(57)【要約】【課題】ロータの周囲に複数の分割コアを環状に配列した各分割コア自身で冷却性を高め、且つ分割コア間の磁気抵抗の不安定さ解消し、安定した回転特性を備えた回転電機の提供。【解決手段】この回転電機は、互い対向する一対の第１第２ブラケット部材と、この一対のブラケットに軸受け支持された回転軸を有するマグネットロータと、前記マグネットロータの外周に複数の磁歯を形成するように前記一対のブラケットに支持されたステータと、前記一対のブラケットを連結する締結部材と、を備え、前記ステータは、前記マグネットロータの周囲に環状に配列されそれぞれ電磁鋼板を積層した複数の分割コアと、このそれぞれの分割コアにインシュレータを介して巻回された巻き線と、で構成された回転電機であって、前記一対の第１第２ブラケットの少なくとも一方は、前記分割コア間を磁気的に連結する環状の磁性体で形成して成る。【選択図】図７
2011114989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互い対向する一対の第１第２ブラケット部材と、
この一対のブラケットに軸受け支持された回転軸を有するマグネットロータと、
前記マグネットロータの外周に複数の磁歯を形成するように前記一対のブラケットに支持されたステータと、
前記一対のブラケットを連結する締結部材と、
を備え、
前記ステータは、
前記マグネットロータの周囲に環状に配列されそれぞれ電磁鋼板を積層した複数の分割コアと、
このそれぞれの分割コアにインシュレータを介して巻回された巻き線と、
で構成された回転電機であって、
前記一対の第１第２ブラケットの少なくとも一方は、前記分割コア間を磁気的に連結する環状の磁性体で形成してことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記一対の第１第２ブラケットの少なくとも一方は、磁性材で形成で一体形成されて成る請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記磁性体で形成された前記一対の第１第２ブラケットの少なくとも一方は、ブラケット本体と、このブラケット本体に嵌合する環状の磁性部材とから成る請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記複数の分割コアの外側端は、装置の外壁を構成し、
その外側端は、一部突出した冷却フィンを形成して成る請求項１に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁モータ、発電機などのステータを分割コアで形成した回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＤＣモータ、発電機などの回転電機は回転軸を備えたロータとステータで構成され、インナーロータ型回転電機ではマグネットロータをハウジングに回転自在に軸受け支持し、このロータの外周にステータコイルを環状に配列する構造が広く知られている。
【０００３】
例えば、図９(ａ)で示す様に、ステータコアＣをアルミダイキャストから成る一対のエンドブラケットＥ１、Ｅ２でサンドイッチ状に挟み込み、中心から回転軸Ｒ１を突出した外観を持つ回転電機が知られている。そのステータコアＣは、例えば特許文献１（実開平６−６０２８４号公報）で開示されるように、図９(ｂ)で示す形状をしている。
【０００４】
このステータコアＣは、磁性材から成る薄い板材Ｃ２をプレス加工で、中央部位にロータＲを回転自在に収める部分と、磁極部Ｃ１と、ステータコイルを巻回配置する部分とを型抜きした一枚の磁性板を必要枚数重ね合わせ作られている。尚、ロータＲはマグネットロータＲ２と回転軸Ｒ１より成る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平６−６０２８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように磁性材から成る薄い板材をプレス加工で型抜きした一枚の磁性板から成るステータコアの複数の磁極部はそれぞれ中心に向かって突出している。従って、この複数の磁極部に巻回するステータコイルは非常に巻き難く、自動で巻き付ける自動巻回機は複雑で可也高価なものである。
【０００７】
そこで、普通の自動巻回機でも容易にステータコイルを巻回可能にする為に、ステータコアの各磁極部を一つ一つ区分けした分割コアで形成し、各分割コアにステータコイルを巻回した後に、各分割コアを組み合わせ一つのステータコアとして形成している。
【０００８】
ところが、ステータコアを複数個の分割コアで形成した場合、各分割コア間の接合部で磁気抵抗が大きくなり、磁気回路が形成し難く、磁気不安定さ生じ、回転斑となる要因となっていた。
【０００９】
本発明は、複数個の分割コアを組み合わせ一つのステータコアとして形成した回転電機で、ステータコアをサンドイッチ状に挟み込む一対のエンドブラケットに着目し、そのエンドブラケットを使って各分割コア同士を磁気的に接続することで、磁気不安定さを解消し、回転斑の無い安定した回転特性を備えた回転電機の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するため本発明の回転電機は、互い対向する一対の第１第２ブラケット部材と、この一対のブラケットに軸受け支持された回転軸を有するマグネットロータと、前記マグネットロータの外周に複数の磁歯を形成するように前記一対のブラケットに支持されたステータと、前記一対のブラケットを連結する締結部材とを備え、前記ステータは、前記マグネットロータの周囲に環状に配列されそれぞれ電磁鋼板を積層した複数の分割コアと、このそれぞれの分割コアにインシュレータを介して巻回された巻き線と、で構成された回転電機であって、前記一対の第１第２ブラケットの少なくとも一方は、前記分割コア間を磁気的に連結する環状の磁性体で形成している。
【００１１】
また、前記一対の第１第２ブラケットの少なくとも一方は、磁性材で一体成形している。
【００１２】
更に、前記磁性体で形成された前記一対の第１第２ブラケットの少なくとも一方は、アルミダイキャストのブラケット本体と、このブラケット本体に嵌合した環状の磁性部材とで形成している。
【００１３】
また更に、前記複数の分割コアの外側端は、装置の外壁を構成し、その外側端は、一部突出した冷却フィンを形成して成る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は上述のように、複数個の分割コアを組み合わせ一つのステータコアとして形成した回転電機で、ステータコアをサンドイッチ状に挟み込む一対のエンドブラケットの少なくとも一方を、分割コア間を磁気的に連結する環状の磁性体で形成し、各分割コア同士を磁気的に接続することで、磁気不安定さを解消し、回転斑の無い安定した回転特性を備えた回転電機の提供をすることが出来る。
【００１５】
また、エンドブラケットを使って分割コア間を磁気的に連結した結果、分割コアをヨークケースで包み囲む必要が無く、分割コアの端面を装置外壁面として構成可能で、その外側端に一部突出した冷却フィンを形成することで、装置内部で発生する熱を効率良く自然放出し、熱損失を下げ、回転効率を上げることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係わる回転電機の説明図であり、（ａ）は縦断断面を示し、（ｂ）はコア部材の斜視図であり、（ｃ）はコア片の構造図。
【図２】図１に示すステータの構造説明図。
【図３】分割コアの構造を示す説明図であり、（ａ）は連結状態を示し、（ｂ）は角度基準面の説明図であり、（ｃ）は、第１ブラケットの位置決め構成図。
【図４】分割コア積層連鎖形状ブラケット支持状態図。
【図５】図４の第２ブラケットの第１実施形態を示す説明図であり、（ａ）は縦断断面を示し、（ｂ）は第２当接面の拡大図。
【図６】図５と異なる第２ブラケットの第２実施形態を示す説明図。
【図７】分割コアとブラケットによる磁気回路構成説明図。
【図８】本発明の回転電機の特性比較図。
【図９】従来の回転電機の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下好適な実施の形態に基づいて本発明を詳述する。まず本発明に係わる回転電機の構成について説明する。図１（ａ）に示すように回転電機（以下「モータ」という）Ｍはロータ１０と、ステータ２０と、第１ブラケット３０と、第２ブラケット４０と、外装ケーシング（不図示）とから構成される。図１（ａ）に示す回転電機Ｍはブラシレス三相ＤＣモータを示し、以下その構造に沿って本発明を説明する。
【００１８】
［ロータ構成］
ロータ１０は回転軸１１とこの回転軸１１に一体形成されたロータコア１２と、このロータコア１２の外周に形成されたマグネット１３で構成されている。回転軸１１は回転負荷に耐える強度の金属材料その他のロッドで構成されている。ロータコア１２は例えば鉄粉などの強磁性金属粉末を型成型して構成され、回転軸１１と一体に形成されている。このロータコア１２の外周にはマグネット１３が埋設され、図示のものは３の倍数個の磁極が形成されている。この磁極はロータの外周に等間隔でＮ−Ｓ極が交互に配列されている。マグネット１３は、ネオジュウム、フェライト、希土類コバルトなどで形成され、ロータコア１２の周囲に等間隔（４５度間隔）で８極、Ｎ極とＳ極が交互に配列されている。
【００１９】
［ステータ構成］
ステータ２０はロータの周囲を囲むように環状に配置され、複数の分割コア２１（２１ａ〜２１ｌ）を環状に連結して構成される。各分割コア２１ａ〜２１ｌにはインシュレータ２２を介して巻き線２３が巻回される。この分割コア２１は後述するように電磁鋼板、例えば鉄にケイ素を添加した珪素鋼板を積層状に重ね合わせて形成する。通常は圧延加工したロール鋼板をプレス型で所定形状に打ち抜き成形してコア片２１ｘを作成する。そしてこのコア片２１ｘを複数枚（例えば５０枚）積層状に重ね合わせてコア部材を形成し、このコア部材にインシュレータ２２を嵌合してその上から巻き線２３を巻回する。巻き線２３のターン数は予め設計値で決定する。
【００２０】
上記分割コア２１は図示の実施形態（図２参照）では１２個（３相ＤＣモータの関係で４の倍数）で構成され、３０度間隔で環状に配列され各コア片２１ｘにインシュレータ２２を介して巻き線２３ａ、２３ｂ・・・２３ｌが巻回されている。この１２個の分割コア２１は互いに対向する同位相の巻き線２３同士は連結結線され、３相の分割コア２１ａ、２１ｅ、２１ｉが入力端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（図２参照）に接続される。従ってこの３相の分割コア２１ａ、２１ｅ、２１ｉがロータ１０の周囲に１２０度間隔で正確な角度位置に位置決めされる必要がある。
【００２１】
［ブラケット構成］
上述のロータ１０とステータ２０は一対の第１ブラケット３０と第２ブラケット４０に固定される。この一対の第１第２ブラケット３０、４０は、図１に示すように締結部材（図示のものは連結ボルト）５０で互いに連結されロータ１０とステータ２０を次のように固定する。まずロータ１０の回転軸１１は所定距離（間隔Ｌ）を隔てて前後２個所を第１ブラケット３０に設けた軸受３１と第２ブラケット４０の軸受４１で回転自在に支持される。これと同時にこの軸受３１、４１には段差３２、４２が設けられ、この段差３２、４２で回転軸１１に形成した位置決め用段差（Ｅリング）１１ｅを位置規制する。これによってロータ１０は第１第２ブラケット３０、４０にラジアル方向とスラスト方向をそれぞれ位置規制されることとなる。
【００２２】
上記第１第２ブラケット３０、４０はステータ２０を次のように固定する。まずステータ２０の構造について説明すると、前述のしたようにステータ２０は複数の分割コア２１ａ〜２１ｌ（図示の三相モータの実施形態では１２個）は、電磁鋼板（例えば珪素鋼板）を適宜の形状にプレス型で打ち抜き成形し、このコア片２１ｘを積層状に重ね合わせて形成する。この各コア片２１ｘは図１（ｃ）に示すように、その断面形状は略々扇形に形成され複数枚（数十枚）が積層状に重ね合わされて１つの分割コア２１を形成する。
【００２３】
そして互いに隣接する部位に凹部２１ｙと凸部２１ｚが形成され、互いに嵌合することによって連鎖状に連結されている。このコア片２１ｘにはコイル巻回部２１ｗとフランジ部２１ｖが設けられ、コイル巻回部２１ｗにはインシュレータ２２を介在させた状態で巻き線２３が巻回される。またフランジ部２１ｖは第１第２ブラケット３０、４０に固定されるようになっている。
【００２４】
更に図示のものは、図３（ｃ）で示すコア片２１ｘに角度基準面２１ｕが形成してある。図示の角度基準面２１ｕはコア片２１ｘのフランジ部２１ｖに形成した凸部に設けられ、後述する第１ブラケット３０の第１当接面３３に形成した位置決め突起３４と係合する。これによって互いに円環状に連結された複数の分割コア２１ａ〜２１ｌは後述の第１ブラケット３０に規定された角度位置に位置合わせされる。
【００２５】
更に、上述の分割コア２１を第１第２ブラケット３０、４０に次のように固定する。ブラケットの一方（第１ブラケット３０）にはコア片２１ｘを積層状に積み重ねた分割コア２１の一端面（図４（ｂ）に示すＳｒａ）を突き当て規制する第１当接面３３が形成されている。この第１当接面３３は分割コア２１の数に応じてリング形状（円環形状）の第１ブラケット３０に放射状に形成されている。そしてこの第１当接面３３は分割コア２１の一端面Ｓｒａと面接触する平面で構成されている。
【００２６】
尚、各コア片２１ｘから外方に突出した凸部を形成する各フランジ部２１ｖは、装置外壁部から突出することで、冷却フィンとしての効果を果たし、装置内部で発生する熱を効率良く自然放出し、熱損失を下げ、回転効率を上げるようにしている
【００２７】
またこの第１ブラケット３０には分割コア２１の角度位置（ロータ回転方向の角度位置）を位置規制する位置決め突起３４が設けられている。この位置決め突起３４は図示の装置が三相モータである関係で１２０度等間隔で３個所に配置され、この位置に前述の分割コア２１の角度基準面２１ｕを一致させるようになっている。
【００２８】
一方ブラケットの他方（第２ブラケット４０）には分割コア２１の他端面（図４（ｂ）に示すＳｒｂ）を突き当て規制する第２当接面４３が形成されている。この第２当接面４３も分割コア２１の数に応じて断面円環状の第２ブラケット４０に放射状に形成されている。この第２当接面４３について図５（ａ）（ｂ）にその第１実施形態を、図６にその第２実施形態を示す。
【００２９】
［第１、第２ブラケットの構造］
まず、図５（ａ）に示す様に第１のブラケット３０は、アルミダイキャストで形成したブラケットカバー３０ａに、分割コア２１の底面と接触し保持する磁性材からなる環状リング体 (第１の磁性部材) ３０ｂを嵌合した構造体から成る。この環状リング体３０ｂは、冷却効果を得るために装置外壁部を形成するに分割コア２１と磁気ループを形成し、分割コア２１の磁気的安定化を図っている。同様に、第２のブラケット４０は、アルミダイキャストで形成したブラケットカバー４０ａに、分割コア２１の上面に対峙した位置に磁性材からなる環状リング体 (第２の磁性部材) ４０ｂを嵌合した構造体から成る。この環状リング体４０ｂは、装置組み込みにおいて冷却効果を得るために装置外壁部を形成するに分割コア２１同士の寸法のバラツキの影響を受けず、且つ磁気的作用を受け得る位置に間隔を隔て配設され、各分割コア２１と磁気ループを形成し、分割コア２１の磁気的安定化を図っている。尚、第１、第２のブラケットカバー３０ａ、４０ａと環状リング体 (第１、第２の磁性部材) ３０ｂ、４０ｂとは別体で構成しているが、磁性材による一体部材で構成しても良いし、磁気作用によって第１、第２のブラケットカバー３０ａ、４０ａの一方だけを磁性体、或いは磁性材からなる環状リング体を設ける構造であっても良い。
【００３０】
［第１、第２ブラケットの磁気作用］
この様に、第１のブラケット３０と第２のブラケット４０をそれぞれ磁性材で構成することで、三相駆動の場合には、図７(ａ)で示す様に隣接する２つの分割コア２１の巻き線２３に電流が供給され、各分割コア２１が励磁され、結果、その励磁極に引っ張られロータ１０が矢印方向に回転する。図示の状態では、例えば、分割コア２１ｌのロータ１０対峙面にＳ極が、外壁面にＮ極が励磁され、隣接する分割コア２１ａのロータ１０対峙面にＮ極が、外壁面にＳ極が励磁され、第１の磁気ループＧ１が形成される。同時に図７(ｂ)で示す様に分割コア２１ｌから出た磁束は第１のブラケット３０の磁性体である環状リング体３０ｂを通って分割コア２１ａに入り、分割コア２１ａから出た磁束はロータ１０を介し分割コア２１ｌに戻る第２の磁気ループＧ２が形成される。同様に、分割コア２１ｌから出た磁束は第２のブラケット４０の磁性体である環状リング体４０ｂを通って分割コア２１ａに入り、分割コア２１ａから出た磁束はロータ１０を介し分割コア２１ｌに戻る第３の磁気ループＧ３が形成される。以上の様に、通常第１の磁気ループＧ１のみで磁気ループを形成する場合に比べ、この構成では第２の磁気ループＧ２と第３の磁気ループＧ３が形成され、磁気経路が大きくなり、結果、装置外に漏れる磁束が激減し、以って磁気不安定さを解消し、円滑にロータ１０を回転させることが出来る。尚、
【００３１】
［磁性体ブラケットによる性能特性］
実際に、図８で示す特性図様に、第１、第２のブラケット３０、４０が非磁性体である場合と比較して、分割コア２１に流れる電流変化がほぼ直線に近い特性と成り、また回転トルクのリニア領域幅も広くなっている。
【００３２】
［第２ブラケットの第１実施形態］
また、第２ブラケット４０は、図５（ａ）に示す第２ブラケット４０には第２当接面４３が次のように形成されている。この第２当接面４３は分割コア２１の他端面Ｓｒｂと線接触する傾斜面でリング形状に構成されている。つまりブラケットに形成された円錐台形状の傾斜面に対して分割コア２１の他端面Ｓｒｂのエッジが鋭角で接触する。これと共に前述の電磁鋼板（ケイ素綱など）で形成した分割コア２１に対し、この第２当接面４３は軟質の金属材料或いは樹脂材料（図示のものはアルミニウム合金）で構成されている。このように第２ブラケット４０に形成する第２当接面４３は後述する締結部材５０の締結力を受けて分割コア２１のエッジ部に押し潰されるように変形する材料で構成されている。
【００３３】
上述のように第２当接面４３は傾斜面でリング状に形成されるが、図示の傾斜面は図５（ａ）に示すように正円錐台形状でその頂点Ｏは軸受４１に支持された回転軸１１の軸心ｘ−ｘに一致するように放射状に配列されている。これは後述するように第２ブラケット４０の当接面４３で複数の分割コア２１ａ〜２１ｌを挟圧する際に各分割コアを回転軸の軸心ｘ−ｘを中心に等距離に配列することによって磁歯が偏らないようにするためである。
【００３４】
［第２ブラケットの第２実施形態］
また、図６に示す第２ブラケット４０には第２当接面４３が次のように形成されている。この第２当接面４３は第２ブラケット（金属材料）４０に添着されたスペーサ部材４５で構成され、このスペーサ部材４５は分割コア２１の他端面Ｓｒｂと面接触するようになっている。そしてこのスペーサ部材４５は分割コア２１の他端面Ｓｒｂに作用する締結部材５０の締結力で容易に変形する磁性材を混入させ磁性特性を備えた樹脂材料で構成されている。従って、磁性特性により磁気ループを形成することで分割コア２１による磁気的不安定さを解消することが出来、しかも円環状に配列される複数の分割コア２１ａ〜２１ｌに寸法的なバラツキがあってもその容易に変形し得る特性によって当接面がコア端面に倣うように変形して両者間に隙間が生ずることがない。
【００３５】
上述のようにロータ１０とステータ２０を合体する第１、第２ブラケット３０、４０は締結部材（連結ボルト）５０で一体化され、その間隔Ｌは分割コア２１の厚さ寸法で決定される。この他図示しない円筒状ヨークで覆われて回転電機Ｍのハウジングが構成される。
【００３６】
次に本発明の作用について説明する。図１で示す様に、ロータ１０は前述したように回転軸１１とマグネット１３で構成され、ロータコア１２の外周にＮ極Ｓ極の磁極が交互に配列されている。このロータ１０は、回転軸１１を締結部材５０で一体化された第１、第２ブラケット３０、４０の軸受３１、４１で回転可能に支持される。これによってロータ１０のマグネット１３で形成される磁極を所定の円軌跡で回転するように支持される。これと共にロータ１０の軸方向（スラスト方向）位置は、回転軸１１のを段差３２、４２でＥリング１１ｅで位置決め支持される。
【００３７】
上述のステータ２０は、図２で示す様に複数の分割コア２１ａ〜２１ｌで構成され、各分割コア２１ａ〜２１ｌはコア片２１ｘに形成した凹部２１ｙと凸部２１ｚで嵌合連結され円環状に連結されている。そこで図４(ｂ)及び図５(ａ)で示す様に、各分割コア２１ａ〜２１ｌを、その一端面Ｓｒａが第１ブラケット３０(環状リング体 (第１の磁性部材) ３０ｂ)の第１当接面３３を基準に円環状に配列する。このとき連鎖した分割コア２１は、その角度基準面２１ｕを第１ブラケット３０の位置決め突起３４と一致させる。これによって複数の分割コア２１ａ〜２１ｌを、その端面Ｓｒａが同一平面上に揃うように位置決め配列することが可能となり、同時に円環状に連鎖した複数の分割コア２１の角度位置を所定位置に位置決めすることが可能となる。
【００３８】
また、上述の分割コア２１の他端面Ｓｒｂは図５(ａ)で示す様に、第２ブラケット４０の第２当接面４３で挟圧支持される。このとき第２当接面４３は傾斜面（第１実施形態）又はスペーサ部材（第２実施形態）で形成され、この当第２接面４３は分割コア２１を構成する電磁鋼板より軟質な素材で形成されているから、複数の分割コア２１ａ〜２１ｌ間の厚さ寸法にバラツキが生じていても第２当接面４３が変形して分割コア２１の他端面Ｓｒｂとの間に隙間やガタつきを生ずることがない。
【００３９】
更に、第２当接面４３を傾斜面で形成し、この傾斜面を正円錐形状で、その頂点Ｏが回転軸１１の軸心ｘ−ｘに一致するようにする。これによって複数の分割コア２１ａ〜２１ｌを回転軸１１の軸心ｘ−ｘを中心に放射状に配列することが可能となる。この配列は締結部材５０で一対の第１第２ブラケット３０、４０を締結することによって自動的に整列される。
【００４０】
更に、上述のロータ１０と分割コア２１を第１第２ブラケット間に固定する際に、ステータ２０の巻き線２３に生起する磁力が回転軸方向の変位力（図４（ｂ）に示すＦ）を生起するように位置決めされ、この変位力Ｆは第１ブラケット３０の第１当接面３３側にロータ１０を偏奇させる方向に設定してある。
【００４１】
このようにロータ１０と分割コア２１ａ〜２１ｌの回転軸方向の位置関係を所定距離オフセットさせることにより、ロータ１０には第１当接面３３（基準面）側に偏る方向の変位力が作用しも分割コア２１はこの基準面に揃えられているからロータ１０の回転中に軸方向のガタつきを生ずる力が作用することがない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、電磁モータ、発電機などのステータ構造とこれを用いた回転電機に係わりコイルを備えたステータの固定構造の改良に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００４３】
Ｍ          回転電機（モータ）
１０        ロータ
１１        回転軸
１２        ロータコア
１３        マグネット
２０        ステータ
２１        分割コア（２１ａ〜２１ｌ）
３０        第１ブラケット
３０ａ      ブラケットカバー
３０ｂ      環状リング体 (第１の磁性部材) 
４０        第２ブラケット
４０ｂ      環状リング体 (第２の磁性部材) 
【図１】
2011114989.tif 000003
【図２】
2011114989.tif 000004
【図３】
2011114989.tif 000005
【図４】
2011114989.tif 000006
【図５】
2011114989.tif 000007
【図６】
2011114989.tif 000008
【図７】
2011114989.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011114989.tif 000011