JP2008043139A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアを構成する圧粉磁心および積層鋼板を容易、且つ、確実に連結することができる電動モータを提供する。
【解決手段】ステータコア８は、積層鋼板Ｑを含む一対の第２のステータコア部２３と、一対の第２のステータコア部２３によって挟持され、圧粉磁心Ｐを含む第１のステータコア部２２とを備える。インシュレータ１２は、平板状のウェブ２８と、ウェブ２８に直交する一対のフランジ２９，３０と、各フランジ２９，３０に形成された一対の凸部３２とを備える。インシュレータ１２をステータコア８の端部に嵌合させた状態で、ウェブ２８を第２のステータコア２３の端面３３に沿わせ、一対の凸部３２を第１のステータコア部２２に形成された凹部３６に係合させることにより、第１および第２のステータコア部２２，２３を連結することができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、電動モータに関するものである。

電動モータには、環状のステータコアと、このステータコアに巻回されたコイルとを含むステータを備えるものがある。
例えば、下記特許文献１には、圧粉磁心と積層鋼板とを含むステータコアを備える電動モータが開示されている。
特開２００２−３６９４１８号公報

特許文献１記載のような圧粉磁心と積層鋼板とを含むステータコアの場合、これら圧粉磁心および積層鋼板を互いに連結する必要がある。連結方法としては、例えば接着や、積層鋼板の少なくとも一部を圧粉磁心内に埋め込む方法が考えられる。
しかしながら、接着により圧粉磁心と積層鋼板とを連結する場合、連結強度の信頼性に欠けるという問題がある。

また、積層鋼板の少なくとも一部を圧粉磁心内に埋め込む場合、ステータコアの製造が複雑になってしまうという問題がある。
この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、ステータコアを構成する圧粉磁心および積層鋼板を容易、且つ、確実に連結することができる電動モータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、環状のステータコア（８）、このステータコアに巻回されたコイル（９）、およびステータコアとコイルとを絶縁するためのインシュレータ（１２）を含むステータ（４）を備え、上記ステータコアは、第１および第２のステータコア部（２２，２３）を含み、上記第１および第２のステータコア部の何れか一方が圧粉磁心（Ｐ）を含むとともに、他方が積層鋼板（Ｑ）を含み、上記第１および第２のステータコア部は、上記インシュレータを介して互いに連結されていることを特徴とする電動モータ（１）である。

本発明によれば、互いに異なる材料を含む第１および第２のステータコア部を、インシュレータを用いて、容易、且つ、確実に連結することができる。
また、本発明において、上記インシュレータは、第１のステータコア部に係合する第１の係合部（３２）と、第２のステータコア部に係合する第２の係合部（２８）と、第１および第２の係合部を互いに連結する連結部（２９，３０）とを含む場合がある。この場合、第１および第２の係合部をそれぞれ第１および第２のステータコア部に係合させ、これら第１および第２の係合部を連結部によって連結することにより、第１および第２のステータコア部を容易、且つ、確実に連結することができる。

また、本発明において、上記第２のステータコア部は、ステータコアの軸方向（Ｘ１）に関する一対の端部にそれぞれ配置されて、互いの間に第１のステータコア部を挟持する一対の第２のステータコア部を含み、上記インシュレータは、各第２のステータコア部をそれぞれ第１のステータコア部に連結する一対のインシュレータを含む場合がある。この場合、各インシュレータによって、一対の第２のステータコア部のうちの一方を第１のステータコア部に容易、且つ、確実に連結することができる。

また、本発明において、上記第１のステータコア部が圧粉磁心を含み、上記第２のステータコア部が積層鋼板を含み、各インシュレータは、ステータコアの軸方向に関して対応する第２のステータコア部の端面（３３）に沿うウェブ（２８）と、ウェブからステータコアの軸方向に延びるように設けられた一対のフランジ（２９，３０）とを含む溝形をなし、各フランジに形成された凸部（３２）が第１のステータコア部に形成された凹部（３６）に嵌合されており、上記凸部によって第１の係合部が構成され、上記ウェブによって第２の係合部が構成され、上記フランジの少なくとも一部によって連結部が構成されている場合がある。この場合、第２のステータコアの端面にウェブを係合させ、第１のステータコア部に形成された凹部に凸部を係合させることにより、第１および第２のステータコア部を容易、且つ、確実に連結することができる。また、凹部は、圧粉磁心を含む第１のステータコア部に形成されているので、積層鋼板を含む第２のステータコア部に凹部を形成する場合に比べてその形成が容易である。

また、本発明において、上記第１および第２の係合部の少なくとも一方は、圧粉磁心を含むステータコア部に形成された凹部に係合する凸部を含む場合がある。この場合、凸部と凹部との係合により、第１および第２のステータコア部を容易、且つ、確実に連結することができる。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動モータ１の概略構成を模式的に示す断面図であり、図２は、図１におけるII−II線に沿う電動モータ１の断面の一部を示す拡大断面図である。
図１を参照して、電動モータ１は、ブラシレスモータであり、回転軸２に一体回転可能に連結された筒状のロータ３と、ロータ３の周囲を取り囲む環状のステータ４と、ロータ３およびステータ４を収容する筒状のフレーム５とを備える。

ロータ３は、回転軸２に同軸的に連結された筒状のロータコア６と、ロータコア６の外周に保持された複数の永久磁石７とを有する。複数の永久磁石７は、ロータ３の周方向に互いに所定間隔を隔てて配置されている。ロータ３の外周は、Ｎ極およびＳ極が周方向に交互に入れ替わる磁極となっている。
図１および図２を参照して、ステータ４は、環状のステータコア８と、このステータコア８に巻回されたコイル９とを含む。ステータコア８は、環状のヨーク１０と、このヨーク１０の内周からステータコア８の径方向内方に向けて突出形成された複数のティース１１とによって構成されている。上記コイル９は、ステータコア８とコイル９とを絶縁するための複数のインシュレータ１２を介して各ティース１１に巻回されている。

具体的には、図２に示すように、複数のティース１１は、ヨーク１０の周方向に等間隔を隔てて環状に配置されている。各ティース１１は、概ねＴ字形をなし、ヨーク１０の内周からヨーク１０の径方向内方に延びる径方向延設部としての第１の部分１４と、第１の部分１４の先端部に連結され、ヨーク１０と同心をなす円の周方向に沿って延びる周方向延設部としての第２の部分１５とを有する。

ステータコア８は、ティース１１毎に分割された複数の分割コア８ａを環状に組み合せて構成されている。すなわち、各分割コア８ａは、円弧状をなす分割ヨーク１３と、上記Ｔ字形をなすティース１１とが結合して略Ｉ字形形状をなしている。
上記コイル９は、各ティース１１に対応して設けられた一対のインシュレータ１２を介して、分割ヨーク１３と第２の部分１５との間で第１の部分１４の周りに積層して巻回されている。

再び図１を参照して、フレーム５は、例えば鉄を含む材料によって形成されており、筒状部１６と、筒状部１６の端部に配置された一対の端壁１７，１８とを含む。本実施形態では、一対の端壁１７，１８の一方（端壁１７）と筒状部１６とが、単一の材料によって一体に形成されている。ステータコア８は、例えば圧入嵌合や焼き嵌め、接着などによって、筒状部１６の内周に固定されている。

また、一対の端壁１７，１８の中央部には、回転軸２が挿通する挿通孔１９がそれぞれ形成されている。各挿通孔１９には、軸受２０を保持する軸受保持部２１が形成されており、回転軸２は、軸受保持部２１に保持された軸受２０を介してフレーム５に回転可能に保持されている。
図３は、ステータコア８とインシュレータ１２の分解斜視図である。また、図４は、図２におけるIV−IV線に沿うステータコア８および一対のインシュレータ１２の断面図である。

図３および図４を参照して、ステータコア８は、ステータコア８の軸方向Ｘ１に分割されており、圧粉磁心Ｐを含む第１のステータコア部２２と、積層鋼板Ｑを含む一対の第２のステータコア部２３とを有する。
第２のステータコア部２３は、ステータコア８の軸方向Ｘ１に関する一対の端部にそれぞれ配置されており、第１のステータコア部２２は、一対の第２のステータコア部２３によって軸方向Ｘ１から挟持されている。一対の第２のステータコア部２３は、それぞれ一対のインシュレータ１２によって第１のステータコア部２２に連結されている。また、第１および第２のステータコア部２２，２３は、図３に示すように、ステータコア８の軸方向Ｘ１から見てほぼ同一の形状となっている。

圧粉磁心Ｐは、軟磁性材料を含む粉末材料を圧縮成型し、焼結または樹脂などで固めた磁心である。軟磁性材料としては、例えば、純鉄、鉄シリコン合金、鉄アルミ合金、鉄ニッケル合金、カルボニル鉄、ＣＳＣ（Coasted Single Crystal）、フェライト等が挙げられる。
積層鋼板Ｑは、板厚の薄い電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いたものを、ステータコア８の軸方向Ｘ１に積層させることによって形成されている。電磁鋼板としては、例えば表面に絶縁処理が施されたケイ素鋼板等を用いることができる。

次に、インシュレータ１２の構造について詳しく説明する。
図３を参照して、各インシュレータ１２は、各ティース１１の第１の部分１４に嵌合される溝形部２４と、この溝形部２４を間に挟んで互いに対向する一対の対向板２５，２６とを有している。
溝形部２４は、第１の部分１４の軸方向Ｘ１に関する端部２７に嵌め合わされるようになっており、第１の部分１４の端部２７の外郭形状に沿う形状にされている。具体的には、溝形部２４は、矩形状の平板であるウェブ２８と、ウェブ２８の両端部からウェブ２８に直交する方向に延び、互いに対向する一対のフランジ２９，３０とを含む。ウェブ２８および各フランジ２９，３０によって、第１の部分１４の端部２７が嵌合するための溝３１が区画されている。

また、一対のフランジ２９，３０の互いの対向面には、それぞれ１または複数（本実施形態では一対）の凸部３２が形成されている。各フランジ２９，３０にそれぞれ形成された一対の凸部３２は、各フランジ２９，３０の開放側の端部２９ａ，３０ａに沿って配置されており、一方のフランジ２９に形成された一対の凸部３２と、他方のフランジ３０に形成された一対の凸部３２とは、互いに対向するように配置されている。

各インシュレータ１２の各フランジ２９，３０の凸部３２が、第１のステータコア部２２に係合する第１の係合部を構成している。また、各インシュレータ１２のウェブ２８が、それぞれ対応する第２のステータコア部２３に係合する第２の係合部を構成している。また、各フランジ２９，３０が、第１の係合部としての凸部３２と、第２の係合部としてのウェブ２８とを互いに連結する連結部を構成している。

図４に示すように、各インシュレータ１２がステータコア８の軸方向Ｘ１の端部に嵌め合わされた状態では、各インシュレータ１２の溝形部２４が各ティース１１の第１の部分１４の端部２７を覆っている。すなわち、ウェブ２８が、第１の部分１４に対応する第２のステータコア部２３の軸方向Ｘ１の端面３３に沿い、一対のフランジ２９，３０が、第１の部分１４に対応する第２のステータコア部２３の側面３４全体と、第１のステータコア部２２の側面３５の一部に沿っている。また、各フランジ２９，３０の対向面に形成された一対の凸部３２は、第１のステータコア部２２の対応する側面３５に形成された一対の凹部３６にそれぞれ嵌合されている。

ステータコア８のティース１１の第１の部分１４に関しては、各インシュレータ１２の溝形部２４内に、各インシュレータ１２にそれぞれ対応する第２のステータコア部２３の全部と、第１のステータコア部２２の一部とが収容されている。
また、各インシュレータ１２の第２の係合部としてのウェブ２８が、各インシュレータ１２にそれぞれ対応する第２のステータコア部２３の端面３３と係合し、各インシュレータ１２の各フランジ２９，３０の第１の係合部としての凸部３２が、各フランジ２９，３０にそれぞれ対応する、第１のステータコア部２２の側面３５の凹部３６に係合する。一方、インシュレータ１２のウェブ２８と各凸部３２とは、対応する連結部としてのフランジ２９，３０を介して互いに連結されている。これにより、第１のステータコア部２２および各第２のステータコア部２３が、それぞれ対応するインシュレータ１２によって、互いに連結されている。

再び図３を参照して、一対の対向板２５，２６は、溝形部２４の幅方向Ｙ１（ウェブ２８および各フランジ２９，３０に平行な方向）から溝形部２４を挟み込む矩形状の平板であり、その一部には、溝形部２４に設けられた溝３１に対応する切り欠きがそれぞれ形成されている。一対の対向板２５，２６は、切り欠きが溝３１と一致するように溝形部２４の幅方向Ｙ１に関する端面にそれぞれ連結されている。

また、一対の対向板２５，２６の互いの対向面と、ウェブ２８および各フランジ２９，３０の外面とによって、コイル９が巻回されるコイル巻回溝３８が区画されている。
図２に示すように、各インシュレータ１２がステータコア８の軸方向Ｘ１の端部に嵌め合わされた状態では、対向板２６がヨーク１０の内周に沿い、且つ、対向板２５がヨーク１０の内周に対向する、ティース１１の第２の部分１５の面３７に沿うようになっている。これにより、ヨーク１０およびティース１１とコイル９との接触を確実に防止し、ステータコア８とコイル９とを確実に絶縁することができる。

以上のように、本実施形態では、各インシュレータ１２のウェブ２８と第２のステータコア部２３の端面３３とを係合させ、各インシュレータ１２の一対のフランジ２９，３０に形成された凸部３２を第１のステータコア部２２に形成された凹部３６に係合させることにより、互いに異なる材料を含む第１および第２のステータコア部２２，２３を確実に連結させることができる。

また、第１のステータコア部２２と各第２のステータコア部２３との連結は、各インシュレータ１２の溝形部２４を各ティース１１の第１の部分１４の端部２７に嵌め合わせて、凸部３２を凹部３６に嵌合させるだけでよいので、容易である。
さらに、凹部３６は、形状の自由度が高い圧粉磁心Ｐを含む第１のステータコア部２２に形成されているので、その形成が容易である。

図５は、本発明の別の実施形態に係る電動モータ１の概略構成を模式的に示す断面図であり、図６は、図５におけるVI−VI線に沿う電動モータ１の断面の一部を示す拡大断面図である。この図５および図６において、上述の図１および図２に示された各部と同等の構成部分については、図１および図２と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図５および図６を参照して、本実施の形態が上述の実施形態と主に相違するのは、ステータコア８とフレーム５の筒状部１６との間に、上記軟磁性材料を含む粉末材料によって形成された筒状部材３９が介在していることにある。

筒状部材３９は、ステータコア８の軸長とほぼ同等の軸長を有しており、ステータコア８と同軸的に配置されている。また、筒状部材３９の内周は、ステータコア８の外周とほぼ同じ径にされており、筒状部材３９の内周は、例えば圧入嵌合や接着などによって、ステータコア８の外周に固定されている。また、筒状部材３９の外周は、フレーム５の筒状部１６の内周とほぼ同じ径にされており、筒状部材３９の外周は、例えば圧入嵌合や焼き嵌め、接着などによって、筒状部１６の内周に固定さている。

さらに、筒状部材３９の内周には、図６に示すように、筒状部材３９の軸方向に延びる複数の突起４０が筒状部材３９の周方向（図６では、周方向Ｚ１と同一方向）に互いに等間隔を隔てて形成されており、各突起４０は、ヨーク１０を構成する各分割ヨーク１３の外周に形成され軸方向Ｘ１（図６では、紙面に垂直な方向）に延びる凹溝４１に嵌合している。これにより、各分割コア８ａを周方向Ｚ１に確実に連結することができる。さらに、筒状部材３９とステータコア８との相対回転を確実に防止することができる。

以上のように、本実施形態では、筒状部材３９の内周に形成された複数の突起４０をそれぞれ各分割ヨーク１３に形成された凹溝４１に嵌合することにより、複数の分割コア８ａを確実に周方向Ｚ１に連結することができる。また、突起４０を凹溝４１に嵌合させるだけでよいので、複数の分割コア８ａを容易に連結させることができる。
また、軟磁性材料を含む粉末材料によって形成された筒状部材３９を、ステータコア８と筒状部１６との間に介在させることにより、ステータ４からの磁束がフレーム５に漏れることを抑制することができる。したがって、磁束漏れによるフレーム５での鉄損を減少させることができるので、電動モータ１のロストルクを低減させることができる。

この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、ステータコア８が周方向Ｚ１に分割された分割型のステータコア８である場合について説明したが、ステータコア８は、周方向Ｚ１に一体である一体型のステータコア８であってもよい。
また、上述の実施形態では、積層鋼板Ｑを含む一対の第２のステータコア部２３によって挟持された圧粉磁心Ｐを含む第１のステータコア部２２に凹部３６を形成し、この凹部３６に各インシュレータ１２の一対のフランジ２９，３０に形成された凸部３２を嵌合させる場合について説明したが、第１のステータコア部２２を一対設け、この一対の第１のステータコア部２２によって単一の第２のステータコア部２３を挟持し、積層鋼板Ｑを含む第２のステータコア部２３に形成された凹部に上記凸部３２を嵌合させてもよい。さらに、第１および第２のステータコア部２２，２３の両方に凹部を形成し、この第１および第２のステータコア部２２，２３に形成された凹部に対応する凸部を各インシュレータ１２に設けて、これら凹部に凸部を嵌合させてもよい。

本発明の一実施形態に係る電動モータの概略構成を模式的に示す断面図である。 図１におけるII−II線に沿う電動モータの断面の一部を示す拡大断面図である。 ステータコアとインシュレータの分解斜視図である。 図２におけるIV−IV線に沿うステータコアおよび一対のインシュレータの断面図である。 本発明の別の実施形態に係る電動モータの概略構成を模式的に示す断面図である。 図５におけるVI−VI線に沿う電動モータの断面の一部を示す拡大断面図である。

符号の説明

１・・・電動モータ、４・・・ステータ、８・・・ステータコア、９・・・コイル、１２・・・インシュレータ、２２・・・第１のステータコア部、２３・・・第２のステータコア部、２８・・・ウェブ（第２の係合部）、２９，３０・・・フランジ（連結部）、３２・・・凸部（第１の係合部）、３３・・・端面（第２のステータコア部の端面）、３６・・・凹部、Ｐ・・・圧粉磁心、Ｑ・・・積層鋼板、Ｘ１・・・軸方向（ステータコアの軸方向）

Claims (5)

1. 環状のステータコア、このステータコアに巻回されたコイル、およびステータコアとコイルとを絶縁するためのインシュレータを含むステータを備え、
   上記ステータコアは、第１および第２のステータコア部を含み、
   上記第１および第２のステータコア部の何れか一方が圧粉磁心を含むとともに、他方が積層鋼板を含み、
   上記第１および第２のステータコア部は、上記インシュレータを介して互いに連結されていることを特徴とする電動モータ。
2. 請求項１において、上記インシュレータは、第１のステータコア部に係合する第１の係合部と、第２のステータコア部に係合する第２の係合部と、第１および第２の係合部を互いに連結する連結部とを含むことを特徴とする電動モータ。
3. 請求項２において、上記第２のステータコア部は、ステータコアの軸方向に関する一対の端部にそれぞれ配置されて、互いの間に第１のステータコア部を挟持する一対の第２のステータコア部を含み、
   上記インシュレータは、各第２のステータコア部をそれぞれ第１のステータコア部に連結する一対のインシュレータを含むことを特徴とする電動モータ。
4. 請求項３において、上記第１のステータコア部が圧粉磁心を含み、上記第２のステータコア部が積層鋼板を含み、
   各インシュレータは、ステータコアの軸方向に関して対応する第２のステータコア部の端面に沿うウェブと、ウェブからステータコアの軸方向に延びるように設けられた一対のフランジとを含む溝形をなし、
   各フランジに形成された凸部が第１のステータコア部に形成された凹部に嵌合されており、
   上記凸部によって第１の係合部が構成され、上記ウェブによって第２の係合部が構成され、上記フランジの少なくとも一部によって連結部が構成されていることを特徴とする電動モータ。
5. 請求項２において、上記第１および第２の係合部の少なくとも一方は、圧粉磁心を含むステータコア部に形成された凹部に係合する凸部を含むことを特徴とする電動モータ。

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