JP2008035664A - 電機子及び電機子を備えたモータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、絶縁加工を施すことなく、コイル線を巻き付けることが可能な電機子及び電機子を備えたモータを提供することにある。
【解決手段】絶縁処理が施されたコイル線１３が、積層コア１２のスロットに巻回された電機子２に関する。
積層コア１２の縁部であって、コイル線１３が折れ曲がった状態で接触する接触縁部Ｅ１,Ｅ２に、アールが形成されている。アールは、接触縁部Ｅ１，Ｅ２を加熱処理若しくは機械的加工を行うことによって形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電機子及び電機子を備えたモータに係り、特に、絶縁状態を確保するための絶縁加工やインシュレータ等の別部材が不要な電動機の電機子及び電機子を備えたモータに関する。

コアに形成されたティース部にコイル線を巻き付ける際、このコイル線とコアとの間を絶縁するため、ティース部とコイル線が接触する部分に絶縁被膜を施したり、モータ用のインシュレータを取り付けることが多い（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。

特許文献１には、積層コアにインシュレータを装着した後、このインシュレータを介して巻線を積層コアに巻装することによって、積層コアと巻線を絶縁する技術が開示されている。
インシュレータには、積層コアに形成されているティースを覆うティース片が備えられており、このインシュレータは、ティース片でティースを被覆した状態で積層コアに取り付けられる。
このため、インシュレータにより、積層コアと巻線が絶縁される。また、本技術によると、インシュレータは一部材で構成されており、積層コアに挿設するのみで取り付けることが可能であるため、絶縁性を確保しつつ部品点数を低減することができ、コストダウン及び組付け工数の低減に寄与することができる。
また、特許文献２には、積層コアの表面を絶縁材でコーティングして、積層コアと巻線とを絶縁する技術が開示されている。
このように絶縁被膜をコーティングすることによっても、絶縁性を確保しつつ部品点数を低減することができ、部材コスト及び組付け工数を低減することができる。

特開２００１−３４６３４９号公報（第３頁乃至第７頁、図１及び図５） 特開２００５−２６９７００号公報（第５頁乃至第８頁、図１及び図３）

しかし、上記特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、巻線と積層コアとの間を絶縁するために、インシュレータのような部品若しくはコア表面への絶縁材コーティングが必要である。
このため、部品点数が増えたり、絶縁材料で構成されたコーティング材が必要となり、モータの製造コストが増加するという問題点が生じていた。

また、巻線に使用されるコイル線は、通常、導線（銅線）の側面を絶縁被膜で被覆して形成されている。
図７に、絶縁材Ｋ３でコーティングしたコア１２のエッジＥ３にコイル線１３（導線Ｋ１を絶縁被膜Ｋ２で被覆した状態に形成されている）が接触している状態を示す。図７に示すように、導線Ｋ１部分は、コイル線１３の絶縁被膜Ｋ２及びコア２にコーティングされた絶縁材Ｋ３により二重に絶縁されることとなる。
同様に、インシュレータを使用した場合においても、コイル線１３の絶縁被膜Ｋ２及びインシュレータによって二重に絶縁されることとなる。

以上のように、コア表面に絶縁加工（インシュレータ装着、絶縁材コーティング）を行うと、巻線の側面に施された絶縁被膜と、コア方面に施された絶縁加工（インシュレータ装着、絶縁材コーティング）とで、二重の絶縁処理を行うこととなり、無駄が生じていた。
このような問題を解決するために、コアに直接、巻線を施す方法が考えられる。
しかし、通常コアは、打ち抜き加工された金属製のコアシートを積層させて構成されているため、コアのエッジが鋭角に尖っており、このエッジと巻線を構成するコイル線とが接触し、コイル線の側面を被覆している絶縁被膜が破れて、コイル線とコアとの絶縁状態を保持することができなくなるという問題が生じていた。
また、コイル線自体が破損する等の問題が生じる恐れもあった。

本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、絶縁加工を施すことなく、コイル線を巻き付けることが可能な電機子及び電機子を備えたモータを提供することにある。

上記課題は、本発明にかかる電機子によれば、絶縁処理が施されたコイル線が、積層コアのスロットに巻回された電機子であって、前記コイル線が折れ曲がった状態で接触する前記積層コア接触縁部に、アールが形成されていることにより解決される。

このように、本発明においては、積層コアの縁部であって、コイル線が折れ曲がった状態で接触する部分にアールが形成されている。
このため、この部分（積層コアの縁部であって、コイル線が折れ曲がった状態で接触する部分）において、コイル線が破損することを防止することができる。
つまり、一般的に、積層コアの縁部であって、コイル線が折れ曲がった状態で接触する部分では、コイル線が、その張力によって圧接し、コイル線は導線（銅線）が絶縁被膜によって被覆された構成であるため、この圧接により絶縁被膜が破損する可能性が高くなる。また、張力の大きさによっては、コイル線自体が破損してしまう恐れがある。

しかし、本発明においては、この圧接部分（積層コアの縁部であって、コイル線が折れ曲がった状態で接触する部分）にはアールが形成されており、接触面積が広くなる。このため、圧接により生じる力が分散され、コイル線の絶縁被膜が破損することを防止することができる。
このように、コイル線の絶縁被膜の破損を防止できるため、積層コアに絶縁処理（絶縁被膜のコーティング、インシュレータの装着等）を行うことなく、コイル線の絶縁被膜により、コアとコイル線との絶縁状態を保持することができる。
よって、絶縁処理を行うためのコスト及び工数を低減することが可能となる。

また、請求項１に記載の発明において、前記アールのアール半径は、前記コイル線の径の１／２以上、前記コアを構成するティースの周方向の幅の１／２以下であると好適である。
アール半径が小さくなりすぎると、積層コアの接触縁部とコイル線との接触面積が小さくなるため、圧接により生じる力が小さい面積範囲に集中する。このため、コイル線の、接触縁部に圧接している部分が破損しやすくなる。
このようなコイル線の破損を防止するためには、上記範囲にアール半径を設定すると好適である。

更に、前記アールは、前記接触縁部を加熱処理若しくは機械的加工を行うことによって形成されていると、形成されたアールの表面の粗度を低下させることができ、コイル線の破損を防止することができるため好適である。
このとき、前記加熱処理は、レーザによる処理、電子ビームによる処理、ＴＩＧによる処理、プラズマによる処理の群より選択される少なくとも一つの処理であると好適である。
また、このとき、前記接触縁部に形成された前記アール表面は、前記加熱処理により形成された酸化被膜で被覆されていると、この酸化被膜が絶縁被膜としての機能を果たし、コアとコイル線との間の絶縁機能を高めることができるため好適である。
なお、ＴＩＧとは、「タングステンテン・イナートガス」をさす。

また、本発明においては、レーザによる処理、電子ビームによる処理、ＴＩＧによる処理、プラズマによる処理を行い、圧接部分（積層コアの縁部であって、コイル線が折れ曲がった状態で接触する部分）を溶融することにより、アールを形成する。
このように、加熱処理を行い、圧接部分（積層コアの縁部であって、コイル線が折れ曲がった状態で接触する部分）を一度溶融して再凝固させることにより、アールが形成されるとともに、表面の粗度が低下し、コイル線の破損を効果的に防止することができる。

また、請求項１に記載の発明において、前記アールは、溶融材を溶射することにより形成されていると、アール表面の粗度を低下させることができるとともに、この溶融材が絶縁被膜としての機能を果たし、コアとコイル線との間の絶縁機能を高めることができるため好適である。
また、前記課題は、本発明に係るモータによれば、請求項１乃至請求項６に記載の電機子を備えたことにより解決される。本発明によれば、積層コアの縁部であって、コイル線が折れ曲がった状態で接触する部分にアール加工を施すことによってコイル線が破損することを防止することが可能となる電機子コアを備えたモータを提供することができる。

本発明によれば、積層コアの縁部であって、コイル線が折れ曲がった状態で接触する部分にアールが形成されている。
このため、この部分において、コイル線が破損することを防止することができる。
つまり、この部分（積層コアの縁部であって、コイル線が折れ曲がった状態で接触する部分）には、コイル線が、その張力によって圧接することとなるが、本発明においては、この圧接部分（積層コアの縁部であって、コイル線が折れ曲がった状態で接触する部分）にはアールが形成されており、接触面積が広くなる。このため、圧接により生じる力が分散され、コイル線が破損することを防止することができる。

また、通常、コイル線は導線（銅線）が絶縁被膜によって被覆された構成であるが、本発明においては、この絶縁被膜が破損することを防止することができるため、積層コア自体に絶縁処理（絶縁被膜のコーティング、インシュレータの装着等）を行うことなく、コイル線の絶縁被膜によりコアとコイル線との絶縁状態を確保することができる。
このため、積層コアに絶縁処理を行うためのコスト及び工数を低減することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、電機子コア１２側に絶縁加工を施すことなく、コイル線１３を巻き付けることが可能な電機子コア１２及び電機子コア１２（以下、単に「コア１２」と記す）を備えたモータＭに関するものである。

図１乃至図６は、本発明の一実施形態を示すものであり、図１はモータを示す説明図、図２は整流子及びコアを示す斜視図、図３はコアにコイル線が巻き付けられる状態を示す説明図、図４はコアのエッジとコイル線との接触部分を示す部分拡大図、図５はコアのエッジとコイル線との接触部分を示す断面相当図、図６はアールの加工状態を示す説明図である。

はじめに、図１により本実施形態に係る電機子２を備えたモータＭの構成について説明する。
本実施形態に係るモータＭは、マグネット１と、電機子２と、電機子２の回転中心軸である回転軸３と、回転軸３を軸支する軸受３ａ，３ｂと、電機子２の一端側に配設される整流子４と、図示しないブラシ装置と、を有して構成されており、モータケース５内に収納されている。また、モータケース５の軸受３ｂ側端部には、冷却パイプ７が接続されており、モータ作動時には、モータケース５内へ冷却風が導入される。
また、本実施形態に係る電機子２は、コア１２と、コア１２に巻回されたコイル線１３を有して構成されている。

図２により、本実施形態に係るコア１２の構成について説明する。
本実施形態に係るコア１２は、複数のコアシート１１２が軸方向に積層されて形成された積層コアである。
これらのコアシート１１２は、例えば、ケイ素鋼板等の肉薄のシート状板素材から構成され、プレス打ち抜き処理を行うことにより所定形状に加工される。

本実施形態に係るコアシート１１２は、略円環状のインナー部１１２Ａから、放射状に突出した複数の略Ｔ字形状の凸部１１２Ｂとで構成されている。
本実施形態では、凸部１１２Ｂは、同中心角分離隔（約３０°ずつ離隔）して１２個形成されている。
本実施形態に係るインナー部１１２Ａは略円環形状であり、その略中央部に形成された孔の口径は回転軸３の外径とほぼ同一に形成され、回転軸３が圧入可能となっている。

本実施形態に係る凸部１１２Ｂは、インナー部１１２Ａから放射状に突出した略矩形の凸部本体部１１２ｃと、凸部本体部１１２ｃの端部（インナー部１１２Ａと連結されている側と反対側の端部）に形成された、略Ｔ時形状の頭部となる凸部バー部１１２ｄとで構成されている。
なお、本実施形態では、互いに隣接する凸部１１２Ｂ，１１２Ｂは、略３０度（中心角）離隔しているが、コアシート１１２の形状はこれに限られるものではなく、複数個ずつ形成された凸部１１２Ｂが、所定の規則をもって形成されていてもよい。

本実施形態に係るコア１２は、コアシート１１２が複数枚積層されて形成されている。
以下、コアシート１１２のうちインナー部１１２Ａが積層された部分を「インナー本体部１２Ａ」と記す。
また、コアシート１１２のうち凸部本体部１１２ｃが積層された部分を「ティース本体部１２Ｃ」と記す。また、凸部バー部１１２ｄが積層された部分を「ティースバー部１２Ｄ」と記す。

図３に示すように、本実施形態においては、このように形成されたコア１２にコイル線１３が巻き付けられて電機子２が形成される。
コイル線１３は、ティース本体部１２Ｃ,１２Ｃ間においては、インナー本体部１２Ａ上面に掛け渡されながら、１２個のティース本体部１２Ｃに巻き付けられる。
また、コイル線１３の巻端は、整流子４に形成された整流子片４ａに接続される。

次いで、本実施形態に係るコア１２の外周部分の構成について説明する。
図４に示すように、本実施形態に係るコア１２の外周部分（ティースバー部１２Ｄ外周部分を除く）、すなわちエッジ部分には、アール加工が施されている。
つまり、コイル線１３をコア１２に巻き付けた際、コイル線１３が折れ曲がった状態で圧接する部分にアール加工が施されている。
本実施形態においてアール加工とは、鋭利なエッジの角部分を、緩やかに湾曲したドーム状に加工すること、すなわち角取り加工をさす。

本実施形態においては、インナー本体部１２Ａの外周部エッジＥ１と、ティース本体部１２Ｃ上下底面の相対向する２長辺部エッジＥ２にアール加工が施されている。
この部分（外周部エッジＥ１及び長辺部エッジＥ２）は、コイル線１３がコア１２に巻き付けられる際、コイル線１３が折れ曲がった状態でコア１２と圧接する部分である。

このように、コイル線１３が折れ曲がった状態でコア１２と圧接する部分では、コイル線１３の張力が圧接点に集中するため、この部分においてコイル線１３の絶縁被膜が破損する可能性が高い。
このため、この部分（外周部エッジＥ１及び長辺部エッジＥ２）にアール加工を施し、エッジを湾曲ドーム状とすれば、コイル線１３とコア１２との接触面積が大きくなり、接触により生じる押圧力が分散する。

つまり、図５（ａ）に示すように、アール加工が施されていないコア１２´では、外周部エッジＥ１´部分の鋭角で、コイル線１３の絶縁被膜Ｋ２が破損する恐れがあるが、図５（ｂ）に示すように、アール加工が施されたコア１２では、外周部エッジＥ１とコイル線１３の絶縁被膜Ｋ２とが接触する部分の接触面積が広くなり、このため、コイル線１３表面に被覆された絶縁被膜Ｋ２が破損することが防止される。

ただし、アール加工が施される部位は、上記部位に限られものではなく、コア１２の形状に応じて適宜選択することができるとともに、上記部位の一部のみに加工を施してもよい。
つまり、アール加工が施される部位は、コイル線１３を保護するという目的を達成することができれば、どのような部位の組合せであってもよい。

次いで、アール加工の加工サイズについて、長辺部エッジＥ２を例に取り説明する。
図６は、長辺部エッジＥ２に施されるアールの説明図であり、図４のＡ−Ａ線断面相当図を示す。
図６（ａ）は最小のアール加工時の説明図、図６(ｂ)は最大のアール加工時の説明図、図６（ｃ）は本実施形態に係るアール加工の説明図である。
つまり、コイル線１３の絶縁被膜Ｋ２の破損を防止するためには、長辺部エッジＥ２及び外周部エッジＥ１は、Ｒ１≦アール半径≦Ｒ２の範囲に加工するとよい。

このとき、図６（ａ）に示すようにＲ１は、コイル線１３の径の１／２（すなわちコイル線１３の断面半径）に規定され、図６（ｂ）に示すようにＲ２はティース幅（凸部本体部１１２ｃの相対向する２長辺間の距離）の１／２に規定されている。
すなわち、アール半径を最大であるティース幅に設定した場合には、両アールによりティース本体部１２Ｃの断面の上下端部は、略半円状となる。

また、本実施形態においては、図６（ｃ）に示すように、アール半径Ｒ３＝コイル線１３の径となるように設定されている。
この本実施形態に示すように、アール半径とコイル線１３の径とが同一である場合が、コイル線１３の絶縁被膜Ｋ２を保護しながら、コイル線１３を効率的に巻き付ける上で最適である。
なお、アール半径は、コイル線１３の絶縁被膜Ｋ２の材質・硬度等の諸条件により左右されるため、上記サイズに限定されるものではないが、コイル線１３の径の１／２を下回ると、コイル線１３の絶縁被膜を十分に保護することは困難である。

本実施形態においては、レーザによる溶融処理を行うことによりアール加工を行っている。
これは、熱源としてレーザ光を、金属に集光した状態で照射することにより、外周部エッジＥ１及び長辺部エッジＥ２を溶融して、アール形状に加工することにより行う。このレーザ光は、公知のレーザ溶接で使用されている装置により発振されるＹＡＧレーザ等が使用される。

なお、本実施形態においては、レーザによる溶融処理を行うことによりアール加工を行っているが、アール加工の方法は、特に限定されるものではなく、電子ビームによる溶融処理、ＴＩＧ（タングステンテン・イナートガス）による溶融処理、機械的加工、プラズマによる溶融処理等の技術を使用することができる。
例えば、ＴＩＧ、プラズマ、電子ビーム等を使用した技術を利用し、アーク熱を発生させ、この熱により外周部エッジＥ１及び長辺部エッジＥ２を溶融して、アール形状に加工するとよい。また、機械的加工においては、外周部エッジＥ１及び長辺部エッジＥ２に物理的力（研磨等）を加えることによって、アール形状に成形するとよい。

また、セラミック等の溶融材を溶射することによりアールを形成してもよい。この技術によると、溶射されたセラミック等の溶融材が絶縁被膜としての機能を果たすため、コーティング材を塗布する工程を経ることなく（溶融材による被膜は、アール加工時に同時に形成される）、コア１２とコイル線１３との間の絶縁効果をより一層高めることができる。

また、アール加工の方法として、コアシート１１２をプレス打ち抜きする際に、同時にアールを形成する方法もあるが、この方法においては小径のアール（コイル線１３の径と同程度のアール径のアール）を形成することは困難である。

更に、コアシート１１２をプレス打ち抜きした後、別のプレス工程により縁部をつぶす方法もあるが、このつぶし面の金型表面を、高精度に滑らかに仕上げることが困難であるという問題が生じたり、プレスを繰り返すと、金型表面に微細な凹凸が形成されるという問題が生じていた。
このような状態でプレスを行うと、プレスを行った縁部の面粗度が大きくなり、コイル線１３の絶縁被膜が破損してしまう可能性が高くなる。

これらの問題を回避するためには、本実施形態で使用した加工である、レーザによる加工を行うことが望ましい。
このような加工を行うことにより、面粗度を小さくし、アール表面を十分滑らかに仕上げることができる。
また、このアール加工は、加熱加工によるものが望ましい。
加熱処理を行うことにより、加工表面（すなわち、アール部分の表面）が酸化し、酸化被膜が形成される。
この酸化被膜は絶縁被膜として機能するため、コーティング材を塗布する工程を経ることなく（酸化被膜は、アール加工時に同時に形成される）、コア１２とコイル線１３との間の絶縁効果をより一層高めることができる。

本発明の一実施形態に係るモータを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る整流子及びコアを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るコアにコイル線が巻き付けられる状態を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るコアのエッジとコイル線との接触部分を示す部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係るコアのエッジとコイル線との接触部分を示す断面相当図である。 本発明の一実施形態に係るアールの加工状態を示す説明図である。 従来技術を示す説明図である。

符号の説明

１‥マグネット、２‥電機子、
３‥回転軸、３ａ,３ｂ‥軸受
４‥整流子、
５‥モータケース、７‥冷却パイプ、
１２、１２´‥コア、１２Ａ‥インナー本体部、１２Ｃ‥ティース本体部、１２Ｄ‥ティースバー部、
１３‥コイル線
１１２‥コアシート、１１２Ａ‥インナー部、１１２Ｂ‥凸部、１１２ｃ‥凸部本体部、１１２ｄ‥凸部バー部
Ｅ１,Ｅ１´‥外周部エッジ、Ｅ２‥長辺部エッジ、Ｅ３‥エッジ、
Ｋ１‥導線、Ｋ２‥絶縁被膜、Ｋ３‥絶縁材、
Ｍ‥モータ

Claims (7)

1. 絶縁処理が施されたコイル線が、積層コアのスロットに巻回された電機子であって、
   前記コイル線が折れ曲がった状態で接触する前記積層コア接触縁部に、アールが形成されていることを特徴とする電機子。
2. 前記アールのアール半径は、前記コイル線の径の１／２以上、前記コアを構成するティースの周方向の幅の１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の電機子。
3. 前記アールは、前記接触縁部を加熱処理若しくは機械的加工を行うことによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電機子。
4. 前記加熱処理は、レーザによる処理、電子ビームによる処理、ＴＩＧによる処理、プラズマによる処理の群より選択される少なくとも一つの処理であることを特徴とする請求項３に記載の電機子。
5. 前記接触縁部に形成された前記アールの表面は、前記加熱処理により形成された酸化被膜で被覆されていることを特徴とする請求項３に記載の電機子。
6. 前記アールは、溶融材を溶射することにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電機子。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電機子を備えたことを特徴とするモータ。

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