JP2007082282A - ステータコア、それを用いたモータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアにおける巻線の占積率を高め、モータの出力を従来よりも向上させる。
【解決手段】透磁性材料を主材とするティース２１と、ティース２１の周囲に設けられた巻線スロット部２１ｂに装着された巻線と、を備え、巻線スロット部２１ｂをその延伸方向に沿って凹形状に加工することによって上記課題を解決することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、巻線の占積率を高めたステータコア、それを用いたモータ及びその製造方法に関する。

モータは、一般的に、ロータとステータとを備える。ステータは、モータの内部に磁界を発生させるため励磁用の巻線が装着されたステータコアを含む。図１０にステータコアの延伸方向に直交する断面図を示す。図１０に示すように、従来のステータコア１０は、ティース１２、絶縁膜１４及び巻線１６から構成される。ティース１２は、電磁鋼板等の高透磁性材料から構成される。ティース１２の外表面には絶縁膜１４が形成される。ティース１２の外周には、絶縁膜１４を介して、励磁用の巻線１６が巻きつけられる。高透磁性材料は一般的に導電性材料であるので、ティース１２と巻線１６との間に電流が流れないようにするためにティース１２の外表面は絶縁膜１４によって被覆される。

通常、ステータコアは、電磁鋼板を積層した積層コアとされるが、磁性粉末を圧縮成形して形成される場合もある（特許文献１）。また、ティース１２の周囲にできるだけ巻線１６を沿わせて巻き付けることによってステータコア１０の巻線スロットの空間における巻線１６の占積率を高めるために、ティース１２には大きな曲率（Ｒ）を有する端部１２ａ，１２ｂが設けられることが多い（特許文献２）。

特開２００４−２４２４４３号公報 特開２００４−３６４４０２号公報

しかしながら、図１０に示すように、ティース１２に大きな曲率（Ｒ）を有する端部１２ａ，１２ｂを設けたとしても、端部１２ａと端部１２ｂとの間の直線部分１２ｃにおいては、巻線１６の弾性によってティース１２と巻線１６との間に隙間が生ずる。この隙間は、ステータコア１０の巻線スロット部の空間における巻線１６の占積率を低下させる。その結果、モータの内部に発生される磁力を高めることができず、モータの出力が抑制されてしまう原因となる。

また、巻線１６は、ボビン等の巻き取り治具に巻き付けられた状態で供給され、巻き取り治具から引き出されながらティース１２の周囲に巻き付けられる。このとき、巻き取り治具に巻き付けられていた巻線１６には巻き癖が付いており、ティース１２に巻線１６を巻き付けたとしても巻き癖によってティース１２と巻線１６との密着性が悪くなり、ステータコア１０の巻線スロット部の空間における巻線１６の占積率を低下する場合がある。これも、モータの内部に発生される磁力を減少させ、モータの出力を低下させてしまう原因となる。

そこで、本発明は、ステータコアのティースの形状を工夫することによって、巻線の占積率を高くしたステータコア、それを用いたモータ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、透磁性材料を主材とするティースと、前記ティースの周囲に設けられた巻線スロット部に装着された巻線と、を備えるステータコアであって、前記巻線スロット部は、その延伸方向に沿って凹形状に加工されていることを特徴とする。

前記ティースは、一般的に鍔部から突出するように設けられた前記巻線スロット部を有する。前記巻線スロット部の延伸方向、すなわち鍔部からの突出方向、に沿って延伸するように凹形状に加工された面を設ける。前記巻線スロット部に前記巻線を巻きつける際に、前記巻線スロット部の凹形状に向けて前記巻線を押し付けながら巻き付けることによって、前記巻線スロットの外周の形状に沿って前記巻線を塑性変形させつつ装着することが可能となる。

また、前記巻線スロット部の互いに対向する２面が凹形状に加工されていることが好適である。このように、前記巻線スロット部における互いに対向する２面を凹形状に加工することによって、前記巻線を前記ティースに巻き付ける際に、前記ティースを挟んで対向する２方向から前記巻線スロットの凹形状の面に向けて前記巻線を同時にプレスして塑性変形させることができる。これによって、前記巻線を効率良く塑性変形させながら前記ティースに装着することができる。

また、本発明は、透磁性材料を主材とするティースと、前記ティースの周囲に設けられた巻線スロット部に装着された巻線と、を備えるステータコアであって、前記巻線スロット部は、その延伸方向に沿って延伸された少なくとも１つの溝を備えることを特徴とする。

前記ティースは、一般的に鍔部から突出するように設けられた前記巻線スロット部を有する。前記溝は、前記巻線スロット部の延伸方向、すなわち突出方向、に沿って延伸するように設けられる。前記巻線スロットに設けられた前記溝に前記巻線を押し込むようにプレスしながら前記ティースに前記巻線を巻き付けることによって、前記巻線スロット部の外周の形状に沿って密着するように前記巻線を装着することが可能となる。

このとき、前記溝は、前記巻線スロット部の外周の曲率が変化する箇所の近傍に設けられていることが好ましい。例えば、前記ティースが曲率を持たせた２つの端部及びそれらの端部同士を接続する直線部を有する場合、前記溝は、前記端部と前記直線部との境界部に前記巻線スロット部の延伸方向に沿って延伸させるように設けられることが好ましい。また、前記溝は、前記巻線の直径よりも深く形成されていることが好ましい。例えば、前記溝を半円形の断面を有する形状とする場合、前記溝の半径を前記巻線の直径以上にすることが好ましい。

前記溝に対して巻線を押し込むことによって、前記巻線スロット部の外周の曲率が変化する箇所の近傍において前記巻線の曲がりの曲率を変化させながら前記ティースに前記巻線を巻き付けることが可能となる。これによって、前記巻線を前記巻線スロット部の外周の形状に沿って密着させるように装着することが可能となる。

ここで、前記ティースの少なくとも一部は磁性粉末体を圧縮成形して構成することが好適である。これによって、前記ティースを容易に形成することができる。また、前記ティースに前記凹形状や前記溝を形成することによって、インシュレータに前記凹形状や前記溝を形成した場合よりも前記巻線スロット部における絶縁部の占積率を低下させることができ、前記巻線スロット部における前記巻線の占積率を高めることができる。

また、本発明におけるステータコアをモータに適用することによって、モータの内部に発生される磁界を従来よりも強くさせ、モータの出力を従来よりも向上させることができる。

本発明によれば、ステータコアにおける巻線の占積率を高めることができる。それに伴って、モータの出力を従来よりも向上させることができる。

図１に本発明の実施の形態におけるモータ１００の内部の平面断面図を示す。本発明の実施の形態におけるモータ１００は、図１に示すように、ステータ１０２及びロータ１０４を含んで構成される。ロータ１０４は、回転軸３４に軸受等を介して装着され、回転軸３４を中心軸として回転可能に配置される。

ステータ１０２は、ロータ１０４の周囲を取り囲むように配置されたインナーコア３２、インナーコア３２の外周に沿って略等間隔に配置された複数のステータコア２０、ステータコア２０の外周を取り囲むように配置されたアウターコア３０、を含んで構成される。図１では、９個のステータコア２０がインナーコア３２とアウターコア３０との間に４０°毎に配置されている。ステータコア２０、インナーコア３２及びアウターコア３０は、それぞれ透磁性の高い磁性材料を主材料として構成される。

各ステータコア２０には、巻線２２が巻き付けられている。巻線２２に電流を流すことによってステータ１０２の内部に磁界を発生させる。この磁界との電磁気的な相互作用によってロータ１０４が回転軸３４を中心に回転させられる。

本実施の形態におけるステータコア２０は、図２に示すように、ティース２１を含んで構成される。ティース２１は、ステータコア２０に巻かれた巻線２２によって発生される磁場をステータ１０２の内部に効率的に導くために設けられる。

ティース２１は、例えば、透磁率の高い電磁鋼板等の高透磁性材料によって構成することができる。具体的には、図３に示すように、変形した扇形状に打ち抜かれた電磁鋼板等の高透磁性板２６を複数積層することによって形成することができる。扇形状の高透磁性板２６の先端部と後端部とにはＴ字型に張り出した鍔部２６ａ，２６ｂが設けられる。高透磁性板２６を積層してティース２１を構成した場合、鍔部２６ａ，２６ｂから突出して設けられた接続部２６ｃが巻線２２を巻き付けるための巻線スロット部となる。

なお、高透磁性板２６を積層する際には、各高透磁性板２６間をまたがって渦電流が流れないように各高透磁性板２６間を電気的に絶縁することが好ましい。例えば、高透磁性板２６間に絶縁性の樹脂層を挟み込むことが好適である。

また、ティース２１は、高透磁性材料である磁性粉末体を圧縮成形して構成することもできる。磁性粉末体としては、燐酸塩被覆等の絶縁処理を外表面に施した粒径５０〜５００μｍ程度の鉄粉を用いることができる。このように、絶縁被覆された磁性粉末体を押し固めて形状を加工することによって、精度良くティース２１の外形を形成することができると共に、ティース２１の内部での渦電流の発生を抑制することができる。

図４に、本実施の形態におけるティース２１の斜視図を示す。図４に示すように、Ｔ字状に張り出した鍔部２１ａから巻線２２が巻かれる巻線スロット部２１ｂが突出した構造を備える。図４では、巻線スロット部２１ｂの断面形状を明確に示すために巻線スロット部２１ｂの延伸方向に直交する方向にティース２１を切断して示している。巻線スロット部２１ｂの胴部の少なくとも一部は巻線スロット部２１ｂの延伸方向に沿って凹形状の面に加工される。本実施の形態におけるティース２１では、互いに対向する２つの側面Ａが巻線スロット部２１ｂの延伸方向に沿って延伸された凹形状に加工されている。

例えば、図３に示した高透磁性板２６の鍔部２６ａ，２６ｂの間を繋ぐ接続部２６ｃの幅Ｗを少しずつ変化させて積層することによって巻線スロット部２１ｂの側面Ａを巻線スロット部２１ｂの延伸方向に沿って凹形状にすることができる。また、高透磁性材料である磁性粉末体を圧縮成形してティース２１を形成する場合、ティース２１の型における巻線スロット部２１ｂに相当する部分を巻線スロット部２１ｂの延伸方向に沿って凸形状の面にしておくことによって、巻線スロット部２１ｂの側面Ａを巻線スロット部２１ｂの延伸方向に沿って凹形状にすることができる。ここで、側面Ａの凹部の深さは、ティース２１に巻かれる巻線２２をティース２１の側面に沿って塑性変形させることができる程度にすることが好ましい。

図５に、ティース２１の巻線スロット部２１ｂの延伸方向に直交する断面図を示す。図５に示すように、巻線２２とティース２１とを電気的に絶縁するために、ティース２１の外周には樹脂等の絶縁体が電着塗装される。これによって、ティース２１の表面に密着性の高い絶縁膜２７を形成することができる。絶縁膜２７は、少なくとも巻線スロット部２１ｂの外周面に形成することが好ましい。

ティース２１の巻線スロット部２１ｂに巻線２２を巻き付ける際には、図５に示すように、ティース２１の凹形状の側面Ａに巻線２２を押し付けるようにプレスしつつ、絶縁膜２７で被覆されたティース２１の周囲に巻線２２を巻き付ける。例えば、ティース２１の側面Ａの凹形状に沿う凸形状を有するプレス治具を用いて、巻線２２をティース２１の凹形状の側面Ａに打ち付けながら巻線２２を巻き付ける。

このとき、巻線スロット部２１ｂの互いに対向する２面を共に凹形状に加工することによって、ティース２１を挟んで対向する２方向から同時に巻線スロット部２１ｂの凹形状の側面Ａに向けて巻線２２を打ち付けながら塑性変形させることができる。これによって、巻線２２を効率良く塑性変形させながらティース２１に装着することができる。

プレスをしないで巻線２２を装着した場合、巻線２２の弾性又は巻き癖によって、図５の点線で示すように、ティース２１の側面Ａと巻線２２との間に隙間が発生する。一方、プレスを行うことによって、図５の実線で示すように、巻線２２の弾性及び巻き癖によらず、ティース２１の側面Ａに沿うように巻線２２を塑性変形させながら巻き付けることが可能となる。これによって、巻線スロット部の空間に対する巻線２２の占積率を従来よりも高めることができる。その結果、モータの出力も従来よりも向上させることができる。

このとき、ティース２１の側面Ａを平坦又は凸形状とすると、膨らんで巻き付けられた巻線２２をティース２１の側面Ａに向けて押し付けたとしても、巻線２２をティース２１の側面Ａに沿うように十分に塑性変形させることができず、巻線２２の占積率を高めることができない。

また、図６に、本実施の形態の別例としてティース４０の斜視図を示す。図６に示すように、ティース４０は、鍔部４０ａから突出した巻線スロット部４０ｂの延伸方向に沿って延伸された溝４２を備える。なお、図６では、巻線スロット部４０ｂの断面形状を明確に示すために巻線スロット部４０ｂの延伸方向に直交する方向にティース４０を切断して示している。

ティース４０の巻線スロット部４０ｂの上下端部は丸みを帯びた半円形の断面形状を有し、その上下端部が平坦状の側面によって接続された略楕円の断面形状を有する。ティース４０の外周面には、巻線スロット部４０ｂの延伸方向に沿って延設された溝４２が設けられる。具体的には、ティース２１の上下端の頂線に沿って溝４２ａ，４２ｂがそれぞれ設けられる。また、曲率を持たせた上下端部と側面との境界部に巻線スロット部４０ｂの延伸方向に沿って溝４２ｃ，４２ｄが設けられる。溝４２ａ〜４２ｄは総て設けることが好適であるが、少なくとも１つを設ければ本発明の作用・効果を奏することができる。なお、溝４２の幅及び深さは、ティース２１に巻かれる巻線２２の直径よりも大きくすることが好ましい。

図７に、ティース４０の巻線スロット部４０ｂの延伸方向に直交する断面図を示す。図７に示すように、巻線２２とティース４０とを電気的に絶縁するために、ティース４０の外周には樹脂等の絶縁体が電着塗装される。これによって、ティース４０の表面に密着性の高い絶縁膜２７を形成することができる。絶縁膜２７は、少なくとも巻線スロット部４０ｂの外周面に形成することが好ましい。

ティース４０の巻線スロット部４０ｂに巻線２２を巻き付ける際には、図７に示すように、ティース４０の溝４２に対して巻線２２を押し込み、巻線２２の曲がりの曲率を変化させながらティース４０に巻線２２を巻き付ける。例えば、ティース４０の溝４２の凹形状に合った凸形状のプレス治具を用いて、巻線２２を溝４２に押し込みながら巻線２２を巻き付ける。これによって、巻線２２の弾性及び巻き癖によらず、巻線スロット部４０ｂの周囲の曲率が変化する位置において巻線２２を塑性変形させ、巻線２２の曲げ曲率を巻線スロット４０ｂの曲率に併せつつ巻線２２をティース４０に巻き付けることが可能となる。したがって、巻線２２をティース４０の巻線スロット４０ｂの周囲に沿わせて密着させるように装着することができる。

これによって、巻線スロット部の空間に対する巻線２２の占積率を従来よりも高めることができる。その結果、モータの出力も従来よりも向上させることができる。

また、本実施の形態では、図１に示したように、ステータ１０２をインナーコア３２、ステータコア２０及びアウターコア３０の３つの部材に分割できる構成としたがこれに限定されるものではない。

例えば、インナーコア３２、ステータコア２０及びアウターコア３０を一体に形成してもよい。さらに、図８に示すように、インナーコア３２を備えない構成としてもよい。この場合、圧縮コア部ステータコア２０の巻線スロット部の先端をロータ１０４の周方向へ張り出させた鍔部形状とすることが好ましい。

さらに、図９に示すように、アウターコア３０を周方向に分割して楔形状の分割要素３０ａとする構成としてもよい。分割要素３０ａは、軸方向一端３０ｂ側が周長Ｌ１を有し、軸方向他端３０ｃが周長Ｌ１よりも短い周長Ｌ２を有する。分割要素３０ａは、円筒状のハウジング内等に隣り合うステータコア３０ａの軸方向一端３０ｂと軸方向他端３０ｃとが互いに組み合わされるように配置されて円筒状に組上げられる。このようにアウターコア３０を周方向に分割することによって、組み付けが容易となり、モータ出力を高く維持しつつ、コギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。

本発明の実施の形態におけるモータの構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態におけるステータコアの構成を示す斜視図である。 ステータコアのティースを構成する電磁鋼板を示す図である。 本発明の実施の形態におけるティースの形状を説明する図である。 本発明の実施の形態におけるティースへの巻線の装着を説明する図である。 本発明の実施の形態におけるティースの形状の別例を説明する図である。 本発明の実施の形態におけるティースへの巻線の装着を説明する図である。 本発明の実施の形態におけるステータの別例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるステータの別例を示す図である。 従来のステータコアの構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ ステータコア、１２ ティース、１２ａ，１２ｂ 端部、１２ｃ 直線部分、１４ 絶縁膜、１６ 巻線、２０ ステータコア、２１ ティース、２１ａ 鍔部、２１ｂ 巻線スロット部、２２ 巻線、２６ 高透磁性板、２６ａ，２６ｂ 鍔部、２６ｃ 接続部、２７ 絶縁膜、３０ アウターコア、３２ インナーコア、３４ 回転軸、４０ ティース、４０ａ 鍔部、４０ｂ 巻線スロット部、４２（４２ａ〜４２ｄ） 溝、１００ モータ、１０２ ステータ、１０４ ロータ。

Claims (8)

1. 透磁性材料を主材とするティースと、前記ティースの周囲に設けられた巻線スロット部に装着された巻線と、を備えるステータコアであって、
   前記巻線スロット部は、その延伸方向に沿って凹形状に加工されていることを特徴とするステータコア。
2. 請求項１に記載のステータコアにおいて、
   前記巻線スロット部の互いに対向する２面が凹形状に加工されていることを特徴とするステータコア。
3. 請求項１又は２に記載のステータコアにおいて、
   前記巻線は、前記凹形状に加工された面に沿って装着されていることを特徴とするステータコア。
4. 透磁性材料を主材とするティースと、前記ティースの周囲に設けられた巻線スロット部に装着された巻線と、を備えるステータコアであって、
   前記巻線スロット部にその延伸方向に沿って延伸された少なくとも１つの溝が設けられていることを特徴とするステータコア。
5. 請求項４に記載のステータコアにおいて、
   前記溝は、前記巻線スロット部の外周の曲率が変化する箇所の近傍に設けられていることを特徴とするステータコア。
6. 請求項４又は５に記載のステータコアにおいて、
   前記溝は、前記巻線の直径よりも深く形成されていることを特徴とするステータコア。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載のステータコアにおいて、
   前記ティースの少なくとも一部は磁性粉末体を圧縮成形して構成されていることを特徴するステータコア。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載のステータコアを複数含み、
   前記巻線に流される電流によって発生される磁界と電磁気的に相互作用することによって回転するロータを備えることを特徴とするモータ。

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