JP2008043106A - モータ用分割コア - Google Patents

Abstract

【課題】ヨーク部側から巻線の始端部を導入させ易いモータ用分割コアを提供する。
【解決手段】分割コア10は、柱状のティース11と、ティース11の全周に亘って一方の周縁から突出して設けられるヨーク部12とを具える。コイルエンド側に配置されるヨーク部12において、ヨーク部12の外周面12o側からティース11とヨーク部12との境界15に至る導入溝12gを具える。導入溝12gに巻線の始端部を配置させることで、各層をつくる巻線が始端部に接触することを防止できる。特に、導入溝12gをティース11のコイルエンド面11eの中心線C_Tに沿って、ヨーク部12の中央部に設けることで、導入溝の形成による磁気特性の劣化を低減することができ、分割コア10は、磁気特性に優れる。
【選択図】図1

Description

本発明は、モータの構成部材に利用される分割コアに関するものである。特に、コイルを形成する巻線の巻き始め部分をヨーク部側から容易に導入することができる分割コアに関するものである。

従来、モータの構成部材として、鋼といった磁性材料からなるコアの外周に巻線を巻回してなるコイルを配したローターやステーターが広く知られている。ローターやステーターは、円環状のものが汎用されている。例えば、図5(B)に示すように複数の分割コア100とコイルCとを有する分割ステーターmを複数用意し、これら分割ステーターmを環状に配置して環状部材Rにより環状に保持したステーターがある(特許文献1参照)。図5(A)に示す分割コア100は、複数のT字状の鋼板を積層させたT字状体であり、巻線が巻回される直方体状のティース101と、ティース101の両方の周縁から突出し、対向配置されるヨーク102及び鍔103とからなる。分割コア100において巻線との接触箇所、主としてティース101の外周には、コア100と巻線とをより確実に絶縁するためにインシュレータ110を配置する。インシュレータ110は、二つの分割片を組み合わせて一体に構成され、ティース101の外周を覆う筒部111と、筒部111の両端から突出するように対向配置される一対のフランジ112,113とからなる。フランジ112,113は、ヨーク102,鍔103に沿って配置される。筒部111の外周面と、フランジ112におけるフランジ113との対向面と、フランジ113におけるフランジ112との対向面とでつくられる]状の空間(スロット)にコイルを収納する。

分割ステーターmは、ステーターに組み立てる際、ティース101をつくる鋼板の積層方向側がコイルエンド側、積層方向と直交する側がコイルサイド側となるように円環状に配置される。コイルサイド側とは、分割ステーターmをステーターに組み立てる際、異なる分割ステーターと隣接する側(図5(A)においてヨーク102及び鍔103が突出している側)を言い、コイルエンド側とは、モータの回転軸C_m方向に向いている側(図5(B)において正面にみえている側)を言う。各コア100に巻回された巻線の端部は、バスバー部材(給電用部材)に接続する。バスバー部材は、円環状に配置した分割コアの内周側及び外周側に配置される(特許文献1図11,12参照)。従って、各コア100の巻線の端部は、その内周側及び外周側に取り出す。巻線の端部とバスバー部材との接続は、通常、コイルエンド側で行う。

その他の分割コアとして、図6に示すようにティース121の全周に亘ってヨーク122が突出されたものが開発されてきている(特許文献2参照)。この分割コア120は、図5(A)に示す分割コア100と比較して、ヨーク122における磁路面積(ヨーク122のコイルサイド面122sの面積)が大きいことから、モータに利用した場合、トルクを向上できる。

特開2001-25198号公報 特開2004-328971号公報

しかし、図6に示すような分割コア、即ち、ティースの全周に亘って、その外周面から突出するようにヨークを具える分割コアでは、コイルを形成するにあたり、巻線の始端部をティース(インシュレータ)に配置させにくい場合がある。

図6に示す分割コア120のコイルエンド側においてヨーク122は、ティース121の外周面から突出しているのに対し、鍔側(内周側(図6において下方側))は、ティース121の外周面と面一である。従って、巻線の始端部は、コイルエンド側において鍔側からであれば容易に導入できる。例えば、分割コア120に図5に示すようなインシュレータ110を配置する場合、フランジ113に切欠きを設けて巻線を導入する。また、巻線を多層に巻回してその高さがヨークの突出高さと同程度となることで、巻線の終端部をヨーク側から容易に取り出すことができる。従って、巻線の各端部をそれぞれ、分割コア120の内周側、外周側に配置できる。しかし、自動巻線機により巻回を行う場合、フランジ113の厚さが薄いと、巻回時の力によっては切欠きから割れなどが生じる恐れがある。また、モータの組立作業性、例えば、環状に配置した分割コア120の内周側にローターを配置する場合にローターの挿入方向などを考慮すると、巻線の両端部は、ヨーク側に配置することが望まれる。しかし、巻線の両端部をヨーク側に配置することを望む場合、図6に示す分割コア120では、突出したヨークが邪魔であり、巻線の始端部をヨーク側から導入させ難いという問題がある。

そこで、本発明の主目的は、ティースの全周に亘って突出したヨーク部を具える分割コアにおいて、巻線の両端部をヨーク部側に容易に配置可能なモータ用分割コアを提供することにある。

本発明は、ヨーク部に巻線の始端部を導入するための導入溝を設けたことで上記目的を達成する。具体的には、本発明は、外周に巻線が多層に巻回されるティースと、このティースの全周に亘って一方の周縁から突出して設けられるヨーク部とを具えるモータ用分割コアである。特に、本発明コアは、ヨーク部のコイルエンド側に、巻線を導入するための導入溝を具える。導入溝は、ヨーク部の外周面側から、ヨーク部とティースとの境界に至って設けられる。

本発明コアは、ヨーク部の一部を切り欠き、この切り欠き箇所(導入溝)に巻線の始端部を配置する。特に、ヨーク部の外周面側から、ティースとヨーク部との境界に至るように導入溝を設ける。このような導入溝に巻線の始端部を配置することで、ヨーク部側からティースに巻線を容易に引き出すことができ、ティースの外周面に沿って巻線を巻回できる。また、本発明コアは、モータに利用した際、図5に示す従来のコアと比較して、トルクを向上することができる。本発明コアは、コイルエンド側に突出したヨーク部を具えることで、ヨーク部におけるモータの軸方向の大きさ(一方のコイルエンド側から他方のコイルエンド側に向かう方向の大きさ)、いわゆる軸長が図5に示す従来のコアと比較して大きい。そのため、ヨーク部のコイルサイド面を同一面積とする場合、本発明コアは、従来のコアを用いたモータと比較してモータの径方向の大きさ(ヨーク部の外周面からティースに向かう方向の大きさ)を小さく(薄く)できる。つまり、従来のコアと同じ外径のモータとする場合、本発明コアでは、円環状に配置した際の円環の内径を大きくすることができる。従って、コアとローターとの間のギャップが従来のコアを用いたモータと等しくなるように、円環状に配置した本発明コアの内周側にローターを配置する場合、ローターの外径を大きくできることから、コアの引き付け力が増大されるため、本発明コアを用いることでトルクを向上できる。或いは、モータの径を同じくする場合、本発明コアは、軸長が大きいため、従来のコアを利用したモータよりもトルクを大きくすることができる。以下、本発明をより詳しく説明する。

本発明コアは、磁性材料から構成される磁性部材であり、外周に巻線が巻回されて、モータに利用される。このコアは、外周に巻線が巻回されるティースと、このティースの一方の周縁から突出して設けられるヨーク部とを具える。特に、ヨーク部は、ティースの全周に亘って有する。つまり、本発明コアは、ティースの外周面が全周に亘ってヨーク部よりも内側に位置する形状、端的に言うと、コイルサイド側、及びコイルエンド側のいずれから見てもT字状である。このコアは、コイルエンド側に配される面と、コイルサイド側に配される面とから構成される。コイルエンド側は、本発明コアにコイルを形成してモータ部品(例えば、分割ステーター)とし、このモータ部品をモータに組み立てた際、モータの回転軸C_m(図5(B)参照)方向に向いている二つの側である。そのうち、一方のコイルエンド側で巻線の端部の導入及び引き出しを行う。これら巻線の端部は、コイルに電力供給を行うバスバー部材(給電用部材)に接続させる。コイルサイド側とは、本発明コアを具えるモータ部品をモータに組み立てた際、他のモータ部品に隣接する二つの側である。そして、本発明コアは、コイルをつくる巻線の始端部を配置するために、ヨーク部のコイルエンド側に導入溝を具える。

導入溝は、ヨーク部のコイルエンド面(突出方向に配置される面)の一部、例えば、コイルエンド面において外周面と内周面(ティースと連なる接続面)との間の途中から、ヨーク部とティースとの境界に至るように設けることが考えられる。しかし、コイルエンド面の途中から溝を設けると、巻線の始端部の一部をコイルエンド面上に配置させるため、始端部が安定しにくい。これに対して、ヨーク部の外周面側から導入溝を設けると、巻線の始端部がヨーク部の外周面側から内周面側に至る範囲に亘って導入溝に引っ掛かって固定することができるため、巻線を安定して巻回できる。また、このような導入溝を設けることで、巻線の始端部をヨーク部の外周面側に配置させ易い。従って、本発明コアでは、ヨーク部の外周面側からヨーク部とティースとの境界に至って導入溝を設ける。即ち、本発明コアにおける導入溝は、ヨーク部の外周面に至る開口部と、ヨーク部とティースとの境界に至る開口部とを有する。

導入溝の形状としては、図4(A)〜(C)に示すように平面から構成される直線状、図4(F)に示すように曲面を具える曲線状、図4(G)に示すように直線状と曲線状とを組み合わせた形状が挙げられる。直線状の場合、図4(A),(B)に示すようにヨーク部Yの外周面Yo側からヨーク部YとティースTとの境界bに至って連続し、ティースTのコイルエンド面Teにおいて、両コイルサイド面Ts間を二等分する中心線C_Tに沿った一直線状、図4(C)に示すように中心線C_Tに対して非直交に交差する斜線状が挙げられる。即ち、導入溝は、一方の開口部と他方の開口部との双方が中心線C_Tに沿って配置される形状でもよいし、両開口部が中心線C_Tに対してずれて配置される形状でもよい。図4(A),(B)に示す一直線状の導入溝は、簡単に形成することができて、製造性に優れる。

更に、図4(D)に示すように一直線状の導入溝において、境界b近傍の一方の角部を切り落として中心線C_Tに非直交に交差する、即ち、境界bをつくる境界線に対して非直交に交差する傾斜部を具える構成とすると、図4(A),(B)に示す一直線状の導入溝と比較して、導入した巻線をティース側に引き出し易く、引き出し後、巻線の巻回を行い易い。傾斜部は、図4(D)に示すように一面(傾斜面)で形成してもよいし、図4(E)に示すように対向する二面で形成してもよい。即ち、図4(E)に示すように一直線状部分と斜線状部分とを組み合わせた形状の導入溝としてもよい。図4(C)に示す斜線状の導入溝は、図4(A),(B)に示す一直線状の導入溝と比較して、導入した巻線をティース側に引き出し易い。図4(A)〜(C)に示す直線状の導入溝は、ヨーク部のコイルエンド面に連なり、対向配置される一対の側面或いは斜面と、両側面或いは両斜面を繋ぐ底面とで形成する。図4(D)に示す導入溝は、ヨーク部のコイルエンド面に連なり、対向配置される一対の側面と、一方の側面に連なる傾斜面と、両側面及び傾斜面を繋ぐ底面とで形成する。図4(E)に示す導入溝は、ヨーク部のコイルエンド面に連なり、対向配置される一対の側面と、各側面に連なる一対の傾斜面と、両側面及び両傾斜面を繋ぐ底面とで形成する。

一方、図4(F)に示すように曲線状の導入溝とすると、導入溝の角部で巻線が引っ掛かることがなく、巻線をティース側にスムーズに引き出し易く、かつ引き出した後、巻線の巻回を行い易い。図4(G)に示すように直線状と曲線状とを組み合わせた導入溝は、形成が比較的容易であり、特に曲線状部分を境界b側に配置することで、巻線をティース側にスムーズに引き出せ、巻線の巻回も行い易い。図4(F)に示す曲線状の導入溝は、ヨーク部のコイルエンド面に連なり、対向配置される一対の曲面と、両曲面を繋ぐ底面とで形成する。図4(G)に示す導入溝は、ヨーク部のコイルエンド面に連なり、対向配置される一対の側面と、各側面に連なる一対の曲面と、両側面及び両曲面を繋ぐ底面とで形成する。

ここで、巻線は、境界bにできるだけ沿って配置し、境界b近傍で巻回し始めると、巻線の占積率を高められる。図4(A),(B)に示す中心線C_Tに沿った一直線状の導入溝では、導入溝に配置した巻線を境界bに沿って配置しようとすると巻線を直角に近い角度で折り曲げなければならない。これに対し、図4(C)に示す斜線状の導入溝や図4(D),(E)に示す傾斜部を具える導入溝では、巻線の折り曲げ角度を小さく(浅く)できるため、境界b近傍に巻線を配置し易い。図4(F),(G)に示す曲線状の導入溝、曲線状部分を具える導入溝では、巻線を滑らかに折り曲げることができるため、境界b近傍に巻線を配置し易い。傾斜度合いや曲線の半径は、巻線の大きさ(線径)や巻回する際の巻線数などに応じて適宜選択するとよい。

導入溝の配置位置は、磁気特性を考慮すると、図4(A)に示すように中心線C_Tに沿ってその近傍に設ける、つまり、ヨーク部Yの中央部に設けることが好ましい。本発明分割コアは、モータに組み立てられた際、図4(H)に示すようにヨーク部Yのコイルサイド面Ys同士を接触させて環状に配置される。そして、磁気回路は、図4(H)に示すように隣り合うヨーク部Yを利用してつくられる。ヨーク部Yの中心線C_T近傍は、磁力線の通路となる磁路に余り活用されず、また、磁気飽和も生じ難い部分である。また、ヨーク部Yの中心線C_T近傍は、中心線C_Tに沿うように磁束が通過する。従って、このような箇所に磁束の方向に沿うように導入溝を設ける、つまり、磁束を切断しないように導入溝を設けることで、磁気特性の劣化を低減することができ、図6に示す分割コアと同等程度の磁気特性が得られる。そのため、この分割コアは、図6に示す分割コアと同等程度のトルクが得られる。一方、図4(B)に示すように中心線C_T近傍から離れて導入溝を設けたり、図4(C)に示すように導入溝全体が中心線C_Tと交差する形状であると、導入溝により一部の磁気回路が切断されるため、ヨーク部における通過磁束量が低減する。但し、図5(A)に示す従来のコアと比較すると、図4(B),(C)に示すコアは、ヨーク部の体積が多いことから、トルクを増大できる。また、図4(B)に示すように中心線C_T近傍から離れてコイルサイド側寄りに導入溝を設けると、コイルサイド面に巻線を配置させ易く、コイルサイド面から巻線を巻回させ易いため、巻回作業性に優れる。従って、巻回作業性を考慮する場合は、中心線C_T近傍から離れてヨーク部の縁部側(コイルサイド側寄り)に導入溝を設けることができる。磁気特性及び巻線の巻回作業性などを考慮すると、導入溝の形状は、図4(D)や図4(G)に示すように一部が一直線状で、一部が傾斜部或いは曲線状であることが好適であり、特に、一直線状部分は、中心線C_Tの近傍に中心線C_Tに沿って配置することが好ましい。

導入溝の底面において少なくともヨーク部とティースとの境界近傍は、ティースのコイルエンド側の外周面と面一であることが好ましい。導入溝において境界近傍の底面がティースの外周面よりも高いと、導入溝に巻線の始端部を配置させても、巻線を多層に整列巻きする場合、第一層目の第一ターンをつくる巻線に連なる始端部が各層をつくる巻線と接触して(干渉して)、ターン数が減ることがある。例えば、図7に示すティースTのコイルサイド面Tsから巻線を巻回し始め、巻線を多層に整列巻きする場合を考える。ティースTの一方の周縁側(図7では、上面側)、つまり、ヨークとの境界に接するように巻線を配置してティースTの外周面に沿って巻回し、ティースTの他方の周縁側(図7では、底面側)、つまり、鍔との境界で折り返す、又はティースTの一方の周縁側で折り返す、というように巻線を巻回することで占積率を高められる。このとき、第一層目の第一ターンをつくる巻線t_1-1に連なる始端部t_sを突出したヨーク部に沿って配置して、上述のように巻線を巻回する場合を考える。ティースTのコイルエンド面Teに配置された第二層目の第nターンをつくる巻線t_2-nをコイルサイド面Tsに配置された巻線t_1-1と第一層目の第二ターンをつくる巻線t_1-2との上に積もうとするとき、始端部t_sが長い場合、巻線t_2-nがこの始端部t_sと接触して、積層できない。そこで、巻線の始端部と各層をつくる巻線とが接触しないように、各層をつくる巻線を始端部から離して巻回することが考えられる。しかし、この場合、ターン数が減ってトルクの低下を招く。この問題は、巻線を1本ずつ巻回する場合だけでなく、2本以上同時に巻回する場合も生じる。これに対して、導入溝におけるヨーク部とティースとの境界近傍をティースの外周面と面一とすることで、導入溝に配置された巻線の始端部は、同境界よりもヨーク部側に存在するため、巻線を多層に整列巻きする場合であっても、始端部と各層をつくる巻線とが接触することがなく、始端部の存在により占積率を低減することがない。なお、図7では、説明のため、ティース部分のみを示し、ティースTの途中で折り返し、他方の周縁側で折り返していない。

導入溝の底面は、ティースとヨーク部との境界近傍だけでなく、全体をティースのコイルエンド側の外周面と面一にしてもよい。また、底面は、同境界近傍がティースの外周面と面一となるようにヨーク部の外周面側から段階的に或いは連続的にティースの外周面からの高さを変化させてもよい。つまり、ヨーク部の外周面側が高く、境界近傍側が低くなるように底面を設けてもよい。

導入溝の幅(一方のコイルサイド側から他方のコイルサイド側に向かう方向における大きさ)は、巻回する際の巻線数に応じて調整することが好ましい。具体的には、巻線の線径×巻線数(+余裕度)とすることが好ましい。より具体的には、例えば、線径：φ₁、巻線数：1、余裕度：αとする場合、導入溝Ygの幅Wは、図4(A)に示すように線径：φ₁×巻線数：1＋余裕度：α＝φ₁＋α(＝W)とすることが好ましい。導入溝の幅を大きくすると、ヨーク部のコイルエンド側の体積が低減して、通過磁束量の低下を招く。αは、適宜設定するとよい。

導入溝は、少なくとも一方のコイルエンド側に配置されるヨーク部に設ける。双方のコイルエンド側のヨーク部に導入溝を設けた場合、いずれか一方の導入溝を任意に選択して、巻線の始端部を配置できる。また、双方のコイルエンド側のヨーク部に導入溝を具えた対称形状のコアとすると、このコアを後述するように圧粉成形体とする場合、均一的に加圧できるため、成形性に優れる。後述するように導入溝を切削加工により形成する場合、いずれか一方のコイルエンド側にのみ導入溝を設ける構成とすると、切削時間が短く、製造性がよい。

ティースは、巻線が巻回可能な種々の柱状形状が利用できる。ティースの代表的な形状として、図5(A)に示す直方体状のように、対向配置される一対の面を二組組み合わせてなる形状が挙げられる。つまり、ティースに配置されるコイルの中心軸(C_c、図示せず)と平行するように配置される四つの平行面からなる直方体状、延長面が中心軸C_cと交差するように配置される四つの交差面からなる変形四角錘台状、一対の平行面と一対の交差面とからなる四角錘台状が挙げられる。ティースを変形四角錘台状とする場合、一対の台形状面を二組組み合わせて構成する。一方の組の第一台形状面は、ヨーク部から離れるにつれて幅が広くなる面とし、他方の組の第二台形状面は、ヨーク部から離れるにつれて幅が狭くなる面とする。このような形状のティースは、ティースの一方の側(ヨーク部側)から他方の側に亘って、断面積(磁路面積)が実質的に等しくなり、磁気特性が均一的になる。ティースを四角錘台状とする場合、一対の台形状面と、一対の長方形状面とを組み合わせて構成する。この台形状面は、ヨーク部から離れるにつれて幅が狭くなる面とする。また、一対の平面と、一対の曲面とからなるティースを利用してもよい。交差面や曲面を有するティースは、スロット(巻線が配置されるスペース)内のデッドスペース(巻線が巻回できないスペース)を低減し、占積率を高めたり、巻線を巻回し易くすることができる。二組の対向配置される一対の面のうち、一方の組をコイルエンド面、他方の組をコイルサイド面とする。

本発明コアは、ティースの他方の周縁側にヨーク部と対向するように鍔部を具える構成としてもよい。鍔部は、ティースの全周に亘って設けてもよいし、部分的に設けてもよい。本発明コアは、上述のようにヨーク部に導入溝を具えて、巻線の始端部を配置できるようにしているため、ティースの全周に亘って鍔部を設けていても問題ない。鍔部を具える場合、本発明コアは、ティースの外周面と、ヨーク部における鍔部との対向面と、鍔部におけるヨーク部との対向面とで囲まれる空間をスロットとして利用する。このコアを具えるモータ部品をモータに組み立てる際、ヨーク部を外周側に配し、鍔部を内周側に配置する。

本発明コアを形成する磁性材料は、鉄系材料、特に、鉄や鋼といった軟磁性材料が挙げられる。このような磁性材料からなる板材の積層体や粉末を用いた圧粉成形体、或いはこれら板材の積層体と圧粉成形体との組み合せ物により、本発明コアを形成できる。特に、本発明コアは、ティースの全周に亘ってヨーク部が突出した複雑な形状であるため、圧粉成形体とすると、容易に製造することができて好ましい。圧粉成形体は、所定形状の金型に磁性材料の粉末を充填して加圧して製造する。磁性材料の粉末に更に絶縁材料を混合して各粉末表面に絶縁被膜を形成した被覆粉末を用いた圧粉成形体とすると、電気抵抗を高めて、渦電流の発生に伴う損失を低減できる。上記絶縁材料としては、リン酸塩系の無機材料などが挙げられる。圧粉成形体は、磁気の方向性が一定である板材の積層体と比較して、磁気の方向性の自由度が大きいといった磁気特性に優れている。

ヨーク部のコイルエンド側に導入溝を具える本発明コアを圧粉成形体で形成する場合、所定の形状の導入溝が形成できるように金型を作製する。コイルエンド側を押圧して成形する場合、導入溝を高精度に成形することができる。特に、ヨーク部とティースとを分けて押圧することで、更に高精度な成形を行える。このようなプレス成形により導入溝を形成する他、切削加工により導入溝を形成することができる。例えば、ティースの全周に亘ってヨーク部が突出した形状のコアを成形し、得られた圧粉成形体においてヨーク部のコイルエンド側の所定の位置に所定の形状の導入溝を切削することで、導入溝を具える本発明コアを製造できる。或いは、ある程度の形状を圧粉成形体で形成して、切削により、所定の形状の導入溝に仕上げることでも、本発明コアが製造できる。

導入溝に代えて、巻線を挿通可能な導入孔とすることができる。導入孔は、ティースの全周に亘ってヨーク部が突出した形状のコアを成形し、得られた圧粉成形体においてヨーク部のコイルエンド側の所定の位置に所定の形状の導入孔を切削により設けることで、導入孔を具える本発明コアを製造できる。導入孔の大きさや配置位置については、上述した導入溝と同様にするとよい。導入孔の形状は、直線状とすると形成し易い。

本発明コアと巻線とをより確実に絶縁できるように、本発明コアにおける巻線との接触箇所、主としてティースの外周面を覆うようにインシュレータを配置することが好ましい。本発明コアは、導入溝又は導入孔に巻線を配置するため、インシュレータは、導入溝の外周面又は導入孔の外周面を覆うように形成する。即ち、本発明コアのコイルエンド側に配置するインシュレータは、ティースの外周面を覆う部分と、導入溝を覆う部分とを具えるように形成する。導入孔とする場合、インシュレータには、導入孔の外周面を覆う細筒状部を設ける。或いは、巻線において導入孔を通過する箇所に熱収縮チューブなどの絶縁部材を配置させて、絶縁強化してもよい。

また、インシュレータは、ヨーク部においてティースと連なる接続面(鍔部を具える場合、鍔部と対向する面)を覆うフランジ部を具えることが好ましい。巻線を多層に巻回する場合、ティースの端部、つまり、ヨーク部又は鍔部の近傍で層替えを行うと、ターン数が多くなり、占積率を高めることができる。そして、ヨーク部近傍で層替えを行う場合、上記接続面をあたり止めとして利用することで、層替えに伴う巻きずれを防止して、占積率を高められる。この接続面をあたり止めとする場合、接続面に巻線が接触するため、上述のようにフランジ部で覆うことが好ましい。上記接続面において導入溝形成箇所には、開口部が存在するため、フランジ部を設けない。フランジ部を設ける場合は、導入溝からティース側に巻線を引き出せるように、貫通孔や切欠きを設ける。

ティースの外周に配置するインシュレータの厚さは、できる限り薄くして、コア部分が大きくなるようにすると、トルクの増大、小型化という優れた効果に加えて、発熱したコイルの熱をコアに伝え易くなり、モータの放熱特性をも向上できる。また、インシュレータには、巻線を整列配置させ易いように巻線を嵌合する嵌合溝を設けてもよい。

インシュレータを形成する絶縁材料としては、PPS(Poly Phenylene Sulfide ポリフェニレンスルフィド)、LCP(Liquid Crystal Polymer 液晶ポリマー)などの樹脂が挙げられる。上記樹脂にガラス(二酸化珪素)、アルミナ(酸化アルミニウム)、酸化チタンなどの無機充填剤を添加させてインシュレータを形成すると、インシュレータ自体の放熱性を向上できる。また、インシュレータは、分割片を組み合わせて一体となるように構成とすると、コアの外周に配置し易い。二つの分割片を組み合わせた構成、或いは三つ以上の分割片を組み合わせた構成が挙げられる。二分割片としては、分割片同士の接合部分がコイルサイド側に配置されるように分割されたもの、分割片同士の接合部分がコイルエンド側に配置されるように分割されたものが挙げられる。前者の場合、接合部分を重ね合わせると、絶縁性を高めることができるが、インシュレータの厚みが増すため、占積率が低減する。従って、コイルサイド側に接合部分を位置させる場合、接合部分は付き合わせるか、重ね代部分をできるだけ薄くすることが好ましい。後者の場合、導入溝及びその近傍に接合部分が位置しないように分割することが好ましい。三分割片としては、導入溝を具える一方のコイルエンド側に配置される第一の分割片と、他方のコイルエンド側に接合部分が位置するように分割された二つの第二の分割片とからなるものが挙げられる。このような三分割片からなるインシュレータは、一方のコイルエンド側のみに導入溝を具えるコアに利用すると、接合部分が導入溝に配置されることがない。

上記構成を具える本発明コアは、モータを構成する分割ステーターなどのモータ部品に好適に利用することができる。モータ部品は、本発明コアのティース(インシュレータ)の外周に巻線を巻回することで得られる。特に、巻線を多層に整列巻きしてコイルを形成することで、占積率を向上できる。巻線は、丸線の他、角線などの種々のものが利用できる。

上記モータ部品を所定数用意し、これらモータ部品を環状に配置し、環状部材を用いて環状に保持することで、例えば、アウター型ローターや、インナー型ローターのモータのステーターに利用できる。環状に配された各モータ部品は、コイルをつくる巻線端部を接続し、集中巻き構造とすることが好ましい。

本発明モータ用分割コアは、ティースの全周に亘って突出するヨーク部を具えていながら、ヨーク部側から巻線の始端部を容易に導入することができる。従って、本発明コアは、巻線の両端部をヨーク部側に配置することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
＜実施例1 分割コア＞
図1(I)は、本発明モータ用分割コアの斜視図、(II)は、本発明コアをコイルエンド側から見た図、(III)は、本発明コアをコイルサイド側から見た図である。分割コア10は、柱状のティース11と、ティース11の一方の周縁から突出して設けられるヨーク部12とを具える。ヨーク部12は、ティース11のほぼ全周に亘ってティース11と一体に設けられている。ティース11の外周には、図示しないインシュレータ(後述)が配置され、このインシュレータの上に巻線が巻回されて分割ステーターを構成する。このような分割ステーターを複数用意し、各分割ステーターのヨーク部12の一面(コイルサイド面12s)を接触させて円環状に配置し、環状部材を用いてこれら分割ステーターを一体にしてモータステーターを構成する。分割ステーター及び分割コアにおいて、モータステーターを組み立てた際、他の分割ステーターに隣接する側がコイルサイド側、隣接しない側がコイルエンド側である。

分割コア10の最も特徴とするところは、ティース11の外周面から突出しているヨーク部側から巻線を導入するにあたり、巻線の始端部をヨーク部12に配置できるように、ヨーク部12の一部を切り欠いている点にある。具体的には、図1に示すようにヨーク部12の一方のコイルエンド側において、ヨーク部12の外周面12o側から、ヨーク部12とティース11との境界15に至って切り欠いた導入溝12gを具える。

導入溝12gは、ヨーク部12の外周面12o側、及び境界15側にそれぞれ開口部を有し、ティース11のコイルエンド面11eの中心線C_Tに沿った一直線状の直線部と、中心線C_Tに交差するように配置される傾斜部とを有する屈曲形状である。中心線C_Tは、コイルエンド面11eにおいて両コイルサイド面11s間を二等分する線である。直線部をヨーク部12の外周面12o側に、傾斜部を境界15側に配置しており、導入溝12gの境界15近傍は、直線部の一方の角部を切り落とした状態である。

外周面12o側の開口部は、中心線C_Tを中心として配置され、境界15側の開口部は、中心線C_Tからコイルサイド側に若干ずれて配置される。直線部は、中心線C_Tに沿って配置される一対の側面12lと、両側面12lを繋ぐ底面12bとで構成される。傾斜部は、側面121に連なる一対の傾斜面12tと、底面12bとで構成される。傾斜面12tは、その延長面が中心線C_Tに対して非直交に交差する、つまり、境界15に対して非直交に交差するように設けている。傾斜面12tの傾きは、ヨーク部の外周面側の開口部から導入した巻線をティース11の外周面(コイルサイド面11s)に導き易く、導入した巻線をティース11に巻回し易いように調整している。このような傾斜部を具えることで、傾斜部を有していない場合と比較して、巻線をティース11に滑らかに導入することができ、かつ巻回作業もスムーズに行い易い。

導入溝12gの底面12bは、溝全域に亘ってティース11の外周面(コイルエンド面11e)と面一である。従って、ヨーク部12のコイルエンド側は、ティース11の外周面よりも高いコイルエンド面12eと、ティース11の外周面と同じ高さである導入溝12gの底面12bとが存在する。このような底面12bを設けることで、巻線をティース11の外周面に容易に配置できる。

導入溝12gの幅Wは、巻線の線径×巻線数(この例では1本)＋余裕度としている。導入溝12gの幅Wをできるだけ小さくすることで、溝の形成に伴う磁路面積の低減を少なくすることができる。

導入溝12gは、図1(II)に示すように中心線C_Tに沿うように設けている。つまり、導入溝12gは、ヨーク部12のコイルエンド側のほぼ中央に位置する。ヨーク部12の中央部分は、磁路に利用されることが少なく、磁気飽和も少ないことから、このような位置に導入溝を設けることで、分割コア10の磁気特性が劣化することを低減できる。なお、分割コア10は、傾斜部がつくる空間により一部の磁気回路が切断される可能性があるが、ヨーク部12の中央部分近傍に配置していることで、切断される磁気回路を低減できる。従って、分割コア10は、導入溝12gを有していながら、図6に示すコア120と同程度の磁路面積を確保できる。

ティース11は、対向配置される一対の台形状面と、対向配置される一対の長方形状面とから構成される。台形状面は、ヨーク部12から離れるに従って幅を狭くしている。コイルエンド面11eを台形状面、コイルサイド面11sを長方形状面としている。ティース11の他方の周縁でコイルサイド側には、ヨーク部12と対向するように鍔部13を具える。このような分割コア10は、軟磁性材料からなる粉末を用いた圧粉成形体である。圧粉成形体とすることで、ティース11の全周に亘って突出したヨーク部12を具え、かつヨーク部12に導入溝12gを具える形状といった複雑な形状の分割コア10を簡単に成形することができる。

分割コア10にヨーク部の外周面側から巻線を導入して、ティース11に巻線を多層に整列巻きする手順を説明する。図2において、丸印は、巻線を示し、丸印内の数字(x-y)は、第x層目の第yターンを示す。図2に示すようにヨーク部12のコイルエンド側において外周面12o側の開口部12_a1から巻線の始端部t_sを導入して、導入溝12gに配置する。そして、始端部t_sに繋がる巻線を境界15側の開口部12_a2から引き出してティース11の一方のコイルサイド面11s(図2において左側のコイルサイド面)に向かって配置し、第一層目の第一ターンをつくる巻線t_1-1とする。このとき、導入溝12gは、傾斜部を有していることから、巻線をティース11側に引き出し易い。以下、ティース11の外周面に沿って鍔部13に至るまで整列巻きを行い、第一層目を形成する(図2では四ターンで第一層目を形成する)。鍔部13で巻線を折り返して第二層目を形成する。第二層目の第三ターンをつくる巻線t_2-3を第一層目の第一ターンをつくる巻線t_1-1と第二ターンをつくる巻線t_1-2との上に配置させる。このとき、分割コア10では、始端部t_sを導入溝12gに配置させていることで、始端部t_sに阻害されることなく、巻線t_2-3を巻線t_1-1と巻線t_1-2との上に積層できる。また、第二層目の最終ターン(第四ターン)をつくる巻線t_2-4をヨーク部12に接するように配置することができることから、ヨーク部12近傍で巻線を折り返して第三層目を形成することが可能である。以下、同様に巻線を巻回して、第三層目以降を形成する。なお、図2では、説明のために巻線を強調して描いている。

分割コア10は、ヨーク部側から巻線の始端部を導入し、奇数層目の第一ターンをつくる巻線、及び偶数層目の最終ターンをつくる巻線の双方をティース11とヨーク部12との境界15近傍に沿って配置させ、多層に整列巻きを行うことができる。そのため、分割コア10を利用することで、高占積率のモータが得られる。また、分割コア10は、図5に示す従来の分割コアと比較してヨーク部の磁路面積が大きいことから、分割コア10を利用することで、高トルクのモータが得られる。或いは、図5に示す従来の分割コアと同じトルクのモータを作製する場合、分割コアは、その大きさを小さくすることができるため、モータを小型にできる。更に、分割コア10は、ヨーク部側から巻線を導入し、ヨーク部側から巻線を取り出すことができる、即ち、巻線の両端部をヨーク部側に配置させることができるため、バスバー部材の接続などをヨーク部の外周側のみで行うことができる。

なお、図2では、巻線数を1本としたが、巻線数を2本以上としてもよい。巻回作業の際、巻線の始端部は、固定させておく。巻線において始端部や終端部は、バスバー部材に接続されて、始端部や終端部に繋がるコイルを形成する巻線部分に電力を供給するために利用する部分であり、コイルの巻き数(ターン数)に含まれない部分である。

＜変形例1＞
上記実施例1では、導入溝の底面を導入溝の全域でティースの外周面と面一としたが、底面の高さを部分的に変えてもよい。例えば、ヨーク部の外周側からヨーク部とティースとの境界に向かって連続的に高さが低くなり、同境界近傍においてティースの外周面と面一となるように底面を設ける。このように導入溝の底面の高さを異ならせることで、実施例1と比較して磁路面積を増大できる。

＜変形例2＞
上記実施例1では、導入溝に平面状の傾斜面を設ける構成を説明したが、角部を曲面状に切り落としてもよい。導入溝におけるヨーク部とティースとの境界側開口部近傍を曲面状にし、この曲面に沿って導入溝から巻線を引き出す構成とすることで、導入溝に巻線が引っ掛かることがなく、スムーズに引き出せる。また、導入溝から引き出した巻線をティースに巻回し易い。従って、このコアは、自動巻回装置を用いて巻線を巻回できる可能性を高められる。

＜変形例3＞
上記実施例1では、ヨーク部の一方のコイルエンド側にのみ導入溝を設ける構成を説明したが、ヨーク部の双方のコイルエンド側に導入溝を設けて対称形状の分割コアとしてもよい。対称形状とすると圧粉成形時に均一的な加圧ができるため、成形性に優れる。また、導入溝を二つ具える分割コアでは、いずれの導入溝に巻線の始端部を配置するかを任意に選択できる。

＜変形例4＞
上記実施例1では、導入溝を設ける構成としたが、導入溝に代えて、ヨーク部の外周面側からヨーク部とティースとの境界に至る導入孔としてもよい。導入孔は、ティースの全周に亘ってヨーク部を具える圧粉成形体を形成後、ヨーク部の一部を切削することで、容易に形成できる。導入孔は、ティースのコイルエンド面の中心線に沿った直線状とすると、簡単に形成できる。また、ヨーク部の外周面の縁部近傍から、ヨーク部とティースとの境界に至るように傾斜させた導入孔としてもよい。つまり、ティースの外周面からの高さが異なるように導入孔を設ける。導入孔における境界近傍は、ティースの外周面と面一となるようにすることが好ましい。導入孔の形状は、断面円形状としてもよいし、矩形状としてもよい。

分割コア10と巻線とをより確実に絶縁するために、分割コア10において巻線との接触箇所には、インシュレータを配置することが好ましい。以下、インシュレータの一例を説明する。

＜インシュレータ＞
図3は、本発明分割コアにインシュレータを配置した状態を示す図であり、(I)は、導入溝を具える一方のコイルエンド側から見た図、(II)は、他方のコイルエンド側から見た図、(III)は、コイルサイド側から見た図である。分割コア10において巻線と接触する箇所、或いは接触する可能性が高い箇所としては、ティースの外周面、ヨーク部におけるティースとの接続面(コイルサイド側において鍔部との対向面)、コイルサイド側において鍔部のヨーク部との対向面が挙げられる。特に、分割コア10は、巻線の始端部を導入溝に配置させるため、導入溝も巻線との接触箇所となる。そこで、分割コア10に配置するインシュレータ20は、ティースの外周面を覆う筒状部21と、ヨーク部におけるティースとの接続面を覆うフランジ部22と、鍔部におけるヨーク部との対向面を覆う鍔側フランジ部23と、導入溝を覆う溝被覆部24とを具える。

筒状部21のコイルサイド側の面、及びコイルエンド側の面の一部には、巻線を整列させ易いように嵌合溝を設けている。フランジ部22は、筒状部21の一方の周縁から突出するように、ヨーク部12の接続面に沿って設けている。溝被覆部24の開口部近傍は、溝被覆部24に配置した巻線を筒状部21側に引き出せるように、フランジ部22の一部を切り欠いている。鍔側フランジ部23は、コイルサイド側だけでなく、コイルエンド側にも延長して設けている。つまり、鍔側フランジ部23は、筒状部21の鍔部側において筒状部21の全周に亘って設けられた環状形状であり、分割コア10の鍔部において内周側面(図3において下面)が露出された状態である。これらフランジ部22や鍔側フランジ部23は、巻線を多層に巻回する際にヨーク部近傍又は鍔部近傍で層替えを行うに当たり、あたり止めとして利用できるように筒状部21に直交するように設けている。あたり止めに利用することで、巻きずれなどが生じ難く、巻きずれに伴う占積率の低下などを防止できる。

溝被覆部24は、導入溝の側面を覆う側面部24aと、傾斜面を覆う斜面部24bと、底面を覆う底面部24cとを具える。底面部24cは、筒状部21のコイルエンド側の面に連なって形成されている。その他、インシュレータ20は、溝被覆部24に連なってヨーク部のコイルエンド面を覆うヨーク被覆部25と、巻回作業中に分割コアから脱落し難いように掛止部26とを具える。掛止部26は、フランジ部22と対向するようにヨーク被覆部25に連ねて設け、掛止部26とフランジ部22とでヨーク部12を挟持するように配される。

インシュレータ20は、三つの分割片を組み合わせて一体にする構成であり、分割コア10に容易に配置することができる。具体的には、インシュレータ20は、溝被覆部24を具える一方のコイルエンド側に配置される第一分割片と、他方のコイルエンド側に合わせ目27が配置されるように分割された一対の第二分割片とから構成される。第一分割片は、筒状部21における一方のコイルエンド側の面を構成する部分と、同じコイルエンド側に配置されるフランジ部22、ヨーク被覆部25、掛止部26を構成する各部分と、溝被覆部24とから構成される。各第二分割片は、筒状部21における一方のコイルサイド側の面を構成する部分と、筒状部21における他方のコイルエンド側の半面を構成する部分と、同じコイルエンド側に配置されるフランジ部22の半分、ヨーク被覆部25の半分、掛止部26の半分を構成する部分と、鍔側フランジ部23の半分とから構成される。

このようなインシュレータ20を分割コア10に配置することで、巻線との絶縁を確実に行えると共に、巻線の始端部を導入溝(溝被覆部)に配置させることができる。また、インシュレータ20は、筒状部21の両端において、そのほぼ全周に亘ってあたり止め(フランジ部22、鍔側フランジ部23)を具えており、層替えの際の巻きずれを効果的に防止できる。更に、インシュレータ20は、筒状部21の外周に嵌合溝を具えることで、巻線を整列配置させ易い。

なお、掛止部26は、両方のコイルエンド側においてその全域に設けているが、部分的に設けてもよいし、いずれか一方のコイルエンド側のみでもよい。また、インシュレータ20は、掛止部を設ける代わりに接着剤で固定するなどしてもよい。その他、インシュレータ20の筒状部21に、その全周に亘って段差を設けてもよい。段差を設けることで、コイルの外周面を段差のない平滑な面とすることができる。また、ヨーク部の双方のコイルエンド側に導入溝を設ける場合にインシュレータの分割片の合わせ目をコイルエンド側に配置させる場合、合わせ目が導入溝近傍に位置しないように分割片を構成する。或いは、ヨーク部の双方のコイルエンド側に導入溝を設ける場合、合わせ目がコイルサイド側に配置されるように分割片を構成する。

なお、上述した実施例1及び変形例は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、ティースの形状を四角錘台状ではなく、変形四角錘台状としてもよい。

本発明モータ用分割コアは、ステーターといったモータの構成部材に好適に利用することができる。この分割コアを具えるモータは、電気自動車やハイブリッド自動車などの高出力が要求されるモータに好適に利用できる。

(I)は、本発明モータ用分割コアの斜視図、(II)は、本発明コアをコイルエンド側から見た図、(III)は、本発明コアをコイルサイド側から見た図である。 本発明分割コアに巻線を巻回した状態をコイルエンド側から見た説明図である。 本発明分割コアにインシュレータを配置した状態を示す図であり、(I)は、ヨーク部に導入溝を具える一方のコイルエンド側から見た図、(II)は、他方のコイルエンド側から見た図、(III)は、コイルサイド側から見た図である。 (A)〜(G)は、本発明分割コアをコイルエンド側から見た模式図であり、(A)は、ティースのコイルエンド面の中心線に沿った一直線状の導入溝をヨーク部の中央部に具える例、(B)は、同中心線に沿った一直線状の導入溝をヨーク部の中央部から離れた位置に具える例、(C)は、同中心線に交差する斜線状の導入溝を具える例、(D)は、一直線状の導入溝において、ティースとヨーク部との境界近傍の角部を切り欠いた導入溝を具える例、(E)は、一直線状部分と斜線状部分とからなる導入溝を具える例、(F)は、曲線状の導入溝を具える例、(G)は、直線状部分と曲線状部分とからなる導入溝を具える例を示す。図4(H)は、磁気回路を説明する説明図である。 (A)は、従来のステーター用分割コア、及びこのコアに配置するインシュレータの斜視図、(B)は、この分割コアを具える分割ステーターを環状に配置した状態を模式的に示す正面図である。 分割コアの全周に亘ってヨークを具える分割コアの斜視図である。 図6に示す分割コアに巻線を巻回する状態を説明する説明図である。

符号の説明

10 分割コア 11 ティース 11e ティースのコイルエンド面
11s ティースのコイルサイド面 12 ヨーク部
12e ヨーク部のコイルエンド面 12s ヨーク部のコイルサイド面
12g 導入溝 12o ヨーク部の外周面 12b 底面 12l 側面 12t 傾斜面
12_a1 導入溝におけるヨーク部の外周面側の開口部
12_a2 導入溝におけるヨーク部とティースとの境界側の開口部
13 鍔部 15 ティースとヨーク部との境界
20 インシュレータ 21 筒状部 22 フランジ部 23 鍔側フランジ部
24 溝被覆部 24a 側面部 24b 斜面部 24c 底面部 25 ヨーク被覆部
26 掛止部 27 合わせ目
100,120 分割コア 101,121 ティース 102,122 ヨーク 103 鍔
110 インシュレータ 111 筒部 112,113 フランジ
122s ヨークのコイルサイド面
T ティース Y ヨーク部 Yo ヨーク部の外周面 Yg 導入溝
Ys ヨーク部のコイルサイド面 Te ティースのコイルエンド面
Ts ティースのコイルサイド面 t_s 巻線の始端部
m 分割ステーター C コイル R 環状部材

Claims (4)

1. 外周に巻線が多層に巻回されるティースと、このティースの全周に亘って一方の周縁から突出して設けられるヨーク部とを具えるモータ用分割コアにおいて、
   ヨーク部のコイルエンド側には、巻線を導入する導入溝を具えており、
   この導入溝は、ヨーク部の外周面側から、ヨーク部とティースとの境界に至って設けられていることを特徴とするモータ用分割コア。
2. 導入溝において、ヨーク部とティースとの境界近傍は、ティースのコイルエンド側の外周面と面一であることを特徴とする請求項1に記載のモータ用分割コア。
3. 導入溝において、ヨーク部とティースとの境界近傍に、この境界線に対して非直交に交差する傾斜部を具えることを特徴とする請求項1に記載のモータ用分割コア。
4. ティースとヨーク部とは、圧粉成形体であることを特徴とする請求項1に記載のモータ用分割コア。

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