(57)【要約】【課題】分割されたコアを有する電動機の効率を向上する。【解決手段】コア２０を分割した基礎部３２と立設部３４をボルト３６を用いて締結する。これにより、基礎部３２と立設部３４の接合面４６が密着し磁気抵抗が低減し効率が向上する。また、ボルト３６を非磁性材料とし、ボルトを通る磁束を低減して、ボルト内で発生する渦電流を減少させる。さらに、ティース先端面４８とボルト頭頂面５０の距離Ｈと、ボルト穴の直径Ｄとの比（Ｈ／Ｄ）を０．３以下とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨークにティースを立設してコアを形成し、ティースにコイルを設けて磁極とした電動機であって、
ティースは、ヨークから立設した幹部と、幹部の先端両側に張り出したかさ部を有し、
コアは、ティースの根元またはティースの幹部において、ヨークを含む基礎部と、立設部とに分割されており、コイルが、この基礎部とかさ部の間に保持され、
前記基礎部と前記立設部は、ティースの立設方向に延びて配置されたボルトを用いて固定される、
電動機。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機であって、前記ボルトは非磁性材料製である、電動機。
【請求項３】
請求項２に記載の電動機であって、
前記ボルトは、ティースに明けられたボルト穴にティース先端より挿入され、ティース先端面からボルト頭の頂面までの距離と、ティース先端面におけるボルト穴の直径との比が、０．３以上である、
電動機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機であって、前記基礎部と前記立設部の接合面には、これらを固定した際に互いに噛み合う凹凸が設けられた、電動機。
【請求項５】
ヨークにティースを立設してコアを形成し、ティースにコイルを設けて磁極とした電動機であって、
ティースは、ヨークから立設した幹部と、幹部の先端両側に張り出したかさ部を有し、
コアは、ティースの根元またはティースの幹部において、ヨークを含む基礎部と、立設部とに分割されており、コイルが、この基礎部とかさ部の間に保持され、
前記基礎部と前記立設部は、それらの接合面に設けられた凹凸を噛み合わせて結合固定される、
電動機。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機であって、コアは、磁性材料の粉末または粒子を所定形状に押し固めた圧粉磁心である、電動機。
【請求項７】
請求項６に記載の電動機であって、コアの立設部は基礎部に対して強度を高くし、基礎部は立設部に対して比抵抗を大きくした、電動機。
【請求項８】
請求項１から７に記載の電動機であって、当該電動機は、相互作用する固定子の極と回転子の極が、当該電動機の軸方向に対向するアキシャルモータである、電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機に関し、磁路となるコアの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機は、移動する磁界を形成するために、配列された磁極を有する。磁極は、一般的に、共通のヨークに立設されたティースと、このティースに巻かれたコイルを含む。磁極のコイルに、配列順に応じて所定の位相で電力を供給することによって移動磁界が形成される。隣接する磁極のティース先端は、近接していることが好ましい。これは、磁極に対向し、磁極により形成された磁界を受ける側における磁界変動を減少させ、損失を低減することができるからである。一方、ティース間は、コイルが配置される空間であり、この空間が小さいとコイル断面積が小さくなり、強い磁界を発生させるのに不利になる。そこで、ティース先端に、隣接するティースに向けて両側に張り出したかさ部を設ける一方、コイルが巻回される部分は、先端に比べて細くして、コイル断面積を大きくするようにしている。
【０００３】
しかしながら、コイルは、幅の狭いティース先端の隙間からティース間のいわゆるスロットに挿入する必要があり、作業性が悪く、またスロット断面積に対するコイルを形成する導線の総断面積の割合（占積率）が十分に大きくできない。この問題を解決するために、コアを分割しておき、先にコイルを分割片の一方にに装着し、その後で分割片を結合する技術が、下記特許文献に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３２７２０８号公報
【特許文献２】特開２０００−２５３６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献においては、分割されたコアを一体を突き合わせて、樹脂でモールドして結合している。このため、突き合わされた分割片が、これらの接合面において、十分密着せず、磁気回路としてギャップが生じ磁気抵抗が大きくなるという問題があった。また、樹脂によってモールドするためには、専用の設備が必要となり、コスト増を招くという問題もあった。
【０００６】
本発明は、分割されたコアを結合する際に、簡易な構成により密着させ、ギャップを小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、分割されたコアをボルトで締結して、分割片間の接合面のギャップを小さくしている。具体的には、本発明の電動機は、ヨークにティースを立設してコアを形成し、ティースにコイルを設けて磁極としており、ティースは、ヨークから立設した幹部と、幹部の先端両側に張り出したかさ部を有している。コアは、ティースの根元またはティースの幹部において、ヨークを含む基礎部と、立設部とに分割されており、コイルが、この基礎部とかさ部の間に保持されている。コアの分割片である基礎部と立設部が、ティースの立設方向に延びて配置されたボルトを用いて固定される。
【０００８】
基礎部と立設部を結合するボルトは、非磁性材料で構成することが好ましい。ボルトに磁束が流れると、この磁束の磁束密度変動により渦電流が発生し、鉄損の増加につながる。このため、ボルトには、磁束の流れにくい非磁性材料とすることが好ましい。
【０００９】
また、基礎部と立設部を結合するボルトをティースの先端面から挿入する場合、ボルトの頭の部分が、ティース先端面に近い、磁束密度の変動が大きい部分にあると、非磁性材料であってボルト内で渦電流が生じ損失が生じる。この損失を低減するために、ボルト頭の頂面をティースの先端面より深くすることにより、磁束変動が大きい部分にボルトが位置することを回避している。具体的には、ティース先端面からボルト頭の頂面までの距離と、ティース先端面におけるボルト穴の直径との比が０．３以上となるようにしている。
【００１０】
また、基礎部と立設部の接合面には、これらを固定したときに、互いに噛み合うように凹凸を設けてもよい。
【００１１】
コアは、磁性材料の粉末または粒子を所定形状に押し固めた圧粉磁心とすることができる。さらに、コアの立設部は基礎部に対して機械的な強度を高くし、基礎部は立設部に対して比抵抗を大きくした構成とすることもできる。例えば、磁性体の粉末等に圧力を加えて成形した後、熱処理を行うことによって強度を高くすることができ、このような材料を立設部に用い、一方基礎部は熱処理を行なわずに加圧成形された状態で使用する。
【００１２】
また、本発明の他の態様の電動機は、ヨークにティースを立設してコアを形成し、ティースにコイルを設けて磁極とした電動機であって、ティースは、ヨークから立設した幹部と、幹部の先端両側に張り出したかさ部を有し、コアは、ティースの根元またはティースの幹部において、ヨークを含む基礎部と、立設部とに分割されており、コイルが、この基礎部とかさ部の間に保持され、前記基礎部と前記立設部は、それらの接合面に設けられた凹凸を噛み合わせて結合固定される。噛み合い部分で、分割片である基礎部と立設部のギャップを小さくすることができる。
【００１３】
この態様においても、コア材料を圧粉磁心とすることができる。また、コアの基礎部と立設部の特性を基礎部においては透磁率を高くし、立設部は機械的な強度を高くするようにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の電動機１０の概略構成を示す図であり、図２は、電動機１０のステータの一つの磁極の断面図である。図３は、ステータの分解斜視図である。
【００１５】
電動機１０は、ステータ１２とロータ１４の極同士が、電動機１０の出力軸１６の軸線方向に対向するいわゆるアキシャル型電動機である。ステータ１２は、ケース１８に固定されたコア２０を含む。コア２０は、略円環形状のヨーク２２（図２参照）と、ヨーク２２よりロータに向けて立設され、周方向に配列されたティース２４（図２参照）とを含む。図２は、電動機１０の軸線を軸とする円筒面におけるコア２０の断面であり、特に一つの磁極に着目した図である。ヨーク２２は、コア２０の図２に示す範囲であり、この部分において隣接する磁極同士が接続している。ティース２４は、コア２０の図２に示す範囲であり、ヨーク２２より立設している部分である。ティース２４の先端（図２においては上端）には、隣接するティース側に向けて延びて突出するかさ部２６が設けられている。このかさ部２６とヨーク２２との間のティースの部分である幹部２８にコイル３０が巻き回されて配置されている。
【００１６】
ロータ１４は、出力軸１６に固定された円板３１と、円板３１のステータ１２に対向する面に周方向に配列された永久磁石３３を含む。ステータ１２の配列されたコイル３０に所定の位相で電力を供給して回転磁界を形成すると、ロータ１４の永久磁石３３と、この回転磁界の相互作用によりロータ１４が回転して、出力軸１６が回転する。
【００１７】
前述のようにティース先端にかさ部２６を設けると、一体型のコアでは、あらかじめ所定の形状に形成しておいたコイルをティースにはめ込んで磁極を形成するという方法を採ることができない。そこで、本実施形態においては、コア２０を、ティースの幹部２８にて、基礎部３２と、これに立設されるように配置される立設部３４とに分割している。分割位置は、ヨーク２２とティース２４の境界部分であってもよく、図２に示されるように、ヨーク２２とティース２４の根元側の一部が一体となるような位置でもよい。分割位置は、後述するボルト３６により、立設部３４が固定可能であれば、図２に示す位置よりさらにティース先端側としてもよい。
【００１８】
基礎部３２と立設部３４には、ティース先端面から、この面に垂直に貫通して延びるボルト穴３８，４０が設けられており、これをボルト３６が貫通している。ボルト３６のねじが切られた先端は、ケース１８のねじ穴に達し、ここでねじ結合する。ボルト３６の頭４２（以下、ボルト頭４２と記す）は、ボルト穴４０の直径が変わる部分である肩部４４に当接し、ボルト３６を締め付けることによって基礎部３２および立設部３４がケースに固定される。このとき基礎部３２と立設部３４には、ボルト張力の反力として、お互いを近接させようとする力が作用し、両者の接合面４６が密着する。この接合面４６は、前述したコアを基礎部と立設部に分割した分割面である。
【００１９】
前述の分割面すなわち接合面４６は、ボルト穴の肩部４４が形成される位置に設けなければならない。すなわち、図２において、肩部４４の位置か、これより上に設けたのでは、ティースの分割面より上の部分がボルトに固定できなくなるので、このような位置に設けることはできない。また、肩部４４の下方の部分が、あまりに薄くても、強度がなく、ティース先端側の部分を固定することができないので、分割面は必要な強度が得られる程度に下方の位置に設けることになる。
【００２０】
コア２０、すなわち基礎部３２と立設部３４は、圧粉磁心で構成される。圧粉磁心は、鉄などの磁性材料の粉末または粒子を、樹脂などの絶縁材をバインダとして押し固めて、所定形状に形成したものである。好ましくは、磁性材料の粉末等を樹脂でコートした材料を所定の形状に加圧成形したものである。圧粉磁心は、導体が粉末、粒子状であるため、渦電流が発生しにくく、鉄損を抑えるのに効果がある。また、ボルト３６を磁性材料で構成すると、磁束がボルト内を貫き、貫く磁束の磁束密度変動により渦電流が発生して、損失が大きくなる。これを防止または抑制するために、本実施形態においては、ボルト３６は、チタンや非磁性のステンレスなど非磁性材料にて構成される。
【００２１】
さらに、ボルト穴４０のティース先端面４８付近においては、磁束密度変動が大きい。ここにボルト頭４２があると、ボルトが非磁性材料であっても、磁束が貫通し、渦電流の発生などにより損失が生じる。本実施形態においては、磁束密度変動が大きい領域にボルトが位置しないように、ボルト頭の頂面５０をティース先端面４８より下げた位置となるようにしている。
【００２２】
図４は、ティース先端面４８からボルト頭頂面５０までの距離Ｈと、ボルト穴４０のティース先端面４８における直径Ｄとの比（Ｈ／Ｄ）と磁束密度変動の関係を示す図である。図から、比Ｈ／Ｄが、０．３より小さくなると磁束密度変動が急激に大きくなっており、この領域では、損失が増大することが考えられる。よって、比Ｈ／Ｄを０．３以上とすることが好ましい。
【００２３】
本実施形態においては、コアを分割し、別の部品として成形するので、個々の部品に要求される特性に応じて、部品ごとに材料、製造方法などを変えることができる。具体的には、立設部３４は、かさ部２６やボルト穴４０などを有し、比較的複雑な形状であるため、強度、特に曲げ強度を要求される。これに対し、基礎部３２は、強度よりも損失の低減が重要であり、このため比抵抗を大きくすることが要求される。比抵抗が大きければ、渦電流の発生が少なくなり、渦電流損が減少するため、損失の低減が図れる。基礎部３２、立設部３４に前述の特性を与えるために、本実施形態では、圧粉磁心の製造方法を両者で異なるものとしている。基礎部３２には、磁性体の粉末を加圧成形した圧粉磁心を用い、立設部３４は、磁性体の粉末を加圧成形した後、加熱する処理を施す。図５および図６は、熱処理の有無による強度、比抵抗の差を示すグラフである。図５は、曲げ強度を示すグラフで、磁性体粉末の密度によらず、熱処理を行ったものの方が曲げ強度が高くなることが分かる。また、図６は比抵抗を示すグラフで、密度によらず熱処理を行わなかったものの方が高くなっている。したがって、加圧成形後、熱処理を行うことにより強度は増し、比抵抗は小さくなり、立設部３４に対して熱処理を行い、一方基礎部３２は熱処理なしとすることで、前述の特性を得ることができる。
【００２４】
以上の実施形態においては、ボルトを締め付けてコアの分割片である基礎部３２と立設部３４を結合している。このため、両者のギャップが小さくすることでき、ギャップによる磁気抵抗が低減して電動機の効率が向上する。また、ギャップが小さいことで、この部分の熱伝導性も改善され、立設部３４から基礎部３２へ、そしてケース１８へと熱が流れやすくなり、放熱性が向上する。
【００２５】
また、ボルトを非磁性材料としたこと、さらにボルト頭頂面５０をティース先端面４８より深い位置としたことにより、ボルトで発生する損失も低減される。コアを圧粉磁心とし、コアの部分により製造方法を変えることにより、その部分に要求される特性に合わせることが可能となる。
【００２６】
図７および図８は、前述の実施形態の変形例を示す図である。図７に示す例においては、前述の基礎部３２および立設部３４に対応する基礎部５２および立設部５４の接合面５６に、互いに噛み合う凹凸形状が設けられている。基礎部５２と立設部５４を結合させる際に、両者が噛み込む方向（図中上下方向）に圧力を加えて固定する。これにより、密着度が向上し、磁気抵抗、熱抵抗が低減され、電動機の効率の向上、放熱性の向上が図られる。図８は、図７の変形例よりボルト３６をなくした変形例を示す図である。基礎部６２と立設部６４の接合面６６には、図７と同様に凹凸が形成されている。この凹凸により十分な結合力を得られる場合、この変形例のようにボルトを廃止することができる。
【００２７】
図９は、ステータ１２の組立工程の概略を示す図である。コアの基礎部３２は、基礎部分割片３２ａに分割されている（ａ）。この分割面は、電動機の軸線を含む平面であって、一つのティースをこの平面に対して対称に分割する面である。基礎部３２は、一つのティースごとに分割されても、いくつかのティースごとに分割されてもよい。図示の場合は、一つのティースごとに分割面を設けた例である。基礎部分割片３２ａを結合して円環状に配置する（ｂ）。基礎部分割片３２ａには、ティースの幹部２８の一部が設けられているため、分割片を円環状に並べた際には、この幹部２８の一部が円環板の上に突設され、周方向に並んで配置された状態となる。この突起にコイル３０を装着し、さらに、立設部３４も配置する。この状態で、ボルト３６をボルト穴に挿入しケースに設けられたねじ穴に結合させて基礎部３２、立設部３４を固定する（ｃ）。
【００２８】
図１０は、ステータ１２の組立工程の他の例を示す図である。この例は、コアの基礎部の分割の仕方が図９に示したものと異なっている。分割面は、電動機の軸線を含む平面であるが、隣接ティースの間の部分で分割されている。このように分割された基礎部分割片３２ｂを円環状に配列し、後は図９の工程と同様にステータを組み立てる。
【００２９】
以上、本実施形態においては、ステータコア２０を圧粉磁心で構成する例を示したが、他の構成、例えば電磁鋼板を積層するなどの構成を採ることもできる。また、本実施形態においては、コイルの巻き方として集中巻きを例に挙げたが、分布巻きを採用することも可能である。さらに、アキシャル型電動機を例にして説明したが、これに限らず、最も一般的な電動機の構成である、ステータとロータの磁極が半径方向に対向する形式にも、さらにリニア電動機にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態の電動機１０の概略構成を示す断面図である。
【図２】電動機１０のステータの磁極の構成を示す断面図である。
【図３】電動機１０の分解斜視図である。
【図４】ボルト頭頂面とティース先端面の距離と、ボルト穴直径の比と、磁束密度変動の関係を示す図である。
【図５】圧粉磁心における熱処理の有無と曲げ強度の関係を示す図である。
【図６】圧粉磁心における熱処理の有無と比抵抗の関係を示す図である。
【図７】ステータのコアの他の構成例を示す図である。
【図８】ステータのコアのさらに他の構成例を示す図である。
【図９】ステータの組立工程を示す図である。
【図１０】ステータの他の組立工程を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  電動機、１２  ステータ、１８  ケース、２０  コア、２２  ヨーク、２４  ティース、２６  かさ部、２８  幹部、３０  コイル、３２  基礎部、３４  立設部、３６  ボルト、３８，４０  ボルト穴、４２  ボルト頭、４６  接合面、４８  ティース先端面、５０  ボルト頭頂面。
【図１】
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【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】
2006280052.tif 000011
【図１０】
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