JP2000278890A - 電動機のステータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステータコイルからステータコアへの熱伝達
性を高めることにより、モータの放熱性を向上させる。 【解決手段】 円周方向に複数のスロット２５が形成さ
れたステータコア２１と、スロット２５の中に巻装され
るステータコイル３１とを有する電動機のステータ２０
において、スロット２５の底部に凹凸形状部２７を形成
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機のステータ
に関し、特に、ステータを構成するステータコアのスロ
ット形状の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、いろいろな分野でモータ（電動
機）が使用されている。例えば、同期モータは、ステー
タコイルを有するステータ（固定子）と、その内側に配
設され、回転自在に軸支されたロータ（回転子）とを備
えている。

【０００３】ステータは、一般に薄いけい素鋼板で作ら
れたステータコア単体を複数枚積層して形成されるステ
ータコア（固定子鉄心）を有している。このステータコ
アは、円周方向内側に複数のティースを有しており、該
ティース間にスロットが形成されている。ステータコイ
ルは、該スロットに挿入されるようにしてティースに巻
回される。

【０００４】そして、ステータコイルに電流を流すと、
該電流により誘起された回転磁界によって、ステータと
ロータとの間に相互作用が働き、この相互作用によって
ロータが回転する。

【０００５】一方、モータにおいては、ステータコイル
に電流を流すことにより発熱する。このモータ動作中に
ステータコイルで発生した熱は、ステータコアへ伝導
し、ステータコアが圧入されているフレームを介して半
径方向外方へ放熱されるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステー
タコイルが装着されるステータコアのスロットは、略矩
形形状を呈しており、例えばスロットの底部は、軸方向
からみて円弧形状または直線形状となっている。このた
め、コイルと絶縁紙を介したスロット内面との接触面積
が小さく熱伝達性があまり良好でないという問題があっ
た。

【０００７】また特に、コイルの線径が比較的大きい場
合、コイルと絶縁紙を介したスロット内面との隙間がさ
らに大きくなってしまう。したがって、絶縁処理等のた
めに含浸させるワニスがスロット内にうまく浸透してい
かず、たとえ浸透してもコイル表面付近のみで、コイル
と絶縁紙を介したスロット内面との隙間にはワニスの浸
透が不十分で、熱伝導率がきわめて小さい空気が多く存
在することになるという問題もあった。

【０００８】このように、ステータコイルからステータ
コアへの熱伝達性が良好でないことから、ステータコイ
ルで発生する熱を十分に放熱させることができない。こ
のため、モータを長時間動作させた場合には、モータの
温度が過度に上昇することを回避すべく電流値を下げる
制御を行わざるを得ず、結果的に、トルクの低下をきた
してしまう虞れもある。

【０００９】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであり、本発明の目的は、ステータコイル
からステータコアへの熱伝達性を高めることにより、モ
ータの放熱性を向上させることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記す
る手段により達成される。

【００１１】（１） 円周方向に複数のスロットが形成
されたステータコアと、前記スロットの中に巻装される
ステータコイルとを有する電動機のステータにおいて、
前記スロットの底部に凹凸形状部を形成したことを特徴
とする電動機のステータ。

【００１２】（２） 前記凹凸形状部の前記スロットの
開口部側からみた凹部は、前記ステータコイルの巻線半
径と略一致する曲率半径で形成されていることを特徴と
する上記（１）に記載の電動機のステータ。

【００１３】（３） 前記凹凸形状部の前記スロットの
開口部側からみた凸部は、前記ステータコイルの巻線半
径ｄ／２以下の曲率半径で形成されていることを特徴と
する上記（２）に記載の電動機のステータ。

【００１４】（４） 前記ステータコアは、ファインブ
ランキングにより打ち抜き加工された板状のステータコ
ア単体が複数枚積層されて形成されていることを特徴と
する上記（１）〜（３）のいずれかに記載の電動機のス
テータ。

【００１５】（５） 底部に凹凸形状部を有するスロッ
トが円周方向に複数形成された板状のステータコア単体
を、ファインブランキングにより打ち抜き加工して作る
工程と、前記ステータコア単体をその打ち抜き方向が揃
うように複数枚積層してステータコアを作る工程と、前
記ステータコアを筐体内に挿入する工程と、前記ステー
タコアのスロット内に絶縁紙をセットする工程と、前記
ステータコア単体の打ち抜き方向と反対方向に、ステー
タコイルを前記ステータコア内に挿入しつつ、該ステー
タコイルを前記ステータコアのスロットの中に巻装する
工程と、を有することを特徴とする電動機のステータの
製造方法。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、請求項毎に次のような
効果を奏する。

【００１７】請求項１に記載の発明によれば、ステータ
コアのスロットの底部に凹凸形状部を形成したので、ス
テータコイルが凹凸形状部の凹部に嵌まり込むようにし
て巻装されることになり、ステータコイルとスロット内
面との接触面積が大きくなって、ステータコイルからス
テータコアへの熱伝達性が向上する。

【００１８】また、ステータコイルの表面とスロットの
底部との間のきわめて小さくなった隙間にワニスを十分
浸透させることができ、ワニスの含浸率が高まる。しか
も、ワニスは空気よりも熱伝導率が大きいので、結果と
してステータコイルからステータコアへの熱伝達性がさ
らに向上する。

【００１９】したがって、電動機の放熱性を向上させる
ことができ、例えばモータを長時間動作させてもモータ
の温度が過度に上昇することを防止することができる。

【００２０】請求項２に記載の発明によれば、ステータ
コイルの表面とスロットの底部との密着性がより高まる
ことになる。

【００２１】請求項３に記載の発明によれば、ステータ
コイルの表面とスロットの底部との密着性を十分確保す
ることができ、磁束の円滑な流れを保つことができる。

【００２２】請求項４に記載の発明によれば、凹凸形状
部を有するスロットでも、容易かつ迅速に形成すること
ができる利点がある。

【００２３】請求項５に記載の発明によれば、ファイン
ブランキングによりステータコア単体の切断面の縁部に
生じる僅かなカエリ等が打ち抜き方向に流れるように形
成されるので、それと反対方向にステータコイルを挿入
する際に摩擦力によって絶縁紙が力を受けるものの、上
記した切断面の形状により、絶縁紙がコイル挿入方向に
抜けてしまう事態を防止することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２５】図１は、本発明の一実施形態に係るステー
タを用いたモータの概略構成を示す半断面図、図２は、
図１に示すステータを軸方向からみた断面図、図３は、
図２に示すＡ部の拡大図、図４は、図３に示すＢ部の拡
大図である。

【００２６】図１に示すモータ（電動機）は、永久磁石
型同期モータである。同期モータは、効率が高いことか
ら、例えば電気自動車や省エネルギーを必要とする製品
に対して使用するのに適している。

【００２７】このモータは、筐体としてのフレーム１を
有している。フレーム１は、例えばアルミニウム合金等
により形成されており、円筒部２とカバー３，３とから
なる。フレーム１の円筒部２の内周面には、ステータ２
０が取り付けられている。また、フレーム１には、軸受
４，４を介して、ロータ４０が回転自在に取り付けられ
ている。ここで、ステータ２０とロータ４０との間に
は、半径方向に所定のエアギャップが設けられている。

【００２８】ステータ２０は、フレーム１内部に挿入さ
れ焼嵌めにより固定されるステータコア２１と、このス
テータコア２１に巻装されるステータコイル３１とを有
している。

【００２９】ステータコア２１は、表面に絶縁層が形成
された厚さ例えば約０．５ｍｍのけい素鋼板等の高透磁
率材料の板から作られた略円環状のステータコア単体
を、複数枚積層して形成されている。このような薄い板
を積層することで、渦電流による損失を低減している。

【００３０】図２に示すように、ステータコア２１の内
周面側には、複数のティース２３からなるティース群が
形成されており、該各ティース２３間には、同じく複数
のスロット２５からなるスロット群が形成されている。
ステータコア２１はまた、図示のように、これらのティ
ース２３の外側に位置される円環状のバックヨーク部２
６を有している。ステータコイル３１は、スロット２５
の中に挿入されるようにして所定の巻き方にてティース
２３に巻回される。なお、図２では、図面が複雑になる
ことを避けるため、ステータコイル３１を図示省略して
ある。

【００３１】一方、ロータ４０は、円周方向における複
数箇所に矩形状の挿入穴が形成されたロータコア４１
と、これらの挿入穴に挿入された永久磁石４２とを有し
ている。永久磁石４２は、その厚み方向（半径方向）に
磁化されており、ロータ外周からみてＮ極、Ｓ極が、円
周方向で交互になるように配置される。ロータコア４１
は、厚さ例えば約０．５ｍｍのけい素鋼板から作られた
中央孔を有する円板であるロータコア単体を、複数枚積
層して形成される。また、ロータコア４１の中心には、
モータシャフト５が圧入されている。なお、図中符号３
２は、コイルエンドを示す。

【００３２】本実施形態では特に、図３及び図４に示す
ように、ステータコア２１のスロット２５の底部に、凹
凸形状部２７が形成されている。図中符号３３は、ステ
ータコア２１とステータコイル３１との絶縁性を確実に
するための絶縁紙を示している。この凹凸形状部２７の
形成により、スロット２５内に巻装されるステータコイ
ル３１と、絶縁紙３３を介したスロット２５内面との接
触面積を大きくすることが可能となる。

【００３３】なお、スロット２５内の側面に凹凸形状部
２７を形成することも理論的には可能である。しかし、
スロット２５内の側面はティース２３の側面に相当し、
このティース２３は、飽和磁束密度に近い磁束が通るよ
うに設計されている場合が多い。したがって、磁束通過
の妨げにならないようにするため、スロット２５内の側
面に凹凸形状部２７を形成することはできれば避けるの
が好ましい。一方、スロット２５の底面はバックヨーク
部２６の内周面に相当し、このバックヨーク部２６は、
磁束を通す機能以外に、機械的強度や振動防止の観点か
ら多少余裕をもって設計されている場合が多く、凹凸形
状部２７を形成するのに適していると言える。

【００３４】また、ステータコイル３１の絶縁保持及び
固定のためにワニス３５を該ステータコイル３１に含浸
させる場合、ステータコイル３１の表面と絶縁紙３３を
介したスロット２５の底部との間の隙間がきわめて小さ
くなるので、ワニス含浸の毛細管現象が助長され、ワニ
ス３５をステータコイル３１の表面のみならず、当該隙
間にまで十分浸透させることができる。

【００３５】図示のように、凹凸形状部２７は、スロッ
ト２５の開口部側からみて、凹部２８と凸部２９とが交
互に形成されて構成されている。なお、図においては、
理解を容易にするためコイル３１の線径を実際より大き
く描いてあり、したがって、凹凸形状部２７の凹部２８
及び凸部２９もそれに合わせて描いてある。

【００３６】ここで、凹凸形状部２７の凹部２８は、図
示のように、ステータコイル３１の巻線半径ｄ／２と略
一致する曲率半径Ｒ1 で形成されている。このようにす
れば、ステータコイル３１の表面と、絶縁紙３３を介し
たスロット２５の底部との密着性がより高まることにな
る。

【００３７】また、凹凸形状部２７の凸部２９は、図示
のように、ステータコイル３１の巻線半径ｄ／２以下に
設定する。このようにすれば、コイル３１とステータコ
ア２１との密着性を十分確保することができ、磁束の円
滑な流れを保つことができる。一方、凸部２９の先端が
極度に尖ってエッジになることを回避してコイル３１へ
の損傷を防止するため、凸部２９はある程度の大きさ以
上に設定することが好ましい。

【００３８】具体的には、凹部２８の曲率半径Ｒ1 は、
ステータコイル３１の巻線半径ｄ／２、絶縁紙３３の厚
さａに合わせて、例えばｄ／２＋ａに設定することがで
きる。また、凸部２９の曲率半径Ｒ2 は、絶縁紙３３の
厚さａ以上に設定するのが望ましい。

【００３９】次に、ステータ２０の製造方法について説
明する。

【００４０】まず、厚さ例えば約０．５ｍｍのけい素鋼
板を、底部に凹凸形状部２７を有する複数のスロット２
５が円周方向に形成されるように、ファインブランキン
グにより打ち抜き加工して、略円環状のステータコア単
体を作る。このステータコア単体は、例えばワイヤカッ
ト等によっても加工することができるが、ファインブラ
ンキングによれば、凹凸形状部２７を有するスロット２
５でも、容易かつ迅速に形成することができる利点があ
る。

【００４１】このように打ち抜き加工されたステータコ
ア単体を、溶接、かしめ、接着等により、それぞれ上記
打ち抜き方向が揃うように複数枚積層して接合し、ステ
ータコア２１を作る。そして、このステータコア２１
を、フレーム１の円筒部２の内部に挿入して固定する。
具体的には焼ばめ等で固定するのが、熱伝導性上望まし
い。

【００４２】次いで、ステータコア２１のスロット２５
内に、絶縁紙３３を予めセットしておく。この後、ステ
ータコア単体の打ち抜き方向と反対方向に、ステータコ
イル３１をステータコア２１内に挿入しつつ、該ステー
タコイル３１をステータコア２１のスロット２５の中に
巻装する。このようにすれば、ファインブランキングに
よりステータコア単体の切断面の縁部に生じる僅かなカ
エリ等が打ち抜き方向に流れるように形成されているの
で、それと反対方向にステータコイル３１を挿入する際
に摩擦力によって絶縁紙３３が力を受けるものの、上記
した切断面の形状により、絶縁紙３３がコイル挿入方向
に抜けてしまう事態を防止することができる。

【００４３】このとき、スロット２５の底部において
は、ステータコイル３１が凹凸形状部２７の凹部２８に
入り込むようにして、ステータコイル３１の巻装が行わ
れる。そして、ワニス３５を例えば滴下含浸法により、
スロット２５内のステータコイル３１に含浸させ、ステ
ータコイル３１の絶縁性を保つと共に、ステータコイル
３１をスロット２５内にて固定する。

【００４４】上記のように構成されたステータ２０を用
いたモータにおいては、ステータコイル３１に交流電流
を流すことにより、回転磁界が誘起される。このとき、
ステータコイル３１は、ロータ４０に向かって鎖交する
ように磁束を発生させる。ステータコイル３１の所定部
分は、例えばＮ極として働くことにより、ロータ４０の
Ｎ極の永久磁石４２と反発、Ｓ極の永久磁石４２と吸引
することによってマグネットトルクが発生すると共に、
ロータコア４１を吸引することによってリラクタンスト
ルクが発生する。このようにして、ステータ２０とロー
タ４０との間に相互作用が働いてロータ４０が回転さ
れ、この相互作用によりモータのトルクが発生する。

【００４５】本実施形態では、ステータコア２１のスロ
ット２５の底部に凹凸形状部２７を形成したので、ステ
ータコイル３１が凹凸形状部２７の凹部２８に嵌まり込
むようにして巻装されることになり、ステータコイル３
１と、絶縁紙３３を介したスロット２５内面との接触面
積が大きくなる。これにより、ステータコイル３１から
ステータコア２１への熱伝達性が向上する。

【００４６】また、ステータコイル３１の表面と絶縁紙
３３を介したスロット２５の底部との間のきわめて小さ
くなった隙間にワニスを十分浸透させることができ、ワ
ニスの含浸率が高まる。しかも、このワニスは空気より
も熱伝導率が大きいので、結果としてステータコイル３
１からステータコア２１への熱伝達性がさらに向上する
ことになる。

【００４７】このようにステータコイルからステータコ
アへの熱伝達性が向上することにより、モータのステー
タコイルで発生する熱を、図２中矢印Ｃ方向で示す半径
方向外方に、十分に放熱させることができ、モータを長
時間動作させてもモータの温度が過度に上昇することを
防止することができる。

【００４８】なお、以上説明した実施形態は、本発明を
限定するために記載されたものではなく、本発明の技術
的思想内において当業者により種々変更が可能である。

【００４９】例えば、上記実施形態では、永久磁石型同
期モータについて説明したが、本発明はこれに限られ
ず、他のモータのステータに対しても適用可能である。
また、ステータコアのティースの数も種々変更すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るステータを用いた
モータの概略構成を示す半断面図である。

【図２】 図１に示すステータを軸方向からみた断面図
である。

【図３】 図２に示すＡ部の拡大図である。

【図４】 図３に示すＢ部の拡大図である。

【符号の説明】

１…フレーム（筐体）、 ５…モータシャフト、 ２０…ステータ、 ２１…ステータコア、 ２３…ティース、 ２５…スロット、 ２６…バックヨーク部、 ２７…凹凸形状部、 ２８…凹部、 ２９…凸部、 ３１…ステータコイル、 ３３…絶縁紙、 ４０…ロータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 真秀 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H002 AA10 AB01 AB06 AC02 AC04 AC06 AD06 AE07 AE08 5H615 AA01 BB01 BB07 BB14 PP01 PP02 PP08 PP10 PP13 PP24 PP28 QQ02 QQ12 RR04 RR07 SS03 SS05 SS16 SS18 SS19 SS42 TT04 TT05 TT16

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周方向に複数のスロットが形成された
   ステータコアと、前記スロットの中に巻装されるステー
   タコイルとを有する電動機のステータにおいて、前記ス
   ロットの底部に凹凸形状部を形成したことを特徴とする
   電動機のステータ。
2. 【請求項２】 前記凹凸形状部の前記スロットの開口部
   側からみた凹部は、前記ステータコイルの巻線半径と略
   一致する曲率半径で形成されていることを特徴とする請
   求項１記載の電動機のステータ。
3. 【請求項３】 前記凹凸形状部の前記スロットの開口部
   側からみた凸部は、前記ステータコイルの巻線半径ｄ／
   ２以下の曲率半径で形成されていることを特徴とする請
   求項２記載の電動機のステータ。
4. 【請求項４】 前記ステータコアは、ファインブランキ
   ングにより打ち抜き加工された板状のステータコア単体
   が複数枚積層されて形成されていることを特徴とする請
   求項１〜３のいずれかに記載の電動機のステータ。
5. 【請求項５】 底部に凹凸形状部を有するスロットが円
   周方向に複数形成された板状のステータコア単体を、フ
   ァインブランキングにより打ち抜き加工して作る工程
   と、 前記ステータコア単体をその打ち抜き方向が揃うように
   複数枚積層してステータコアを作る工程と、 前記ステータコアを筐体内に挿入する工程と、 前記ステータコアのスロット内に絶縁紙をセットする工
   程と、 前記ステータコア単体の打ち抜き方向と反対方向に、ス
   テータコイルを前記ステータコア内に挿入しつつ、該ス
   テータコイルを前記ステータコアのスロットの中に巻装
   する工程と、 を有することを特徴とする電動機のステータの製造方
   法。