JP4650707B2 - 永久磁石形電動機の固定子及び永久磁石形電動機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＡ、ＯＡに使用されるブラシレスＤＣモータにおいて、特に平滑電機子巻線形ブラシレスＤＣモータ、いわゆるギャップワインディング方式の永久磁石形電動機の固定子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の永久磁石形電動機は、固定子鉄心と回転子鉄心との間にできる大きな間隙の部分に絶縁処理された巻線を配置し、この巻線を溝の無い固定子鉄心あるいは回転子鉄心の周囲に所定の固定手段によって装着したものである。
また、実開平２−１１４３７２号公報に開示されているように、入力端子を設けたフレキシブルプリント基板上に結線した円周方向に曲げた略四角形のコイルを有し、固定したステータコイルとフレキシブルプリント基板を円筒状に形成し、該フレキシブルプリント基板を、永久磁石ロータと対向してラジアル方向にギャップを有する積層コアの内周に配設するとともに、フレキシブルプリント基板を含むコイル両端面または片端面を合成樹脂よりなるリング状スペーサとコアとで形成された溝に挿入または圧入したものがある。
また、ギャップワインディング形リニアモータにおいては実開平６−４１３８１号公報に示されるように良熱伝導、非磁性材よりなる巻線固定枠の両面に平滑な帯状コイルを設けてなる固定子と固定子の両面に空隙を介して対向するよう永久磁石を設け、固定子に対して所定の方向に可動自在な移動子からなり、前記帯状コイルの両側面と間隙を持ち、巻線固定枠の上下部を勘合固定した薄肉長方形のキャンと、このキャンと帯状コイル間にできる冷媒通路を設けたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ギャップワインディングモータはコイル自体にトルクが発生するため、コイルの固着には信頼性の高い方法を適用する必要がありコストアップの要因となる。またコアに溝が存在しないため、コイルの位置決め手段を別途用意する必要がある。
前述の実開平２−１１４３７２号公報ではコイルとフレキシブル基板を円筒状に形成し、合成樹脂よりなるリング状のスペーサとコアとで形成された溝に挿入または圧入するものが示されているが、コイルの円周方向に働く力に対する問題は解決されていない。
次に駆動上の問題について述べる。ＡＣサーボモータは一般にＰＷＭアンプと組み合わせて使用されている。ところが、ギャップワインディングモータは磁気空隙長がスロットワインディングモータに比べ長いため、電機子インダクタンスが小さい。このためＰＷＭアンプと組み合わせて駆動すると電流波形に含まれる高調波成分が大きくなり損失が増加するという問題点があった。
従来のギャップワインディングモータではＰＷＭアンプに代えリニアアンプにより駆動したり、モータとＰＷＭアンプの間にＡＣリアクトルを挿入するなどで対処するのが一般的であるが、リニアアンプは高価で効率が低く、電源電圧を高くできないなどの問題があり、ＡＣリアクトルを挿入するとＡＣリアクトルの設置スペースが必要になりシステムの小型化が困難になるなどの問題がある。
そこで本発明は電機子インダクタンスが大きく、コイルの機械的強度が高く、生産の容易な永久磁石形電動機の固定子を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、ロータと同心的に所定の空隙をもって配置された軟磁性層と円筒状に形成されたステータコアとを一体に形成したコアと、複数の回転磁界形成用コイルと、を備え、前記コアには、前記コアと同心的に並べられた複数のコイル挿入用穴が形成され、前記複数の回転磁界形成用コイルは、前記複数のコイル挿入用穴それぞれに軸方向から１つずつ挿入される、永久磁石形電動機の固定子である。
この永久磁石形電動機の固定子において、次の手段を設けることができる。
（１）前記複数のコイル挿入用穴の内面に電気絶縁層を設ける。
（２）前記所定の空隙に対向する前記コアの周面と前記回転磁界形成用コイルとの間隔を、０．２ｍｍ〜０．７ｍｍとする。
（３）前記コアは、積層された珪素鋼板で構成する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、実施例を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す正断面図である。本実施例は８極、６コイルのインナーロータ形ギャップワインディングモータの一例を示している。
図において１は軟磁性層、２は集中巻コイル、３はステータコア（固定子鉄心）、４は永久磁石、５はロータヨーク、６は絶縁層、７は空隙を示している。
ステータコア３は珪素鋼板を積層して円筒状に構成されている。磁気的な突極を有しないステータコア３の内面には所要の絶縁耐圧を確保するため設けられた薄い絶縁層６を介して集中巻コイル２が６個等間隔で配置されている。集中巻コイル２は８極を構成するよう結線され、モールドや樹脂含浸によりステータコア３と一体に固着される。集中巻コイル２の空隙７との対向面には軟磁性層１が固着されている。軟磁性層１は円筒状に形成したソフトフェライトの焼結体（リングフェライトコア）や鉄粉をエポキシ樹脂等でバインドした圧粉鉄心などで構成されている。永久磁石４はロータヨーク５の表面に等間隔に固定されており、図示しない軸受によりステータコア３と同心に回転自在に保持される。
【０００６】
次に本発明の原理について説明する。軟磁性層１は永久磁石４の磁界により磁気飽和する。しかしながら磁気飽和状態においても軟磁性材料の透磁率は空気に比べはるかに高い。例えば珪素鋼板３５Ｈ３６０の場合、Ｂ＝１．８Ｔでの比透磁率は約２００である。このことから集中巻コイル２の内周面に軟磁性層１を設け、集中巻コイル２を磁性体で取り囲めば、軟磁性層１の磁気飽和を考慮しても集中巻コイル２の自己インダクタンスを著しく増加することができる。また、軟磁性層１は薄いため永久磁石４の起磁力損失も非常に小さい。ギャップワインディングモータは自己インダクタンスが小さいため、ＰＷＭ駆動すると電流波形に含まれる高調波成分がスロットワインディングモータを駆動する場合に比べ多くなり、損失の増大を招く。
しかし本発明によれば従来のギャップワインデイングモータに比べ自己インダクタンスを著しく増加することができるのでＰＷＭ駆動しても電流の高調波成分が少なく、損失を小さくできる。
【０００７】
図２は本発明の第２の実施例を示す正断面である。本例は８極、６コイルのインナーロータ形ギャップワインディングモータの一例を示している。ステータコア３は珪素鋼板を打ち抜き積層することで構成される。珪素鋼板打ち抜きに際して、磁性体層の内周と一致するようコア内周面１０を円形に打ち抜き、コア内周面１０から磁性体層１の厚み分だけ外周側にオフセットした位置に、コイル装着用の円弧状穴８を明けることで、ステータコア３と磁性体層１を一体で構成する。ステータ９の積層後、円弧状穴８の内面に絶縁処理を施し、Ｒ成形した集中巻コイル２を円弧状穴８に挿入固定し、所定の極数となるように結線すれば良い。第２の実施例を適用することで、集中巻コイル２の自己インダクタンスが増加するとともに集中巻コイル２の位置決め、固定が容易になる。
図３は本発明の第３の実施例における軟磁性層を示したものである。軟磁性層１は珪素鋼板等の軟磁性板よりなり、打ち抜き板金加工によって所定の間隔で突起１１を設けた後、所定の直径となるように曲げ加工により円筒状に形成される。突起１１に集中巻コイル２の中央穴１２を勘合し、珪素鋼板の積層等により製作されたステータコア３に装着することでステータ９を形成する。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、同心的に所定の空隙をもって配置した回転子鉄心と固定子鉄心の前記空隙に面するいずれか一方の鉄心周面上に回転磁界形成用のコイルを装着した永久磁石形電動機の固定子において、前記コイルの空隙対向面に軟磁性層を設けたので、コイルの自己インダクタンスが増加し、これにより、ＰＷＭ駆動時の電流リップルが低下し損失を低減できる。また、回転磁界形成用に非重ね集中巻コイルを適用するとともに、コイルの中央穴に合わせて軟磁性層上にコイルの位置決め固定手段を設けたので、コイルの位置決め、固定が容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例を示す正断面図である。
【図２】 本発明の第２の実施例を示す正断面である。
【図３】 本発明の第３の実施例における軟磁性層を示した斜視図である。
【符号の説明】
１：軟磁性層、２：集中巻コイル、３：ステータコア（固定子鉄心）、４：永久磁石、５：ロータヨーク、６：絶縁層、７：空隙、８：円弧状穴、９：ステータ、１０：コア内周面、１１：突起、１２：コイル中央穴
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＡ、ＯＡに使用されるブラシレスＤＣモータにおいて、特に平滑電機子巻線形ブラシレスＤＣモータ、いわゆるギャップワインディング方式の永久磁石形電動機の固定子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の永久磁石形電動機は、固定子鉄心と回転子鉄心との間にできる大きな間隙の部分に絶縁処理された巻線を配置し、この巻線を溝の無い固定子鉄心あるいは回転子鉄心の周囲に所定の固定手段によって装着したものである。
また、実開平２−１１４３７２号公報に開示されているように、入力端子を設けたフレキシブルプリント基板上に結線した円周方向に曲げた略四角形のコイルを有し、固定したステータコイルとフレキシブルプリント基板を円筒状に形成し、該フレキシブルプリント基板を、永久磁石ロータと対向してラジアル方向にギャップを有する積層コアの内周に配設するとともに、フレキシブルプリント基板を含むコイル両端面または片端面を合成樹脂よりなるリング状スペーサとコアとで形成された溝に挿入または圧入したものがある。
また、ギャップワインディング形リニアモータにおいては実開平６−４１３８１号公報に示されるように良熱伝導、非磁性材よりなる巻線固定枠の両面に平滑な帯状コイルを設けてなる固定子と固定子の両面に空隙を介して対向するよう永久磁石を設け、固定子に対して所定の方向に可動自在な移動子からなり、前記帯状コイルの両側面と間隙を持ち、巻線固定枠の上下部を勘合固定した薄肉長方形のキャンと、このキャンと帯状コイル間にできる冷媒通路を設けたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ギャップワインディングモータはコイル自体にトルクが発生するため、コイルの固着には信頼性の高い方法を適用する必要がありコストアップの要因となる。またコアに溝が存在しないため、コイルの位置決め手段を別途用意する必要がある。
前述の実開平２−１１４３７２号公報ではコイルとフレキシブル基板を円筒状に形成し、合成樹脂よりなるリング状のスペーサとコアとで形成された溝に挿入または圧入するものが示されているが、コイルの円周方向に働く力に対する問題は解決されていない。
次に駆動上の問題について述べる。ＡＣサーボモータは一般にＰＷＭアンプと組み合わせて使用されている。ところが、ギャップワインディングモータは磁気空隙長がスロットワインディングモータに比べ長いため、電機子インダクタンスが小さい。このためＰＷＭアンプと組み合わせて駆動すると電流波形に含まれる高調波成分が大きくなり損失が増加するという問題点があった。
従来のギャップワインディングモータではＰＷＭアンプに代えリニアアンプにより駆動したり、モータとＰＷＭアンプの間にＡＣリアクトルを挿入するなどで対処するのが一般的であるが、リニアアンプは高価で効率が低く、電源電圧を高くできないなどの問題があり、ＡＣリアクトルを挿入するとＡＣリアクトルの設置スペースが必要になりシステムの小型化が困難になるなどの問題がある。
そこで本発明は電機子インダクタンスが大きく、コイルの機械的強度が高く、生産の容易な永久磁石形電動機の固定子を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、ロータと同心的に所定の空隙をもって配置された軟磁性層と円筒状に形成されたステータコアとを一体に形成したコアと、複数の回転磁界形成用コイルと、を備え、前記コアには、前記コアと同心的に並べられた複数のコイル挿入用穴が形成され、前記複数の回転磁界形成用コイルは、前記複数のコイル挿入用穴それぞれに軸方向から１つずつ挿入される、永久磁石形電動機の固定子である。
この永久磁石形電動機の固定子において、次の手段を設けることができる。
（１）前記複数のコイル挿入用穴の内面に電気絶縁層を設ける。
（２）前記所定の空隙に対向する前記コアの周面と前記回転磁界形成用コイルとの間隔を、０．２ｍｍ〜０．７ｍｍとする。
（３）前記コアは、積層された珪素鋼板で構成する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、実施例を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す正断面図である。本実施例は８極、６コイルのインナーロータ形ギャップワインディングモータの一例を示している。
図において１は軟磁性層、２は集中巻コイル、３はステータコア（固定子鉄心）、４は永久磁石、５はロータヨーク、６は絶縁層、７は空隙を示している。
ステータコア３は珪素鋼板を積層して円筒状に構成されている。磁気的な突極を有しないステータコア３の内面には所要の絶縁耐圧を確保するため設けられた薄い絶縁層６を介して集中巻コイル２が６個等間隔で配置されている。集中巻コイル２は８極を構成するよう結線され、モールドや樹脂含浸によりステータコア３と一体に固着される。集中巻コイル２の空隙７との対向面には軟磁性層１が固着されている。軟磁性層１は円筒状に形成したソフトフェライトの焼結体（リングフェライトコア）や鉄粉をエポキシ樹脂等でバインドした圧粉鉄心などで構成されている。永久磁石４はロータヨーク５の表面に等間隔に固定されており、図示しない軸受によりステータコア３と同心に回転自在に保持される。
【０００６】
次に本発明の原理について説明する。軟磁性層１は永久磁石４の磁界により磁気飽和する。しかしながら磁気飽和状態においても軟磁性材料の透磁率は空気に比べはるかに高い。例えば珪素鋼板３５Ｈ３６０の場合、Ｂ＝１．８Ｔでの比透磁率は約２００である。このことから集中巻コイル２の内周面に軟磁性層１を設け、集中巻コイル２を磁性体で取り囲めば、軟磁性層１の磁気飽和を考慮しても集中巻コイル２の自己インダクタンスを著しく増加することができる。また、軟磁性層１は薄いため永久磁石４の起磁力損失も非常に小さい。ギャップワインディングモータは自己インダクタンスが小さいため、ＰＷＭ駆動すると電流波形に含まれる高調波成分がスロットワインディングモータを駆動する場合に比べ多くなり、損失の増大を招く。
しかし本発明によれば従来のギャップワインデイングモータに比べ自己インダクタンスを著しく増加することができるのでＰＷＭ駆動しても電流の高調波成分が少なく、損失を小さくできる。
【０００７】
図２は本発明の第２の実施例を示す正断面である。本例は８極、６コイルのインナーロータ形ギャップワインディングモータの一例を示している。ステータコア３は珪素鋼板を打ち抜き積層することで構成される。珪素鋼板打ち抜きに際して、磁性体層の内周と一致するようコア内周面１０を円形に打ち抜き、コア内周面１０から磁性体層１の厚み分だけ外周側にオフセットした位置に、コイル装着用の円弧状穴８を明けることで、ステータコア３と磁性体層１を一体で構成する。ステータ９の積層後、円弧状穴８の内面に絶縁処理を施し、Ｒ成形した集中巻コイル２を円弧状穴８に挿入固定し、所定の極数となるように結線すれば良い。第２の実施例を適用することで、集中巻コイル２の自己インダクタンスが増加するとともに集中巻コイル２の位置決め、固定が容易になる。
図３は本発明の第３の実施例における軟磁性層を示したものである。軟磁性層１は珪素鋼板等の軟磁性板よりなり、打ち抜き板金加工によって所定の間隔で突起１１を設けた後、所定の直径となるように曲げ加工により円筒状に形成される。突起１１に集中巻コイル２の中央穴１２を勘合し、珪素鋼板の積層等により製作されたステータコア３に装着することでステータ９を形成する。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、同心的に所定の空隙をもって配置した回転子鉄心と固定子鉄心の前記空隙に面するいずれか一方の鉄心周面上に回転磁界形成用のコイルを装着した永久磁石形電動機の固定子において、前記コイルの空隙対向面に軟磁性層を設けたので、コイルの自己インダクタンスが増加し、これにより、ＰＷＭ駆動時の電流リップルが低下し損失を低減できる。また、回転磁界形成用に非重ね集中巻コイルを適用するとともに、コイルの中央穴に合わせて軟磁性層上にコイルの位置決め固定手段を設けたので、コイルの位置決め、固定が容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例を示す正断面図である。
【図２】 本発明の第２の実施例を示す正断面である。
【図３】 本発明の第３の実施例における軟磁性層を示した斜視図である。
【符号の説明】
１：軟磁性層、２：集中巻コイル、３：ステータコア（固定子鉄心）、４：永久磁石、５：ロータヨーク、６：絶縁層、７：空隙、８：円弧状穴、９：ステータ、１０：コア内周面、１１：突起、１２：コイル中央穴
Claims (5)
- ロータと同心的に所定の空隙をもって配置された軟磁性層と円筒状に形成されたステータコアとを一体に形成したコアと、
複数の回転磁界形成用コイルと、を備え、
前記コアには、前記コアと同心的に並べられた複数のコイル挿入用穴が形成され、
前記複数の回転磁界形成用コイルは、前記複数のコイル挿入用穴それぞれに軸方向から１つずつ挿入される、永久磁石形電動機の固定子。 - 前記複数のコイル挿入用穴の内面に電気絶縁層を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石形電動機の固定子。
- 前記所定の空隙に対向する前記コアの周面と前記回転磁界形成用コイルとの間隔を、０．２ｍｍ〜０．７ｍｍとしたことを特徴とする請求項１〜２のいずれかの項に記載の永久磁石形電動機の固定子。
- 前記コアは、積層された珪素鋼板で構成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの項に記載の永久磁石形電動機の固定子。
- ロータと同心的に所定の空隙をもって配置された軟磁性層と円筒状に形成されたステータコアとを一体に形成したコアと、複数の回転磁界形成用コイルと、を有するステータと、
前記所定の空隙を介して前記ステータに対向するように設けられた前記ロータと、を備え、
前記コアには、前記コアと同心的に並べられた複数のコイル挿入用穴が形成され、
前記複数の回転磁界形成用コイルは、前記複数のコイル挿入用穴それぞれに軸方向から１つずつ挿入される、永久磁石形電動機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000351737A JP4650707B2 (ja) | 2000-11-17 | 2000-11-17 | 永久磁石形電動機の固定子及び永久磁石形電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000351737A JP4650707B2 (ja) | 2000-11-17 | 2000-11-17 | 永久磁石形電動機の固定子及び永久磁石形電動機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002159152A JP2002159152A (ja) | 2002-05-31 |
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ID=18824744
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000351737A Expired - Fee Related JP4650707B2 (ja) | 2000-11-17 | 2000-11-17 | 永久磁石形電動機の固定子及び永久磁石形電動機 |
Country Status (1)
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| KR100520548B1 (ko) * | 2003-12-30 | 2005-10-11 | 현대자동차주식회사 | 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조 |
| JP4771278B2 (ja) * | 2005-08-19 | 2011-09-14 | 株式会社安川電機 | 永久磁石形電動機およびその製造方法 |
| JP4812713B2 (ja) * | 2007-08-07 | 2011-11-09 | 日邦電機株式会社 | スロットレスモータ |
| JP2009100489A (ja) * | 2007-10-12 | 2009-05-07 | Mitsubishi Electric Corp | スロットレス形回転電機 |
| US9837867B2 (en) | 2014-07-21 | 2017-12-05 | Regal Beloit America, Inc. | Electric machine, rotor and associated method |
| JP7363349B2 (ja) * | 2019-10-16 | 2023-10-18 | 株式会社デンソー | 電機子の製造方法、及び電機子 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0158264U (ja) * | 1987-10-07 | 1989-04-12 | ||
| JPH06141500A (ja) * | 1992-10-23 | 1994-05-20 | Japan Servo Co Ltd | コアレスモータ |
| JPH09275656A (ja) * | 1996-04-03 | 1997-10-21 | Ebara Corp | キャンドモータ |
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2000
- 2000-11-17 JP JP2000351737A patent/JP4650707B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0158264U (ja) * | 1987-10-07 | 1989-04-12 | ||
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| JPH09275656A (ja) * | 1996-04-03 | 1997-10-21 | Ebara Corp | キャンドモータ |
Also Published As
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