JP5043313B2 - 往復動式モータの外側固定子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、往復動式モータの固定子に係るものであり、更に詳しくは、固定子を固定する時に発生する固定子の変形を防止し、磁束面積を広めることにより、モータの大きさを減少し得る往復動式モータの固定子に関するものである。

一般に、モータは、圧縮機、洗濯機、扇風機などの電気、電子製品の大部分の駆動源として使用される。モータは、産業界で、電気エネルギーを運動エネルギーに変換させる役割をしている。このモータの種類は多様であるが、電気エネルギーを回転運動力に変換する回転モータと、電気エネルギーを直線運動力に変換する往復動式モータとに大別される。

直線運動が要求される状況では、別途の装置を必要とせずに直線運動を実現し得る往復動式モータが適合である。

図４は、従来の往復動式モータの一例を示した縦断面図であり、図５は、従来の往復動式モータの一例を示した正面図である。図示のように、従来の往復動式モータは、フラックスを形成する固定子組立体１０と、この固定子組立体１０のフラックスによって直線状に往復運動する可動子組立体２０と、から構成される。

固定子組立体１０は、可動子組立体２０の外側に位置するように環状に形成された外側固定子１１と、外側固定子１１の内側に一定間隙ｔを隔てて配置された環状の内側固定子１２と、から構成される。

また、外側固定子１１は、内部に巻線コイル３０が挿入されるボビン１３と、環状の巻線コイル３０の外周面円周方向に沿って所定形状の薄板１７が積層して形成された複数のコアブロック１４、及びこのコアブロック１４の外側面とボビン１３の外側面の中で、コアブロック１４が囲んでいない外周面をモールディングしてコアブロック１４をボビン１３に固定するモールディング体１５と、から構成されている。

ここで、ボビン１３は、中空の環状体であり、プラスチックのような絶縁材から形成される。

且つ、コアブロック１４は、“Ｌ”字状の薄板１７を積層してボビン１３の一方側に結合し、他方側に対向して薄板１７を積層することにより、中央にボビン１３が形成される。

即ち、コアブロック１４の内側面及び外側面は、複数の薄板１７を積層することによってそれぞれ曲面が形成され、ボビン１３の外方のコアブロック１４の内側面は中空の環状をなし、コアブロック１４の外側面には、所定間隔が維持される。

可動子組立体２０は、外側固定子１１と内側固定子１２間の空隙内を動けるように配置された可動子ボディ２１と、この可動子ボディ２１の外周面に等間隔に固定された複数のマグネット２２とから形成される。

以下、このように構成された従来の往復動式モータの動作を説明する。

巻線されたコイル３０に電流を印加すると、コイル３０の周辺にフラックスが形成され、このフラックスは、外側固定子１１に沿って内側固定子１２に流れて、外側固定子１１に流れる閉ループ(closed loop)を形成する。このとき、コイル３０によって形成されるフラックス上に可動子組立体２０のマグネット２２が置かれているため、マグネット２２が巻線コイル３０のフラックスと相互作用し、フラックス方向に押されるか引かれながら可動子ボディ２１が直線的に往復運動される。

そして、このような往復動式モータを製造するためには、まず、鋼板で所定形状の薄板１７を複数枚切断した後、これを積層することでコアブロック１４を形成する。

次いで、コアブロック１４を巻線コイル３０が挿入されたボビン１３の外側面に複数配置し、その後、ボビン１３及びコアブロック１４を別途の金型に入れ、ダイカスト(die casting)方法または射出方法によってモールディング剤を注入してオーバーモールディング(over molding)することによりモールディング体１５を成形する。このように外側固定子１１を完成した後、この外側固定子１１の内周面に内側固定子１２をコア間距離ｔを有するように配置することで固定子組立体１０を形成する。

図６は、従来の往復動式モータの外側固定子の結合状態を示した部分断面図であり、図示のように、従来の往復動式モータは、モールディング剤を注入するときに発生するモールディング圧力またはモールディング剤の硬化時に発生する収縮によりコアブロック１４が中心方向に押さえられることにより、変形が発生するという不都合な点がある。よって、図４の外側固定子１１と内側固定子１２間のコア間距離ｔが狭くなることにより可動子との衝突が発生するという問題点がある。また、これによって、モータの信頼性及び効率が低下するという問題点があった。さらに、巻線コイル３０に絶縁物を塗るオーバーモールディング過程中に射出を行なうため、冷却時に射出物が収縮して寸法不良品が発生しやすく、射出金型の温度によって製品の不均一が発生するという不都合な点があった。また、射出初期のセット時、射出物の温度及び圧力条件を合わせるべきであるため、製造工程が煩雑になって、製造原価が上昇するという問題点があった。

また、各コアブロック１４間には空いた空間が発生するので、磁束面積を広めるために各コアブロック１４の幅を広げなければならず、よって、モータの大きさが大きくなるという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点を解決するために提案されたものであり、本発明の目的は、外側固定子の製作時、モールディング剤による変形を防止すると共に、コアブロックの広さを減らしながらも磁束面積を同一に維持することによってモータの大きさを低減し得る往復動式モータの固定子を提供することにある。

このような本発明の目的を達成するための往復動式モータの外側固定子は、環状に形成され、内部に巻線コイルが備えられた環状のボビンと、ボビンの外周面に結合され、フラックスが流れる磁性体から形成された外側固定子フレームと、ボビンの一方の側面の外側固定子フレームに放射状に結合された複数の第１コアブロックと、それら第１コアブロックと対向するように外側固定子のフレームに放射状に結合された第２コアブロックと、から構成されることを特徴とする。

また、本発明の往復動式モータの外側固定子の製造方法は、所定形状の鋼板を積層して第１コアブロック及び第２コアブロックを製造し、軟磁性粉末を焼結成形することにより、外側固定子フレームを製造する第１段階と、環状のボビンにコイルを複数回巻線し、外周面に外側固定子フレームの内周面が接するように挿合する第２段階と、外側固定子フレームの両方側面のブロック装着溝に第１コアブロック及び第２コアブロックをそれぞれ挿合して放射状に配列させる第３段階と、外側固定子フレーム、第１コアブロック及び第２コアブロックが接する境界面をそれぞれ溶接することによってそれらを溶着結合させる第４段階と、を順次行なうことを特徴とする。

本発明は、モールディング剤の注入時に発生するモールディング剤の注入圧による外側固定子の変形を事前に防止し、よって、外側固定子と内側固定子間の間隙を一定に維持させて往復動式モータの安全性及び信頼性を向上し得るという効果がある。

また、コアブロックの円周方向間に突出部が形成されることによって磁束面積が広くなるため、モータの外径が低減される、または、外径を維持したまま、コイルの全体断面積を増加することで銅損が減少し、よって、モータの効率を一層向上し得るという効果がある。

以下、本発明による往復動式モータの固定子構造を図面に示した実施形態に基づいて詳細に説明する。従来技術と同一の事項に対しては説明を省略する。

図１は、本発明に係る往復動式モータの外側固定子の部分解斜視図であり、図示のように、本発明に係る往復動式モータの外側固定子は環状に形成され、内部に巻線コイル１３０が備えられたボビン１３と、このボビン１３の外周面に結合され、フラックスが流れる磁性体から形成された環状の外側固定子フレーム１２０と、ボビン１３の一方の側面に放射状に位置するように、外側固定子フレーム１２０の外側面の一方に放射状に切削された溝にそれぞれ結合された複数の第１コアブロック１１１と、それら第１コアブロック１１１と対向して外側固定子のフレーム１２０の外側面の一方に放射状に切削された溝にそれぞれと結合され、ボビン１３の他側面に位置される複数の第２コアブロック１１２と、を含んで構成される。

且つ、ボビン１３は、プラスチックのような絶縁材を用いて外周面が開放された環状に形成され、このボビン１３の内部には、巻線コイル１３０が複数回巻線されている。

また、外側固定子フレーム１２０は、ボビン１３の開放された外周面を覆うように環状に形成され、外側固定子フレーム１２０の両側面は、凹凸状に形成されると同時に、各第１コアブロック１１１及び各第２コアブロック１１２がそれぞれ挿入される。即ち、外側固定子フレーム１２０の両側面には、第１及び２コアブロック１１１、１１２が挿入されるように、円周方向に沿って等間隔にブロック装着溝１２１が切削形成され、それらブロック装着溝１２１間には、突出部１２２がそれぞれ形成されている。

また、外側固定子フレーム１２０は、軟磁性粉末(soft magnetic composite)を焼結成形して、粉末冶金工法によって製造することが望ましい。

ここで、軟磁性粉末は、メタル粉末の一種で、モータなどの電磁気システムに応用するために電気的、磁気的特性を向上させた磁性物質であり、磁性体粉末に絶縁コーティング材を塗って圧縮したものである。

前述の粉末冶金工法は、金属粉またはその化合物の粉末を高温で加熱すると固まる現象を利用して、独特の性質を有する材料や一定の形態の製品を製造する加工技術である。

図２は、本発明に係る往復動式モータの外側固定子を示した正面図で、図３は、図２のVI-VI線の断面図である。

図１ないし図３に示されるように、ブロック装着溝１２１は、正面投影時、内周面と外周面との長さが重なって形成され、突出部１２２は、縦断面が扇状に形成される。

且つ、第１及び第２コアブロック１１１、１１２は、概略“１”字状の薄板を積層してブロック装着溝１２１に挿合することで、それら第１及び第２コアブロックの内側面が外側固定子フレーム１２０及びボビン１３の側面に当たるように接する。

また、ボビン１３に結合された各コアブロック１１１、１１２の内側面は、円弧状に形成され、その外側面は、所定間隔を有して全体的に同心円状に形成される。従って、各コアブロック１１１、１１２の内側面及び外側面の円周長はそれぞれ同一に構成される。

図面中、未説明の符号１４０は、熔接線を示したものである。

以下、前述した本発明の作用効果を説明する。

鋼板を切断して、複数枚を積層して内周面及び外周面が円弧をなすように第１及び第２コアブロック１１１、１１２を製造する。次いで、軟磁性粉末を焼結成形して外側固定子フレーム１２０を製造し、ボビン１３にコイルを複数回巻線する。

次いで、ボビン１３の外周面に外側固定子フレーム１２０の内周面が接するように挿入し、外側固定子フレーム１２０の両側面に形成されたブロック装着溝１２１に第１及び第２コアブロック１１１、１１２をそれぞれ挿入して放射状に配列させる。

次いで、外側固定子フレーム１２０と各第１及び第２コアブロック１１１、１１２との境界面を熔接することでそれぞれ溶着固定させる。

本発明に係る往復動式モータの外側固定子の一部分解斜視図である。 本発明に係る往復動式モータの外側固定子を示した正面図である。 図２のVI-VI線の断面図である。 従来の往復動式モータの構成を示した縦断面図である。 従来の往復動式モータの構成を示した正面図である。 従来の往復動式モータの外側固定子を示した部分断面図である。

符号の説明

１３ ボビン
１１１ 第１コアブロック
１１２ 第２コアブロック
１２０ 外側固定子フレーム
１２１ ブロック装着溝
１２２ 突出部
１３０ 巻線コイル

Claims (4)

1. 内部に巻線コイルが備えられた環状のボビンと、
   該ボビンの外周面に結合され、フラックスが流れる磁性体から形成された外側固定子フレームと、
   前記ボビンの一方の側面の前記外側固定子フレームに、放射状に結合された複数の第１コアブロックと、
   それら第１コアブロックと対向するように、前記ボビンの他方側の前記外側固定子のフレームに放射状に結合された複数の第２コアブロックと、
   から構成され、
   前記第１コアブロック及び前記第２コアブロックは、所定形状の薄板を積層して形成され、
   前記外側固定子フレームの両方の側面において、前記第１コアブロック及び前記第２コアブロックがそれぞれ挿入されるように、円周方向に沿ってブロック装着溝が形成されるとともに、前記ブロック装着溝間に、前記第１コアブロック間及び前記第２コアブロック間にそれぞれ突出して前記第１コアブロック及び前記第２コアブロックそれぞれの円周方向側方面に接することで前記第１コアブロック及び前記第２コアブロックそれぞれを円周方向に支持するように、複数の突出部が形成されることを特徴とする往復動式モータの外側固定子。
2. 前記外側固定子フレームは、軟磁性粉末を焼結成形して製造されたことを特徴とする請求項１に記載の往復動式モータの外側固定子。
3. 前記各突出部は、縦断面が扇状であることを特徴とする請求項１に記載の往復動式モータの外側固定子。
4. 前記ボビンは、外周面が開放された環状に形成され、前記外側固定子フレームの内周面と線接触することを特徴とする請求項１に記載の往復動式モータの外側固定子。

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