JPH10290546A

JPH10290546A - 回転電機のコギング防止構造

Info

Publication number: JPH10290546A
Application number: JP7902797A
Authority: JP
Inventors: Terumi Toufun; 照実藤墳; Nobuyuki Matsui; 信行松井
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構造でコストアップを生じず、かつモ
ータの出力損失を最小限に抑えて、コギングの発生を防
止する。【解決手段】ロータ３には外周面に一定間隔で磁極が
形成されている。ステータコア４１には、ロータ３の外
周面に近接対向する歯形４３が周方向へ一定間隔で複数
形成され、各歯形４３にはそれぞれ励磁コイル４２が巻
回されている。歯形４３間に形成された各スロット４４
は、その開口が磁性材の蓋片６で覆ってある。これによ
り、ステータコア４１内周面の凹凸が実質的に解消され
てコギングの発生が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータや発電機等の
回転電機のコギング防止構造に関し、特に、回転電機の
効率低下を最小限に抑えつつ、コギングの発生を有効に
防止するコギング防止構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業機器のあらゆる分野で小型モ
ータが使用されつつあり、パワーエレクトロニクスの進
展を背景に、長寿命のブラシレスＤＣモータ等が注目さ
れている。このようなブラシレスＤＣモータのうち、ス
テータの内周面等に一定間隔で多数の歯形を形成して、
これら歯形に励磁コイルを巻回し、各励磁コイルへの通
電を切り換えることにより永久磁石製のロータを回転駆
動するものがある。この種のモータにおいては、励磁コ
イルに通電していない状態で、モータ出力軸にトルクむ
ら、すなわちコギングが生じることが知られている。こ
れは、ステータの歯形の存在によって、ロータ回転方向
におけるステータとの間の磁気抵抗が変化し、通常複数
ある各磁気安定点でロータが静止しようとするからであ
る。

【０００３】一方、このようなブラシレスＤＣモータを
荷役運搬車等の補助動力として使用する場合には、モー
タ出力を従来に比して増大させる必要があり、強力な希
土類磁石をロータの磁石材として使用することが考えら
れる。しかし、ロータの磁力を上げると、これに伴って
コギングも増大することから、何らかの原因でモータへ
の通電が停止すると、荷役運搬車等を手動で動かすこと
が困難となる。

【０００４】従来、ブラシレスＤＣモータのコギングを
低減するための構造は種々提案されており、例えば、ロ
ータ外周面における磁極の着磁を、スキュー着磁あるい
は正弦波着磁として、歯形の存在による磁気抵抗の急変
を抑えることが行われている（以上第１従来例）。ま
た、特開平８−９９５３８号公報には、ステータに閉ス
ロットコアを使用してロータに対向する周面に歯形が生
じないようにするとともに、ロータの磁極数とステータ
のスロット数との比を非整数倍にして、コギングの低減
を図ったものが示されている（以上第２従来例）。さら
に、特開平７−１４３７１４号公報では、モータ回転時
のトルクリップルを抑えるために、磁性材製の筒体を、
その外周が全ての歯形の先端に接するようにステータコ
ア内に嵌着して、歯形とこれら歯形間の間隙による磁気
抵抗変化の影響を軽減したものが示されている（以上第
３従来例）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記第１従来
例では、スキュー着磁等が通常の着磁に比して製造に手
間取るため、コストアップが避けられないという問題が
ある。また、第２従来例も、閉スロットコアの製造や、
磁極数とスロット数の比の調整等に手間取り、製造設計
コストが増大するという問題点がある。第３従来例で
は、比較的広幅の筒体をステータコアの内周全周に嵌着
するため、ロータ回転時に筒体の周面に渦電流が生じ
て、モータ損失が増大する（発明者の実験ではこれに起
因して１５％程度の効率低下を生じる）という問題があ
る。

【０００６】そこで、本発明はこのような課題を解決す
るもので、簡易な構造でコストアップを生じず、かつモ
ータの損失も最小限に抑えることができる回転電機のコ
ギング防止構造を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本第１発明では、周面に一定間隔で磁極が形成され
たロータ（３）と、前記ロータ（３）の周面に近接対向
する歯形（４３）を周方向へ一定間隔で複数形成したコ
ア体（４１）を有し当該コア体（４１）の各歯形（４
３）にそれぞれ励磁コイル（４２）を巻回したステータ
（４）とを具備する回転電機において、前記歯形（４
３）間に形成された各スロット（４４）に、隣り合う歯
形（４３）の先端面（４３ａ）間に連なる面を有する磁
性材の連結部材（６，７，８，９，１０）を設けてい
る。

【０００８】本第１発明においては、磁性材の連結部材
を設けたことにより、コア体内周面の凹凸が実質的に解
消される。したがって、ロータ周面の磁極に対する磁気
抵抗は周方向においてほぼ均一となり、これにより、コ
ギングの発生が防止される。本第１発明は、第１従来例
で説明したスキュー着磁や第２従来例で説明した閉スロ
ットコア等が不要であり、連結部材を設けるだけである
から、構造簡易で低コストである。また、連結部材は各
スロットにのみ設けてあるから、たとえ連結部材に渦電
流を生じても、第３従来例のようなコア体の内周全周を
覆う筒体を設けるのに比して、渦電流によるモータの出
力損失を最小限に抑えることができる。

【０００９】本第２発明では、上記各スロット（４４）
の開口を磁性材の蓋片（６，１０）で覆って上記連結部
材とする。本第２発明によれば、本第１発明の作用効果
に加えて、蓋片により上記連結部材を簡易に実現するこ
とができる。これら蓋片は基端において連結して一体物
とすることができ、このようにすれば製造組付けがさら
に簡易化される。

【００１０】本第３発明では、スロット（４４）の開口
に臨む上記各歯形（４３）の先端部側縁に、上記蓋片
（１０）の側縁を係止する係止部（４３１）を形成す
る。本第３発明によれば、本第２発明の作用効果に加え
て、コア体の歯形に形成した係止部によって蓋片を係止
し保持できるから、回転電機のハウジングに蓋片を保持
するための保持部等を特に設ける必要はなく、ハウジン
グの成形コストを低減することができる。

【００１１】本第４発明では、上記係止部（４３１）
は、ロータ（３）の回転中心へ向けて延びる歯形（４
３）の先端部側縁を一定幅で切り欠いて形成され、当該
係止部（４３１）に、ステータ（４）の内周に沿って湾
曲する円弧状の上記蓋片（１０）の側縁を、ステータ
（４）の厚み方向から挿入し係止する。本第４発明によ
れば、本第３発明の作用効果に加えて、係止部を簡易に
形成することができる。

【００１２】本第５発明では、励磁コイル（４２）を巻
回した磁性材のコイルボビン（７）を各歯形（４３）に
装着し、隣り合うコイルボビン（７）の内端フランジ
（７１）を各スロット（４４）の開口で互いに接するよ
うに位置させて上記連結部材とする。本第５発明によれ
ば、本第１発明の作用効果に加えて、予め励磁コイルを
巻回したコイルボビンを各歯形に装着することにより、
回転電機の組付けの手間が軽減される。

【００１３】本第６発明では、磁性粉を混入した樹脂材
により筒体（８）を成形して、当該筒体（８）内に励磁
コイル（４２）を封入し、各歯形（４３）に装着した筒
体（８）の内端面（８ａ）を各スロット（４４）の開口
で互いに接するように位置させて上記連結部材とする。
本第６発明によれば、本第１発明の作用効果に加えて、
コイルボビンを使用するのに比して、励磁コイルをより
簡易に保持することができるる。

【００１４】本第７発明では、磁性粉を混入した樹脂材
を前記スロット（４４）内に充填して充填層（９）とな
し、前記充填層（９）の内周面（９ａ）を隣り合う歯形
（４３）の先端面（４３ａ）間に連続させて前記連結部
材とする。本第７発明によれば、本第１発明の作用効果
に加えて、連結部材を樹脂材の射出成形等により簡易に
実現することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１には本発明を適用したブラシレス
ＤＣモータの全体縦断面図を示す。モータはフロントハ
ウジング１とリヤハウジング２を有し、これらハウジン
グ１，２により形成された空間内にロータ３とステータ
４が位置している。図２にはリヤハウジング２を取り去
った状態でのモータの部分断面正面図を示す。フロント
ハウジング１はリヤハウジング２と同形の円形で、これ
らハウジング１，２の外周は全周が一定厚の壁部１１，
２１となっている（図１）。コア体たるステータコア４
１は珪素鋼板等のリング状磁性鋼板を多数積層したもの
で、その外周部は各ハウジング１，２の壁部１１，２１
により前後から挟持されるとともに、壁部１１，２１の
段付き面１１ａ，２１ａで位置決めされている。両ハウ
ジング１，２は、外周部の周方向複数箇所に設けた取付
穴１２，２２とこれに一致させたステータコア４１の貫
通穴４１１内にボルトを挿通して互いに締結される。

【００１６】ステータコア４１の内周部には図２に示す
ように、周方向へ一定間隔をおいて矩形の歯形４３が多
数形成されており、各歯形４３の周囲にそれぞれ励磁コ
イル４２が巻回されている。各歯形４３の先端面４３ａ
は、ロータ３中心を中心とする円周上の円弧面となって
いる。ロータ３は円板状の本体部３１を有し、この本体
部３１の中心から前後方向へシャフト３３，３４が突出
して、これらシャフト３３，３４が、フロントおよびリ
ヤの各ハウジング１，２の中心厚肉部１３，２３に配設
したベアリング５１，５２により回転自在に支持されて
いる。ロータ本体部３１の外周にはリング状の磁石３２
が嵌着されている。ロータ磁石３２はＮｄＦｅＢ等の希
土類磁石で、その外周面には周方向へ一定間隔で磁極が
形成されており、この外周面はステータコア４１の歯形
４３の先端面４３ａに近接対向している。

【００１７】歯形４３間には励磁コイル４２が位置する
スロット４４が形成され、これらスロット４４は内方へ
向けて開放している（図２）。そして、各スロット４４
の開口を連結部材としての蓋片６で覆ってある。蓋片６
はステータコア４１と同材の珪素鋼板等の軟磁性材より
なり、その板面は円弧状に湾曲して、隣り合う歯形４３
の先端面４３ａと同一円周上でこれらに連なっている。
各蓋片６は図１に示すように、励磁コイル４２の内周面
に沿ってスロット４４の開口を前後（図の左右）方向へ
横切り、その先端６１がリヤハウジング２の内面外周に
形成された突壁２４に係止されるとともに、その基端６
２は直角に屈曲してフロントハウジング１の内面外周に
接している。各蓋片６の直角に屈曲した基端６２は、図
３、図４に示すように、互いに一体に連続して一定幅の
リング板６３となっており、このリング板６３の周方向
の複数位置からそれぞれ上記蓋片６が突出している。こ
のような蓋片６を成形するには、板材をプレスで打ち抜
いて、図５に示すように、リング板６３の内周にステー
タ４の各スロット４４の位置に対応して、スロット４４
の幅と同幅で所定長の蓋片６を多数突出形成し、その
後、プレスにて各蓋片６を直角に屈曲させる。なお、各
蓋片６の先端６１部は、スロット４４開口部への挿入を
容易にするために先細としてあり、板面でスロット４４
の開口を覆った各蓋板６１は、図１に示すように、フロ
ントハウジング１の内面外周に形成された段付き面１ａ
とリヤハウジング２の上記突壁２４とによって位置決め
され保持されている。

【００１８】このような構造のブラシレスＤＣモータに
おいては、歯形４３間に形成されたスロット４４の開口
がステータコア４１と同材の蓋片６で覆われ、かつ各蓋
片６の板面は隣り合う歯形４３の先端面と同一曲率でこ
れらに連なっているから、ロータ磁石３２に対向するス
テータコア４１内周面の凹凸は実質的に解消される。し
たがって、ロータ磁石３２の外周面に形成された磁極に
対する磁気抵抗は周方向においてほぼ均一となり、これ
により、コギングの発生が効果的に防止される。本実施
形態では、複数の蓋片６をその基端６２にてリング板６
３として互いに一体に連結しているから、これら蓋片６
をプレスで同時に成形でき、製造が簡易である。しか
も、全ての蓋片６をそれぞれ対応するスロット４４の開
口部に同時に挿入できるから組付けの手間も軽減でき
る。なお、モータ回転時に各蓋片６に渦電流が生じるお
それはあるが、蓋片６は歯形４３の先端面４３ａを覆う
ことなくスロット４４の開口にのみ設けてあるから、第
３従来例で説明したようなステータコアの内周全周を覆
う広幅の筒体を設けるのに比して、渦電流によるモータ
の出力損失を最小限に抑えることができる。

【００１９】（第２実施形態）図６は他の構造の蓋片１
０を使用したステータコア４１の一部拡大正面図を示
し、図７には図６のVII −VII 線に沿った断面図を示
す。図において、ステータコイル４２はコイルボビン７
に巻回されてそれぞれステータコア４１内周の歯形４３
の周囲に装着されている。歯形４３間に形成されたスロ
ット４４の開口はそれぞれ蓋片１０で覆ってあり、コイ
ルボビン７は蓋片１０によって歯形４３からの脱落を阻
止されている。上記各蓋片１０は第１実施形態における
蓋片６と同様に珪素鋼板等の軟磁性材で構成されてい
る。蓋片１０は図８に示すように平面視が略長方形の板
体で、全体が図９に示すように円弧状に湾曲している。
そして、蓋片１０の長手方向の一端には中央に、押圧用
治具を当てて位置決めするための半円形凹所１０１が形
成されている。

【００２０】上記蓋片１０の幅方向の両側縁１０２，１
０３はそれぞれ、図１０に示すように、隣り合う各歯形
４３の、スロット４４開口に臨む先端部側縁に形成され
た係止部４３１に係合して保持されている。この係止部
４３１の詳細を図１１に示す。係止部４３１はロータ３
の回転中心方向へ突出する上記歯形４３の先端部側縁を
一定幅Ｗで切り欠いたもので、この係止部４３１に、湾
曲した所定厚の蓋片１０の側縁１０３を、ステータコア
４１の厚み方向（図１１の紙面垂直方向）から押圧し挿
入する。この状態で、係止部４３１は蓋片１０の側縁１
０３に対して、図１１の白矢印で示す脱落方向へｄの重
なり代を有しているから、蓋片１０は脱落することなく
確実に保持される。

【００２１】このようにして、各蓋片１０は係止部４３
１により保持されてスロット４４開口を覆い、コイルボ
ビン７を位置決めする。この状態で、蓋片１０の円弧状
に湾曲する板面は、隣り合う歯形４３の先端面４３ａと
同一円周上で同一曲率でこれらに連らなり、第１実施形
態と同様にロータ磁石３２（図２参照）に対向するステ
ータコア４１内周面の凹凸が実質的に解消されて、コギ
ングの発生が効果的に防止される。本実施形態では、各
蓋片１０を歯形４３に形成した係止部４３１で保持して
いるから、第１実施形態のようなフロントハウジング１
の段付き面１ａ（図１参照）やリヤハウジング２の突壁
２４は不要であり、ハウジング構造の簡素化によるコス
ト低減が実現される。なお、係止部は既に説明した形状
に限られるものではなく、蓋片１０の側縁１０２，１０
３を脱落することなく係止できる形状であれば良い。例
えば、図１２に示すように、蓋片１０の両側縁１０２，
１０３を斜めに湾曲させる一方、歯形４３の先端部側縁
に、これら側縁１０２，１０３を受け入れるように傾斜
させた切り欠きを形成して係止部４３２とすることがで
きる。

【００２２】（第３実施形態）図１３にはコギング防止
構造の他の例を示し、図はステータコア内周部の拡大断
面図である。ステータコア４１の内周部に形成された各
歯形４３には、その外周とほぼ同形の内周を有する連結
部材としてのコイルボビン７がそれぞれ装着してあり、
これらコイルボビン７にそれぞれ励磁コイル４２が巻回
されている。各コイルボビン７は鉄等の軟磁性材で構成
され、その内端フランジ７１は、装着された歯形４３の
先端面４３ａに連なるとともに、隣り合うコイルボビン
７の内端フランジ７１が互いに接して、歯形４３間のス
ロット４４開口を覆っている。このようなコイルボビン
７を設けたことにより、ロータ磁石３２（図１参照）に
対向するステータコア４１内周面の凹凸は実質的に解消
され、ロータ磁石３２の外周面に形成された磁極に対す
る磁気抵抗が周方向においてほぼ均一となる。これによ
り、上記第１実施形態と同様の効果を奏して、コギング
の発生が防止される。なお、歯形先端面４３ａの曲率が
小さい場合には、コイルボビン７の内端フランジ７１を
曲面とせず図示のように平板状に成形しても十分な効果
が得られる。

【００２３】（第４実施形態）図１４にはコギング防止
構造のさらに他の例における、ステータコア内周部の拡
大断面図を示す。図において、各歯形４３にはその外周
とほぼ同形の内周を有する連結部材としての筒体８がそ
れぞれ装着してある。各筒体８は鉄粉等の軟磁性粉を混
入した樹脂材を型成形したもので、その内周部には励磁
コイル４２が封入されている。各筒体８の内端面８ａは
歯形４３の先端面４３ａと同曲率で湾曲してこれら先端
面４３ａに連なる曲面に成形され、かつ隣り合う筒体８
の内端面８ａは互いに接している。このような構造によ
り、ロータ磁石３２（図１参照）に対向するステータコ
ア４１内周面の凹凸が実質的に解消され、ロータ磁石３
２の外周面に形成された磁極に対する磁気抵抗が周方向
においてほぼ均一となって、コギングの発生が防止され
る。なお、筒体８の樹脂材に混入する磁性粉の割合は多
い方がコギングの防止には効果があるが、磁性粉の割合
が多くなると筒体８の機械的強度は低下するので、両者
の兼ね合いで混入割合を決定する。

【００２４】（第５実施形態）図１５にはコギング防止
構造のさらに他の例における、ステータコア内周部の拡
大断面図を示す。図において、励磁コイル４２はステー
タコア４１の各歯形４３に直接巻回してあり、歯形４３
間のスロット４４には、第３実施形態におけると同様の
軟磁性粉を混入した樹脂材が射出成形等により充填され
て、連結部材としての充填層９となっている。充填層９
の内周面９ａは歯形４３の先端面４３ａと同曲率で湾曲
してこれら先端面４３ａに連続する曲面に成形されてい
る。これにより、ロータ磁石３２（図１参照）に対向す
るステータコア４１内周面の凹凸が実質的に解消され、
ロータ磁石３２の外周面に形成された磁極に対する磁気
抵抗が周方向においてほぼ均一となって、コギングの発
生が防止される。

【００２５】（その他の実施形態）上記各実施形態で
は、インナロータ式のモータについて説明したが、本発
明はアウタロータ式のモータにも適用することができ
る。また、ブラシレスＤＣモータに限られず、ステータ
に歯形を有する例えばステッピングモータ等にも適用す
ることができる。さらにモータに限らず、発電機への適
用も可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明の回転電機のコギ
ング防止構造は、構造簡易で低コストであり、しかもモ
ータの損失を最小限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における、ブラシレスＤ
Ｃモータの全体縦断面図で、図２のI −I 線に沿った断
面図である。

【図２】リヤハウジングを取り去った状態でのブラシレ
スＤＣモータの部分断面正面図である。

【図３】リング板で連結された蓋片の全体側面図であ
る。

【図４】リング板で連結された蓋片の全体正面図で、図
３のＡ矢視図である。

【図５】製造過程における蓋片の正面図である。

【図６】本発明の第２実施形態における、ステータの一
部拡大正面図である。

【図７】図７のVII −VII 線に沿った断面図である。

【図８】蓋片の平面図である。

【図９】蓋片の端面図である。

【図１０】ステータコアの一部拡大正面図である。

【図１１】図１０のＡ部拡大図である。

【図１２】係止部の他の例を示すステータコアの一部拡
大正面図である。

【図１３】本発明の第３実施形態における、ステータコ
アの一部拡大断面図である。

【図１４】本発明の第４実施形態における、ステータコ
アの一部拡大断面図である。

【図１５】本発明の第５実施形態における、ステータコ
アの一部拡大断面図である。

【符号の説明】

１…フロントハウジング、２…リヤハウジング、３…ロ
ータ、３２…ロータ磁石、４…ステータ、４１…ステー
タコア、４２…励磁コイル、４３…歯形、４３ａ…先端
面、４３１…係止部、４３２…係止部、４４…スロッ
ト、６…蓋片（連結部材）、７…コイルボビン（連結部
材）、７１…内端フランジ、８…筒体（連結部材）、８
ａ…内端面、９…充填層（連結部材）、９ａ…内周面、
１０…蓋片（連結部材）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周面に一定間隔で磁極が形成されたロー
タと、前記ロータの周面に近接対向する歯形を周方向へ
一定間隔で複数形成したコア体を有し当該コア体の各歯
形にそれぞれ励磁コイルを巻回したステータとを具備す
る回転電機において、前記歯形間に形成された各スロッ
トに、隣り合う歯形の先端面間に連なる面を有する磁性
材の連結部材を設けたことを特徴とする回転電機のコギ
ング防止構造。
【請求項２】前記各スロットの開口を磁性材の蓋片で
覆って前記連結部材としたことを特徴とする請求項１に
記載の回転電機のコギング防止構造。
【請求項３】前記スロットの開口に臨む前記各歯形の
先端部側縁に、前記蓋片の側縁を係止する係止部を形成
したことを特徴とする請求項２に記載の回転電機のコギ
ング防止構造。
【請求項４】前記係止部は、前記ロータの回転中心へ
向けて延びる前記歯形の先端部側縁を一定幅で切り欠い
て形成され、当該係止部に、前記ステータの内周に沿っ
て湾曲する円弧状の前記蓋片の側縁を、ステータの厚み
方向から挿入し係止するようにしたことを特徴とする請
求項３に記載の回転電機のコギング防止構造。
【請求項５】前記励磁コイルを巻回した磁性材のコイ
ルボビンを前記各歯形に装着し、隣り合うコイルボビン
の内端フランジを前記各スロットの開口で互いに接する
ように位置させて前記連結部材としたことを特徴とする
請求項１に記載の回転電機のコギング防止構造。
【請求項６】磁性粉を混入した樹脂材により筒体を成
形して、当該筒体内に前記励磁コイルを封入し、前記各
歯形に装着した前記筒体の内端面を前記各スロットの開
口で互いに接するように位置させて前記連結部材とした
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のコギング
防止構造。
【請求項７】磁性粉を混入した樹脂材を前記スロット
内に充填して充填層となし、前記充填層の内周面を隣り
合う歯形の先端面間に連続させて前記連結部材としたこ
とを特徴とする請求項１に記載の回転電機のコギング防
止構造。