(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層鉄心から成り円筒状に形成されたヨークと、該ヨークの内周側から軸心方向に向けて突状に、且つ基部が前記ヨークと一体に形成された複数組ある一対の外側ティース辺と、各一対の外側ティース辺の外側に巻回されたコイルと、前記各一対の外側ティース辺間に挟みつけるように配設した内側ティース辺と、を備えた固定子であって、前記各一対の外側ティース辺の先端に設けられた周方向ポールシューと、前記内側ティース辺の軸方向に設けられた軸方向ポールシューにより構成されていることを特徴とするモータの固定子。
【請求項２】
一方向に延びて横断面がコ字状に形成された固定部材と、該固定部材に固定されたヨークと、該ヨークと一体に形成されて移動方向にポールシューが形成された外側ティース辺と、該外側ティース辺間に挿入されて上下方向にポールシューが形成された内側ティース辺と、該外側ティース辺および該内側ティース辺の外側に巻回されたコイルとにより構成されていることを特徴とするリニアモータの固定子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転形あるいはリニアモータ等の固定子に関し、特に薄形・小型モータに好適な固定子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、突極に集中巻線を施す一般的な小型モータのコアとしては珪素鋼板をヨークと突極とを一体に打ち抜いたものが用いられ、これを多数軸方向に積層し、突極にコイルを巻き、固定子としたものが一般的である。しかし、コイルエンドが積層コアの外側にはみ出すため、固定子の軸方向寸法が長くなり、小型化が難しいうえに、トルクが小さかった。
そこで、前記問題を解消する固定子の軸方向寸法の短くできるコア形状のものとして、例えば特開平５−５８０７号公報に開示されているようなモータの固定子が提案されている。図１２〜図１４はその特開平５−５８０７号公報に開示されている固定子を示している。
【０００３】
以下、図１２〜図１４を参照してモータの前記固定子の概要を説明する。
図１２は従来のモータ固定子の構成を示す横断面図、図１３は電磁極の構成を示すモータ固定子の縦断面図、図１４は突極コアの構成を示す斜視図である。
積層鉄心ヨーク５１の内周面には、図１３に示すように突極コア５２が配設され、その周囲にはコイル５３が巻回されている。
突極コア５２は、ほぼ矩形に形成された珪素鋼板セグメントにより構成され、その両端部にはコイル５３を収納するクボミ５４が形成されている。そして、外面６０を積層鉄心ヨーク５１の内径と内面６１をギャップ径に合わせた曲面に形成し、回転軸と平行する方向に積層し、接着・カシメ・もしくは熔接により固着し、単一突極コア５２とし、この突極コア５２にコイル５３を集中巻きした後、軸方向両側からコイルエンド５９がヨーク５１の端面からはみ出す部分を小さくなるように押圧矯正し、電磁極５５を形成している。
【０００４】
この電磁極５５を所定のピッチで、円筒状に打ち抜かれた積層鉄心ヨーク５１の内径側に、積層方向と積層方向をほぼ直交させて配設し、接着等により固着し固定子としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来の技術によると、コイルエンドがはみ出す部分は小さくなるものの、周方向にポールシューが無いため、鎖交磁束数が低下したり、コギングトルクが大きくなるといった問題が生じた。
これらの問題を避けるため、電磁極と電磁極との間を小さくするとコイルスペースも小さくなり、巻き数の低下に伴って鎖交磁束数が低下し、ひいてはトルクも低下してしまう。そして電磁極が多い場合やアウタロータ形の場合は、前記問題が顕著になっていた。
本発明は前記課題を解消するもので、鎖交磁束数を増大させ、かつ高トルク・高効率を実現できるモータの固定子を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明によると、モータの固定子に係り、積層鉄心から成り円筒状に形成されたヨークと、該ヨークの内周側から軸心方向に向けて突状に、且つ基部が前記ヨークと一体に形成された複数組ある一対の外側ティース辺と、各一対の外側ティース辺の外側に巻回されたコイルと、前記各一対の外側ティース辺間に挟みつけるように配設した内側ティース辺と、を備えた固定子であって、前記各一対の外側ティース辺の先端に設けられた周方向ポールシューと、前記内側ティース辺の軸方向に設けられた軸方向ポールシューにより構成されていることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明によると、一方向に延びて横断面がコ字状に形成された固定部材と、該固定部材に固定されたヨークと、該ヨークと一体に形成されて移動方向にポールシューが形成された外側ティース辺と、該外側ティース辺間に挿入されて上下方向にポールシューが形成された内側ティース辺と、該外側ティース辺および該内側ティース辺の外側に巻回されたコイルとにより構成されていることを特徴としている。
【００１１】
前記構成のモータの固定子によれば、固定子の周方向や、さらに軸方向のいずれにもポールシューが形成され、これらポールシューの背面側にコイルが収納される。このため、突極間に隙間が形成されず、鎖交磁束数の低下やトルクの低下を防止するとともに、コギングトルクを低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したモータの固定子に関する第１の実施形態を詳細に説明する。図１はモータの固定子の横断面図、図２は電磁極の構成を示す固定子の縦断面図、図３は内側ティース辺の構成を示す斜視図である。
【００１３】
モータの固定子（以下、単に「固定子」と略称する）１は、横断面が円筒状に形成されたヨーク２と、このヨーク２の内周側から軸心Ｐ方向に向けて突状に、且つ基部がヨーク２と一体に形成された一対の外側ティース辺３ａと、各外側ティース辺３ａ間に挟みつけるようにして配設された内側ティース辺４と、各外側ティース辺３ａの外側に巻回されたコイル５と外側ティース辺３ａの先端に設けられた周方向ポールシュー３ｂと、内側ティース辺４の軸方向に設けられた軸方向ポールシュー７ａにより構成されている。なお、モータを構成する回転子（ロータ）は固定子１の内部に形成された円形の空間に回転自在に設けられるものであるが、各図においては説明の便宜のため回転子は図示を省略している。
【００１４】
上記固定子１において、１個の電磁極６は、図１と２に示すように一対の外側ティース辺３ａと、外側ティース辺３ａ間に配設された内側ティース辺４と、外側ティース辺３ａの外側に巻回されたコイル５により構成される。
内側ティース辺４は、図３に実線で示すように大略矩形の珪素鋼板セグメントの両端部の先にコイルエンドが隠れる程度に延長した軸方向ポールシュー７ａを設けるとともに、ギャップ面にギャップ径に合わせた円弧７ｂを形成し、回転軸と平行する方向に積層し、且つ接着・カシメ・もしくは熔接により固着した構成になっている。
【００１５】
一方、外側ティース辺３ａとヨーク２とは、珪素鋼板セグメントを打ち抜いて一体に形成したものであり、軸心Ｐ方向に積層して接着・カシメ・もしくは熔接により固着した構成になっている。そして、各外側ティース辺３ａには周方向ポールシュー３ｂを形成し、１対の外側ティース辺３ａ間には、内側ティース辺４を配設するスロット部分（図３では内側ティース辺４を挟み付けている空間に相当する）が設けられている。なお、一対の外側ティース辺３ａは、内側ティース辺４の中心線から見て対称構造になっている。
コイル５は、外側ティース辺３ａとヨーク２が一体になったコアに巻回される。そして、コイル巻回後に内側ティース辺４が一対の外側ティース辺３ａ間に形成されるスロットに挿入され、接着、溶接等により固着される。
【００１６】
以上のように構成された固定子１は、周方向ポールシュー３ｂ及び軸方向ポールシュー７ａが＋字形に形成されているので、電磁極が周方向にも軸方向にもポールシューを持っていることになる。そのため、コイルエンドのはみ出しを無くしつつ、従来のような突極間の大きな溝を周方向ポールシュー３ｂにより無くしている。よって、鎖交磁束数が増大し、モータ回転時のトルクが向上するとともに、コギングトルクが低減する。
【００１７】
次に、図４及び図５を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施の形態はリニアモータへの適用例を示すものであり、図４はリニアモータの構成を模式的に示す横断面図、図５はリニアモータの平面図である。
リニアモータＬＭは、固定子１１と横断面がＴ字形に形成された可動子１２とにより構成されている。固定子１１は、横断面がコ字状に形成された固定部材１３と、ヨーク１７と一体に形成された外側ティース辺１４ａと、外側ティース辺１４ａ間に挿入された内側ティース辺１５と、コイル１６とにより構成されている。
【００１８】
前記外側ティース辺１４ａは、固定部材１３内において可動子１２の移動方向（図５に示したＸ−Ｙ方向）に沿って並べた状態で対向配置され、対向配置された個々の外側ティース辺１４ａと、内側ティース辺１５とコイル１６とにより１個の電磁極が構成される。したがって、固定部材１３内において、電磁極が可動子１２の移動方向に並べて配設されていることになる。
一方、可動子１２を構成する界磁部１２ａは、対向した一対の電磁極間に配置され、可動子１２全体はＸ−Ｙ方向に移動するように図示しないガイドにより支持されている。
【００１９】
前記内側ティース辺１５には、図４に示すように上下方向にポールシュー１５ａが形成され、外側ティース辺１４ａにも図５に示すように移動方向にポールシュー１４ｂが形成されている。したがって、本実施の形態においても、ポールシュー１５ａ、１４ｂが＋字形に形成され、これらポールシュー１５ａ、１４ｂの背面側にコイル１６が巻回される。
コイル１６の巻回と、外側ティース辺１４ａと内側ティース辺１５との組み立ては、前記第１実施の形態と同様に行われる。
【００２０】
可動子界磁部を固定子電磁極で挟み込む構造となっているリニアモータは、可動子と固定子に発生する吸引力を低減できるため、ガイドの摩擦力が低減し、ガイドの寿命を大きく向上できるものであるが、その反面、かかる構造の従来のリニアモータは、コイルエンドが高さ方向にはみ出すため、リニアモータの積厚を短くせざるを得ないものであった。
しかし、本発明を適用した前記リニアモータＬＭは、移動方向にポールシュー１４ｂが形成され、高さ方向にポールシュー１５ａが形成されているので、鎖交磁束数が増大し、薄形で低発熱のものが実現できることとなる。
【００２１】
次に、図６及び図７を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。なお、図６はモータの固定子の構成を示す要部の横拡大断面図、図７は内側ティース辺の軸方向の構成を示す拡大断面図である。
本実施の形態においては、固定子２１を構成するヨーク２２の内周面に所定間隔で溝２３が形成され、各溝２３に内側ティース辺２４が差し込まれる構造になっている。なお、溝２３の数は、電磁極数によって自在に変更できるものである。  内側ティース辺２４は、前記同様に型抜きした珪素鋼板セグメントを周方向に積層したものであるが、図７に示すように軸方向の両端部にポールシュー２４ａが形成されている。この場合、内側ティース辺２４はポールシュー２４ａに向けて末広がりに形成され、ポールシュー２４ａはコイルエンド部分以上に張り出すように寸法設定される。また、内側ティース辺２４には、コイル枠２５が嵌挿され、このコイル枠２５にコイル２６が巻回されている。
【００２２】
前記構成の固定子２１においては、コイル２６を巻回した内側ティース辺２４を溝２３に順次差し込み、固着して固定子２１を組み立てる。この構成によれば、漏れ磁束を少なくすることができ、コイルエンドがポールシュー２４ａからはみ出すことがなく、前記同様に鎖交磁束数を増大させることができる。また、構成が簡単で組み立て工数の削減等を図ることができる。
【００２３】
次に、図８〜図１０を参照して本発明の第４の実施形態を説明する。なお、図８は固定子の組み立て前の構成を示す要部の拡大断面図、図９は１個の電磁極の組み立てを示す拡大断面図、図１０は内側ティース辺の軸方向の構成を示す断面図である。
固定子３１を構成するヨーク３２の内周面には、一対の外側ティース辺３３ａが軸心方向に向けて突設され、各外側ティース辺３３ａの先端には周方向に向けて周方向ポールシュー３３ｂが形成されている。
【００２４】
一方、内側ティース辺３４は前記同様に打ち抜きした珪素鋼板セグメントを積層して固着したものであり、軸方向の両端部には図１０に示すように軸方向ポールシュー３４ａが形成されている。
固定子３１の組み立ては、前記同様に外側ティース辺３３ａの外側にコイル３５を巻回し、外側ティース辺３３ａにより形成されるスロット間に内側ティース辺３４を嵌挿し、前記同様に両者を固着することにより行われる。
【００２５】
前記固定子３１の構成では、周方向のみならず軸方向にもポールシューが形成され、コイルエンドがはみ出すことがなく、突極間の隙間を小さくすることができる。従って、鎖交磁束数が増大し、回転トルクを向上できるうえに、コギングトルクを低減するこ
とができる。図３の内側ティース辺はこれを示している。
【００２６】
次に、図１１を参照して本発明の第５の実施形態を説明する。なお、図１１は周方向ポールシューの構成を示す断面図である。
本実施の形態においても、内側ティース辺４１は珪素鋼板セグメントを積層して構成するのであるが、両側の珪素鋼板セグメント４２ａの先端を周方向に折り曲げて周方向ポールシュー４２ｂを形成している。
この構成によっても、コイルエンドのはみ出しを無くし、鎖交磁束数の増大を図ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係るモータの固定子は、一対の外側ティースの先端に周方向にポールシューを設け、この外側ティース間に嵌挿される内側ティースに前記周方向に対しほぼ直交する方向にポールシューを設けたので、突極間の隙間が小さくなり、鎖交磁束数の増大と、回転トルクの向上、更にコギングトルクの低減を図ることができる。更に、コイルのはみ出しを防止することができ、モータの薄形化を図ることができる。
内側ティースを構成する珪素鋼板セグメントのポールシューに向けて末広がりに形成したり、珪素鋼板セグメント積層体の両側を周方向に折り曲げてポールシューを形成した構成にあっては、漏れ磁束を減少し、突極間の周方向の隙間を小さくすることができ、鎖交磁束数の増大と回転トルクの向上、更にコイルのはみ出しを防止することができる。
また、ヨークに形成した溝に内側ティースを嵌挿し、且つ内側ティースにポールシューを形成した固定子の構成にあっては、ヨークの形状が簡略化され、組み立て工数の削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したモータの固定子の第１の実施形態を示す横断面図である。
【図２】電磁極の構成を示すモータの固定子の縦断面図である。
【図３】内側ティース辺の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示すリニアモータの横断面図である。
【図５】リニアモータの構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を示す固定子の拡大横断面図である。
【図７】内側ティース辺の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態を示す固定子の拡大横断面図である。
【図９】固定子の構成を示す横断面図である。
【図１０】内側ティース辺の構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態を示す内側ティース辺の断面図である。
【図１２】従来のモータの固定子の構成を示す横断面図である。
【図１３】従来のモータにおける電磁極の構成を示す縦断面図である。
【図１４】従来のモータにおける突極コアの形状を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：                          固定子
２，２２，３２，１７：        ヨーク
２ａ：                        突極
３ａ，３３ａ：                外側ティース辺
３ｂ，１４ｂ，３３ｂ，４２ｂ：ポールシュー
４，１５，２４，３４，４１：  内側ティース辺
５，１６，２６，３５：        コイル
６：                          電磁極
７ａ，１５ａ，３４ａ：        ポールシュー
７ｂ：                        円弧
ＬＭ：                        リニアモータ
１３：                        固定部材
【図１】
0004085207.tif 000002
【図２】
0004085207.tif 000003
【図３】
0004085207.tif 000004
【図４】
0004085207.tif 000005
【図５】
0004085207.tif 000006
【図６】
0004085207.tif 000007
【図７】
0004085207.tif 000008
【図８】
0004085207.tif 000009
【図９】
0004085207.tif 000010
【図１０】
0004085207.tif 000011
【図１１】
0004085207.tif 000012
【図１２】
0004085207.tif 000013
【図１３】
0004085207.tif 000014
【図１４】
0004085207.tif 000015