WO2007083724A1 - ギャップワインディング形モータ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a brushless DC motor used as a drive motor in industrial fields such as FA or OA, or a drive motor of an electric vehicle, and more particularly to an annular stator without magnetic salient poles (slots).
- the present invention relates to a smooth armature-coil linear motor, V, a so-called gap winding type motor, in which an armature coil for forming a rotating magnetic field is attached to a core.
- 1 is the frame
- 2 is the stator core
- 3 is the air-core coil
- 4 is the permanent magnet
- 5 is the N pole of the permanent magnet
- 6 is the S pole of the permanent magnet
- 7 is the gap between the permanent magnets
- 9 Is a rotor core
- 10 is a shaft
- 11 is a magnetic air gap.
- the stator of the gap winding motor is composed of a stator core 2 formed in a cylindrical shape by laminating silicon steel plates, and a thin insulation provided on the inner peripheral surface of the stator core 2 to ensure a required withstand voltage. It consists of 15 armature wires, each of which is equipped with a plurality of air-core-shaped coils 3 for forming a rotating magnetic field concentrated through layers, at equal intervals. This armature wire is molded or impregnated with resin and fixed integrally with the stator core 2.
- the rotor is disposed concentrically with the stator via the magnetic gap 11 and fitted to the outer peripheral surface of the shaft 10 and fixed to the rotor core 9.
- a plurality of magnetic poles having different polarities alternately, and composed of, for example, a rare earth permanent magnet 4 divided in an arc shape, 1137731973970—0
- the rotor is rotatably supported between the stator and the stator via a non-illustrated bearing.
- the N-pole 5 and S-pole 6 magnets that constitute the permanent magnet 4 are bonded and fixed to the outer periphery of the rotor core 9 at regular intervals with a fixed gap 7 by a jig or the like.
- the number of permanent magnets is a force determined by the basic slot combination. In general, when the volume of the electromagnetic part is to be minimized, the number of magnetic poles is large. (For example, see Patent Documents 1 and 2).
- Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-159152 (Specification, page 3, FIG. 1)
- Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-191146 (Specification, page 2, Fig. 1)
- the number of permanent magnets further increases because the required number of magnetic poles increases as the outer diameter increases. If the number of permanent magnets is increased and subdivided, the volume of the permanent magnet itself becomes smaller.In general, however, the small volume of the magnet alone causes an increase in cost, and the mounting work when the magnet is positioned and bonded to the rotor or bonded. The inspection after installing the magnet required a lot of time, and productivity was bad. In addition, when the number of magnets increased, there were problems related to reliability as soon as the effects of shape errors and magnet mounting errors of the magnet itself were picked up.
- the present invention has been made in view of such problems, and enables the permanent magnets to be increased in volume and quantity halved.
- the present invention aims to reduce costs, shorten the bonding time, and improve workability and reliability.
- An object of the present invention is to provide a gap winding motor having an excellent rotor structure.
- the present invention is configured as follows.
- the invention according to claim 1 comprises a cylindrical stator core and a plurality of air-core-shaped coils for forming a rotating magnetic field on either the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the stator core.
- a stator composed of armature windings, a rotor core disposed concentrically with the stator and a magnetic gap between the stator core, and a plurality of poles alternately provided with different polarities
- the single piece of the plurality of divided permanent magnets has N poles. It is characterized by having an N-pole magnetized part and an S-pole magnetized part that have two-pole magnetized.
- the invention according to claim 2 is the gap winding type motor according to claim 1, wherein a non-magnetized part for suppressing cogging is provided between the N pole magnetized part and the S pole magnetized part. Characterized by things! /
- the number of permanent magnets can be halved, the time required for the mounting work when the permanent magnets are bonded to the rotor core or the inspection after mounting the magnets can be reduced. Productivity is improved. In addition, by reducing the number of magnets by half, it is possible to reduce errors in the shape of individual magnets and errors in mounting magnets, improving reliability. Further, since the bonding area per permanent magnet increases, the bonding strength increases and the reliability improves. Furthermore, since the weight per permanent magnet increases, the cost can be reduced. According to the second aspect of the invention, the balance between the N pole and the S pole by the permanent magnet becomes uniform at any position, and the cogging torque can be suppressed.
- FIG. 1 is a front sectional view of a gap winding motor showing a first embodiment of the present invention.
- FIG.2 Enlarged front sectional view of the electromagnetic part of the gap winding motor of Fig.1
- FIG.3 Front sectional view of a conventional gap winding motor
- FIG.4 Enlarged front sectional view of the electromagnetic part of the gap winding motor of Fig.3
- FIG. 1 is a front sectional view of a gap winding motor showing a first embodiment of the present invention
- FIG. 2 is an enlarged front sectional view of an electromagnetic part of the gap winding motor of FIG.
- an example of an inner rotor type gap winding motor having 20 poles and 15 coils is shown. Note that the description of the same components as those of the prior art will be omitted, and only the differences will be described.
- the present invention is different from the prior art as follows.
- the single unit of the permanent magnet 4 divided into two is magnetized with N-pole and S-pole two-pole magnetization, and has N-pole magnetized part 5 and S-pole magnetized part 6. This is because a non-magnetized part 8 is provided between the magnetic part 5 and the S pole magnetized part 6 to suppress cogging.
- FIGs. 1 and 2 an example of an inner rotor type gap winding motor with 20 poles of the magnetic field and 15 coils of the armature is shown, and the slot combination is also shown.
- the permanent magnet 4 of this example which is different from the conventional technology, has a total of 10 divided magnets and 1 divided magnet corresponds to 2 poles. Only changes.
- the rotor cleans the surface and fits the rotor core 9 formed of laminated steel plates on the shaft.
- an adhesive (not shown) is attached to the rotor core 9.
- the magnet can be magnetized either by directly bonding the divided magnets magnetized before bonding to the shaft or by magnetizing after magnetizing the unmagnetized divided magnets to the shaft.
- the surface magnet type rotor Therefore, a non-magnetized part 8 is provided between the N-pole magnetized part 5 and the S-pole magnetized part 6 of the one-part magnet constituting the permanent magnet so that the cogging torque is minimized.
- a plurality of divided permanent magnets 4 may be displaced in the circumferential direction along the axial direction of the rotor so as to have a skew.
- the surface magnet type rotor receives a large centrifugal force like a motor for high speed rotation, as a fixing method to obtain strength, it is thin on the outer periphery of the permanent magnet placed and fixed on the rotor surface. It is also possible to adopt a method of pressing and fixing the ring member or a method of fixing with a wedge between permanent magnet gaps arranged at equal intervals.
- thin-walled ring members include materials with high tensile strength, such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP) and titanium. If these can be molded into a ring shape and press-fitted onto the rotor surface, a higher speed can be achieved. Rotation is achieved, motor characteristics are improved, and manufacturing is easy.
- CFRP carbon fiber reinforced plastic
- the gap winding motor of the present invention increases the volume of the permanent magnet!
- a drive motor in industrial fields such as FA or OA, Or, it can be applied to brushless DC motors used as drive motors for electric vehicles.
Landscapes
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Abstract
永久磁石の体積増加と数量半減を可能とし、かつ、コストの削減を図ると共に、接着時間を短縮し、作業性、信頼性に優れた回転子構造を有するギャップワインディングモータを提供することを目的とする。 円筒状の固定子コア(2)の内周面に回転磁界形成用の複数の空芯形状コイル(3)を巻装してなる電機子巻線を備えた固定子と、該固定子と磁気的空隙を介して同心円状に配置された回転子コア(9)に設けられると共に交互に極性が異なる複数の磁極を有し、かつ、円弧状に分割された永久磁石(4)を備えた回転子と、よりなるギャップワインディング形モータにおいて、複数分割された永久磁石(4)の単体は、N極とS極の2極着磁を施したN極着磁部(5)およびS極着磁部(6)を有しており、N極着磁部(5)とS極着磁部(6)の間にコギングを抑制するための無着磁部(8)を設けてある。
Description
技術分野
[0001] 本発明は、 FAまたは OAなどの産業分野における駆動モータ、あるいは電気自動 車の駆動モータとして使用されるブラシレス DCモータに関し、特に磁気的な突極 (ス ロット)なしの円環状固定子コアに回転磁界形成用の電機子卷線を装着してなる平 滑電機子卷線形モータ、 V、わゆるギャップワインデイング形モータに関する。
背景技術
[0002] 従来、 FAまたは OAなどの産業分野における駆動モータ、あるいは近年、電気自 動車の駆動モータとして使用されるブラシレス DCモータであって、磁気的な突極 (ス ロット)なしの円環状固定子コアに回転磁界形成用の複数の空芯形状コイルを卷装し てなる電機子卷線を備えた平滑電機子卷線形モータ、 V、わゆるギャップワインディン グ形モータは図 3、図 4のようになっている。なお、図 3は従来のギャップワインディン グモータの正断面図、図 4は図 3のギャップワインデイングモータの電磁部を拡大した 正断面図である。
図において、 1はフレーム、 2は固定子コア、 3は空芯形状コイル、 4は永久磁石、 5 は永久磁石の N極、 6は永久磁石の S極、 7は永久磁石間の隙間、 9は回転子コア、 10はシャフト、 11は磁気的空隙である。
ギャップワインデイングモータの固定子は、珪素鋼板を積層して円筒状に成形され た固定子コア 2と、該固定子コア 2の内周面に所要の絶縁耐圧を確保するために設 けた薄い絶縁層を介して集中卷された回転磁界形成用の複数の空芯形状コイル 3を 15個等間隔に卷装してなる電機子卷線とより構成されている。この電機子卷線は榭 脂でモールドまたは含浸され、固定子コア 2と一体に固着されている。
また、回転子は、該固定子と磁気的空隙 11を介して同心円状に配置され、かつ、 シャフト 10の外周面に嵌合固着された回転子コア 9と、該回転子コア 9に設けられる と共に交互に極性が異なる複数の磁極を有し、かつ、円弧状に分割された例えば希 土類の永久磁石 4とより構成されており、
1137731973970—0
回転子は固定子との間で図示しな ヽ軸受を介して回転自在に支承されて 、る。 ここで、永久磁石 4を構成する N極 5と S極 6の磁石は、回転子コア 9の外周に治具 等により一定の隙間 7を介して 20個等間隔に並べて接着固定されている。また、永 久磁石の数は、基本となるスロットコンビネーションにより決定される力 一般に電磁 部体積を最小にしたい場合には磁極数の多い構成となる。(例えば、特許文献 1、 2 参照)。
特許文献 1 :特開 2002— 159152号公報(明細書 3頁、第 1図)
特許文献 2 :特開 2002— 191146号公報(明細書 2頁、第 1図)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 従来のギャップワインデイングモータでは、外径が大きくなると必要とされる磁極数 が多くなるため、永久磁石数はさらに増加することとなる。永久磁石数が増加し細分 化されると、永久磁石単体の体積が小さくなるが、一般に磁石単体の小体積はコスト 増を招くと共に、磁石を回転子に位置決めし、接着する際の取付け作業あるいは磁 石取付け後の検査に多大な時間を必要とし、生産性が悪力つた。また、磁石数が増 加すると、磁石単体の形状誤差、磁石取付け誤差などの影響を拾いやすぐ信頼性 に関わる問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、永久磁石の体積増加と 数量半減を可能とし、かつ、コストの削減を図ると共に、接着時間を短縮し、作業性、 信頼性に優れた回転子構造を有するギャップワインデイングモータを提供することを 目的とする。
課題を解決するための手段
[0004] 上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項 1に記載の発明は、円筒状の固定子コアと該固定子コアの内周面または外 周面の何れか一方に回転磁界形成用の複数の空芯形状コイルを卷装してなる電機 子卷線とより構成される固定子と、前記固定子と磁気的空隙を介して同心円状に配 置された回転子コアと該回転子コアに設けられると共に交互に極性が異なる複数の
磁極を有し、かつ、円弧状に分割された永久磁石とより構成される回転子と、を備え たギャップワインデイング形モータにぉ 、て、前記複数分割された永久磁石の単体は 、N極と S極の 2極着磁を施した N極着磁部および S極着磁部を有したことを特徴とし ている。
請求項 2に記載の発明は、請求項 1記載のギャップワインデイング形モータにおい て、前記 N極着磁部と前記 S極着磁部の間にコギングを抑制するための無着磁部を 設けものであることを特徴として!/、る。
発明の効果
[0005] 請求項 1に記載の発明によると、永久磁石の数量を半減できることから、永久磁石 の回転子コアへ接着する際の取付け作業あるいは磁石取付け後の検査に力かる時 間が抑えられ、生産性が向上する。また、磁石数の半減により、磁石単体の形状誤 差、磁石取付け誤差などが抑えられるため信頼性が向上する。また、永久磁石一個 当たりの接着面積が増加することから、接着強度が増加し、信頼性が向上する。さら には、永久磁石 1個当たりの重量が増加することから、コストの削減が可能である。 請求項 2に記載の発明によると、永久磁石による N極と S極のバランスが任意の位 置において均等になり、コギングトルクを抑制することができる。
図面の簡単な説明
[0006] [図 1]本発明の第 1実施例を示すギャップワインデイングモータの正断面図
[図 2]図 1のギャップワインデイングモータの電磁部を拡大した正断面図
[図 3]従来のギャップワインデイングモータの正断面図
[図 4]図 3のギャップワインデイングモータの電磁部を拡大した正断面図
符号の説明
[0007] 1 フレーム
2 固定子コア
3 空芯形状コイル
4 永久磁石
5 N極着磁部
6 S極着磁部
7 永久磁石間隙間
8 無着磁部
9 回転子コア
10 シャフト
11 磁気的空隙部
発明を実施するための最良の形態
[0008] 以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。
実施例 1
[0009] 図 1は本発明の第 1実施例を示すギャップワインデイングモータの正断面図、図 2は 図 1のギャップワインデイングモータの電磁部を拡大した正断面図である。本実施例 では、 20極、 15コイルのインナーロータ形のギャップワインディングモータの一例を 示している。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じ点についてはその説明を省 略し、異なる点のみ説明する。
[0010] 本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、複数分割された永久磁石 4の単体は、 N極と S極の 2極着磁を施したも ので N極着磁部 5および S極着磁部 6を有しており、 N極着磁部 5と S極着磁部 6の間 にコギングを抑制するための無着磁部 8を設けた点である。
[0011] 次に、磁石の組立について説明する。
本実施例(図 1および図 2)では、界磁の極数が 20極、電機子のコイルル数が 15コ ィルのインナーロータ形のギャップワインディングモータの例を示しており、スロットコ ンビネーシヨンも従来技術と変わりはなぐ本実施例の永久磁石 4については、分割 磁石数が合計 10個で、かつ、 1分割磁石が 2極に対応しており、従来技術に対し永 久磁石の大きさと数量のみが変化して 、る。
回転子は、シャフト 10を機械加工した後、表面を清浄ィ匕し、該シャフトに積層鋼板 より形成してなる回転子コア 9を嵌合する、次に、回転子コア 9に図示しない接着剤を 塗布し、複数の分割された永久磁石 4を回転子上に固定する。磁石の着磁は接着前 に着磁された分割磁石を直接シャフトに接着するカゝ、未着磁の分割磁石をシャフトに 接着後、着磁するかの手法どちらでも良い。この場合、表面磁石形の回転子にあつ
て、永久磁石を構成する 1分割磁石の N極着磁部 5と S極着磁部 6の間に、コギングト ルクが最小に抑えられるように無着磁部 8を設けて適正な間隔が得られるようにして いるが、他のコギングトルク対策のために、複数分割した永久磁石 4を回転子の軸方 向に沿って周方向にずらしスキューを備えたもので構成しても良 、。
また、表面磁石形の回転子において、高速回転用モータのように大きな遠心力を 受ける場合には、強度を得るための固定方法として、回転子表面に配置固定した永 久磁石の外周に薄肉状のリング部材を圧入して固定する力、あるいは、等間隔に配 置された永久磁石間隙間にくさびで固定するなどの手法をとるようにしても構わない 。なお、最近では、薄肉状のリング部材は、炭素繊維強化プラスチック (CFRP)、チ タンなどの引張強度の大きな材料があり、これらをリング状に成形して回転子表面に 圧入できれば、より大きな高速回転が得られ、モータの特性も向上し、製作も容易と なる。
産業上の利用可能性
本発明のギャップワインデイングモータは、永久磁石の体積増力!]と数量半減を可能 とし、かつ、コストの削減を図ると共に、接着時間を短縮し、作業性、信頼性に優れた 回転子構造を有するために、 FAまたは OAなどの産業分野における駆動モータ、あ るいは電気自動車の駆動モータとして使用されるブラシレス DCモータに適用するこ とがでさる。
Claims
[1] 固定子コアと該固定子コアの内周面または外周面の何れか一方に回転磁界形成 用の複数の空芯形状コイルを卷装してなる電機子卷線とより構成される固定子と、 前記固定子と磁気的空隙を介して同心円状に配置された回転子コアと該回転子コ ァに設けられると共に交互に極性が異なる複数の磁極を有し、かつ、円弧状に分割 された永久磁石とより構成される回転子と、
を備えたギャップワインデイング形モータにおいて、
前記複数分割された永久磁石の単体は、 N極と S極の 2極着磁を施した N極着磁 部および S極着磁部を有していることを特徴としたギャップワインデイング形モータ。
[2] 前記 N極着磁部と前記 S極着磁部の間にコギングを抑制するための無着磁部を設 けたことを特徴とする請求項 1記載のギャップワインデイング形モータ。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2007554963 Country of ref document: JP |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 07707052 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |