入口
５ 回転シャフト
６ ロータマグネット（回転子）
７ 電機子コア
７１ 分割コア
７１ａ 固定凸部
７２ 傘状集磁部
７３ リブ状突極部
７４ 駆動コイル（空芯コイル）
７４ａ 装着穴
７５ 絶縁枠体
７５ａ，７５ｂ 巻線ガイド
７６ 位置決め係合ピン（コア位置決め手段）
８ 絶縁シート
９ 接着剤

Claims (5)

1. 回転子に対向するように配置された複数個の傘状集磁部と、それらの各傘状集磁部から放射状に延在する複数個のリブ状突極部と、当該各リブ状突極部に巻回されるように装着された駆動コイルとを備えた電機子コアが、一組の前記傘状集磁部とリブ状突極部とを有する複数個の分割コアの集合体から構成されたものであって、
   前記複数個の分割コアが、中空円筒状の本体ケースの内周壁面に沿って円周方向に配列されるように固定された回転電機において、
   前記分割コアには、当該分割コアおける少なくとも前記駆動コイルの装着表面を覆う絶縁枠体が装着され、
   その絶縁枠体に、前記分割コア側のコア位置決め手段を構成する位置決め係合ピンが、前記傘状集磁部に相当する部位から軸方向に突出するように一体成形されているとともに、
   前記分割コアにおける前記傘状集磁部の軸方向端面と軸方向に対面する前記本体ケースの軸端壁面に、前記分割コア側の位置決め係合ピンを受け入れる位置決め係止穴が設けられ、その位置決め係止穴内に前記位置決め係合ピンが挿通されることによって、前記本体ケースに対して前記分割コアの各々を、少なくとも円周方向および半径方向に位置決めするように構成されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記リブ状突極部は、前記傘状集磁部の外周側表面から半径方向外方側に向かって延出するように設けられ、
   前記傘状集磁部の内周側表面が、前記回転子の外周面に対して半径方向外方側から環状に取り囲むように対向配置されていることを特徴とする請求項１の回転電機。
3. 前記絶縁枠体は、前記分割コアの集合体に対して装着された構成を有しているとともに、
   その絶縁枠体が装着された分割コアの集合体に対して、前記駆動コイルが装着されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
4. 前記駆動コイルが、前記各分割コアのリブ状突極部に装着可能な形状に予め巻回された空芯コイルからなることを特徴とする請求項１または請求項３記載の回転電機。
5. 前記各分割コアの傘状集磁部は、該傘状集磁部と対向する前記回転子の対向面に対応した湾曲形状を有するように形成されているとともに、
   前記空芯コイルからなる駆動コイルが、前記傘状集磁部の湾曲表面に対応した形状をなすように巻回されていることを特徴とする請求項４記載の回転電機。

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