带铁心电机 【技术领域】
本发明涉及一种具有卷绕有绕组的多个凸极的铁心的带铁心电机。
背景技术
在通常广泛使用的带铁心电机中，安装着由电磁钢板的层叠体等构成的铁心。例如，图9和图10所示的带铁心电机是磁铁极数4个、铁心极数6个的结构(4-6结构)的带铁心电机的一例。在该带铁心电机中，特别是在转轴2上，固定着如图11所示的转子铁心1。在所述转子铁心1上，沿圆周方向配列着6个凸极3，在构成这些的各凸极3地半径方向延设部分的铁心凸缘部3a上，各自卷绕有绕组3b，同时在所述铁心凸缘部3a的半径方向的前端部分(外端部分)，设置有圆周方向延伸的大致呈圆弧状的丁字形部3c。并且，在这些的各丁字形部3c的半径方向外侧部分，配置有作圆周状环绕设置的环状定子磁铁4。
又，在图12所示的内转子型的带铁心电机中，安装着定子铁心5。在该定子铁心5上，设置有朝向半径方向内侧延伸的铁心凸缘部5a，相对该铁心凸缘部5a卷绕有绕组5b，同时在所述铁心凸缘部5a的半径方向的前端部分(内端部分)，设置有大致圆弧状延伸的丁字形部5c。并且，在该丁字形部5c的半径方向内侧的中心部分，配置有固定在转轴7上的转子磁铁6。
在这种带铁心电机中，上述各铁心3、5上的丁字形部3c、5c的形状及大小通常是由电机的体积和转子的磁极数等决定的。因此，这些丁字形部3c、5c的大小有时在磁性回路上会出现大于铁心凸缘部3a、5a的磁性饱和量的情况，在此场合，往往会造成开齿(コギング)、转矩波动、反电压失真等的回转性能降低。特别是在具有极数少的结构的电机场合，因丁字形部的形状是周向长度较长，故难以将开齿等的回转性能提高至一定水平以上。
为此，本发明的目的在于，提供一种结构简单、可提高开齿等的回转性能的带铁心电机。
发明概述
为实现上述目的，本发明的带铁心电机在将丁字形部上的磁通集磁面的圆周方向的宽度尺寸作为L1、将与所述铁心凸缘部的延设方向垂直的方向上的该铁心凸缘部的宽度尺寸作为L2时，将所述丁字形部上与铁心凸缘部的总合流部设定在沿半径方向离开该丁字形部的磁通集磁面(L1-L2)/2以上的位置。
即，在具有这种结构的带铁心电机中，使从丁字形部上向铁心凸缘部侧的磁通的流入·流出面，即，从该丁字形部上的磁通集磁面至与铁心凸缘部的总合流部之间的大小等同或大于磁通集磁面单侧一半的宽度尺寸。由此，在与上述铁心凸缘部侧的总合流部上的磁通流入·流出面上，几乎不会发生磁性饱和，结果是可良好地改善开齿、转矩波动、反电压失真等的回转性能。
又，本发明的带铁心电机是一种在丁字形部的磁通集磁面上形成有开齿转矩调整用的空槽(ダミ-スロツト)的带铁心电机，在将丁字形部上的磁通集磁面的圆周方向的宽度尺寸作为L1、将与所述铁心凸缘部的延设方向垂直的方向上的该铁心凸缘部的宽度尺寸作为L2时，将所述丁字形部上与铁心凸缘部的总合流部A设定在沿半径方向离开该丁字形部的磁通集磁面(L1-L2)/4以上的位置。
即，在具有这种结构的带铁心电机中，使丁字形部上的向铁心凸缘部侧的磁通的流入·流出面，即，从该丁字形部上的磁通集磁面至与铁心凸缘部的总合流部之间的大小达到发挥上述空槽的功能的程度，或者所述尺寸大小大于发挥上述空槽的功能的程度。由此，在与上述铁心凸缘部侧的总合流部的磁通的流入·流出面上，可将磁饱和抑止在不损害空槽的功能的程度，可容易地得到目标回转性能。
在上述无论哪种带铁心电机中，除了从上述的不产生磁性饱和的观点之外，从确保卷绕空间以及便于卷绕的角度出发，也最好是将自该丁字形部的磁通集磁面的、至丁字形部上与铁心凸缘部的总合流部的半径方向的尺寸设定为大致离开(L1-L2)/2的位置，即，大致与所述丁字形部单侧一半的宽度尺寸相等。
而且，在上述带铁心电机中，若将丁字形部的里侧壁面形成大致平面状，则可使铁心的制造容易化。
附图的简单说明
图1为表示本发明一实施形态的6极转子铁心结构的主视说明图。
图2为表示使用了图1的转子铁心的转子组装状态的主视说明图。
图3为表示本发明另一实施形态的转子铁心的组装状态的主视说明图。
图4为表示丁字形状与开齿水平之间关系的线图。
图5为表示与有无空槽所形成的开齿波形作比较的曲线图。
图6为表示本发明又一实施形态的转子铁心的组装状态的主视说明图。
图7为表示本发明又一实施形态的转子铁心的组装状态的主视说明图。
图8为表示本发明又一实施形态的转子铁心的组装状态的主视说明图。
图9为表示普通的带铁心电机结构例的横剖面说明图。
图10为图9所示的带铁心电机的纵剖面说明图。
图11为图9所示的带铁心电机中使用的转子铁心结构的主视说明图。
图12为表示普通的带铁心电机另一结构例的横剖面说明图。
【具体实施方式】
下面，参照图纸详细说明本发明的实施形态。
首先，图1和图2所示的本发明的实施形态适用于带铁心电机中使用的6极的转子铁心10(电机的整体结构参照图9和图10)，在该转子铁心10上，圆周方向上配列着6个凸极11。这些各个凸极11各自具有从环状的中心基部11a朝向半径方向的外方侧呈放射状延伸的铁心凸缘部11b，在该铁心凸缘部11b上，卷绕有绕组12。
又，在构成所述各凸极11的铁心凸缘部11b的半径方向外侧的前端部分，设置有从该铁心凸缘部11b朝向大致圆周方向的两侧大致呈扇状扩大并延伸的丁字形部11c。这些各丁字形部11c在所述铁心凸缘部11b的延设方向(半径方向)外侧的前端面，具有磁通集磁面11c1，该磁通集磁面11c1相对于未图示的筒状的定子磁铁，邻近半径方向状地进行配置。
并且，在所述丁字形部11c上的磁通集磁面11c1的半径方向反向侧，延伸有里侧壁面11c2。该里侧壁面11c2由大致作直线状延伸的平坦面形成，形成了从所述磁通集磁面11c1的圆周方向两端部横跨至所述铁心凸缘部11b的圆周方向两侧壁面间的形态。另外，该平坦状的里侧壁面11c2形成为相对于半径方向呈所定角度延伸的倾斜面。该里侧壁面11c2相对于所述铁心凸缘部11b的圆周方向两侧壁面，在总合流部A处形成交叉。
在此，将所述丁字形部11c上的磁通集磁面11c1的圆周接线方向的宽度尺寸作为L1、将与所述铁心凸缘部11b的延设方向(半径方向)垂直的方向上的该铁心凸缘部11b的宽度尺寸作为L2时，所述丁字形部11c上与铁心凸缘部11b的总合流部A的位置按照以下方法进行设定。即、从所述丁字形部11c的最外周面，即，磁通集磁面11c1朝向半径方向内侧，将所述总合流部A的半径方向的位置设定在离开(L1-L2)/2以上的位置，在本实施形态中设定为相等于(L1-L2)/2的尺寸。
更具体地说，所述丁字形部11c上的、向铁心凸缘部11b侧的磁通的流入·流出面，即，从该丁字形部11c上的磁通集磁面11c1至与铁心凸缘部11b的总合流部A之间的半径方向的尺寸L3设定为等同于(1∶1)或大于所述丁字形部11c的单侧一半的宽度尺寸L4，即、(L3≥L4)。由此，在与上述铁心凸缘部11b的总合流部A上的磁通的流入·流出面上，几乎不会发生磁性饱和，结果是可良好地改善开齿、转矩波动、反电压失真等的回转性能。
另一方面，在本实施形态中，在所述各凸极11上，相互邻接的丁字形部11c之间的切槽宽度S被设定为小于所述丁字形部11c的单侧一半的宽度尺寸L4(L4＝(L1-L2/2))，即、(S＜L4)。
并且，在本实施形态中，作为一项开齿对策的空槽DS被凹设在所述丁字形部11c的磁通集磁面11c1内，以形成所述磁通集磁面11c1的局部凹陷的形态(例如参照特公平6-91715号公报)。本实施形态的空槽DS在1个丁字形部11c处设置有2个，该2个空槽DS分别处在与所述丁字形部11c的圆周方向中心位置相对称的位置上。
上述空槽DS的设置个数最好设定为铁心极数(本实施形态中为6极)的1/3以下的整数值，该空槽DS圆周方向的宽度尺寸最好是小于所述邻接极间的切槽宽度S。又，该空槽DS的深度最好是处于0.01mm～0.8mm范围内。在本实施形态中，所述空槽DS的宽度设定为2mm，深度设定为0.25mm。
另一方面，图3所示的本发明的实施形态是一种适用于在内转子型的无刷电机中所使用的6极定子铁心20，在该定子铁心20上，配列着沿圆周方向分割的6个凸极21。这些各个凸极21具有从外侧基部21a朝向半径方向内侧呈放射状延伸的铁心凸缘部21b，在该铁心凸缘部21b上，分别卷绕有绕组22。
又，在构成所述各个凸极21的铁心凸缘部21b的半径方向内侧的前端部分，设置有以该铁心凸缘部21b为中心、朝向圆周方向两侧大致呈扇状扩大、并延伸的丁字形部21c。这些各个丁字形部21c在所述铁心凸缘部21b的延设方向(半径方向)内侧的前端面，具有磁通集磁面21c1，该磁通集磁面21c1相对于配置在中心侧的转子磁铁(未图示)，作邻近半径方向状地进行配置。
再有，所述丁字形部21c上的磁通集磁面21c1反向侧的里侧壁面21c2形成为平坦面，该平坦面从所述磁通集磁面21c1的圆周方向两端部朝向所述铁心凸缘部21b上的圆周向两侧壁面的途中位置，大致呈直线状延伸。该平坦状的里侧壁面21c2相对于半径方向，以适当的角度斜向延伸，该丁字形部21c的里侧壁面21c2相对于所述铁心凸缘部21b的圆周方向两侧壁面，在总合流部A处形成交叉。
在此，将所述丁字形部21c上的磁通集磁面21c1的圆周接线方向的宽度尺寸作为L1，同时，将与所述铁心凸缘部21b的延设方向(半径方向)垂直的方向上的该铁心凸缘部21b的宽度尺寸作为L2。此时，所述丁字形部21c上的与铁心凸缘部21b的总合流部A的半径方向的位置按照以下方法进行设定。即，从所述丁字形部21c的最内周面即磁通集磁面21c1朝向半径方向外方侧，设定在离开(L1-L2)/2以上的位置。
也就是说，本实施形态中的所述丁字形部21c上的向铁心凸缘部21b侧的磁通的流入·流出面，即，从该丁字形部21c的磁通集磁面21c1至与铁心凸缘部21b的总合流部A之间的半径方向的尺寸设定为等同于(1∶1)或大于所述丁字形部21c的单侧一半的宽度尺寸。由此，在与上述丁字形部21c的铁心凸缘部21b的磁通的流入·流出面上，几乎不会发生磁性饱和，结果是可提高开齿、转矩波动、反电压失真等的回转性能。
例如，如图4所示，在将从所述定子铁心20的中心位置至总合流部A之间的半径方向的尺寸R(横轴：mm)变化时，与该R值相对应的开齿水平值C(纵轴：Nm)就会如①线所示进行变化。另外，该①线就是未设置有后述空槽D时的状况。
即，在上述图3的带铁心电机中，将从所述定子铁心20的中心位置至丁字形部21c的磁通集磁面21c1之间的半径方向的尺寸设定为21.5mm，同时将从磁通集磁面21c1至总合流部A之间的半径方向的尺寸{(L1-L2)/2}设定为4.2mm，将从定子铁心20的中心位置至总合流部A之间的半径方向尺寸R设定为25.7mm。从而，在R＝25.7mm的位置附近时，从图4中可以看出，开齿水平的值C基本为「0」，几乎不发生开齿。在R＝25.7mm的位置附近时，从丁字形部21c的磁通集磁面21c1至与铁心凸缘部21b的总合流部A之间的半径方向尺寸就是大致与所述丁字形部21c的单侧一半的宽度尺寸相等(1∶1)的位置。
又，在上述图3的实施形态中，在各凸极21上的相互邻接的丁字形部21c之间的切槽宽度S被设定为小于所述丁字形部21c的单侧一半的宽度尺寸的(L1-L2)/2，同时在所述丁字形部21c的磁通集磁面21c1上，作为一项开齿对策的空槽DS形成了使所述磁通集磁面21c1的局部凹陷的形态，在各个部位的丁字形部21c处分别设置有2个。该2个空槽DS分别处在与所述丁字形部21c的圆周方向中心位置相对称的位置。
设置有这种空槽DS场合的开齿水平，可进一步改善到例如图4的②线所示的形态。即，在设置有空槽DS的场合，所述丁字形部21c与铁心凸缘部21b之间的总合流部A的半径方向位置若被设定为：从所述丁字形部21c的最内周侧，即，磁通集磁面21c1朝向半径方向内侧大致离开(L1-L2)/4以上的位置，则可顺利地发挥空槽DS的作用，由此，可良好地改善开齿水平。
即，如前所述，在将从定子铁心20的中心位置至丁字形部21c的磁通集磁面21c1之间的半径方向的尺寸设定为21.5mm，同时将从磁通集磁面21c1至与铁心凸缘部11b的总合流部A之间的半径方向尺寸设定为{(L1-L2)/4}(＝2.1mm)时，从定子铁心20的中心位置至总合流部A之间的半径方向尺寸R就是23.6mm，该R＝23.6mm的位置附近的开齿水平的值已被降低到良好的水平而得以改善。
另外，在设置有上述空槽DS的场合，从图5中可以看出，与无空槽的场合所发生的开齿波形(①线)的周期相比，有空槽的场合的开齿波形(②线)的周期大致可减少2/1左右，同时开齿水平的绝对值也可大幅度减小。
另一方面，将图6所示的实施形态与上述图3所示的实施形态相比，图6是将空槽DS的位置作了变更，将在每个丁字形部21c上设置的2个空槽DS相互之间分别形成在相对于所述丁字形部21c的圆周方向中心位置不对称的位置上。这样，通过变更空槽的位置或改变大小，就可将开齿波形的周期和大小适当变更在一定的范围内，可进行与电机的转速、回转方向、回转负荷相对应的最佳设计。
又，图7所示的实施形态是一种适用于内转子型的无刷电机中使用的9极定子铁心30，各凸极31的丁字形部31c上向铁心凸缘部31b侧的磁通的流入·流出面，即从该丁字形部31c的磁通集磁面31c1至与铁心凸缘部31b的总合流部A之间的半径方向尺寸L5等同于(1∶1)或大于所述丁字形部31c的单侧一半的宽度尺寸L6。
又，图8所示的实施形态与上述图7所示的实施形态相比，是每1极形成有2个空槽DS。即使在这种实施形态中，也可获得同样的作用和效果。
以上对由本发明者发明的实施形态作了具体的说明，但本发明不限定于上述实施形态，在不脱离本发明的宗旨的范围内可作各种变形，这是不言而喻的。
发明的效果
综上所述，本发明的带铁心电机由于是将所述丁字形部上的与铁心凸缘部的总合流部设定在沿半径方向离开该丁字形部的磁通集磁面所定量以上的位置，将所述丁字形部上的向铁心凸缘部侧的磁通流入·流出面，即，从该丁字形部上的磁通集磁面至与铁心凸缘部的总合流部之间的大小等同于或大于磁通集磁面的单侧一半的宽度尺寸，由此，在与上述铁心凸缘部侧的总合流部上的磁通流入·流出面上，几乎不会发生磁饱和，可良好地改善开齿、转矩波动、反电压失真等的回转性能，因此，可获得结构简单、低成本且具有良好回转性能的带铁心电机。
又，由于是将所述丁字形部上的与铁心凸缘部的总合流部设定在沿半径方向离开该丁字形部所定量以上的位置，将所述丁字形部上的向铁心凸缘部侧的磁通的流入·流出面，即，从该丁字形部上的磁通集磁面至与铁心凸缘部的总合流部之间的尺寸大小设定为能发挥上述空槽功能的程度或以上。由此，可将在与上述铁心凸缘部侧的总合流部的磁通的流入·流出面上的磁饱和抑止在不损害空槽的功能的程度，提高了回转性能，因此，可获得结构简单、低成本且具有良好回转性能的带铁心电机。
并且，由于将丁字形部的里侧壁面形成了大致平面状，使铁心的制造容易，由此，可进一步提高上述的效果。