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発明の名称 回転電機の鉄心及びリニアモータの鉄心
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−97276(P2007−97276A)
公開日 平成19年4月12日(2007.4.12)
出願番号 特願2005−281195(P2005−281195)
出願日 平成17年9月28日(2005.9.28)
代理人 【識別番号】100094916
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 啓吾
発明者 桶谷 直弘 / 三好 帥男 / 藤田 陽一
要約 課題
磁気特性が良く製造コストが安い回転電機の鉄心を提供する。

解決手段
環状のヨーク部11と、このヨーク部11から突設するティース部12と、ティース部12の反対側の位置に軸方向に延設する溝13を有する積層コア部6と、積層コア部6の軸方向端面のティース先端部付近から軸方向外側に延設される軸方向延設部7Aと、積層コア部6の軸方向端面のティース部12に沿って溝13まで延設されるティース延設部7Bと、積層コア部6の溝13にはめ込まれる溝はめ込み部7Cを有する補助磁性部材7と、積層コア部6のティース部12と補助磁性部材7に巻回する巻線10を備え、巻線10による締め付け力により補助磁性部材7を積層コア部6へ固定する。
特許請求の範囲
【請求項1】
回転電機の軸方向に延在する補助磁性部材を備えた回転電機の鉄心であって、
環状のヨーク部と、上記ヨーク部から突設するティース部と、上記ティース部の反対側の位置に軸方向に延設する溝を有する積層コア部と、
上記積層コア部の軸方向端面のティース先端部付近から軸方向外側に延設される軸方向延設部と、上記積層コア部の軸方向端面のティース部に沿って上記溝まで延設されるティース延設部と、上記積層コア部の溝にはめ込まれる溝はめ込み部を有する補助磁性部材と、
上記積層コア部のティース部と上記補助磁性部材に巻回する巻線を備えたことを特徴とする回転電機の鉄心。
【請求項2】
上記補助磁性部材において、軸方向延設部のみの周方向の幅を広くしたことを特徴とする請求項1に記載の回転電機の鉄心。
【請求項3】
上記補助磁性部材の厚みを上記積層コア部の各コア部材の厚みより大きくしたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回転電機の鉄心。
【請求項4】
リニアモータの幅方向に延在する補助磁性部材を備えたリニアモータの鉄心であって、
ヨーク部と、上記ヨーク部から突設するティース部と、上記ティース部の反対側に幅方向に延設する溝を有する積層コア部と、
上記積層コア部の幅方向端面のティース先端部付近から外側に延設される幅方向延設部と、上記積層コア部の幅方向端面のティース部に沿って上記溝まで延設されるティース延設部と、上記積層コア部の溝にはめ込まれる溝はめ込み部を有する補助磁性部材と、
上記積層コア部のティース部と上記補助磁性部材に巻回する巻線を備えたことを特徴とするリニアモータの鉄心。
【請求項5】
上記補助磁性部材において、幅方向延設部のみの推進方向の幅を広くしたことを特徴とする請求項4に記載の回転電機の鉄心。
【請求項6】
上記補助磁性部材の厚みを上記積層コア部の各コア部材の厚みより大きくしたことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の回転電機の鉄心。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、回転電機又はリニアモータの鉄心の構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、回転電機の鉄心として以下に示すものがあった(例えば、特許文献1参照)。すなわち、回転子の内側に配設されている固定子は積層コアを備え、積層コアは磁性体シート部材で挟まれ、リベットをかしめることにより一体化されている。磁性体シート部材には巻線用銅線が巻き付けられ、発電コイルが形成されている。
【0003】
【特許文献1】特開2004−88945号公報(段落[0013]、図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来の磁性体シート部材を備えた回転電機の鉄心は以上のように構成されているので、積層コアにリベット締結部材用の穴を設ける必要がある。そのため、鉄心の磁気特性の低下を招くという問題点があった。また、リベットの締結工程がある分製造コストが高くなるという問題点があった。
【0005】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、磁気特性が良く製造コストが安い回転電機の鉄心を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明に係る回転電機の鉄心は、環状のヨーク部と、このヨーク部から突設するティース部と、このティース部の反対側の位置に軸方向に延設する溝を有する積層コア部と、積層コア部の軸方向端面のティース先端部付近から軸方向外側に延設される軸方向延設部と、積層コア部の軸方向端面のティース部に沿って溝まで延設されるティース延設部と、積層コア部の溝にはめ込まれる溝はめ込み部を有する補助磁性部材と、積層コア部のティース部と補助磁性部材に巻回する巻線を備えたことを特徴とする。
【0007】
この発明に係るリニアモータの鉄心は、ヨーク部と、このヨーク部から突設するティース部と、このティース部の反対側に幅方向に延設する溝を有する積層コア部と、積層コア部の幅方向端面のティース先端部付近から外側に延設される幅方向延設部と、積層コア部の幅方向端面のティース部に沿って溝まで延設されるティース延設部と、積層コア部の溝にはめ込まれる溝はめ込み部を有する補助磁性部材と、積層コア部のティース部と補助磁性部材に巻回する巻線を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
この発明の回転電機の鉄心によれば、補助磁性部材の積層コア部に対する位置決めを補助磁性部材と溝のはめ合いにより行うことができる。また、補助磁性部材の積層コア部への固定を巻線の巻回による締め付け力により行うことができるため、積層コア部に締結部材用の穴を開ける必要がない。
【0009】
この発明のリニアモータの鉄心によれば、補助磁性部材の積層コア部に対する位置決めを補助磁性部材と溝のはめ合いにより行うことができる。また、補助磁性部材の積層コア部への固定を巻線の巻回による締め付け力により行うことができるため、積層コア部に締結部材用の穴を開ける必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
【0011】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による回転電機を示す断面図である。本実施の形態ではブラシレスDCモータの場合を例にとって説明する。
【0012】
図1において、ブラシレスDCモータ(回転電機)1は、回転軸2Aを備えた回転子2と、回転子2の周囲に対向して配置された固定子3を備えている。回転子2は、固定子3に対して軸受4を介して回転自在に取り付けられている、また、回転子2は、固定子3との対向面に永久磁石5が取り付けられている。固定子3は、電磁鋼板等を積層してなる積層コア部6と、補助磁性部材7とから構成される鉄心8を備えている。
【0013】
積層コア部6と補助磁性部材7とから構成される鉄心8には、絶縁部材9を介して電機子巻線10が巻装されている。回転子2の永久磁石5の軸方向長さは、固定子3の積層コア部6と補助磁性部材7の軸方向長さの和にほぼ等しく設定している。永久磁石5の補助磁性部材7に対向する部分から発生する磁束は、補助磁性部材7を通って積層コア部6に集められる。一方、電機子巻線10により積層コア部6に発生する磁束は補助磁性部材7によって拡げられるために永久磁石5の軸方向全長に作用させることができる。また、回転子2の軸方向端面には永久磁石11が取り付けられるとともに、永久磁石11と対向する位置には磁束を検出するセンサ(図示せず)が設置され、永久磁石11と当該センサ(図示せず)により回転子2の位置を検出して電機子巻線10に流す電流を制御する。
【0014】
図2(a)はこの発明の実施の形態1による鉄心8の正面図、図2(b)は図2(a)のA−A線断面図、図3は図2の鉄心から積層コア部6のみ取り出して示した正面図、図4は図2の鉄心から補助磁性部材7のみ取り出して示した正面図である。
【0015】
図3に示すように、積層コア部6は、環状のヨーク部61と、このヨーク部61から内周方向に突設する複数個のティース部62を備えた電磁鋼板等からなるコア部材60を、軸方向に積層することにより構成している。コア部材60には、ティース部62の反対側の位置に溝63が設けられている。すなわち、図2(a)、(b)に示すように、コア部材60を軸方向に積層した積層コア部6は、全体として、環状のヨーク部11と、このヨーク部11から内周方向に突設するティース部12と、ティース部12と反対側の位置に軸方向に延びる溝13を有している。
【0016】
補助磁性部材7は、図2(b)に示すように、積層コア部6の軸方向端面のティース先端部付近から軸方向外側に延設される軸方向延設部7Aと、積層コア部6の軸方向端面のティース先端部で約90度曲げられてティース部12に沿って溝13の入口まで延設されるティース延設部7Bと、積層コア部6の溝13の入口で約90度曲げられて溝13にはめ込まれる溝はめ込み部7Cを有している。
【0017】
図3及び図4に示すように、補助磁性部材7の溝はめ込み部7Cの幅w2は、積層コア部6の溝13の幅w1とほぼ同じ寸法になっており、補助磁性部材7を積層コア部6へ組み付ける時の位置決めの機能を果たす。はめ込み部の隙間(w1−w2)は位置決め精度を優先する場合は小さく設定し、組み付け易さを優先する場合は大きく設定する。補助磁性部材7は、永久磁石5から発生する磁束および電機子巻線10により積層コア部6に発生する磁束の磁路となっているため、磁気特性上できる限りティース延設部7Bの幅w4は大きい方が望ましい。その一方、巻線10を収容する部分を確保する必要もあるので、ティース延設部7Bの幅w4はティース部12の幅w3とほぼ同じ寸法となっている。
【0018】
このように、本実施の形態によれば、環状のヨーク部11と、ヨーク部11から突設するティース部12と、ティース部12の反対側の位置に軸方向に延設する溝13を有する積層コア部6と、積層コア部6の軸方向端面のティース先端部付近から軸方向外側に延設される軸方向延設部7Aと、積層コア部6の軸方向端面のティース部12に沿って溝13まで延設されるティース延設部7Bと、積層コア部6の溝13にはめ込まれる溝はめ込み部7Cを有する補助磁性部材7と、積層コア部6のティース部12と補助磁性部材7に巻回する巻線10を備えたので、巻線10による締め付け力により補助磁性部材7に対して積層コア部6のティース部12への押し付け力が発生し、補助磁性部材7を積層コア部6へ固定することができる。このため、従来のようなリベット等の締結部材が不要となり、積層コア部6に締結部材用の穴をあける必要がないので磁気特性の良好な鉄心を得ることができる。
【0019】
また、補助磁性部材7において、軸方向延設部7Aのみの周方向の幅w5を広くした場合はさらに磁気特性の良好な鉄心を得ることができる。この補助磁性部材7の正面図を図5に示す。
【0020】
このような構成によれば、永久磁石5から発生する磁束をより広い面積で集めることができる。また電機子巻線10により積層コア6に発生する磁束を永久磁石5のより広い面積に作用させることができる。
【0021】
また、図6に補助磁性部材7の厚みT2(例えば約1mm)を積層コア部6の各コア部材の厚みT1(例えば約0.6mm)より大きくした場合の図2(a)のA−A線断面図を示す。
【0022】
このような構成によれば、補助磁性部材7における磁束の通過断面を大きくすることができるため、磁気特性が良くなる。また、補助磁性部材7の剛性が上がるので、回転子2の永久磁石5と補助磁性部材7との間に作用する磁気吸引力による補助磁性部材7のたわみ量は小さくなり、回転子2と固定子3の間の空隙が確保しやすくなる。
【0023】
なお、実施の形態1では、積層コア部6のティース部12がヨーク部11から内周方向に突設されている場合の鉄心構造を示したが、積層コア部のティース部がヨーク部から外周方向に突設されている場合の鉄心構造においても同様に適用できる。
【0024】
また、実施の形態1の説明では、固定子の鉄心構造に適用した例を示したが、回転子の鉄心構造に適用しても同様の効果が得られる。
【0025】
実施の形態2.
上記実施の形態1では、本願発明を回転電機の鉄心構造に適用したものについて説明したが、実施の形態2では、リニアモータの鉄心構造に適用した場合について説明する。
【0026】
図7はこの発明の実施の形態2によるリニアモータの側面図であり、図8は図7のB−B線断面図である。
【0027】
図7に示すように、リニアモータ100は、電機子115と界磁極116のいずれか一方を固定子としいずれか他方を可動子として、電機子115と界磁極116を相対的に移動可能なように構成したものである。電機子115は、電磁鋼板等を積層してなる積層コア部106と補助磁性部材107とから構成される鉄心108を備えている。界磁極116は、ヨーク部114とヨーク部114に所定間隔で配設された永久磁石105を備えている。
【0028】
積層コア部106と補助磁性部材107とから構成される鉄心108には、電機子巻線110が巻装されている。図8に示すように、界磁極114の永久磁石の幅方向長さw10は、電機子115の積層コア部106と補助磁性部材107の幅方向長さの和にほぼ等しく設定している。永久磁石105の補助磁性部材107に対向する部分から発生する磁束は、補助磁性部材107を通って積層コア部106に集められる。一方、電機子巻線110により積層コア部106に発生する磁束は補助磁性部材107によって拡げられるために永久磁石105の幅方向全長に作用させることができる。
【0029】
積層コア部106は、ヨーク部と、このヨーク部から界磁極方向に突設する複数個のティース部を備えた電磁鋼板等からなるコア部材を、リニアモータの幅方向に積層することにより構成している。このコア部材には、ティース部の反対側の位置に溝が設けられている。すなわち、積層コア部106は、全体として、ヨーク部111と、このヨーク部111から界磁極方向に突設するティース部112と、ティース部112と反対側の位置に幅方向に延びる溝113を有している。
【0030】
補助磁性部材107は、図8に示すように、積層コア部106の幅方向端面のティース先端部付近から幅方向外側に延設される幅方向延設部107Aと、積層コア部106の幅方向端面のティース先端部で約90度曲げられてティース部112に沿って溝113の入口まで延設されるティース延設部107Bと、積層コア部106の溝113の入口で約90度曲げられて溝113にはめ込まれる溝はめ込み部107Cを有している。
【0031】
補助磁性部材107の溝はめ込み部7Cの幅は、積層コア部106の溝113の幅とほぼ同じ寸法になっており、補助磁性部材107を積層コア部106へ組み付ける時の位置決めの機能を果たす。はめ込み部の隙間は位置決め精度を優先する場合は小さく設定し、組み付け易さを優先する場合は大きく設定する。補助磁性部材107は、永久磁石105から発生する磁束および電機子巻線110により積層コア部106に発生する磁束の磁路となっているため、磁気特性上できる限りティース延設部107Bの幅は大きい方が望ましい。その一方、巻線110を収容する部分を確保する必要もあるので、ティース延設部7Bの幅はティース部112の幅とほぼ同じ寸法となっている。
【0032】
このように、本実施の形態によれば、ヨーク部111と、ヨーク部11から突設するティース部112と、ティース部112の反対側に幅方向に延設する溝113を有する積層コア部106と、積層コア部106の幅方向端面のティース先端部付近から外側に延設される幅方向延設部107Aと、積層コア部106の幅方向端面のティース部112に沿って溝113まで延設されるティース延設部107Bと、積層コア部106の溝113にはめ込まれる溝はめ込み部107Cを有する補助磁性部材107と、積層コア部106のティース部112と補助磁性部材107に巻回する巻線110を備えたので、巻線110による締め付け力により補助磁性部材107に対して積層コア部106のティース部112への押し付け力が発生し、補助磁性部材107を積層コア部106へ固定することができる。このため、従来のようなリベット等の締結部材が不要となり、積層コア部106に締結部材用の穴をあける必要がないので磁気特性の良好な鉄心を得ることができる。
【0033】
また、補助磁性部材107において、幅方向延設部107Aのみの推進方向の幅を広くした場合はさらに磁気特性の良好な鉄心を得ることができる。
【0034】
このような構成によれば、永久磁石105から発生する磁束をより広い面積で集めることができる。また電機子巻線110により積層コア106に発生する磁束を永久磁石105のより広い面積に作用させることができる。
【0035】
また、補助磁性部材107の厚み(例えば約1mm)を積層コア部106の各コア部材の厚みT1(例えば約0.6mm)より大きくする。
【0036】
このような構成によれば、補助磁性部材107における磁束の通過断面を大きくすることができるため、磁気特性が良くなる。また、補助磁性部材107の剛性が上がるので、永久磁石105と補助磁性部材107との間に作用する磁気吸引力による補助磁性部材107のたわみ量は小さくなり、電機子115と界磁極116の間の空隙が確保しやすくなる。
【0037】
上記実施の形態1、2では、図1、図2、図6、図8に示すように、補助磁性部材が積層コア部の両側の端面にそれぞれ1個ずつ組み付けた場合を示したが、例えば積層コア部の片側の端面側が近傍の他部品と干渉する場合などは、積層コア部の片側の端面のみに補助磁性部材を組み付けてもよい。また、部品点数を減らす目的等で、両側2つの補助磁性部材の溝はめ込み部どうしをつなげて補助磁性部材を1つの部材としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】この発明の実施の形態1による回転電機を示す断面図である。
【図2】この発明の実施の形態1による鉄心の正面図、及びA−A線断面図である。
【図3】図2の鉄心から積層コア部のみを取り出して示した正面図である。
【図4】図2の鉄心から補助磁性部材のみを取り出して示した正面図である。
【図5】この発明の実施の形態1による補助磁性部材の他の例を示す正面図である。
【図6】この発明の実施の形態1による補助磁性部材の他の例を示す正面図である。
【図7】図7はこの発明の実施の形態2によるリニアモータの側面図である。
【図8】図7のB−B線断面図である。
【符号の説明】
【0039】
1 回転電機、2 回転子、3 固定子、5 永久磁石、6 積層コア部、
7 補助磁性部材、7A 軸方向延設部、7B ティース延設部、7C 溝はめ込み部、8 鉄心、10 電機子巻線、11 ヨーク部、12 ティース部、13 溝、
60 コア部材、61 ヨーク部、62 ティース部、100 リニアモータ、
105 永久磁石、106 積層コア部、107 補助磁性部材、
107A 幅方向延設部、107B ティース延設部、107C 溝はめ込み部、
108 鉄心、110 電機子巻線、111 ヨーク部、112 ティース部、
113 溝、114 ヨーク部、115 電機子、116 界磁極。




 

 


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