JPH1169683A - 永久磁石形モータ及びその製造方法 - Google Patents

永久磁石形モータ及びその製造方法

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JPH1169683A
JPH1169683A JP22285097A JP22285097A JPH1169683A JP H1169683 A JPH1169683 A JP H1169683A JP 22285097 A JP22285097 A JP 22285097A JP 22285097 A JP22285097 A JP 22285097A JP H1169683 A JPH1169683 A JP H1169683A
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憲昭 岩渕
Ryuichiro Tominaga
竜一郎 富永
Yukio Tsutsui
筒井  幸雄
Takashi Katsuma
隆 勝間
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コギングトルクが小さく、かつ損失も小さ
く、さらに巻線作業も容易なモータを提供する 【解決手段】 磁性体で円筒状の固定子ヨーク3の内側
に電機子巻線1を固定した固定子と、回転軸6に固定さ
れた鉄心5の外側に前記電機子巻線1と所定のギャップ
7を介して永久磁石4を固定した回転子とからなる永久
磁石形モータにおいて、前記電機子巻線1を、磁性体と
導電体を貼り合わせ、外周に絶縁層を有する巻線で構成
したことを特徴とする永久磁石形モータ。これにより、
コギングトルクが少なく、効率もよく、かつ安価な総合
的にバランスのとれたモータが、提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コギング(回転子
1回転中のパーミアンスの変動に基づくトルクむら)を
低減した永久磁石形モータ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、サーボモータには例えば、図7に
示すような構造がある。図において、1は電機子巻線、
3は固定子ヨーク、3aは固定子ティース(歯)、3b
はスロット、4は回転子の永久磁石、5は回転子ヨー
ク、6は回転軸、7はギャップである。固定子ヨーク3
は、内コア、外コアをそれぞれ鋼板を打ち抜き、Vカシ
メ等の手段で積厚方向に積層することにより、構成され
ている。電機子巻線1は、ボビンにエナメル被覆銅線を
巻き付けたものを、別に製作する。電機子全体は、前記
固定子ヨーク3のティース3aに外周側から前記巻線を
はめ込みさらに、その外側から外コアをやきばめ等によ
り一体化することで、形成する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが図7に示す従
来の構造では、周方向にスロット3bとティース3aが
交互に存在するため、パーミアンスの変動が生じ、本質
的にコギングトルク発生の要因をもっている。さらに今
後磁石の吸引力が強力になり、磁束密度が増加すれば、
ますますコギングトルクは増加する傾向にある。従って
高精度な位置決めや、むらのない高精度な回転速度を要
求される用途には、適さないという問題がある。また、
電機子巻線を占積率60〜70%で、上記スロットに納
めるためには、前述のごとく鉄心を分割して、組み立て
るというような複雑な方法をとることになり工数がかか
る上に、鉄心の特性を劣化させるという問題がある。ま
た上記問題を解決するため、固定子ヨーク3の鉄心にテ
ィース3aをもたない図8の形を採用する場合がある。
しかしこの場合は、磁石起磁力に対して磁気的にはほと
んど空気に等しい巻線部分があるため、大きな磁気抵抗
が存在することになる。そのため、巻線に鎖交する磁束
を図7の形のモータ並にとろうとすると、巻線部分の厚
みを薄くするか、強力な厚い磁石が必要になる。しか
し、前者の場合は巻線抵抗が増加し、それにつれて銅損
が増加する。後者の場合はモータが高価になる一因とな
る上、現状で実用になるのはエネルギー積で、45MO
e程度でまだ満足できる強さの磁石は存在しない。ま
た、上述のことを避けるため磁石を薄くすると、鎖交磁
束が減少し、その分を電機子電流を増やすことで補うこ
とになり、結果的に銅損が増加し、省エネや冷却不足等
の問題が生じる。特開昭63−240340号公報に
は、コイル素線を銅とアルミ等の複数の異種金属のコイ
ル素線で構成し、無鉄心電機子コイルの外形寸法を変更
することなく、異なるモータ特性を得ることができる無
鉄心電機子コイルが開示されている。しかしながら、前
記公報には、異種金属のコイル素線の使用比率を設定す
ることにより異なるモータ特性を得ることが記載されて
いるだけで、コギングトルクを低減することについて
は、解決手段は何ら示唆されていない。そこで、本発明
はコギングトルクが小さく、かつ損失も小さく、さらに
巻線作業も容易なモータを提供することを目的にする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の永久磁石形モータは、磁性体の円筒状ヨー
クの内側に電機子巻線を固定した固定子と、回転軸に固
定された鉄心の外側に前記電機子巻線と所定のギャップ
を介して永久磁石を固定した回転子とからなる永久磁石
形モータにおいて、前記電機子巻線を、磁性体と導電体
を貼り合わせ、外周に絶縁層を有する巻線で構成したも
のである。前記電機子巻線は、磁性体と、外周を絶縁部
材で覆った導電体とを貼り合わせたもの、円形断面の導
電体の周りを磁性体で覆い、さらにその外周を絶縁物で
覆ったもの、または、円筒状ヨークの側面から軸方向に
突出したコイルエンドに該当する巻線部分に、磁性体を
もたないもの、あるいは、ギャップに近い側の巻線には
磁性体を入れないものとすることができる。また、本発
明の永久磁石形モータの製造方法は、磁性体の円筒状ヨ
ークの内側に電機子巻線を固定した固定子と、回転軸に
固定された鉄心の外側に前記電機子巻線と所定のギャッ
プを介して永久磁石を固定した回転子とからなる永久磁
石形モータの製造方法において、あらかじめ、別の工程
で、最終製品の寸法に近い螺旋状ヨークを形成し、アン
ニールを施し、巻線外周に取り付け、巻締めるようにし
たものである。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明では、図3(c)または
(d)にその断面を示すように、電機子巻線1に導電体
1a、例えば銅やアルミと、磁性体1b、例えば珪素鋼
板との貼り合わせ品を準備し、これを図1の形のモータ
の巻線として使用するものである。磁性体には、そのほ
か、磁化率が大でヒステリシス損が小さな磁性材料、例
えば鉄、パーマロイ、アモルファスの薄板が使用でき
る。製作方法は、図4に示すように、マンドレル12の
外周に必要個数の電機子巻線1を並べ、その外側に絶縁
シート13を巻きつけて絶縁層を設ける。そしてその上
から、(c)に示すように、紙面に垂直な方向の厚みが
薄い導電体3aを、幅方向に曲げて螺旋状に巻き付けて
いく。前記導電体3aは、円柱形をしたマンドレル12
に前記と同様に巻き付けておき、アンニールを施した
後、図示のように巻き付けてもよい。いずれも巻き付け
た後に、全体を樹脂でモールドし、固める。これによ
り、前述の図8の構造に対し、巻線部分の軟磁性体の効
果で磁気抵抗が小さくなり(パーミアンスが大きくな
る)、磁石磁束が通りやすく、従って図7に示したティ
ース付のものと同程度の鎖交磁束数を実現するのが容易
になる。また図7の構造に比較して、等価的に固定子の
ティース数が巻線の導線数に等しくなり、つまりティー
ス数が著しく増加することになって、コキングトルクの
次数が高くなり、コギングトルク一周期のピーク値は小
さくなる。また前述の製造方法によれば、図7の構造に
比較し、鉄心を打ち抜く手間が不要になるうえ、軟磁性
体の素材からの加工歩留まりはスロットがないため、格
段によくなる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1は本発明の一実施例に係るモータの回転軸に直交する
断面を示し、図2は回転軸方向の断面を示す。本実施例
は3相で、6個の電機子巻線1を図示のように配列接続
し、回転子には極性が交互に変わるように、4個の永久
磁石4を配置していて、いわゆる3相・4極の同期電動
機を構成している。図において、1は電機子巻線、2は
電機子巻線と固定子ヨークの間を電気的に絶縁する絶縁
層、3は固定子ヨーク、4は永久磁石、5は回転子ヨー
ク、6は回転軸、7はギャップ、8は樹脂充填部、9は
樹脂外皮、10は検出器、11は軸受である。永久磁石
4の磁束が電機子巻線1に鎖交しているので、検出器1
0により、永久磁石4の位置を検出し、U,V,W各相
の巻線に適切な配分で電流を流してやればトルクが発生
する。図3は巻線の構造の例を詳細に示したものであ
る。図において、(a)は巻線の平面図を、(b)は
(a)における巻線のA−A’線での断面を示し、
(c)及び(d)は巻線1本分の断面の詳細を示す。す
なわち図3(c)は軟磁性体1bと導電体1aの、テー
プ状のものを重ね合わせ、絶縁フィルム1cで覆ったも
のの断面である。(d)は、導電体1aを絶縁フィルム
1cで覆ったものに軟磁性体1bを貼り合わせたものの
断面である。このような巻線を用いた固定子は、軟磁性
体1bの部分は磁石磁束を径方向に通りやすくし、従来
のモータに見られる、電機子鉄心のティースの役を果た
していると考えることが出来る。しかも、導体の数に等
しく細かく分割されているため、ティースの数やティー
ス数×磁極数等で生じるコギングトルク次数は非常に高
くなり、その分振幅は減少する(ほぼ 振幅∝(1/次
数) の関係がある)。また、図5に示すようにギャッ
プに近い側の電機子巻線1’の構造を、軟磁性体1bの
ない、通常のコイルにすることで、パーミアンスが小さ
くなり、コギングトルクをさらに減少させることが出来
る。以上の説明では、コイルの断面が長方形をしている
が、コイル断面は長方形に限定する必要はない。丸でも
よいし、長方形と組み合わせてもよく、導電体と磁性体
が貼り合わされ、絶縁皮膜で覆ってあれば、断面形状を
特に限定するものではない。さらに、断面が丸の導電体
の外周を磁性体で覆い、さらにその外周を絶縁皮膜で覆
ってもよく、全く同じ効果を奏することができる。ま
た、電機子巻線1の円筒状ヨークの側面から軸方向に突
出したコイルエンドに該当する巻線部は、磁性体を除く
ようにしてもよい。このようにすると、モータの出力に
寄与しない部分の損失を抑えることができ、効率を上げ
ることができる。
【0007】次に、巻線層が2段の場合の一つの巻線の
例を図6に示す。本例では、(a)に示す断面の電機子
巻線1’を同図(b)に示すようにコイル状に巻いたも
のと、電機子巻線1’を裏返しにしたもの1を(c)の
ように重ね、接続部分1e、1e’を同図(d)
((c)のA−A’断面図)に示すように半田付けある
いは溶接などで接続する。この接続は、接続部分1e、
1e’をカシメることによってもよい。図中14は接続
部分である。また1d、1d’は口出し部である。コイ
ルの構造は、3層以上でも、口出し線の引き出しをコイ
ルエンド部で行う等の手段で、可能である。また以上の
説明は同心巻きコイルについて行ったが、重ね巻きコイ
ルでも波巻コイルでも、同様の効果が予想される。以上
の考え方は、回転形モータの、アウタ回転子や軸方向ギ
ャップ構造においても有効であり、また当然のことなが
らリニアモータにおいても有効である。回転形モータの
製造方法においても、図4に示すようにマンドレル12
上に、あらかじめ別工程で製作した、前述の巻線1を必
要個数並べて仮固定し、外周に絶縁層13を設け、さら
にその外周から薄い珪素鋼板からなる固定子ヨーク3を
螺旋状に巻き付け積み厚方向に巻重ね、全体を樹脂でモ
ールドし、一体化する。固定子ヨーク3は、あらかじ
め、固定子最終製品の寸法に近い形状に形成し、アンニ
ールを施し、巻線1の外周に取り付けて巻締めるように
する。このようにすることで、製造工程全体が簡単にな
り、鉄心のプレス作業がなく、また軟磁性体の材料歩留
まりが、非常によくなる。
【0008】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、永
久磁石を使う従来のモータに多く見られる電機子鉄心の
ティースを、等価的に細分化したことになり、コギング
トルクの少ないモータができる。また、製造方法も、非
常に簡素化され、かつ鉄心材料歩留まりが向上し、コス
ト低減にも有効である。一方では、コギングトルクが小
さいことで用られている、電機子鉄心にティースをもた
ない形のモータに比較して、より損失が小さく、磁石使
用量も少なく、その点でもより安価にできるという、優
位点をもつ。以上、本発明によれば、コギングトルクが
少なく、効率もよく、かつ安価な総合的にバランスのと
れたモータが、提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例を示す永久磁石形モータの横
断面図である。
【図2】 図1に示す実施例のモータの縦断面図であ
る。
【図3】 本発明に係る電機子巻線の構成を示す説明図
である。
【図4】 本発明に係る電機子巻線の製造工程の例を示
す説明図である。
【図5】 本発明に係る電機子巻線の他の構成例を示す
説明図である。
【図6】 本発明に係る電機子巻線の更に他の構成例を
示す説明図である。
【図7】 従来の永久磁石形モータの構造の例を示す横
断面図である。
【図8】 従来の永久磁石形モータの構造の他の例を示
す横断面図である。
【符号の説明】
1,1’ 電機子巻線、1a 導電体、1b 軟磁性
体、1c 絶縁層、1d口出し部、1e 接続部分、2
絶縁層、3,3a 固定子ヨーク、4 永久磁石、5
回転子ヨーク、6 回転軸、7 ギャップ、8 樹脂
充填部、9 樹脂外皮、10 検出器、11 軸受、1
2 マンドレル、13 絶縁シート、14接続部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝間 隆 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石2番1号 株式会社安川電機内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁性体の円筒状ヨークの内側に電機子巻
    線を固定した固定子と、回転軸に固定された鉄心の外側
    に前記電機子巻線と所定のギャップを介して永久磁石を
    固定した回転子とからなる永久磁石形モータにおいて、 前記電機子巻線を、磁性体と導電体を貼り合わせ、外周
    に絶縁層を有する巻線で構成したことを特徴とする永久
    磁石形モータ。
  2. 【請求項2】 前記電機子巻線を、磁性体と、外周を絶
    縁部材で覆った導電体とを貼り合わせたものとした請求
    項1記載の永久磁石形モータ。
  3. 【請求項3】 前記電機子巻線を、円形断面の導電体の
    周りを磁性体で覆い、さらにその外周を絶縁物で覆った
    ものとした請求項1記載の永久磁石形モータ。
  4. 【請求項4】 前記電機子巻線を、前記円筒状ヨークの
    側面から軸方向に突出したコイルエンドに該当する巻線
    部分には、磁性体をもたないものとした請求項1記載の
    永久磁石形モータ。
  5. 【請求項5】 前記電機子巻線を、ギャップに近い側の
    巻線には磁性体を入れないものとした請求項1記載の永
    久磁石形モータ。
  6. 【請求項6】 磁性体の円筒状ヨークの内側に電機子巻
    線を固定した固定子と、回転軸に固定された鉄心の外側
    に前記電機子巻線と所定のギャップを介して永久磁石を
    固定した回転子とからなる永久磁石形モータの製造方法
    において、あらかじめ、別の工程で、最終製品の寸法に
    近い螺旋状ヨークを形成し、アンニールを施し、巻線外
    周に取り付け、巻締めるようにしたことを特徴とする永
    久磁石形モータの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101079136B1 (ko) 2005-11-23 2011-11-02 주식회사 동서전자 연자성 분말 재료로 제조된 모터용 스테이터
JP2021023035A (ja) * 2019-07-29 2021-02-18 国立大学法人信州大学 モータ
CN113016120A (zh) * 2018-11-15 2021-06-22 株式会社电装 旋转电机

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101079136B1 (ko) 2005-11-23 2011-11-02 주식회사 동서전자 연자성 분말 재료로 제조된 모터용 스테이터
CN113016120A (zh) * 2018-11-15 2021-06-22 株式会社电装 旋转电机
JP2021023035A (ja) * 2019-07-29 2021-02-18 国立大学法人信州大学 モータ

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