JP2000278903A - 電動機及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルク及びエネルギ効率を向上させることが
できる電動機及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 円周方向に複数のスロットが形成された
ステータコア２１、および上記スロットの中に巻装され
たステータコイル３１を有するステータ２０と、ステー
タ２０により形成される回転磁界によってモータシャフ
ト５のまわりに回転されるロータ４０と、を備えた同期
モータにおいて、ステータコア２１の軸方向両外方に位
置するステータコイル３１の両方のコイルエンド３２の
少なくとも一方を、その先端がロータ４０に近接するよ
うに、曲げ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、電動機及びその製
造方法に関し、特に、トルク及び効率の向上を図った同
期モータ及びその製造方法に関する。

【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。図８は、従来のモータの概略構
成を示す断面図である。図示するモータは同期モータで
あり、ステータコイル１３１を有するステータ（固定
子）１２０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）１４０とを備えている。

【０００３】ステータ１２０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）１２１を有している。こ
のステータコア１２１には、巻線用のスロットが円周方
向内側に複数形成されており、これにステータコイル１
３１が挿入されて巻かれている。

【０００４】ロータ１４０もまた、一般に薄いけい素鋼
板よりなるロータコア単体を積層して形成されたロータ
コア（回転子鉄心）を有しており、例えば永久磁石型同
期モータの場合には、このロータコアの表面あるいは内
部に永久磁石が配置されている（いずれも図示せず）。

【０００５】そして、ステータコイル１３１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１２０とロータ１４０との間に相互作用が働き、こ
の相互作用によってロータ１４０が回転するようになっ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
モータにあっては、ステータコイル１３１の挿入作業に
おいて、いわゆる機械巻きにしろ手巻きにしろ、予め外
でコイルを巻いておいて、その後、ステータコア１２１
の複数のスロットに挿入して巻回するようにしている。
したがって、ステータコイル１３１は、コイル挿入のた
め、またコイル同士の絡み合いを避けるための余裕代が
必要となリ、コイルを挿入した場合のステータコア１２
１の軸方向両外方に、一定の高さのコイルエンド１３２
が形成されることになる。

【０００７】しかしながら、モータのコイルエンド１３
２は、ステータコア１２１のスロット間をつなぐ巻線に
より構成されており、したがって、ステータコイル１３
１に電流を流すと、該電流により、ロータ１４０と鎖交
する磁束Ｐのほかに、コイルエンド１３２の部分でロー
タ１４０と鎖交しない磁束Ｑも発生してしまうという問
題があった。このため、コイルエンド１３２で発生する
磁束Ｑは、モータのトルクに全く寄与せず、エネルギ損
失となり、効率の低下を招いていた。

【０００８】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、トルク及びエネ
ルギ効率を向上させることができる電動機及びその製造
方法を提供することにある。

【０００９】

【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。

【００１０】（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、および前記スロットの中に巻装さ
れたステータコイルを有するステータと、前記ステータ
により形成される回転磁界によって軸のまわりに回転さ
れるロータと、を備えた電動機において、前記ステータ
コアの軸方向両外方に位置する前記ステータコイルの両
方のコイルエンドの少なくとも一方を、その先端が前記
ロータに近接するように、曲げたことを特徴とする電動
機。

【００１１】（２） 前記コイルエンドの内側に、磁性
材料からなる磁束通過部材を配置したことを特徴とする
上記（１）に記載の電動機。

【００１２】（３） 前記磁束通過部材は、前記ステー
タ及びロータが収容される筐体に接続されることを特徴
とする上記（２）に記載の電動機。

【００１３】（４） 前記磁束通過部材は、リング形状
の支持部と、前記支持部から軸方向に伸延する複数の凸
状部とを有することを特徴とする上記（２）に記載の電
動機。

【００１４】（５） 筐体内に挿入されたステータコア
の円周方向に複数形成されたスロットの中に、前記ステ
ータコアの軸方向の一方の外方に位置するコイルエンド
が内側に曲がるようにして、ステータコイルを巻装し、
ステータを形成するステータ形成工程と、前記ステータ
の他方の曲げられていないコイルエンド側から、その内
部にロータを挿入するロータ挿入工程と、前記ステータ
コイルをワニス処理するワニス処理工程と、前記筐体の
軸方向端部にカバーを取り付けるカバー取付工程と、を
有することを特徴とする電動機の製造方法。

【００１５】（６） 前記ロータ挿入工程と前記ワニス
処理工程との間に、曲げられていない方のコイルエンド
を内側に曲げる工程を加えることを特徴とする上記
（５）に記載の電動機の製造方法。

【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
コイルの両方のコイルエンドの少なくとも一方をロータ
側に曲げるようにしたので、コイルエンドはロータの軸
方向端面に近接対向させられることになる。したがっ
て、コイルエンドの部分で発生する磁束を、ロータに供
給することができ、モータのトルクを向上させることが
できる。しかも、ステータコイルに入力したエネルギを
有効に利用することができ、モータの効率が向上する。

【００１８】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、コイルエンドの部分で発生
する磁束を、磁束通過部材によってロータの方により多
く導くことができる。したがって、モータのトルク及び
効率のさらなる向上を図ることができる。

【００１９】請求項３に記載の発明によれば、請求項２
に記載の発明の効果に加え、コイルエンドの部分の放熱
を効果的に行うことができ、ひいては連続出力性能が向
上する。

【００２０】請求項４に記載の発明によれば、請求項２
に記載の発明の効果に加え、磁束通過部材を容易に製造
することができると共に、凸状部のコイルエンド内への
挿入も容易に行うことができる。

【００２１】請求項５，６に記載の発明によれば、ステ
ータコイルのコイルエンドをロータ側に曲げたモータを
効率よく製造することができる。

【００２２】

【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。

【００２３】図１は、本発明の一実施形態に係るモータ
の概略構成を示す断面図、図２は、図１のII−II線から
みたステータ及びロータの模式的な断面図である。

【００２４】図示するモータ（電動機）は、永久磁石型
同期モータであり、また、いわゆるインナーロータ型
（内側回転）の三相同期モータである。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を
必要とする製品に対して使用するのに適している。

【００２５】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２０
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。

【００２６】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。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
（導磁）率材料の板から作られた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
板を積層するより、渦電流による損失を低減している。

【００２７】ステータコア２１の内周面側には、例えば
図２のように、３個のティース２２ａ〜２２ｃを１単位
として４単位のティース群が形成されており、該各ティ
ース間には、同じく３個のスロット２３ａ〜２３ｃを１
単位として４単位のスロット群が形成されている。な
お、図中符号２４は、コア背部を示す。

【００２８】ステータコイル３１は、３個の独立したコ
イル３１ｕ，３１ｖ，３１ｗを有しており、所定の方法
で結線して所定の巻き方にて巻装されている。ここで
は、第１相コイル３１ｕは、１個のティース２２ｂを飛
び越しながら２個のティース２２ａ，２２ｃの周囲に巻
装（つまり、スロット２３ａに挿入）され、第２相コイ
ル３１ｖは、１個のティース２２ｃを飛び越しながら２
個のティース２２ｂ，２２ａの周囲に巻装（つまり、ス
ロット２３ｂに挿入）され、第３相コイル３１ｗは、１
個のティース２２ａを飛び越しながら２個のティース２
２ｃ，２２ｂの周囲に巻装（つまり、スロット２３ｃに
挿入）される。したがって、同一相同士のコイルは、そ
れぞれ互いに隣接した状態でスロット内に挿入され、円
周上４箇所に配設されている。

【００２９】一方、ロータ４０は、円周方向における等
配４箇所に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４個の永久磁石４２とを有して
おり、図示する同期モータは、４個の永久磁石４２を用
いた４極モータを構成している。これらの永久磁石４２
は、その厚み方向に磁化されており、ロータ外周からみ
てＮ極、Ｓ極が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。

【００３０】このモータでは特に、ステータコア２１の
軸方向両外方に位置するステータコイル３１のコイルエ
ンド３２は、その先端がロータ４０に近接するように曲
げられている。なお、このコイルエンド３２は、前述し
たように、予め外で巻いておいたステータコイル３１を
ステータコア１２１のスロットに挿入する際に余裕代が
必要となるために形成されるものである。このようにす
れば、コイルエンド３２はロータ４０の軸方向端面に対
向し、コイルエンド３２の部分で発生する磁束をロータ
４０に鎖交させることができる。

【００３１】また、コイルエンド３２の内側には、磁性
材料からなる磁束通過部材３３が配置されている。した
がって、コイルエンド３２の部分で発生する磁束は、磁
束通過部材３３によってロータ４０の方により多く導か
れることになる。

【００３２】この磁束通過部材３３は、図３にも示すよ
うに、リング形状の支持部３４と、この支持部３４から
軸方向に伸延し、コイルエンド３２の内側に挿入される
複数の凸状部３５とを有している。このようにすれば、
磁束通過部材３３を容易に製造することができると共
に、凸状部３５のコイルエンド３２内への挿入も容易に
なる。凸状部３５の数は、コイルエンド３２内への挿入
が可能であれば、適宜設定することができる。なお、図
３の凸状部３５は、図２に示したものよりも多く描いて
ある。また、各凸状部３５は、その先端近傍に面取りや
丸みを形成したり、先細テーパ状に形成したりしてもよ
い。このようにすれば、コイルエンド３２内への挿入時
にコイルを傷付ける虞れを回避することができる。

【００３３】磁束通過部材３３を構成する磁性材料は、
本明細書中では、空気よりも透磁率の大きい材料をい
い、例えば鉄等が使用される。このような磁束通過部材
３３は、例えば鋳造、焼結あるいは放電加工を用いて製
造することができる。

【００３４】磁束通過部材３３は、その支持部３４がフ
レーム１に例えばねじ締結されることにより、フレーム
１に取り付けられる。但し、フレーム１への取り付け
は、ピン圧入やリベット等を利用してもよい。このよう
に磁束通過部材３３をフレーム１に接続することによっ
て、コイルエンドの部分の放熱を効果的に行うことがで
き、ひいては連続出力性能が向上することになる。

【００３５】上記したモータは以下のようにして製造す
ることができる。

【００３６】まず、フレーム１に予め磁束通過部材３３
を図示しないねじ部材により取り付ける。なお、この磁
束通過部材３３は、ねじ部材により当初仮締めにしてお
いて後で本締めするようにしてもよい。そして、ステー
タコア２１のスロットの中に、ステータコア２１の軸方
向の一方の外方に位置するコイルエンド３２が内側に曲
がるようにして、ステータコイル３１を巻装し、フレー
ム１内部に固定してステータ２０を形成する。

【００３７】次いで、図４に示すように、ステータ２０
の他方の曲げられていないコイルエンド３２の方を上に
して、その上方から図中矢印方向に、ロータ４０をモー
タシャフト５が軸受４内を通るようにしてステータ２０
の内部に挿入する。

【００３８】その後、図５に示すように、成形治具６０
を、曲げられていないコイルエンド３２の方に向けて移
動させる。これにより、コイルエンド３２は、成形治具
６０の端面により押圧されて、図中２点鎖線で示すよう
に、内側すなわちロータ４０側に曲げ成形される。

【００３９】そして、ステータコイル３１をワニス処理
した後、図６に示すように、予め磁束通過部材３３が取
り付けられたカバー３を、フレーム１の円筒部２の開口
端に取り付けて固定する。このようにして、ステータコ
イル３１のコイルエンド３２を内側、すなわちロータ４
０側に曲げたモータが効率よく製造される。なお、カバ
ー３を図示のように軸方向の片側から取り付けるように
したが、これに限られず、一対のカバーを軸方向の両側
から取り付けるようにしてもよい。

【００４０】次に、上記のように構成されたモータの作
用を説明する。

【００４１】モータのステータコイル３１に交流電流を
流すと、該電流により回転磁界が誘起される。そして、
ステータコイル３１は、例えば図１に示すように、ロー
タ４０に向かって鎖交するように磁束Ａを発生させる。
このとき、ステータコイル３１の当該部分は、Ｎ極とし
て働くことになり、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。

【００４２】このようにして、ステータ２０とロータ４
０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。

【００４３】このモータによれば特に、コイルエンド３
２を内側に曲げるように成形したので、コイルエンド３
２はロータ４０の軸方向端面に近接対向させられること
になる。したがって、コイルエンド３２の部分で発生す
る磁束Ｂを、ロータ４０に鎖交させて供給することがで
き、モータのトルクが向上する。しかも、ステータコイ
ル３１に入力したエネルギを有効に利用することができ
るため、モータの効率が向上する。

【００４４】また、コイルエンド３２の内側に、磁性材
料からなる磁束通過部材３３を配置したので、コイルエ
ンド３２の部分で発生する磁束を、この磁束通過部材３
３によってロータ４０の方により多く導くことができ
る。したがって、モータのトルク及び効率のさらなる向
上を図ることができる。

【００４５】図７は、本発明の他の実施形態に係るモー
タの概略構成を示す断面図である。図７に示すモータ
は、ステータコイル３１のコイルエンド３２の一方のみ
を、その先端がロータ４０に近接するように、曲げた点
で、図１のモータと相違している。但し、その他の点で
は同様であるため、図１に示した部材と共通する部材に
は同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００４６】このモータによれば、製造にあたって、ロ
ータ４０をステータ２０内部に挿入した後で、曲げられ
ていない方のコイルエンド３２を内側に曲げ成形する工
程を省略している。したがって、より容易にモータを製
造することが可能となり、作業工数や製造コストが低減
される。なお、コイルエンド３２の一方のみではある
が、図１のモータと同様に、内側に曲げられた部分で発
生する磁束Ｂにより、モータのトルク及び効率を向上さ
せることができることは勿論である。

【００４７】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。

【００４８】例えば、モータのステータコイルの巻き方
は、図２に示したような巻き方に限定されるものではな
く、１極に使用されるティース（スロット）の数や、極
数も種々変更することが可能である。また、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、同様な形態のステータを有する
他のモータや、さらにはアウタロータ型（外側回転）の
モータにも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るモータの概略構成
を示す断面図である。

【図２】 図１のII−II線からみたステータ及びロータ
の模式的な断面図である。

【図３】 磁束通過部材を示す斜視図である。

【図４】 ロータをステータの内部に挿入する様子を示
す図である。

【図５】 コイルエンドが成形治具により押圧されて内
側に曲げ成形される様子を示す図である。

【図６】 カバーをフレームの円筒部の開口端に取り付
ける様子を示す図である。

【図７】 本発明の他の実施形態に係るモータの概略構
成を示す断面図である。

【図８】 従来のモータの概略構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１…フレーム（筐体）、 ２…円筒部、 ３…カバー、 ５…モータシャフト（軸）、 ２０…ステータ、 ２１…ステータコア、 ２３ａ〜２３ｃ…スロット、 ３１…ステータコイル、 ３２…コイルエンド、 ３３…磁束通過部材、 ３４…支持部、 ３５…凸状部、 ４０…ロータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星加 誠司 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） 5H604 BB01 BB10 BB14 BB17 CC01 CC05 CC14 CC16 QB14 5H615 AA01 BB01 BB07 BB14 PP01 PP14 QQ02 SS05 SS11 TT04

Claims (6)

【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、および前記スロットの中に巻装されたス
   テータコイルを有するステータと、前記ステータにより
   形成される回転磁界によって軸のまわりに回転されるロ
   ータと、を備えた電動機において、 前記ステータコアの軸方向両外方に位置する前記ステー
   タコイルの両方のコイルエンドの少なくとも一方を、そ
   の先端が前記ロータに近接するように、曲げたことを特
   徴とする電動機。
2. 【請求項２】 前記コイルエンドの内側に、磁性材料か
   らなる磁束通過部材を配置したことを特徴とする請求項
   １記載の電動機。
3. 【請求項３】 前記磁束通過部材は、前記ステータ及び
   ロータが収容される筐体に接続されることを特徴とする
   請求項２記載の電動機。
4. 【請求項４】 前記磁束通過部材は、リング形状の支持
   部と、前記支持部から軸方向に伸延する複数の凸状部と
   を有することを特徴とする請求項２記載の電動機。
5. 【請求項５】 筐体内に挿入されたステータコアの円周
   方向に複数形成されたスロットの中に、前記ステータコ
   アの軸方向の一方の外方に位置するコイルエンドが内側
   に曲がるようにして、ステータコイルを巻装し、ステー
   タを形成するステータ形成工程と、 前記ステータの他方の曲げられていないコイルエンド側
   から、その内部にロータを挿入するロータ挿入工程と、 前記ステータコイルをワニス処理するワニス処理工程
   と、 前記筐体の軸方向端部にカバーを取り付けるカバー取付
   工程と、 を有することを特徴とする電動機の製造方法。
6. 【請求項６】 前記ロータ挿入工程と前記ワニス処理工
   程との間に、曲げられていない方のコイルエンドを内側
   に曲げる工程を加えることを特徴とする請求項５記載の
   電動機の製造方法。