JP3999358B2

JP3999358B2 - 円筒ラジアルギャップ型回転電機

Info

Publication number: JP3999358B2
Application number: JP16731398A
Authority: JP
Inventors: 栄藤谷; 和夫村松; 太一西尾
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2018-06-15
Also published as: JP2000004565A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロータに永久磁石を持つ、小型円筒ラジアルギャップ型回転電機の構造に関するものである。特に、アマチュアがステータリング部と複数の突極部で構成される磁気回路構成の回転電機において、突極形状とステータリング形状を工夫してこれらの機械的／磁気的結合を確保すると同時に、回転電機自体の熱放散を改善したＤＣブラシレスモータの突極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固定子コイルを巻回した突極を回転軸からみて放射状に複数個分割配設し、該突極の軸方向の長さを対向するロータ磁石の長さとほぼ同じとした回転電機の構成が特許願平成９年第３０６１１５号に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この方式だと、突極の断面積を十分確保する事が出来るので、磁気飽和は改善できるが、アマチュアがステータリング部と複数個の突極部の２つで構成されているので、この間の機械的／磁気的結合如何により、回転電機（モータ）効率が悪化する欠点があった。又、各突極がステータリング外周面から全く表出していない為、モータ内部（特に突極とこれに巻回したコイルで発生する）の熱が効果的にモータ外部に放出させられない構造的欠点があった。
【０００４】
本発明は上述のような従来の欠点を改善しようとするものであり、その目的は、ロータに永久磁石を持った、有鉄芯型ラジアルギャップの小型円筒型回転電機において、同一形状のコアを軸方向に積層した、いわゆる従来型のラミネーション構造を用いずに、アーマチュアはステータリングと複数個の突極からなる構造で、組立が容易で、熱放散性が良い回転電機の構造を提供することにある。特に、本発明はステータリングと突極の結合部に形状的工夫を施し、これらの機械的結合力を十分安定させると同時に、前記突極の一部をステータリング表面から外部方向に積極的に突出させて熱放散性の良いモータ構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、固定子のヨークを構成する円筒状のステータリングと、
ロータ磁石を保持し該ステータリングの両端面で回転自在に軸承される回転軸と、
前記ステータリングの内側に配置され固定子巻線を施されて前記ロータ磁石の磁極と対峙する複数の突極と、
を有する円筒ラジアルギャップ型回転電機において、
前記突極の形状は軸方向断面形状がほぼＴ字型で、回転軸に垂直な断面形状はＩ字型であり、前記Ｔ字の上端面である極歯は前記ロータ磁石の外周面に対向配置され、突極下端部で前記ステータリングに設けた貫通部分に機械的に嵌合固定させると共に、前記突極下端部の少なくとも一部を前記ステータリングの外周面から突出させ、
前記突極下端部は、第１のスリットを有し、
前記ステータリングに設けた貫通部分は、前記ステータリングの一方端から他方端に向かって軸方向に伸長し、前記第１のスリットと互いに嵌合される第２のスリットにて構成されてなることを特徴とする円筒ラジアルギャップ型回転電機が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るインナロータ型ＤＣブラシレスモータの軸方向の側断面図であり、図２は半断面正面図である。これらの図から分かるように、本発明にかかるインナロータ型ＤＣブラシレスモータは、外周に円筒型のステータリング１を有する。このステータリング１は固定子のヨークとなるものである。ステータリング１の両端にはフランジ２、２が取り付けられている。フランジ２，２には、ベアリング３，４が固定され、これらベアリング３，４には、回転軸５が回転自在に軸承されている。
【０００７】
図１に示すように、回転軸５には、円筒状のスリーブ６が嵌合しており、このスリーブ６の外周に、希土類合成樹脂型永久磁石からなる界磁磁極としてのロータ磁石７がはめ込まれている。このロータ磁石７の外面には、回転軸線方向に永いＮ極とＳ極が円周に沿って交互に１２極着磁されている。ロータ磁石７の右端縁には、ロータ磁石７の回転位置検出用のロータ磁石位置検出用磁石８がロータ磁石７とは別体に貼着されており、このロータ磁石位置検出用磁石８には、多数のＮ極とＳ極が交互に着磁されている。スリーブ６とベアリング４との間にはスペーサ９が遊嵌されており、ロータ磁石７、スリーブ６、スペーサ９はロータ部１０を構成している。スペーサ９とベアリング４との間の回転軸５にはスラストワッシャ１１が介在し、さらにロータ磁石７とベアリング３との間にもスラストワッシャ１２が介在し、ロータ部１０のスラスト方向の遊びを吸収すると共に、それらの挿入枚数を調整して、ロータの軸方向位置関係が適切になるよう構成されている。なお、ロータ磁石７は合金や焼結型の永久磁石を用いてもよい。
【０００８】
ステータリング１の内側には、ロータ磁石７と空隙１３を介して対峙する突極１４が９極設けられている。該突極１４は図３に示す１枚のＴ字型珪素鋼鈑１４’を複数枚重ねた積層体（図４）からなり、それらの根部１５にはスリット１６が形成されている。また、図５に示すように、ステータリング１にもスリット１７が形成されていて、ステータリング１のスリット１７に図１における左方向から挿入された突極１４は、そのスリット１６にステータリング１の固定部分１８が挿入されて突極１４はステータリング１の内面と密着して固定される。突極１４には、ボビン１９を介して固定子巻線２０が巻回されている。なお、ボビン１９、固定子巻線２０は、突極１４とともに固定磁極２１を構成する。ボビン１９の側端には、板状のプリント配線板２２が添着されている。プリント配線板２２には、モータの駆動回路用電子部品２３が載置され、必要な電気配線が施されているほか、ロータ磁石位置検出用磁石８に形成された複数の磁石と対峙してロータの位置を検出する３個のホール素子２４が搭載されている。プリント配線板２２の端部には外部電気回路との接続を果たすＦＰＣのような引出導線２５が取り付けられており、これに対して必要な電源と信号を付与すればモータは回転する。
【０００９】
図６は、１個の固定磁極２１を示す斜視図である。図６からわかるように、ボビン１９はＴ字型の突極１４の根部１５が挿入できるように、中央部にストレート若しくは先端先細形状の角穴２６を持っている。又、Ｔ字型の突極１４の下端部はステータリング１に接触／固定される。ボビン１９は合成樹脂で一体形成され、その鍔部１９ａの下端部には端子２７が挿入されており、ここに固定子巻線２０の引出線２８先端２９をからげる。なおこの端子２７はプリント配線板２２に挿入され、これにはんだ付けされる。突極１４の先端に設けられた極歯３０の周囲には、図７に示すように、中央に極歯３０の先端が挿通する挿通穴３１を形成した長四辺形をした磁束収束用の極歯板３２がはめ込まれている。なお、本発明では、固定子巻線２０を巻回した複数個の突極１４からなる固定磁極２１をステータリング１の内側に固定してこれらでステータ部を構成している。尚、突極下端部１４”側のボビン１９のツバ部には、ステータリング１の内周面と対応した曲率を持たせている。
【００１０】
ここで、ステータリング１の詳細構造について図５を用いて説明する。図５はステータリング１の拡大斜視図を示したものである。ステータリング１は磁気回路の一部を形成しているので軟磁性材である必要があり本発明の実施の形態では、材料として純鉄を採用している。ステータリング１には突極の数に等しいスリット１７、１７・・・・・が軸方向に沿って施されており、このスリット１７に突極下端部１４”に施されたスリット１６を挿入する事により、ステータリング１と突極１４を機械的及び磁気的に連結する事が出来る。そして、図１及び図２に示すように、突極下端部１４”がステータリング１外周より突出することにより、モータ外周の放熱表面積が増大し、且つ又、最も発熱部に近い一端が、直接モータ外周に突出される点で熱放散性が著しく高まる。
【００１１】
尚、突極１４のスリット１６の溝幅はステータリング１の肉厚に等しいか若しくはこれより狭く、又、ステータリング１のスリット１７の溝幅は突極１４の円周方向幅と等しいか若しくはこれより狭くして、各々圧入しながら組立ることによって磁気的結合が高く且つ、機械的剛性をあげることができる。
【００１２】
図６は前述のように、ボビン１９に固定子巻線２０を巻回した後、ボビン１９の角穴２６に突極１４を挿入した状態を示した斜視図である。この状態に組立たものをステータリング１に、必要個数、放射状に、組み付けることは当然である。また、極歯３０の先端の周囲には、磁束収束用の極歯板３２が設けられているが、この磁束収束用の極歯板３２が取り付けられていることにより、ロータ磁石７からの磁束を有効に突極１４と鎖交させる効果を持たせていると同時に、該極歯板３２に曲率を付けることにより、敢えて、周方向で見たエアギャップ幅を不均等にして、コギング／トルクリップルの改善効果を持たせることが出来る。又、極歯３０はこの磁束収束用の極歯板３２で箍が嵌められることになり、結果として、突極の励磁による振動が低減し低騒音となる。
【００１３】
次に、図８ないし図１０を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。第２の実施の形態の説明において、第１のそれと同一部分には同一符号を図面中に付し、説明の必要のない部分の説明は省略する。第２の実施の形態の特徴は、ステータリング１と突極１４の極結合用に、スリット１７をステータリング１に設けるのではなく、細長い角穴３３をステータリング１に設けた場合の例である。尚、角穴３３から突極１４の下端部１４”をステータリング１の内側方向から外周方向に突出させ、該下端部１４”の両端をステータリング１外周で機械的に曲げることにより、両者を連結・固定させる。
【００１４】
図９は、第２の実施の形態に用いられる突極１４の斜視図である。突極１４は軸方向断面形状がほぼＴ字型であり、図３及び図４に示すものと同様に、４つの部分から成り立っている。即ち、極歯３０で、ロータ磁石７と対向する部分と、ボビン巻した固定子巻線２０を収納する根部１５と、下端部１４”でステータリング１の外周から突出する部分と、一対のスリット１６’１６”の４つの部分である。尚、図中のスリット１６’、１６”の形状はテーパ状であり、突極１４をステータリング１に挿入後、突極１４の下端部１４”を曲げる時、強度を上げることが出来る様に、図中の寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の関係を、
Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ３
とするのが好ましい。この事により、曲率を持ったステータリング１２の外周面にも突極１４を高強度に固定できる。但し、Ｌ１はステータリング１の厚さであり、Ｌ２は基準面からスリット１６’、１６”の最小値であり、Ｌ３は同じく基準面からこれらの最大値である。
図１０は、ステータリング１に突極１４を挿入・固定した状態を示した斜視図である。突極１４下端部１４”の一部は図のように曲げられて固定される。又、突極１４の下端部１４”がステータリング１の外周から突出するので、放熱効果は実施の形態１と同様に高い。尚、モータの放熱効率を更に上げる為には、モータ回転軸５に冷却用ファンを付加し、強制冷却すれば冷却効率は向上する。
【００１５】
以上、本発明を上述の実施の形態により説明したが、本発明は上記実施の形態のようなロータ磁極数（１２極）、突極数（９個）の３相ＤＣブラシレスモータに限るものではなく、相数、ロータ磁極数、突極数はこれに限るものではない。又、ＤＣブラシレスモータだけではなく、永久磁石型の同期モータ及び永久磁石型の発電機にも適用出来るなど、本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であり、これらの変形や応用を本発明の範囲から排除するものではない。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、突極の形状は軸方向断面形状がほぼＴ字型で、回転軸に垂直な断面形状はＩ字型であり、前記Ｔ字の上端面である極歯はロータ磁石の軸方向と対向し、突極下端部で前記ステータリングに設けた貫通部分に機械的に嵌合固定させると共に、前記突極下端部の少なくとも一部を前記ステータリング表面から突出させる構成を有するので、放熱表面積が増大すると同時に、突極部で発生する熱が効率良く回転電機外部に放出される様になり、著しく熱放散が向上した。このため同一温度上昇まで許容される場合には大きな出力を取り出すことが出来る。
特に、突極を電磁鋼板を用い円周方向に積層して構成するので、突極内で生じる鉄損が著しく減少する利点があり、熱放散効率とあいまって、熱的耐量の向上が出来た。特に、ロータ磁極数が大きく且つ高回転使用ではこの突極１０での鉄損が著しく増大するので電磁鋼板を積層した構成の方が好ましい。
また、請求項８に記載の発明では、ロータ磁石からの磁束を有効に突極と鎖交させる効果を持たせていると同時に、該極歯板に曲率を付けることにより、敢えて、周方向で見たエアギャップ幅を不均等にして、コギング／トルクリップルの改善効果を持たせることが出来る。又、極歯はこの磁束収束用の極歯板で箍が嵌められることになり、結果として、突極の励磁による振動が低減し低騒音となる。、インナロータ型のＤＣブラシレスモータで特に著しい効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る円筒型ラジアルギャップ型回転電機の軸方向の側断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る円筒ラジアルギャップ型回転電機の軸方向の半断面正面図である。
【図３】図３は、１枚の突極の斜視図である。
【図４】図４は、積層された突極の斜視図である。
【図５】図５は、ステータリングの斜視図である。
【図６】図６は、固定磁極の斜視図である。
【図７】図７は、磁束収束用の極歯板の斜視図である。
【図８】図８は、本発明に係る円筒ラジアルギャップ型回転電機の第２の実施形態の軸方向側断面図である。
【図９】図９は、第２の実施形態の突極の斜視図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態のステータリングを示す斜視図である。
【符号の説明】
１・・・・・ステータリング
２・・・・・フランジ
３・・・・・ベアリング
４・・・・・ベアリング
５・・・・・回転軸
６・・・・・スリーブ
７・・・・・ロータ磁石
８・・・・・ロータ磁石位置検出用磁石
９・・・・・スペーサ
１０・・・・・ロータ部
１１・・・・・スラストワッシャ
１２・・・・・スラストワッシャ
１３・・・・・空隙
１４・・・・・突極
１４’・・・・Ｔ字型珪素鋼板
１４”・・・・突極下端部
１５・・・・・根部
１６・・・・・スリット
１６’・・・・スリット
１６”・・・・スリット
１７・・・・・スリット
１８・・・・・固定部分
１９・・・・・ボビン
１９ａ・・・・鍔部
２０・・・・・固定子巻線
２１・・・・・固定磁極
２２・・・・・プリント配線板
２３・・・・・電子部品
２４・・・・・ホール素子
２５・・・・・引出導線
２６・・・・・角穴
２７・・・・・端子
２８・・・・・引出線
２９・・・・・先端
３０・・・・・極歯
３１・・・・・挿通穴
３２・・・・・磁束収束用の極歯板
３３・・・・・角穴

Claims

固定子のヨークを構成する円筒状のステータリングと、
ロータ磁石を保持し該ステータリングの両端面で回転自在に軸承される回転軸と、
前記ステータリングの内側に配置され固定子巻線を施されて前記ロータ磁石の磁極と対峙する複数の突極と、
を有する円筒ラジアルギャップ型回転電機において、
前記突極の形状は軸方向断面形状がほぼＴ字型で、回転軸に垂直な断面形状はＩ字型であり、前記Ｔ字の上端面である極歯は前記ロータ磁石の外周面に対向配置され、突極下端部で前記ステータリングに設けた貫通部分に機械的に嵌合固定させると共に、前記突極下端部の少なくとも一部を前記ステータリングの外周面から突出させ、
前記突極下端部は、第１のスリットを有し、
前記ステータリングに設けた貫通部分は、前記ステータリングの一方端から他方端に向かって軸方向に伸長し、前記第１のスリットと互いに嵌合される第２のスリットにて構成されてなることを特徴とする円筒ラジアルギャップ型回転電機。
前記突極は電磁鋼板を円周方向に積層してなることを特徴とする請求項１に記載の円筒ラジアルギャップ型回転電機。
前記ステータリングは両端にそれぞれフランジを具備し、該それぞれのフランジには前記回転軸を回転自在に軸承する軸受が装着されていることを特徴とする請求項１に記載の円筒ラジアルギャップ型回転電機。
回転電機はＤＣブラシレスモータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の円筒ラジアルギャップ型回転電機。
前記突極に設けられた極歯の先端周囲に磁束収束用の極歯板を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の円筒ラジアルギャップ型回転電機。