JP2014007948A - モータコア、モータ、搬送装置及びモータコアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】滑らかな回転を保ちつつ、磁気損失による効率悪化を防ぐモータ及び搬送装置を実現するために改良したモータコアを提供する。
【解決手段】互いに別体である内周コア２と外周コア３を組み合わせてなるモータコア１において、前記内周コア２には径方向に貫通する切欠き５が設けられている。ここで、前記切欠き５は、前記内周コア２の軸方向両端面を残して、軸方向内部に設けられてもよい。また、前記切欠き５は、前記内周コア２の周方向に均等な間隔で設けられてもよい。また、前記内周コア２は、放射状に外径側へ向かう複数のスロット首部２１を有し、前記スロット首部２１は内周側でスロット連結部２２により連結され、前記切欠き５は、前記スロット連結部２２に設けられてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば搬送装置のアーム等を駆動するモータに用いられるモータコアに関する。また、そのモータコアを備えたモータ及びそのモータを備えた搬送装置に関する。

従来より、半導体やフラットパネルディスプレイ等の製造において、真空中でもワークの移動が可能なアームを備える搬送装置がある。この搬送装置の駆動源は、一般的にモータであり、サーボモータが用いられている。また、装置のコンパクト化等のため、減速機を必要としないダイレクトドライブモータも使用されている。

このモータに用いられるモータコアとして、内周コア及び外周コアとからなる２分割モータコアが知られている。特許文献１には、２分割モータコアを用いた場合においても、モータの発生トルクの低下を抑え、モータの発熱を小さくできるモータコアが開示されている。このモータコアは、無方向性電磁鋼板と方向性電磁鋼板を組み合わせて使用したものである。

特開２０１０−２５９２４６号公報

近年、石油等の限られた資源を節約し、自然エネルギーへの転換が進められている。また一方、各種製品工場において、機能を損なわず電力の消費を抑える省エネルギー化が望まれている。特に、モータは各種機械に多く用いられており、各種製品工場において、モータの更なる効率化、省電力化が求められている。

本発明の課題は、モータにおいて、滑らかな回転を保ちつつ、磁気損失による効率悪化を防ぐことである。

（１）互いに別体である内周コアと外周コアを組み合わせてなるモータコアにおいて、前記内周コア又は前記外周コアには径方向に貫通する切欠きが設けられていることを特徴とするモータコア。
（２）前記切欠きは、前記内周コアと前記外周コアのうち、ロータ側となる方に設けられていることを特徴とする（１）に記載のモータコア。
（３）前記切欠きは、前記内周コア又は前記外周コアの軸方向両端面を残して、軸方向内部に設けられていることを特徴とする（１）又は（２）に記載のモータコア。
（４）前記切欠きは、前記内周コア又は前記外周コアの周方向に均等な間隔で設けられていることを特徴とする（１）又は（３）に記載のモータコア。
（５）前記内周コアは、放射状に外径側へ向かう複数のスロット首部を有し、前記スロット首部は内周側でスロット連結部により連結され、前記切欠きは、前記スロット連結部に設けられていることを特徴とする（１）〜（４）に記載のモータコア。
（６）前記内周コアの前記スロット首部は、外周側先端に凹部又は凸部を有し、その凹部又は凸部は、前記外周コアの内周に設けられた凸部又は凹部に嵌合され、前記内周コアと前記外周コアとが相対回転不能となっていることを特徴とする（１）〜（５）に記載のモータコア。
（７）予めボビンに巻かれた複数のモータ巻線を前記内周コアに、外周側から挿入し、その状態の内周コアを前記外周コア内に軸方向に挿入していることを特徴とする（１）〜（６）に記載のモータコア。
（８）前記切欠きは、前記内周コア又は前記外周コアの軸方向に長い線状であることを特徴とする（１）〜（７）に記載のモータコア。
（９）前記切欠きは、前記内周コア又は前記外周コアの軸方向に長い長方形であることを特徴とする（１）〜（７）に記載のモータコア。
（１０）前記切欠きは、前記内周コア又は前記外周コアの軸方向に長い楕円であることを特徴とする（１）〜（７）に記載のモータコア。
（１１）前記切欠きは、長手方向を前記内周コア又は前記外周コアの軸方向から傾斜させ、よりコギングトルクを低下させていることを特徴とする（７）〜（１０）に記載のモータコア。
（１２）前記切欠きは、前記内周コア又は前記外周コアの軸方向幅の７０〜９０％の範囲に設けられていることを特徴とする（２）〜（１１）に記載のモータコア。
（１３）（１）〜（１２）に記載のモータコアを備えるモータ。
（１４）（１３）に記載のモータを備える搬送装置。
（１５）互いに別体である内周コアと外周コアを組み合わせてなるモータコアの製造方法において、前記内周コア又は前記外周コアは、電磁鋼板からプレスにより所望の環状に形成され、それを複数枚積層接着し、そのスタック状態になった内周コア又は前記外周コアの周面に後加工で切欠きを設けることを特徴とするモータコアの製造方法。
（１６）前記切欠きは、レーザーカットによって設けられることを特徴とする（１５）に記載のモータコアの製造方法。
（１７）（１５）又は（１６）に記載の製造方法で得られた内周コアに、予めボビンに巻かれた複数のモータ巻線を外周側から挿入し、その状態の内周コアを前記外周コア内に軸方向に挿入することを特徴とするモータコアの製造方法。
（１８）前記内周コアの外径を前記外周コアの内径以下の径に設定し、前記内周コアを前記外周コアに挿入した後、前記内周コアと前記外周コアを接着することを特徴とする（１７）に記載のモータコアの製造方法。
（１９）前記内周コアの外径より前記外周コアの内径をやや小さい径に設定し、前記内周コアと前記外周コアを焼き嵌めすることを特徴とする（１７）に記載のモータコアの製造方法。

この発明によれば、滑らかな回転を保ちつつ、磁気損失による効率悪化の少ないモータが提供される。

第１の実施形態のモータコアを示す図である。（ａ）が正面図であり、（ｂ）が断面図である。 第１の実施形態の内周コアを示す正面図である。 第１の実施形態の外周コアを示す正面図である。 線状の切欠きの実施例を示す図である。 長方形を傾斜させた切欠きの実施例を示す図である。 楕円の切欠きの実施例を示す図である。 第２の実施形態のモータコアを示す図である。（ａ）が正面図であり、（ｂ）が側面図である。 第２の実施形態の内周コアを示す正面図である。 第２の実施形態の外周コアを示す正面図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を挙げて更に詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明は何ら限定されるものではない。また、以下の説明における構成要素には、当業者が想定できる範囲で実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のモータコアを示す図である。（ａ）が正面図であり、（ｂ）が断面図である。モータ（図示せず）は、ステータ（固定子、図示せず）に対し、ロータ（回転子、図示せず）が回転する構造となっており、モータコア１は、ステータの一部を構成している。モータコア１の内周側にはロータがあり、ステータに対し回転自在に支持されている。ロータの外周側には周方向に複数の永久磁石が固定されており、モータコア１で発生される磁界によって、ロータは回転トルクを与えられる。

モータコア１は、サーボモータの中でもダイレクトドライブモータに適用されるものであり、モータ巻線４の数が３０個と数多く設けられている。ダイレクトドライブモータは、一般に、減速機等の機構を介さず、直接被駆動物を移動、位置決めできるモータであり、その位置決め精度及び駆動トルクを向上させるため、多数のモータ巻線４を備えている。モータ巻線４は、モータリード線６を介して制御ユニット（図示せず）と接続されており、制御ユニットから流される電流を通す。モータ巻線４は、ソレノイドの原理で磁界を発生し、ロータの永久磁石に吸引力と反発力を与え、ロータに回転トルクを与える。

モータコア１は、互いに別体である内周コア２と外周コア３を組み合わせてなり、内周コア２には径方向に貫通する切欠き５が設けられている。切欠き５は内周コア２と外周コア３のうち、ロータ（永久磁石）側となる方に設けられており、本実施の形態では、内周コア２に設けられている。切欠き５は内周コア２の軸方向両端面を残して、軸方向内部に設けられている。切欠き５は、内周コア２の周方向に均等な間隔で設けられている。

図２は、内周コア２を示す正面図である。内周コア２は、放射状に外径側へ向かう複数のスロット首部２１を有し、スロット首部２１は内周側でスロット連結部２２により連結されている。スロット連結部２２には切欠き５が設けられている。内周コア２のスロット首部２１は外周側先端に凹部２３を有している。

図３は、外周コア３を示す正面図である。外周コア３は、内周コア２より径が大きい環状形状となっており、その内周には周方向に均等な間隔で凸部３１を有している。凸部３１は、内周コア２の凹部２３に嵌合され、内周コア２と外周コア３とは相対回転不能となっている。

モータコア１は、予めボビンに巻かれた複数のモータ巻線４を内周コア２のスロット首部２１に外周側から挿入し、その状態の内周コアを外周コア３内に軸方向に挿入した構造となっている。このことにより、外部でボビンに巻線を行なうことができ、占積率を大幅に向上することができる。

図４は、線状（細い長方形）の切欠き５１の実施例を示す図であり、図１（ｂ）に示した内周コア２のＡの位置を拡大したものにあたる。内周コア２には、その軸方向に長い線状の切欠き５１が設けられている。この切欠き５１の幅は、切欠き５１がレーザーカットにより設けられる場合、レーザーカットのカット幅で設定できる。本実施例においては、切欠き５１の長手方向と内周コア２の軸方向Ｄは一致しているが、切欠き５１の長手方向を内周コア２の軸方向Ｄから傾斜させてもよい。

図５は、長方形を傾斜させた切欠き５２の実施例を示す図であり、図４同様、図１（ｂ）に示した内周コア２のＡの位置を拡大したものにあたる。内周コア２には、その軸方向に長い長方形の切欠き５２が設けられている。本実施例においては、切欠き５２の長手方向Ｌを内周コア２の軸方向Ｄから傾斜させている。このことにより、磁束の急激な変化を防止しモータのコギングトルクをより低下させる効果がある。しかしながら、切欠き５２の長手方向Ｌと内周コア２の軸方向Ｄを一致させた場合でも、本願の課題であるモータの効率化を図ることができる。

図６は、楕円の切欠き５３の実施例を示す図である。図４及び図５同様、図１（ｂ）に示した内周コア２のＡの位置を拡大したものにあたる。内周コア２には、その軸方向に長い楕円の切欠き５３が設けられている。このことにより、応力集中を緩和でき内周コア２の剛性の低下を抑えつつ、モータのコギングトルクの低下を実現できる。切欠き５３により内周コア２は強度が低下するが、楕円形状とすることで曲がりに強くなる。本実施例においては、切欠き５３の長手方向と内周コア２の軸方向Ｄは一致しているが、切欠き５３の長手方向を内周コア２の軸方向Ｄから傾斜させてもよい。

上記、図４〜図６に示した種々の切欠き５１〜５３の形状の実施例では、どの切欠きも内周コア２の軸方向幅の７０〜９０％の範囲に設けられている。これは、７０％より小さくなるとスロット間で磁気が漏れて損失が大きくなり、９０％より大きくなるとモータのコギングトルク大きくなるため、バランスの良い範囲に設定している。

上記のように、モータは、内周コア２に切欠き５を有するモータコア１を備えることで、コギングトルクを小さくしつつ、磁気損失が少ない効率の高いモータとすることができる。

また、上記のようなモータコア１を備えるモータを備える搬送装置は、モータのコギングトルクが小さいので、スムーズな回転で被搬送物を搬送できる。また、モータの磁気損失が少ないので、効率の高い省電力の搬送装置である。

次に、上記モータコア１の製造方法についての実施例を説明する。なお、この実施例により本発明は何ら限定されるものではない。また、以下の説明における構成手順には、当業者が想定できる範囲で実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

本実施例のモータコア１の製造方法は、互いに別体である内周コア２と外周コア３を組み合わせてなるモータコア１の製造方法であって、内周コア２は、電磁鋼板からプレスにより所望の環状に形成され、それを複数枚積層接着し、そのスタック状態になった内周コア２の内周面に後加工で切欠き５を設けている。

その切欠き５は、レーザーカットによって設けられている。このようにして得られた内周コア２に、予めボビンに巻かれた複数のモータ巻線４を外周側から内周コア２のスロット首部２１に挿入し、その状態の内周コア２を外周コア３内に軸方向に挿入する。このように、外部でボビンに巻線を行なうことにより、占積率を大幅に向上できる。

内周コア２の外径は、外周コア３の内径以下の径に設定しており、内周コア２を外周コア３に挿入した後、内周コア２と外周コア３を接着する。

また、別の実施例として、内周コア２の外径より外周コア３の内径をやや小さい径に設定し、内周コア２と外周コア３を焼き嵌めすることも可能である。

また、上記第１の実施形態では、内周コア２のスロット首部２１に凹部２３を設け、外周コア３の内周に凸部３１を設けたが、逆に、内周コア２のスロット首部２１に凸部を設け、外周コア３の内周に凹部を設けてもよい。

また、上記第１の実施形態では、モータがインナーロータ（ロータがステータの内側）型の例について説明したが、アウターロータ（ロータがステータの外側）型にも適用できる。この場合、切欠きは外周コアに設けられる。

（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、モータがインナーロータ（ロータがステータの内側）型（アウターステータ型とも言う）の例について説明したが、第２の実施形態では、アウターロータ（ロータがステータの外側）型（インナーステータ型とも言う）の例について説明する。
図７は、第２の実施形態のモータコアを示す図である。（ａ）が正面図であり、（ｂ）が側面図である。モータ（図示せず）は、ステータ（固定子、図示せず）に対し、ロータ（回転子、図示せず）が回転する構造となっており、モータコア２０１は、ステータの一部を構成している。モータコア２０１の外周側にはロータがあり、ステータに対し回転自在に支持されている。ロータの内周側には周方向に複数の永久磁石が固定されており、モータコア２０１で発生される磁界によって、ロータは回転トルクを与えられる。

モータコア２０１は、サーボモータの中でもダイレクトドライブモータに適用されるものであり、モータ巻線２０４の数が３０個と数多く設けられている。ダイレクトドライブモータは、一般に、減速機等の機構を介さず、直接被駆動物を移動、位置決めできるモータであり、その位置決め精度及び駆動トルクを向上させるため、多数のモータ巻線２０４を備えている。モータ巻線２０４は、モータリード線（図示せず）を介して制御ユニット（図示せず）と接続されており、制御ユニットから流される電流を通す。モータ巻線２０４は、ソレノイドの原理で磁界を発生し、ロータの永久磁石に吸引力と反発力を与え、ロータに回転トルクを与える。

モータコア２０１は、互いに別体である内周コア２０２と外周コア２０３を組み合わせてなり、外周コア２０３には径方向に貫通する切欠き２０５が設けられている。切欠き２０５は内周コア２０２と外周コア２０３のうち、ロータ（永久磁石）側となる方に設けられており、本実施の形態では、外周コア２０３に設けられている。切欠き２０５は外周コア２０３の軸方向両端面を残して、軸方向内部に設けられている。切欠き２０５は、外周コア２０３の周方向に均等な間隔で設けられている。

図８は、内周コア２０２を示す正面図である。内周コア２０２は、放射状に外径側へ向かう複数のスロット首部２２１を有し、スロット首部２２１は内周側でスロット連結部２２２により連結されている。内周コア２０２のスロット首部２２１は外周側先端に凹部２２３を有している。

図９は、外周コア２０３を示す正面図である。外周コア２０３は、内周コア２０２より径が大きい環状形状となっており、その内周には周方向に均等な間隔で凸部２３１を有している。凸部２３１は、内周コア２０２の凹部２２３に嵌合され、内周コア２０２と外周コア２０３とは相対回転不能となっている。外周コア２０３には図７で説明した切欠き２０５が設けられている。

モータコア２０１は、予めボビンに巻かれた複数のモータ巻線２０４を内周コア２０２のスロット首部２２１に外周側から挿入し、その状態の内周コアを外周コア２０３内に軸方向に挿入した構造となっている。このことにより、外部でボビンに巻線を行なうことができ、占積率を大幅に向上することができる。すなわち、アウターロータ型であってもコアを分割する部分は、第１の実施形態で説明したインナーロータ型と同様、モータ巻線２０４の外周側とすることで、より多くの巻数で巻いたモータ巻線２０４を挿入することができる。

切欠き２０５の形状は、図４、図５及び図６を用いて第１の実施形態で説明したインナーロータ型のものと同様である。
図４は、線状（細い長方形）の切欠き５１の実施例を示す図である。外周コア２０３には、その軸方向に長い線状の切欠き５１が設けられている。この切欠き５１の幅は、切欠き５１がレーザーカットにより設けられる場合、レーザーカットのカット幅で設定できる。本実施例においては、切欠き５１の長手方向と外周コア２０３の軸方向Ｄは一致しているが、切欠き５１の長手方向を外周コア２０３の軸方向Ｄから傾斜させてもよい。

図５は、長方形を傾斜させた切欠き５２の実施例を示す図である。外周コア２０３には、その軸方向に長い長方形の切欠き５２が設けられている。本実施例においては、切欠き５２の長手方向Ｌを外周コア２０３の軸方向Ｄから傾斜させている。このことにより、磁束の急激な変化を防止しモータのコギングトルクをより低下させる効果がある。しかしながら、切欠き５２の長手方向Ｌと外周コア２０３の軸方向Ｄを一致させた場合でも、本願の課題であるモータの効率化を図ることができる。

図６は、楕円の切欠き５３の実施例を示す図である。外周コア２０３には、その軸方向に長い楕円の切欠き５３が設けられている。このことにより、応力集中を緩和でき外周コア２０３の剛性の低下を抑えつつ、モータのコギングトルクの低下を実現できる。切欠き５３により外周コア２０３は強度が低下するが、楕円形状とすることで曲がりに強くなる。本実施例においては、切欠き５３の長手方向と外周コア２０３の軸方向Ｄは一致しているが、切欠き５３の長手方向を外周コア２０３の軸方向Ｄから傾斜させてもよい。

上記、図４〜図６に示した種々の切欠き５１〜５３の形状の実施例では、どの切欠きも外周コア２０３の軸方向幅の７０〜９０％の範囲に設けられている。これは、７０％より小さくなるとスロット間で磁気が漏れて損失が大きくなり、９０％より大きくなるとモータのコギングトルク大きくなるため、バランスの良い範囲に設定している。

上記のように、モータは、外周コア２０３に切欠き２０５を有するモータコア２０１を備えることで、コギングトルクを小さくしつつ、磁気損失が少ない効率の高いモータとすることができる。

また、上記のようなモータコア２０１を備えるモータを備える搬送装置は、モータのコギングトルクが小さいので、スムーズな回転で被搬送物を搬送できる。また、モータの磁気損失が少ないので、効率の高い省電力の搬送装置である。

次に、上記モータコア２０１の製造方法についての実施例を説明する。なお、この実施例により本発明は何ら限定されるものではない。また、以下の説明における構成手順には、当業者が想定できる範囲で実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

本実施例のモータコア２０１の製造方法は、互いに別体である内周コア２０２と外周コア２０３を組み合わせてなるモータコア２０１の製造方法であって、外周コア２０３は、電磁鋼板からプレスにより所望の環状に形成され、それを複数枚積層接着し、そのスタック状態になった外周コア２０３の周面に後加工で切欠き２０５を設けている。

その切欠き２０５は、レーザーカットによって設けられている。内周コア２０２には、予めボビンに巻かれた複数のモータ巻線２０４を外周側から内周コア２０２のスロット首部２２１に挿入し、その状態の内周コア２０２を外周コア２０３内に軸方向に挿入する。このように、外部でボビンに巻線を行なうことにより、占積率を大幅に向上できる。

内周コア２０２の外径は、外周コア２０３の内径以下の径に設定しており、内周コア２０２を外周コア２０３に挿入した後、内周コア２０２と外周コア２０３を接着する。

また、別の実施例として、内周コア２０２の外径より外周コア２０３の内径をやや小さい径に設定し、内周コア２０２と外周コア２０３を焼き嵌めすることも可能である。

また、上記第２の実施形態では、内周コア２０２のスロット首部２２１に凹部２２３を設け、外周コア２０３の内周に凸部２３１を設けたが、逆に、内周コア２０２のスロット首部２２１に凸部を設け、外周コア２０３の内周に凹部を設けてもよい。

１，２０１ モータコア
２，２０２ 内周コア
２１，２２１ スロット首部
２２，２２２ スロット連結部
２３，２２３ 凹部
３，２０３ 外周コア
３１，２３１ 凸部
４，２０４ モータ巻線
５，５１，５２，５３，２０５ 切欠き
６ モータリード線
Ｄ 軸線方向
Ｌ 切欠き長手方向

Claims (19)

1. 互いに別体である内周コアと外周コアを組み合わせてなるモータコアにおいて、前記内周コア又は前記外周コアには径方向に貫通する切欠きが設けられていることを特徴とするモータコア。
2. 前記切欠きは、前記内周コアと前記外周コアのうち、ロータ側となる方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータコア。
3. 前記切欠きは、前記内周コア又は前記外周コアの軸方向両端面を残して、軸方向内部に設けられていることを特徴とする請求項1又は２に記載のモータコア。
4. 前記切欠きは、前記内周コア又は前記外周コアの周方向に均等な間隔で設けられていることを特徴とする請求項１〜３に記載のモータコア。
5. 前記内周コアは、放射状に外径側へ向かう複数のスロット首部を有し、前記スロット首部は内周側でスロット連結部により連結され、前記切欠きは、前記スロット連結部に設けられていることを特徴とする請求項１〜４に記載のモータコア。
6. 前記内周コアの前記スロット首部は、外周側先端に凹部又は凸部を有し、その凹部又は凸部は、前記外周コアの内周に設けられた凸部又は凹部に嵌合され、前記内周コアと前記外周コアとが相対回転不能となっていることを特徴とする請求項１〜５に記載のモータコア。
7. 予めボビンに巻かれた複数のモータ巻線を前記内周コアに、外周側から挿入し、その状態の内周コアを前記外周コア内に軸方向に挿入していることを特徴とする請求項１〜６に記載のモータコア。
8. 前記切欠きは、前記内周コア又は前記外周コアの軸方向に長い線状であることを特徴とする請求項１〜７に記載のモータコア。
9. 前記切欠きは、前記内周コア又は前記外周コアの軸方向に長い長方形であることを特徴とする請求項１〜７に記載のモータコア。
10. 前記切欠きは、前記内周コア又は前記外周コアの軸方向に長い楕円であることを特徴とする請求項１〜７に記載のモータコア。
11. 前記切欠きは、長手方向を前記内周コア又は前記外周コアの軸方向から傾斜させ、よりコギングトルクを低下させていることを特徴とする請求項７〜１０に記載のモータコア。
12. 前記切欠きは、前記内周コア又は前記外周コアの軸方向幅の７０〜９０％の範囲に設けられていることを特徴とする請求項２〜１１に記載のモータコア。
13. 請求項１〜１２に記載のモータコアを備えるモータ。
14. 請求項１３に記載のモータを備える搬送装置。
15. 互いに別体である内周コアと外周コアを組み合わせてなるモータコアの製造方法において、前記内周コア又は前記外周コアは、電磁鋼板からプレスにより所望の環状に形成され、それを複数枚積層接着し、そのスタック状態になった内周コア又は前記外周コアの周面に後加工で切欠きを設けることを特徴とするモータコアの製造方法。
16. 前記切欠きは、レーザーカットによって設けられることを特徴とする請求項１５に記載のモータコアの製造方法。
17. 請求項１５又は１６に記載の製造方法で得られた内周コアに、予めボビンに巻かれた複数のモータ巻線を外周側から挿入し、その状態の内周コアを前記外周コア内に軸方向に挿入することを特徴とするモータコアの製造方法。
18. 前記内周コアの外径を前記外周コアの内径以下の径に設定し、前記内周コアを前記外周コアに挿入した後、前記内周コアと前記外周コアを接着することを特徴とする請求項１７に記載のモータコアの製造方法。
19. 前記内周コアの外径より前記外周コアの内径をやや小さい径に設定し、前記内周コアと前記外周コアを焼き嵌めすることを特徴とする請求項１７に記載のモータコアの製造方法。

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