JP4002451B2

JP4002451B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP4002451B2
Application number: JP2002051007A
Authority: JP
Inventors: 譲鈴木; 晋武松下; 聖一松浦
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: US6833649B2; EP1341288A3; EP1341288B1; DE60331201D1; US20040000837A1; EP1901415B1; DE60320165D1; EP1341288A2; JP2003259572A; DE60320165T2; EP1901415A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転電機に関し、特に、分割型の突極構造を有するラジアルギャップ型回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、軟磁性板材（珪素鋼板等）の平板リング状コイルから放射状に複数個の突極を形成し、これを軸方向に多数枚積層してアーマチュアを形成した回転電機が知られている。
【０００３】
この従来の回転電機では、複数個の突極を有する状態で一体的にプレス抜き加工するため、構造上突極が分割されず、磁気効率が優れている（磁気抵抗が小さい）という利点がある。
【０００４】
しかしながら、特に小型機においては、巻線は各突極に直巻きされるのが普通であるため、巻線作業が煩雑であるという欠点があった。特にインナーロータ型の回転電機の場合、巻線作業は困難を極める。この結果、巻線作業に長時間を要するとともに巻線の占積率を上げることができないという問題点があった。またこの場合、巻線がフライヤ巻きとなるため、巻線作業時に線材に対してねじれのストレスが加わり、巻線部の絶縁信頼性を上げることができないという問題点があった。
【０００５】
このような状況の中、近年では、エネルギー積の高い希土類磁石が開発されたこと、またコンピュータを駆使した磁気回路解析によって回転電機の構造を見直すことによって、突極を分割した構造であっても所望のモータ特性を得ることができるようになってきた。このような突極を分割した構造にすると、磁気抵抗が多少増大するが、それにも増して、巻線作業が容易になること、また占積率を上げることができることが大きな利点となる。
【０００６】
このことから、最近では、分割アーマチュア型の回転電機の方が総合的に見て高性能化および低コスト化が図れることがわかり、今日ではアーマチュアの分割化の要求度が高まってきた。
【０００７】
この分割型アーマチュアの一例としては、前述の軸方向に複数枚の平板を積層する従来型構成のアーマチュアヨークを突極部分ごとに軸と平行な方向に分割し、この分割した突極部分ごとに巻線を施し、その後、分割した箇所をレーザで溶接するなどの方法によって接合してアーマチュアに再構成するものが知られている。
【０００８】
しかし、この方法で作製したアーマチュアの場合、従来のアーマチュアを一旦分割し、その後に再度結合するため、手間がかかるという煩わしさがある。また、再結合の際には積層状態を確保しながら行わなければならないので、組立精度が十分保証された金型等に組付け且つ１枚１枚確実に溶接作業を行う必要があり、精度維持が難しく作業性が悪いという問題がある。また、何と言っても接合（溶接）箇所は機械的、磁気的特性が著しく劣化する等の欠点があるため、結果的には完成度に今一つ問題がある。
【０００９】
そこで、本発明者らは、特開２００１−２３８３７７号公報として、分割した複数の突極とこれらの突極を磁気的および機械的に接続するリングとを用いて構成したラジアルギャップ型回転電機の分割アーマチュアにおいて、突極の位置決めおよび固定をするための極歯リングと、磁気的不連続性による漏洩磁束の低減を図るためのステータリングとを用いる構成を開示した。
【００１０】
図９は、特開２００１−２３８３７７号公報に開示された回転電機の軸方向から見た部分断面正面図である。
【００１１】
図９において、１２０はロータ組立体であり、１０６は突極であり、１３４は突極１０６に設けた極歯であり、２０４は突極１０６と隣の突極１０６との間のスペースであって、回転電機の完成時には樹脂が注入される樹脂スペースであり、２００は突極６を囲って磁気回路を形成するためのステータリングである。
【００１２】
また、図１０は、図９に示した回転電機の断面図において極歯１３４とステータリング２００との接合部分を拡大して示す図である。
【００１３】
図１０において、１３４ａは極歯１３４の先端面であり、２０１はステータリング２００の内側面であり、２０２は内側面２０１と先端面１３４ａの中間部分との間に生じたギャップである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の特開２００１−２３８３７７号公報に記載のような従来の回転電機においては、以下のような問題があった。
【００１５】
図９および図１０を参照して分かるように、極歯１３４の先端面１３４ａ（ロータの反対側）は平坦状であるが、ステータリング２００は円筒状のため、その内側面２０１（極歯１３４の先端面１３４ａとの接合面）は円弧を有している。
【００１６】
このため、極歯１３４とステータリング２００の両者の面を組立時に接合させると、極歯１３４の先端面１３４ａの両端だけがステータリング２００の内側面２０１と接合し、その中間部分にはギャップ２０２が生じ、突極１０６の極歯１３４からステータリング２００への磁束の流れとしては損失が発生してしまう構造となっていた。
【００１７】
このような磁気効率の低下は、ステータリング２００の円弧の曲率を小さくすればするほど顕著となり、特性の劣化をもたらせるため、モータの径を小さくする小型化を進める上での大きな課題となっている。
【００１８】
さらに、上記従来技術においては、各突極の極歯とステータリングとの接合状態が線接合、あるいは組立てのバラツキによっては点接合になってしまうため、両者で安定したバラツキのない接触状態を維持することはきわめて困難であった。
【００１９】
このため、極歯とステータリングの両者の面の間に生ずる不安定な接触状態が、複数の突極とステータリングとの間において磁気抵抗のバラツキを生じさせ、全体として磁気的アンバランスを引き起こすこととなり、その結果トルクリップルを増大させ、モータ回転時に振動が発生しやすくなることとなり、たとえばプリンタ用モータとして使用した場合には印字ムラの発生要因となるという問題があった。
【００２０】
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、モータを小型化させたとしても、ステータリングと極歯との間でギャップのない接触状態を保ち、安定したモータ特性を得ることができる回転電機を提供することを目的とする。
【００２１】
本発明は上記の目的を達成するために、ステータリングと、極歯を有する複数の突極とを有し、前記突極を前記ステータリングで囲って磁気回路を形成する回転電機において、前記極歯の先端面と接合する前記ステータリングの内側面を、前記極歯の先端面と面接触するように平坦な状態にし、前記ステータリングを断面が多角形の筒状にし、前記突極を囲って前記突極の位置決めおよび固定を行う極歯リングをさらに有し、前記極歯リングを前記ステータリングの内周部に設け、前記極歯リングの形状が、前記ステータリングと同じく、断面が多角形の筒状であり、前記ステータリングを筒状に形成するためにステータリング用平板の一端と他端とを繋ぎ合わせる際、また前記極歯リングを筒状に形成するために極歯リング用平板の一端と他端とを繋ぎ合わせる際に、前記ステータリングおよび前記極歯リングの２つの繋ぎ合わせを一度で済ますため、前記ステータリング用平板の一端と前記極歯リング用平板の他端とを繋ぎ、且つ前記ステータリング用平板の他端と前記極歯リング用平板の一端とを繋ぎ合わせることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、前記多角形が１２角形であることを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、前記ステータリングを、平板の一端と他端とを繋ぎ合わせることによって筒状に形成し、前記繋ぎ合わせの継ぎ目を前記多角形の辺部に設けたことを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記極歯リングと前記ステータリングとの間に空隙部を設けたことを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本発明による回転電機の第１の実施の形態を示す図であり、回転電機の軸方向断面図である。
【００３０】
また、図２は、図１に示した回転電機の軸方向から見た部分断面正面図である。
【００３１】
図１および図２において、６は突極、１０はアーマチュア組立体、１２および１３はフランジ、２０はロータ組立体、２１はシャフト、２２はスリーブ、２３はロータ界磁磁石、２３ａはロータ位置検出磁石部、２４はスペーサ、２５はボールベアリング、２６はスリーブベアリング、２７は予圧ホルダ、２８は予圧ばね、３４は極歯、３４ａは先端面、３６はボビン、３８はマグネットワイヤ、４０は端子、５０は極歯リング、５０ａは極歯リングにおけるスリット、５１はプリント配線板、５２はホールセンサ、５３はコネクタ端子、５７はコネクタ、６０は樹脂、１００はステータリング、１０１は極歯リング５０の継ぎ目、１０２はステータリング１００の継ぎ目、１０３は辺部、１０４は樹脂スペースである。
【００３２】
なお、この実施の形態では、回転電機が、突極数が６個でロータ磁極数が８極の３相インナーロータ型のＤＣブラシレスモータの場合を示す。
【００３３】
また、この図１および図２は、アーマチュア組立体内部のロータ界磁磁石が入る部分を除く部分に樹脂を充填して一体的にモールドした、いわゆる樹脂一体モールドアーマチュア組立体を示している。
【００３４】
このＤＣブラシレスモータは、アーマチュア組立体１０と、その軸方向両端に設けられたフランジ１２および１３と、アーマチュア組立体１０の内部に回転自在に配置されたロータ組立体２０とで構成されている。
【００３５】
アーマチュア組立体１０は、外周に筒状のステータリング１００を有し、その内周に沿って極歯リング５０が嵌挿され、極歯リング５０の内部に６個の突極６が６０度の等角度間隔で放射状に配置されている。
【００３６】
本実施の形態において、ステータリング１００および極歯リング５０の形状は、図２に示すように断面が１２角形の筒状に形成されている。
【００３７】
このような多角形の形状にすることによって、極歯３４の先端面３４ａに接合するステータリング１００の内側部分を平坦にすることができる。これにより、極歯３４の先端面３４ａとステータリング１００の内側の面との面接触が可能となり、複数の突極とステータリングとの間において磁気的バランスのよい接合状態が得られ、モータ回転時での振動を抑えることができる。
【００３８】
また、極歯リング５０の形状もステータリング１００の形状に合わせたことによって、極歯リング５０もステータリング１００に密着した形で内接し、より安定した磁気バランスを得ることができる。
【００３９】
さらに、極歯リング５０やステータリング１００を板状の部材の両端を繋ぎ合わせることによって筒状に形成する場合、その継ぎ目が、図２に示す極歯リング５０の継ぎ目１０１やステータリング１００の継ぎ目１０２のように、１２角形の角の部分ではなく辺の部分に来るようにするのがよい。
【００４０】
このようにすることによって、リング両端の繋ぎ合わせ作業が平面上でなされ、従来のように断面が円形の場合の円筒面上の作業と比べて容易となるという効果がある。
【００４１】
次に、突極６の構造について説明する。
【００４２】
図３は、図１および図２に示した突極６を分解して示す斜視図であり、（ａ）は突極６のうちのボビン部分を示す斜視図、（ｂ）は突極６のうちの極歯部分を示す斜視図である。
【００４３】
また、図４は、図１および図２に示した突極６を示す斜視図である。
【００４４】
図３（ａ）、図３（ｂ）および図４において、図１および図２と同じ構成部分には同じ参照番号を付してある。
【００４５】
突極６は、表面が絶縁された板厚０．５ｍｍの電磁鋼板をほぼＴ字形状に加工し、これを７枚積層した図３（ｂ）に示す極歯３４を、図３（ａ）に示す樹脂製ボビン３６の角穴３６ａ（幅Ｔ１）に挿入し、ボビン３６の鍔部３６ｂと３６ｃとの間に、図４に示すようにマグネットワイヤ３８を巻回して構成される。
【００４６】
極歯３４は、ボビン３６に挿入された際に、その先端面（図３（ｂ）において左側の側縁）全体（長さＴ２）にわたって所定の高さ（高さＴ３）だけ、鍔部３６ｂの表面から突出するような寸法に形成されている。
【００４７】
マグネットワイヤ３８の端部はボビン３６の片方の鍔部３６ｃの下端に挿入された端子４０にからげられる。
【００４８】
また、ボビン３６の鍔部３６ｃの両側縁には離れて２ヶ所にモールド用樹脂を注入するための樹脂注入穴を形成する凹部３６ｄが形成されている。
【００４９】
図５は、図１に示したアーマチュア組立体１０を分解して示す斜視図であり、（ａ）は６個の突極６が鍔部３６ｃどうしが接触するように６０度の等角度間隔で放射状に配置して構成した突極組立体を示す斜視図、（ｂ）は極歯リング５０を示す斜視図、（ｃ）はステータリング１００を示す斜視図である。
【００５０】
図５（ａ）〜（ｃ）において、図１〜図４と同じ構成部分には同じ参照番号を付してある。
【００５１】
図５（ａ）から分かるように、隣接する２つの突極６のボビン３６の鍔部３６ｃどうしが接触する側縁には凹部３６ｄどうしが合わさって樹脂注入穴３７が形成される。
【００５２】
図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した突極組立体を受け入れる極歯リング５０を示している。極歯リング５０は金属製円筒であり、たとえば絞り加工によって形成してもよいし、板状の部材を折り曲げて断面が１２角形の筒状に形成してもよい。
【００５３】
図５（ｂ）を参照して分かるように、極歯リング５０の長手方向（ロータ界磁磁石の回転軸に平行）には、円周方向に等間隔に６本のスリット５０ａが設けられている。なお、円周方向におけるスリット５０ａの割付け位置は必ずしも等間隔でなくてもよく、コギングトルクを調整するねらいで任意に設定してもよい。
【００５４】
このスリット５０ａは図５（ａ）に示した突極組立体を極歯リング５０に入れる際に各突極６をガイドするとともに定位置に入れきったときに極歯リング５０に固定する機能を有する。
【００５５】
図５（ｃ）に示すステータリング１００は、突極組立体を極歯リング５０に挿入した状態で受け入れるものであり、ステータリング１００の内外面には、極歯リング５０と異なり、位置決め機構も固定機構も設けられていない。なお、回転電機がアウターロータ型モータの場合には、ステータリング１００は極歯リング５０の内周側に配置される構成となる。図中ステータリング１００の下端の切り欠き１００ａはコネクタ５７（図１参照）の逃げ用の溝となっている。
【００５６】
なお、この実施の形態では、極歯リング５０およびステータリング１００の形状を、断面が１２角形の筒状としているが、本発明はこれに限られるものではなく、たとえば断面が６角形の筒状など、極歯３４の先端面３４ａに接合するステータリング１００の内側部分が平坦になる形状であればよい。
【００５７】
次に、本発明による回転電機の別の実施の形態について説明する。
【００５８】
図６は、本発明による回転電機の第２の実施の形態における部分断面図である。
【００５９】
この実施の形態では、突極間に位置する極歯リング５０の外側辺部とステータリング１００の内側辺部との間に、図６に示すような空隙部１０５を設けている。
【００６０】
このような空隙部１０５を設けた本実施の形態によれば、極歯リング５０の外側とステータリング１００の内側とを全周に渡って接合させる必要が無くなり、極歯リング５０およびステータリング１００の両者の接合作業が容易になることで磁気的接合状態をより容易に安定させることができる。また、本実施の形態では、図７に示す継ぎ目１０２のような段差のある継ぎ目であっても同様な効果が得られるとともに、ステータリング加工の精度を緩和することができ加工作業が容易になり、また、接合作業も容易となる。
【００６１】
次に、極歯リング５０およびステータリング１００をリング状に成形する際の繋ぎ合わせ方の一例について説明する。
【００６２】
図８は、極歯リング５０およびステータリング１００をリング状に成形する際の繋ぎ合わせ方の一例を示す図である。
【００６３】
まず、極歯リング５０の両端およびステータリング１００の両端を、図８に示すような凹凸の形状に加工する。このとき、極歯リング５０の一端の凹凸の深さと他端の凹凸の深さとは同じにし、ステータリング１００の一端の凹凸の深さと他端の凹凸の深さとは同じにするのが望ましい。
【００６４】
その後、極歯リング５０の部分Ａ’とステータリング１００の部分Ａとを溶接し、極歯リング５０の部分Ｂ’とステータリング１００の部分Ｂとを溶接し、極歯リング５０の部分Ｃ’とステータリング１００の部分Ｃとを溶接し、極歯リング５０の部分Ｄ’とステータリング１００の部分Ｄとを溶接し、極歯リング５０の部分Ｅ’とステータリング１００の部分Ｅとを溶接し、極歯リング５０の部分Ｆ’とステータリング１００の部分Ｆとを溶接する。
【００６５】
このようにすることによって、一度に極歯リング５０およびステータリング１００の両方を同時にリング上に成形することができ、またさらに極歯リング５０とステータリング１００との接合さえも行うことができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、モータを小型化させたとしても、極歯リングと極歯との間でギャップのない接触状態を保ち、安定したモータ特性を得ることができる回転電機を提供することができる。
【００６７】
すなわち、本発明によれば、極歯の先端面と接合するステータリングの内側面を平坦にすることができるので、極歯の先端面とステータリングの内側面との面接触が可能となり、複数の突極とステータリングとの間において磁気的バランスのよい接合状態が得られ、安定した磁気回路を形成することができ、モータ回転時での振動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転電機の第１の実施の形態を示す図であり、回転電機の軸方向断面図である。
【図２】図１に示した回転電機の軸方向から見た部分断面正面図である。
【図３】図１および図２に示した突極を分解して示す斜視図であり、（ａ）は突極のうちのボビン部分を示す斜視図、（ｂ）は突極のうちの極歯部分を示す斜視図である。
【図４】図１および図２に示した突極を示す斜視図である。
【図５】図１に示したアーマチュア組立体を分解して示す斜視図であり、（ａ）は６個の突極が鍔部どうしが接触するように６０度の等角度間隔で放射状に配置して構成した突極組立体を示す斜視図、（ｂ）は極歯リングを示す斜視図、（ｃ）はステータリングを示す斜視図である。
【図６】本発明による回転電機の第２の実施の形態における部分断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の別形状を説明する部分断面図である。
【図８】極歯リングおよびステータリングをリング状に成形する際の繋ぎ合わせ方の一例を示す図である。
【図９】特開２００１−２３８３７７号公報に開示された回転電機の軸方向から見た部分断面正面図である。
【図１０】図９に示した回転電機の断面図において極歯とステータリングとの接合部分を拡大して示す図である。
【符号の説明】
６、１０６突極
１０アーマチュア組立体
１２、１３フランジ
２０、１２０ロータ組立体
２１シャフト
２２スリーブ
２３ロータ界磁磁石
２３ａロータ位置検出磁石部
２４スペーサ
２５ボールベアリング
２６スリーブベアリング
２７予圧ホルダ
２８予圧ばね
３４、１３４極歯
３４ａ、１３４ａ先端面
３６ボビン
３６ａ角穴
３６ｂ、３６ｃ鍔部
３６ｄ凹部
３７樹脂注入穴
３８マグネットワイヤ
４０端子
５０極歯リング
５０ａスリット
５１プリント配線板
５２ホールセンサ
５３コネクタ端子
５７コネクタ
６０樹脂
１００、２００ステータリング
１００ａ切り欠き
１０１、１０２継ぎ目
１０３辺部
１０４、２０４樹脂スペース
２０１内側面
１０５空隙部
２０２ギャップ

Claims

ステータリングと、極歯を有する複数の突極とを有し、前記突極を前記ステータリングで囲って磁気回路を形成する回転電機において、前記極歯の先端面と接合する前記ステータリングの内側面を、前記極歯の先端面と面接触するように平坦な状態にし、
前記ステータリングを断面が多角形の筒状にし、
前記突極を囲って前記突極の位置決めおよび固定を行う極歯リングをさらに有し、前記極歯リングを前記ステータリングの内周部に設け、前記極歯リングの形状が、前記ステータリングと同じく、断面が多角形の筒状であり、
前記ステータリングを筒状に形成するためにステータリング用平板の一端と他端とを繋ぎ合わせる際、また前記極歯リングを筒状に形成するために極歯リング用平板の一端と他端とを繋ぎ合わせる際に、前記ステータリングおよび前記極歯リングの２つの繋ぎ合わせを一度で済ますため、前記ステータリング用平板の一端と前記極歯リング用平板の他端とを繋ぎ、且つ前記ステータリング用平板の他端と前記極歯リング用平板の一端とを繋ぎ合わせることを特徴とする回転電機。
前記多角形が１２角形であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記ステータリングを、平板の一端と他端とを繋ぎ合わせることによって筒状に形成し、前記繋ぎ合わせの継ぎ目を前記多角形の辺部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記極歯リングと前記ステータリングとの間に空隙部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。