(57)【要約】【課題】コギングトルクを格段に低減するとともに、定格出力を格段に向上することができるモータを提供する。【解決手段】固定子鉄心２は、そのスロット部２ｄに開口の無い、外周と内周で連結された一体型鉄心となっており、固定子鉄心２に巻装された励磁コイル１は、その負荷側コイルエンド部１ｅの端面が一平面上に形成され、コイルエンド部１ｅの外周と内周が各々一円筒面上に形成されており、環状の溝部５ｅを有する負荷側ブラケット５とコイルエンド部１ｅで嵌合するようにしたモータ。励磁コイル１を構成する板状導体は、積層する片方の面のみ絶縁を施された４種の略コ字状導体で１ターンを構成するモータとする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子が、スロット部を形成した電磁鋼板を複数枚積層してなる一体型固定子鉄心と、その固定子鉄心のティース部に板状導体を径方向へ螺旋状に積層してロ字状に巻装された励磁コイルとを備え、回転子が、前記固定子鉄心の内周にエアギャップを介して対向するマグネットと、回転子鉄心と、シャフトとを備え、前記固定子鉄心が固定される負荷側ブラケットと反負荷側ブラケットを有する外装を設けたモータにおいて、
前記固定子鉄心は、そのスロット部に開口の無い、外周と内周で連結された一体型鉄心となっており、
前記固定子鉄心のティース部に巻装された前記励磁コイルは、その負荷側コイルエンド部の端面が一平面上に形成され、コイルエンド部の外周と内周が各々一円筒面上に形成されており、
前記負荷側ブラケットに、前記負荷側コイルエンド部が嵌合する環状の溝部を設けたことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記励磁コイルを構成する板状導体は、積層する片方の面のみ絶縁を施された４種の略コ字状導体で１ターンを構成したことを特徴とする請求項１記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スロット部を形成した電磁鋼板を複数枚積層してなる一体型固定子鉄心と、その固定子鉄心のティース部に板状導体を径方向へ螺旋状に積層してロ字状に巻装された励磁コイルを備えたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、モータに要求される品質のなかに、コギングトルク低減と高出力化がある。例えば、コギングトルクを低減するため、固定子鉄心のティースヘッド形状の検討に多大の労力を要してきた。従来のモータでは、その解決策の１つとして固定子鉄心を２分割して内側の鉄心を連結するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、従来技術を、図面を用いて簡単に説明する。
図１３は従来技術におけるモータの径方向断面図、図１４は同モータの軸方向断面図である。
図１３及び図１４において、固定子鉄心は外側固定子鉄心２ａと内側固定子鉄心２ｂに２分割されており、内側固定子鉄心２ｂのティース部間のスロットに、ボビン１６に巻装された励磁コイル１５が装着されている。内側固定子鉄心２ｂの内周に、空隙を介して回転子が設けられており、回転子はマグネット１１とロータ鉄心１３とシャフト１４により構成されている。マグネット１１の外周には保護テープ１２が巻き付けられ、遠心力によるマグネット１１の飛散を防止している。外側固定子鉄心２ａの外周はフレーム１７に内装されており、フレーム１７、負荷側ブラケット５、反負荷側ブラケット６によりモータの外装が形成され、負荷側ベアリング９、反負荷側ベアリング１０によりシャフト１４が支持されている。なお、反負荷側ブラケット６の内側には、固定子コイル結線部７が配置され、また反負荷側ブラケット６の外側には、シャフト１４の回転位置を検出する回転位置検出部８が設けられている。
【０００４】
図１３において、内側固定子鉄心２ｂの内周は連結されており、回転子のマグネット１１の磁束に対して急激な磁気抵抗変化を無くすことで、コギングトルクの低減に貢献している。また、励磁コイル１５は個別にボビン１６に巻装された後、内側固定子鉄心２ｂに装着され、外側固定子鉄心２ａと一体化される。
この分割型固定子鉄心を有するモータは、組立て後の固定子鉄心が軟弱のため、その内径真円度を保つために、フレーム１７にも相当な精度と強度を必要とする。
励磁コイル１５での発熱は、主にボビン１６を介して内側固定子鉄心２ｂ、外側固定子鉄心２ａ、フレーム１７から負荷側ブラケット５へと伝導し、外部へと放熱される。
モータの定格出力は、モータが許容できる最高温度で決定されるため、内側固定子鉄心２ｂと外側固定子鉄心２ａ、または外側固定子鉄心２ａとフレーム１７の密着性は、熱伝導に関して、モータの定格を左右する重要な要因となり、例えばフレーム１７は焼き嵌め等により固定子鉄心を強力に締付け保持することが多い。
また、励磁コイルの形成には、巻線によらず、固定子鉄心のティース部に板状導体を径方向へ螺旋状に積層して、ロ字状に巻装する方法もある（例えば、特許文献２参照）。この方法によれば、特許文献１のように励磁コイル装着のために固定子鉄心を分割することが不要となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３４７０２号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−３６９４２８号公報（第７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
固定子鉄心を２分割して内側の鉄心を連結する従来のモータは、回転するロータのマグネットの磁束に対して急激な磁気抵抗変化を無くすことで、基本的にコギングトルクの低減に貢献できる。しかし、実際には固定子鉄心の分割による組立後の精度悪化とフレーム等の圧迫荷重により、固定子鉄心の内径真円度が悪化して、その効果を十分に達成していないという問題があり、特許文献１にも同様の記述がある。
また、励磁コイルに巻線を使用しているため、負荷側コイルエンド部を一平面状に形成できず、生じた発熱を負荷側ブラケットに密接して直接放熱できない。結果として放熱は、前記フレームを経由して行うこととなり、放熱が効果的に行われていないためモータの定格を現状に止めているというような問題もある。
一方、特許文献２記載の板状導体からなる励磁コイルによれば、固定子鉄心を分割することが不要となるが、同文献中に示されている図４を始めとする導体片の形状、接合には、導体片にある程度の厚みが必要であり、ターン数が多く必要なモータには適用できないという問題がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、励磁コイルのターン数の多少に拘わらず、コギングトルクを格段に低減するとともに、定格出力を格段に向上することができるモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明の第１の構成は、固定子が、スロット部を形成した電磁鋼板を複数枚積層してなる一体型固定子鉄心と、その固定子鉄心のティース部に板状導体を径方向へ螺旋状に積層してロ字状に巻装された励磁コイルとを備え、回転子が、前記固定子鉄心の内周にエアギャップを介して対向するマグネットと、回転子鉄心と、シャフトとを備え、前記固定子鉄心が固定される負荷側ブラケットと反負荷側ブラケットを有する外装を設けたモータにおいて、前記固定子鉄心は、そのスロット部に開口の無い、外周と内周で連結された一体型鉄心となっており、前記固定子鉄心のティース部に巻装された前記励磁コイルは、その負荷側コイルエンド部の端面が一平面上に形成され、コイルエンド部の外周と内周が各々一円筒面上に形成されており、前記負荷側ブラケットに、前記負荷側コイルエンド部が嵌合する環状の溝部を設けたものである。
また、本発明の第２の構成は、前記励磁コイルを構成する板状導体は、積層する片方の面のみ絶縁を施された４種の略コ字状導体で１ターンを構成するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の第１の構成によると、開口部の無い一体型鉄心を用いるため頑強な構造となり特に内径の真円度が向上することから、回転するロータのマグネットの磁束に対して急激な磁気抵抗変化を無くすという、内周を連結した固定子鉄心のコギングトルク低減効果を十分に達成することができる。
また、固定子鉄心のティース部に巻装された励磁コイルは、その負荷側コイルエンド部の端面が一平面上に形成され、コイルエンド部の外周と内周が各々一円筒面上に形成されており、負荷側ブラケットに設けた環状の溝部とコイルエンド部で嵌合するため、励磁コイルで生じた発熱を負荷側ブラケットとの嵌合部を通して直接放熱でき、冷却効果が向上するため、モータが許容できる最高温度に対してより大きな通電が可能となり、定格出力を格段に向上することができる。
また、本発明の第２の構成によると、励磁コイルを構成する板状導体は、積層する片方の面のみ絶縁を施された導体で構成するため、例えば、片面に絶縁皮膜を持つアルミ箔を切り抜く等、非常に薄い導体での製作も可能であり、励磁コイルのターン数の多少に拘わらず、第１の構成のモータの励磁コイルとして好適に使用することができる。また、板状導体を圧接のみで励磁コイルに構成したモータの場合、分解に関して、導体片までの資源回収が可能となり、リサイクル社会への対応に適したモータとも成し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るモータの径方向断面図、図２は同モータの軸方向断面図である。
図１及び図２において、本実施の形態のモータは、板状導体よりなる励磁コイル１および固定子鉄心２からなる固定子と、マグネット１１、ロータ鉄心１３およびシャフト１４からなる回転子とにより構成されている。マグネット１１の表面は、保護テープ１２で被覆されている。固定子鉄心２は、ティース部２ｃとスロット部２ｄを有しており、スロット部２ｄに、第１のインシュレータ３を介して励磁コイル１が装着されている。固定子鉄心２の負荷側には負荷側ブラケット５が、反負荷側には反負荷側ブラケット６がそれぞれ固定されており、負荷側ブラケット５および反負荷側ブラケット６の中心部に、それぞれ負荷側ベアリング９および反負荷側ベアリング１０を介してシャフト１４が設けられている。
負荷側ブラケット５の内側には、環状の溝部５ｅが設けられており、その溝部５ｅに、第２のインシュレータ４を介して励磁コイル１の負荷側コイルエンド部１ｅが嵌合するようになっている。なお、反負荷側ブラケット６の内側には、固定子コイル結線部７が配置され、また反負荷側ブラケット６の外側には、シャフト１４の回転位置を検出する回転位置検出部８が設けられている。
【００１０】
図１において、固定子鉄心２のスロット部２ｄは、開口の無い、外周と内周で連結された一体型鉄心となっているため、頑強な構造となり、特に内径の真円度が向上することから、回転子のマグネット１１の磁束に対して急激な磁気抵抗変化を無くすという、内周を連結した固定子鉄心２のコギングトルク低減効果を十分に達成することができる。
図３は、固定子鉄心２と第１のインシュレータ３の形状説明図であり、第１のインシュレータ３は、負荷側の第１のインシュレータ３ａと、反負荷側の第１のインシュレータ３ｂとからなっている。各々の第１のインシュレータ３ａ，３ｂは筒状であり、負荷側と反負荷側より固定子鉄心２の各スロット２ｄに挿入し、励磁コイル１と固定子鉄心２を絶縁する。比較的小さなモータでは、負荷側の全ての第１のインシュレータ３ａまたは反負荷側の全ての第１のインシュレータ３ｂを、一体で樹脂成形することもある。
【００１１】
図４は、励磁コイル１が固定子鉄心２に巻装された状態説明図である。
図４において、固定子鉄心２に巻装された励磁コイル１は、その負荷側コイルエンド部１ｅの端面が一平面上に形成され、コイルエンド部１ｅの外周と内周が各々一円筒面上に形成されており、図２に示すように、環状の溝部５ｅを有する負荷側ブラケット５とコイルエンド部１ｅで嵌合するようにしている。そのため、励磁コイル１で生じた発熱を負荷側ブラケット５との嵌合部を通して直接放熱でき、冷却効果が向上する。したがって、モータが許容できる最高温度に対してより大きな通電が可能となり、定格出力を格段に向上することができる。
【００１２】
図５及び図６は、本発明の実施の形態に係る励磁コイル１を示すもので、図５は励磁コイルの構成を示す分解斜視図、図６は励磁コイルの４種の略コ字状導体の連結状態説明図である。
図５及び図６に示すように、励磁コイル１は、負荷側の下層部を構成する板状導体１Ａ、負荷側の上層部を構成する板状導体１Ｂ、反負荷側の下層部を構成する板状導体１Ｃ、および反負荷側の上層部を構成する板状導体１Ｄの４種の略コ字状導体から構成されており、これらの４種の板状導体により励磁コイル１の１ターンが構成され、詳細な形状は各ターン毎に変化するが、この４種の板状導体を繰返し所望のターン数積層することで励磁コイル１を構成する。
【００１３】
４種の板状導体は、例えば、片面のみ絶縁皮膜を施された銅板をプレスで打ち抜いたり、又は成形後片面のみ吹付けにより絶縁皮膜を施され製作される。板状導体１Ａと１Ｃは下面が絶縁面であり、板状導体１Ｂと１Ｄは上面が絶縁面である。板状導体１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの順序で略コ字状導体の２つの端部をスロット内に、板状導体１Ａ、１Ｂは負荷側より、板状導体１Ｃ、１Ｄは反負荷側より装着する。板状導体１Ａ、１Ｂを軸方向に見ると形状が円弧状を成しており、固定子鉄心に装着後は、図４に示すようにコイルエンド部１ｅの外周と内周が各々一円筒面上に形成される。板状導体１Ｃ、１Ｄは、反負荷側のコイルエンド部１ｅにおいて１層上のターンに連結するための形状を成し、スロット部２ｄ内で１層上のターンの板状導体１Ａ、１Ｂに連結する。
【００１４】
図６は最下層から２番目のターンを構成する４種の略コ字状導体の連結状態を、２つの軸方向と２つの周方向から見た図として示すものである。通電が仮に下層から上層になされるとし、通電経路を図６を用いて説明すれば、板状導体１Ｂの右端の下面を通して板状導体１Ｂに入った電流は、絶縁のない下面より同じく絶縁のない板状導体１Ａの上面を通して板状導体１Ａにも入り、板状導体１Ａ、１Ｂを左に流れる。板状導体１Ａの左端の上面より、板状導体１Ｄの右端の下面を通して入った電流は、絶縁のない下面より同じく絶縁のない板状導体１Ｃの上面を通して板状導体１Ｃにも入り、板状導体１Ｃ、１Ｄを左に流れる。電流は、板状導体１Ｃの左端の上面より板状導体１Ｂの右端の下面を通して１層上のターンに流れる。これを繰返すことで電流の通電が下層から上層になされるのである。各ターン間の絶縁は、板状導体１Ａ、１Ｃの下面の絶縁、板状導体１Ｂ、１Ｄの上面の絶縁により確保される。
以上の説明は、各板状導体を圧接のみで連結した場合であるが、導電性接着材やハンダを用いて、図中の板状導体１Ａと１Ｃ、板状導体１Ｂと１Ｄの対面する端部を連結すれば、通電は常に２つの導体を経路として通電される。
【００１５】
図７乃至図１１は、これら４種の板状導体を用いて、実際に励磁コイルを構成する過程を示す説明図である。
図７において、１Ａｓは負荷側の下層部を構成する板状導体の最下層の導体、１Ｂｓは負荷側の上層部を構成する板状導体の最下層の導体であり、この２つの導体を１Ａｓ、１Ｂｓの順番に負荷側よりスロットに装着する。１Ａｓｉ、１Ｂｓｉは励磁コイル構成後の一方の通電端部である。
図８において、１Ｃｓは反負荷側の下層部を構成する板状導体の最下層の導体、１Ｄｓは反負荷側の上層部を構成する板状導体の最下層の導体である。この２つの導体を１Ｃｓ、１Ｄｓの順番に反負荷側よりスロットに装着する。その際、反負荷側の下層部を構成する板状導体の最下層の導体の一方の通電端部１Ｃｓｉを、負荷側の下層部を構成する板状導体の最下層の導体のもう一方の通電端部１Ａｓｏに、反負荷側の上層部を構成する板状導体の最下層の導体の一方の通電端部１Ｄｓｉを、負荷側の上層部を構成する板状導体の最下層の導体のもう一方の通電端部１Ｂｓｏに密着するように装着する。
その後は、図９に示すように、１Ａｓ、１Ｂｓ、１Ｃｓ、１Ｄｓの４種の板状導体を繰返し所望のターン数積層することで励磁コイルを構成することは、前記の通りである。
【００１６】
図１０において、１Ａｅは負荷側の下層部を構成する板状導体の最上層の導体、１Ｂｅは負荷側の上層部を構成する板状導体の最上層の導体であり、この２つの導体を１Ａｅ、１Ｂｅの順番に負荷側よりスロットに装着する。
その結果、図１１のように、１つの励磁コイルが構成される。１Ａｅｏ、１Ｂｅｏは励磁コイルのもう一方の通電端部である。
図１２は、励磁コイルの１つが固定子鉄心２に巻装された状態を斜め反負荷側より見た説明図である。
励磁コイルの通電端部である１Ａｓｉ、１Ｂｓｉ、１Ａｅｏ、１Ｂｅｏは、図２における固定子コイル結線部７で適当に結線され、モータの固定子が構成される。
【００１７】
以上、説明したように、本発明においては、外周と内周で連結された頑強な構造の一体型固定子鉄心を用いることにより、コギングトルク低減を達成することができる。
また、板状導体よりなる励磁コイルをコギングトルク低減と定格出力向上の目的で利用すること、スロット部に開口の無いモータで用いること、また、４種の略コ字状導体で１ターンを構成することにより、ターン数の多少に拘わらず、好適な励磁コイルを製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、モータの小型化および高精度化を実現でき、工場やロボットに用いられるサーボモータ等の分野に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態を示すモータの径方向断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示すモータの軸方向断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における固定子鉄心と第１のインシュレータの形状説明図である。
【図４】本実施の形態の励磁コイルが固定子鉄心に巻装された状態説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る励磁コイルの構成を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る励磁コイルの４種の略コ字状導体の連結状態説明図である。
【図７】本発明の励磁コイルの構成過程の最初の説明図である。
【図８】本発明の励磁コイルの構成過程の２番目の説明図である。
【図９】本発明の励磁コイルの構成過程の３番目の説明図である。
【図１０】本発明の励磁コイルの構成過程の４番目の説明図である。
【図１１】本発明の励磁コイルの構成過程の最後の説明図である。
【図１２】本発明の励磁コイルの１つが固定子鉄心に巻装された状態説明図である。
【図１３】従来のモータの径方向断面図である。
【図１４】従来のモータの軸方向断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  励磁コイル
２  固定子鉄心
３  第１のインシュレータ
４  第２のインシュレータ
５  負荷側ブラケット
６  反負荷側ブラケット
７  固定子コイル結線部
８  回転位置検出部
９  負荷側ベアリング
１０  反負荷側ベアリング
１１  マグネット
１２  保護テープ
１３  ロータ鉄心
１４  シャフト
１５  励磁コイル
１６  ボビン
【図１】
2006050853.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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