JP2009022147A - Core for axial motor, stator and axial motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アキシャルモータ用コア、これを利用したステータ、およびアキシャルモータの改良に関する。 The present invention relates to an axial motor core, a stator using the same, and an improvement of an axial motor.
近年、各種電気機器、電気自動車,ハイブリッド車,ロボットなどの新技術の進展に伴い、それらに用いられる回転電機(モータや発電機)に対する性能の高度化、小型化、コスト低減などの要請も高まっている。 In recent years, with the advancement of new technologies such as various electric devices, electric vehicles, hybrid vehicles, robots, etc., demands for higher performance, smaller size, lower costs, etc. for rotating electric machines (motors and generators) used in them have increased. ing.
そこで、特許文献1,2には、小型化(薄型化)に適したモータとして、モータ回転軸の方向においてステータに対してロータを対向させたアキシャルモータが開示されている。これらの文献には、コアを構成する磁性材料として、圧粉磁性体を用いることにより、磁性鋼板を用いるよりも、コイルによって生成される磁性流を効率よく利用する構造が開示されている。特に、特許文献1の技術では、コアをヨーク部とティース部とに分割し、ティース部の底部をヨーク部の凹部に圧入する構造を採ることで、コアの各パーツの製造および組立の容易化を図っている。一方、特許文献2の技術では、ティース部をヨーク部にネジ止めによって固定する構造が開示されている。 Therefore, Patent Documents 1 and 2 disclose an axial motor in which a rotor is opposed to a stator in the direction of a motor rotation axis as a motor suitable for downsizing (thinning). These documents disclose a structure in which a magnetic current generated by a coil is used more efficiently than a magnetic steel plate by using a powder magnetic material as a magnetic material constituting the core. In particular, in the technique of Patent Document 1, the core is divided into a yoke part and a tooth part, and a structure in which the bottom part of the tooth part is press-fitted into the concave part of the yoke part makes it easy to manufacture and assemble each part of the core. I am trying. On the other hand, the technique of Patent Document 2 discloses a structure in which a tooth portion is fixed to a yoke portion by screwing.
ところで、パーツに分割したものを組み立てる際には、破損しないように注意する必要がある。特に、圧粉磁性体は、磁性鋼板に比べて、製造コストは低いものの、機械的強度が低い。そのために、特許文献1のように、ヨーク部の凹部にティース部の底部を圧入する際に、ヨーク部またはティース部が破損するおそれがあった。また、特許文献2のように、ティース部をヨーク部にネジ止めする構造を採った場合、ティース部にネジ穴を形成する工程や、モータの使用中において、ティース部が破損するおそれがあった。反面、接着剤を介在させると、コア内で磁流が妨げられて、磁界が弱められる。 By the way, when assembling parts divided into parts, care must be taken not to break them. In particular, although the dust magnetic body is lower in manufacturing cost than the magnetic steel sheet, the mechanical strength is low. Therefore, as in Patent Document 1, when the bottom portion of the tooth portion is press-fitted into the concave portion of the yoke portion, the yoke portion or the tooth portion may be damaged. In addition, when a structure in which the teeth portion is screwed to the yoke portion as in Patent Document 2, the teeth portion may be damaged during a process of forming a screw hole in the teeth portion or during use of the motor. . On the other hand, when an adhesive is interposed, the magnetic current is disturbed in the core and the magnetic field is weakened.
本発明の目的は、ティース部とヨーク部とを直接接触させながら、破損させずに固定しうる手段を講ずることにより、高性能かつ高信頼性のアキシャルモータ用コア、これを利用したステータ、およびアキシャルモータを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a high-performance and high-reliability axial motor core, a stator using the same, by providing a means capable of fixing the teeth portion and the yoke portion without causing damage while directly contacting the teeth portion and the yoke portion, and It is to provide an axial motor.
本発明のアキシャルモータ用コアは、複数の嵌合穴を有するヨーク部の各嵌合穴にティース部の基部を貫通させて組み立てたアキシャルモータ用コアであって、ティース部の基部のうち嵌合穴の出口側端部に位置する部位に溝を形成し、この溝に、ティース部をヨーク部に係止させるリング部材を嵌め込んだものである。 The axial motor core of the present invention is an axial motor core assembled by passing the base portion of the teeth portion through each fitting hole of the yoke portion having a plurality of fitting holes, and is fitted in the base portion of the teeth portion A groove is formed in a portion located at the outlet side end of the hole, and a ring member for locking the tooth portion to the yoke portion is fitted into the groove.
これにより、ヨーク部とティース部とが、嵌合穴および基部で直接接触し、接着剤を介さずに直接接触しているので、コイルによって生じるコア内の磁性流を効率よく利用して強い磁界を発生させることができる。しかも、単純な溝を形成し、溝にリング部材(いわゆるスナップリング)を係合させるだけで、ティース部がヨーク部に固定されるので、ティース部やヨーク部に衝撃や局部的応力がほとんど作用することがなく、破損のおそれもほとんどない。したがって、パーツの製造および組立が容易で、高性能かつ高信頼性のコアが得られる。 As a result, the yoke part and the tooth part are in direct contact with each other at the fitting hole and the base part, and are in direct contact without using an adhesive, so that a strong magnetic field can be obtained by efficiently utilizing the magnetic flow in the core generated by the coil. Can be generated. In addition, a simple groove is formed, and the tooth part is fixed to the yoke part simply by engaging a ring member (a so-called snap ring) with the groove, so impact and local stress are almost applied to the tooth part and the yoke part. There is almost no risk of damage. Therefore, it is easy to manufacture and assemble parts, and a high-performance and highly reliable core can be obtained.
ティース部が、圧粉磁性材料により構成されていることにより、アキシャルモータに適したコア構造を採りつつ、圧粉磁性材料からなり、比較的強度が弱いコアに対しても、十分な信頼性を発揮することができる。 The teeth part is made of dust magnetic material, so that it has a core structure suitable for an axial motor and is made of dust magnetic material. It can be demonstrated.
ティース部の嵌合穴の入口側端部に位置する部位には、基部側で小断面積となる段部が形成されていることが好ましい。ティース部本体の周囲には、インシュレータが設けられ、さらにインシュレータの上にコイルが巻き付けられているので、リング部材だけでも、ティース部の基部が嵌合穴の外方側に移動するのを規制することが可能であるが、段部によってより確実な規制機能が得られる。 It is preferable that a step portion having a small cross-sectional area on the base side is formed at a portion located at the inlet side end of the fitting hole of the tooth portion. An insulator is provided around the teeth body, and a coil is wound around the insulator, so that even the ring member alone restricts the base of the teeth portion from moving to the outside of the fitting hole. However, the stepped portion provides a more reliable regulation function.
リング部材は、各ティース部毎に設けられていてもよいし、すべてのティース部を共通に係止する部材であってもよい。前者の構成により、各ティース部の固定がより確実になるが、後者の構成により、組立工程の簡素化とコストの低減とを図ることができる。 The ring member may be provided for each tooth portion, or may be a member that commonly locks all the tooth portions. The former configuration secures the teeth portions more reliably, but the latter configuration can simplify the assembly process and reduce the cost.
本発明のアキシャルモータ用コアを用いたステータまたはアキシャルモータにより、高性能のステータやアキシャルモータが得られる。 A stator or an axial motor using the core for an axial motor of the present invention can provide a high-performance stator or axial motor.
本発明のアキシャルモータ用コア,ステータまたはアキシャルモータによると、パーツの製造および組立の容易化を図りつつ、高性能かつ高信頼性のコア,ステータまたはモータを得ることができる。 According to the axial motor core, stator or axial motor of the present invention, a high-performance and highly reliable core, stator or motor can be obtained while facilitating the manufacture and assembly of parts.
図1は、実施の形態におけるアキシャルモータMOの概略的な構造を示す断面図である。同図に示すように、モータMOは、モータケースCA内にステータ10と、ロータ20とを収納して構成されている。ステータ10は、圧粉磁性材料を主材料とするヨーク部11およびティース部12からなるコア15と、ティース部12の周囲にインシュレータ16を介して巻回されたコイル13とを備えている。一方、ロータ20は、モータケースCAに取り付けられたベアリングBRによって回転自在に支持される回転軸21と、回転軸21に固定されたロータ本体22と、ステータ10のコア15に対向してロータ本体22に取り付けられた永久磁石23とを備えている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of an axial motor MO in the embodiment. As shown in the figure, the motor MO is configured by housing a
本明細書においては、図1に示すように、回転軸21(モータ回転軸)に平行な方向を軸方向z(スラスト方向)とし、回転軸21に直交する方向をラジアル方向rとする。本実施の形態のモータMOは、ステータ10とロータ20とが(具体的にはステータ10のコア15とロータ20の永久磁石23とが)、軸方向zにおいて相対向しているアキシャルモータである。
In this specification, as shown in FIG. 1, a direction parallel to the rotation shaft 21 (motor rotation shaft) is defined as an axial direction z (thrust direction), and a direction orthogonal to the
図2は、コア15の一部を拡大して示す斜視図である。同図において、コイルの図示は省略されている。図3は、ヨーク部11とティース部12との嵌合部における構造を拡大して示す断面図である。図4は、図3に示すIV-IV線における断面図である。
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a part of the
図1〜図4に示すように、ヨーク部11は、リング状の部材であり、多数の嵌合穴11aを有している。嵌合穴11aの中心は、図4に示す閉環Cnt上に位置している。
一方、ティース部12は、本体部12aと、本体部12aの先端に設けられた鍔部12bと、嵌合穴12aを貫通する基部12cとが設けられており、基部12cの一部は、嵌合穴11aよりも外方に突出した突出部12dとなっている。また、ティース部12の突出部12dのうち嵌合穴12aの側端に位置する部位には、外周溝12eと、内周溝17fとが形成されている。また、ティース部12の基部12cは、本体部12aよりも断面寸法が小さくなっており、本体部12aと基部12cの境界に位置する部位には、嵌合穴11aに係止される段部12gが形成されている。つまり、この段部12gにより、基部12cの嵌合穴11aから突出する側への移動が規制される構造となっている。段部12gは、ティース部12の周囲全体に形成されている必要はなく、嵌合穴11aで係止されるためには、1つの辺だけでもよい。
As shown in FIGS. 1-4, the
On the other hand, the
そして、各ティース部12の各外周溝12eに共通に嵌め込まれた外周リング17aと、各ティース部12の各内周溝12fに共通に嵌め込まれた内周リング17bとが装着されている。この実施の形態では、図4に示す閉環Cntの内方と外方の双方にリング部材が設けられている。この外周リング17aおよび内周リング17bとによって、各ティース部12が嵌合穴11aから抜ける方向に移動するのが規制される。前述のように、段部12gにより、基部12cの嵌合穴11aから突出する側への移動が規制されるので、ティース部12の段部12gと各リング17a,17bとの規制機能により、ティース部12がヨーク部11に強固に固定される構造となっている。
An outer
外周リング17aおよび内周リング17bは、たとえばバネ鋼や、エンジニアリングプラスチックなどのバネ機能を有する材料によって構成された、いわゆるスナップリングである。外周リング17a,内周リング17bを外周溝12eおよび内周溝12fに装着する際には、両端の穴に係合する突起部を有する工具を用いる。そして、外周リング17aは各ティース部12の外方に位置するまでリング径を強制的に拡大した状態で外周溝12eに嵌め込めまれ、内周リング17bは各ティース部12の内方に位置するまでリング径を強制的に縮小した状態で内周溝12fに嵌め込まれる。
The
本実施の形態のコア10のヨーク部11およびティース部12は、絶縁被膜を有する磁性粉末(圧粉磁性材料)を圧縮成形して形成されている。多数の珪素鋼板を樹脂絶縁層を挟んで積層したものであってもよいが、少なくともティース部12は、圧粉磁性材料を用いて形成されていることが好ましい。アキシャルモータにおいては、ティース部12の鍔部12bが四方に突出した構造を有しているので、たとえば図3に示す軸方向zに平行な磁性鋼板を積層する構造は、製造上不利である反面、ラジアル方向rに平行な磁性鋼板を積層する構造では、軸方向zに流れる磁流の損失が多大となるからである。
The
ティース部12の軸方向zの寸法は20mm程度であり、ヨーク部11やロータ本体22の径は100mm〜150mm程度であり、モータケースCAの軸方向zの寸法は、40mm程度である。つまり、本実施の形態のモータMOは、薄型のアキシャルモータであることがわかる。また、ヨーク部11の厚みは5mm〜10mmであり、底壁部11bの厚さは、たとえば1.5mm〜2mm程度である。ティース部12の突出部12dの突出高さは、たとえば6mm〜8mm程度である。
The dimension of the
また、外周溝12eおよび内周溝12fの深さはたとえば2mm程度であり、幅はたとえば3mm程度である。また、外周リング17aの内径は、たとえば80mm程度であり、幅はたとえば8mm程度であり、厚みはたとえば3mm程度である。一方、内周リング17bの外径は、たとえば60mm程度であり、幅はたとえば5mm程度であり、厚みはたとえば3mm程度である。
Moreover, the depth of the outer
上記外周リング17aおよび内周リング17bとして、市販のスナップリングを用いてもよいし、特別に製作してもよい。また、各溝12e,12fは、ティース部12の圧粉磁性材料を用いた成形を行なった後に、放電加工、研磨加工などによって形成することができる。
Commercially available snap rings may be used as the
本実施の形態によると、ティース部12の基部12cと、ヨーク部11の嵌合穴11aとが、直接接触しているので、ティース部12とヨーク部11との間で、磁流(磁束の流れ)がスムーズに流れる。すなわち、接着剤を介在させた場合のごとく、磁流が妨げられて磁界が弱められることがほとんどない。そして、段部12g,外周リング17aおよび内周リング17bによって、ティース部12がヨーク部11に確実に固定され、圧入構造やネジ止め構造のように、ヨーク部12またはティース部11が破損するおそれもほとんどない。よって、高性能かつ高信頼性のコア15が得られる。
According to the present embodiment, since the
また、本実施の形態のコア15を利用して、高性能かつ高信頼性のステータ10、およびアキシャルモータMOを得ることができる。
In addition, the high-performance and high-
上記実施の形態では、外周リング17aおよび内周リング17bを設けたが、いずれか一方のリングだけでも、ティース部12をヨーク部11に固定する機能は得られる。ただし、外周リング17aおよび内周リング17bを設けることにより、ティース部12の基部12cと、ヨーク部11の嵌合穴11aとの接触状態が安定し、磁束の利用効率がより向上することになる。
In the above-described embodiment, the
(変形例)
図5は、実施の形態の変形例に係るヨーク部11とティース部12との嵌合部における構造を拡大して示す断面図である。同図に示すように、この変形例においては、ティース部12の本体部12aと基部12cとの間に段部は形成されておらず、本体部12aと基部12cとの断面寸法は、ほぼ同じである。図5において、上記以外の構造は、実施の形態における図3と同じであり、図3と同じ符号を付して説明を省略する。
(Modification)
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing the structure of the fitting portion between the
本変形例によると、実施の形態における図1,図3に示される段部12gは形成されていないものの、インシュレータ16やコイル13によって、ティース部12の基部12cが嵌合穴11aから突出する方向に移動するのが規制されるので、外周リング17aおよび内周リング17bによって、ティース部12がヨーク部11に固定される。
According to this modification, although the
(他の実施の形態)
上記実施の形態およびその変形例では、各ティース部12の各外周溝12eに共通に嵌め込まれた外周リング17aと、各ティース部12の各内周溝12fに共通に嵌め込まれた内周リング17bとを設けたが、個々のティース部12の周囲全体に溝を形成して、各ティース部12ごとに別々のリング部材でヨーク部11に固定する構造としてもよい。
(Other embodiments)
In the said embodiment and its modification, the
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。 The structure of the embodiment of the present invention disclosed above is merely an example, and the scope of the present invention is not limited to the scope of these descriptions. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.
本発明のアキシャルモータ用コア、ステータおよびアキシャルモータは、産業用モータ、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車,ロボット,モータ付き自転車などに配置されるアキシャルモータに利用することができる。 The core for an axial motor, the stator and the axial motor of the present invention can be used for an axial motor arranged in an industrial motor, a hybrid vehicle, an electric vehicle, a fuel cell vehicle, a robot, a bicycle with a motor, and the like.
10 ステータ
11 ヨーク部
11a 嵌合穴
11b 底壁部
11c ティース取付部
12 ティース部
12a 本体部
12b 鍔部
12c 基部
12d 突出部
12e 外周溝
12f 内周溝
12g 段部
13 コイル
15 コア
20 ロータ
21 回転軸
22 ロータ本体
23 永久磁石
BR ベアリング
CA モータケース
Cnt 閉環
MO アキシャルモータ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ティース部の各基部の一部は前記嵌合穴を貫通して外側に突出し、かつ、突出部分のうち前記嵌合穴の出口側端部に位置する部位には溝が形成されており、
前記溝に係合して、前記ティース部を前記ヨーク部に係止させる少なくとも1つのリング部材を備えている、アキシャルモータ用コア。 An axial motor core configured by assembling a plate-like yoke portion having a plurality of fitting holes and a plurality of teeth portions having a base portion fitted in each fitting hole of the yoke portion,
A part of each base portion of the teeth portion protrudes outward through the fitting hole, and a groove is formed in a portion of the protruding portion located at the outlet side end portion of the fitting hole,
An axial motor core, comprising: at least one ring member that engages with the groove and engages the tooth portion with the yoke portion.
前記ティース部は、圧粉磁性材料により構成されている、アキシャルモータ用コア。 The axial motor core according to claim 1,
The teeth part is an axial motor core made of a dust magnetic material.
前記ティース部の前記嵌合穴の入口側端部に位置する部位には、基部側で小断面積となる段部が形成されている、アキシャルモータ用コア。 In the axial motor core according to claim 1 or 2,
A core for an axial motor, wherein a step portion having a small cross-sectional area on the base side is formed at a portion of the tooth portion located at the inlet side end of the fitting hole.
前記少なくとも1つのリング部材は、前記各ティース部毎に設けられている、アキシャルモータ用コア。 In the axial motor core according to any one of claims 1 to 3,
The at least one ring member is an axial motor core provided for each of the tooth portions.
前記ヨーク部の各嵌合穴の中心は、閉環上に位置しており、
前記少なくとも1つのリング部材は、前記閉環の内方および外方のうち少なくとも一方に配置されて、各ティース部を共通に係止する、アキシャルモータ用コア。 In the axial motor core according to any one of claims 1 to 4,
The center of each fitting hole of the yoke part is located on the closed ring,
The at least one ring member is disposed on at least one of the inner side and the outer side of the closed ring, and locks each tooth portion in common.
前記ティース部に巻回されたコイルと、
を備えている、ステータ。 An axial motor core according to any one of claims 1 to 5,
A coil wound around the teeth portion;
Comprising a stator.
前記ステータと軸方向において対向するロータと、
を備えている、アキシャルモータ。 A stator according to claim 6;
A rotor facing the stator in the axial direction;
Equipped with an axial motor.
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