JP2008067558A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの巻き膨れを矯正して、単位スペース内でのコイルの巻き数を増加させることができる電動モータを提供する。
【解決手段】電動モータは、環状のヨークと、ヨークの内周から突出形成された複数のティースとを含むステータコア８を有する。各ティースは、軸方向Ｚ１に長い鼓形状の断面形状を有する第１の部分１２を含み、第１の部分１２にはコイル９が巻回されている。巻回によって生じたコイル９の巻き膨れは、巻き膨れと逆方向にコイル９を変位させて、永久変形させることにより矯正される。このとき、第１の部分１２の中間部１５は、第１の部分１２の各端部１４よりも細くされているので、コイル９の中間部２５に、永久変形を起こさせるための十分な変位を与えて、巻き膨れを矯正することができる。
【選択図】図４

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。

具体的には、特許文献１記載のように、ステータコアは、環状のヨークと、このヨークの内周に突出形成され、ステータコアの周方向に互いに等間隔を隔てて離隔する複数のティースとを含む。コイルは、各ティースの外周に層をなして巻回されている。
特開２００４−４０９４８号公報

ティースに巻回されたコイルには、通常、巻き膨れが生じる。すなわち、コイルが巻回されるティースの断面形状がステータコアの軸方向に長い矩形であるとともに、コイル自身が弾性を有しているため、上記矩形の長辺の中央部付近で最も大きくなる巻き膨れがコイルに生じる。

しかし、コイルに巻き膨れが生じると、単位スペース内でのコイルの巻き数の低下を招くことになる。

この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、コイルの巻き膨れを矯正して、単位スペース内でのコイルの巻き数を増加させ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（８，８０）およびこのステータコアに巻回されたコイル（９）を含むステータ（４）を備え、上記ステータコアは、環状のヨーク（１０）と、このヨークの内周に突出形成され、ステータコアの周方向（Ｘ１）に等間隔を隔てて離隔する複数のティース（１１）とを含み、各ティースは、ステータコアの軸方向（Ｚ１）に関して、一対の端部（１４）と、これら一対の端部間に介在する中間部（１５）とを含み、ステータコアの周方向に関して、ティースの上記中間部の幅（Ｗ１）は、ティースの各上記端部の幅（Ｗ２）よりも小さく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、コイルの巻き膨れを生じている部分をティースに押し付けることにより、巻き膨れを生ずる方向と逆方向にコイルを適度に変形させて、巻き膨れを矯正するための永久変形をコイルに起こさせる。これにより、コイルの巻き膨れを矯正して、単位スペース内でのコイルの巻き数を増加させることができる。

また、ステータコアの周方向に関して、ティースの上記中間部の最小幅をＷminとし、ティースの各上記端部の最大幅をＷmaxとし、コイルの線径をｔとしたときに、式（Ｗmin≦Ｗmax−２×ｔ）が満たされる場合には、巻き膨れを生ずる方向と逆方向へのコイルの変形量を所定量以上にして、巻回されたコイルを確実に永久変形させることができる。その結果、コイルの巻き膨れを確実に矯正することができる。

また、本発明において、各ティースをステータコアの径方向（Ｙ１）から見たときに、各ティースの各上記端部の端面（１６）は、ステータコアの軸方向外方に突出する凸湾曲面に形成されている場合がある。具体的には、上記凸湾曲面は、１または互いに連続する複数の円弧面を含む場合がある。この場合、コイルの巻き膨れを生じている部分をティースに押し付けるときに、コイルに十分な張力が付加されるようにすることができる。これにより、コイルを確実に永久変形させて、コイルの巻き膨れを確実に矯正することができる。

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、本発明の第１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る。また、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り、図３は、図１におけるIII−III線に沿うステータ４の断面図である。

図１を参照して、本実施形態に係る電動モータ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、このロータ３の周囲を所定間隔を隔てて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とを備えている。

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。図示はしないが、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おり、ロータ３の外周は、Ｎ極およびＳ極がロータ３の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、圧粉磁心であり、環状のヨーク１０と、このヨーク１０の内周に突出形成され、ステータコア８の周方向Ｘ１に等間隔を隔てて互いに離隔する複数のティース１１とを含む。

圧粉磁心は、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。上記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。

複数のティース１１は、図２に示すように、ヨーク１０の内周からステータコア８の径方向Ｙ１内方に向けて突出形成されており、各ティース１１は、断面Ｔ字形形状をなしている。すなわち、各ティース１１は、ヨーク１０の内周からステータコア８の径方向Ｙ１内方に延びる径方向延設部としての第１の部分１２と、この第１の部分１２の先端部に連結され、ヨーク１０と同心をなす円の周方向（ステータコア８の周方向Ｘ１に相当）に沿って延びる周方向延設部としての第２の部分１３とを有している。

図３に示すように、ステータコア８の周方向Ｘ１に沿う平面で切断した第１の部分１２の断面形状は、ステータコア８の軸方向Ｚ１に長い鼓形状にされており、軸方向Ｚ１に関する第１の部分１２の各端部１４から、両端部１４間に介在する中間部１５にかけて徐々に細くなっている。すなわち、周方向Ｘ１に関して、中間部１５の幅Ｗ１は、各端部１４の幅Ｗ２よりも小さくされており、中間部１５と各端部１４とは滑らかに連なっている。また、中間部１５の最小幅Ｗminは、各端部１４の最大幅Ｗmaxよりもコイル９の線径ｔ（例えば、２ｍｍ）の２倍以上小さくされている（最小幅Ｗmin、最大幅Ｗmaxおよび線径ｔとの間に、式 Ｗmin≦Ｗmax−２×ｔ が満たされている）。

また、第１の部分１２の断面形状は、第１の部分１２の中心線Ｌ（周方向Ｘ１に関する第１の部分１２の中点を通り、ステータコア８の軸方向Ｚ１に平行な線）に関して対称となっており、軸方向Ｚ１に関する各端部１４の端面１６は、軸方向Ｚ１外方に突出する凸湾曲面としての単一の円弧面によって構成されている。

コイル９は、図３に示すように、図示しない絶縁部材を介して第１の部分１２の周囲に層をなして巻回されている。また、この巻回されたコイル９は、後述する方法により、巻き膨れが矯正されている。

また、図２に示すように、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１７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１７は、円弧状をなす分割ヨーク１８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。

再び図１を参照して、フレーム５は、例えば鉄などの金属によって形成されており、筒状部１９と、筒状部１９の端部に配置された一対の端壁２０，２１とを含む。本実施形態では、一対の端壁２０，２１の一方（端壁２０）と筒状部１９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などによって、筒状部１９の内周に固定されている。

また、一対の端壁２０，２１の中央部には、回転軸２が挿通する挿通孔２２がそれぞれ形成されている。各挿通孔２２には、軸受２３を保持する軸受保持部２４が形成されており、回転軸２は、軸受保持部２４に保持された軸受２３を介してフレーム５に回転可能に保持されている。

図４は、ティース１１に巻回されたコイル９の巻き膨れを矯正する方法を説明するための図であり、図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、巻き膨れの矯正前の状態、巻き膨れの矯正中の状態（コイル９の両側方から押圧荷重を付加しているときの状態）、巻き膨れの矯正後の状態を示している。

図４（ａ）を参照して、ティース１１の第１の部分１２の周囲に巻回されたコイル９は、第１の部分１２の各端部１４の凸湾曲面としての円弧面からなる端面１６に沿うようにされている。また、矯正前のコイル９には、軸方向Ｚ１に関するコイル９の中間部２５で最も大きくなるような巻き膨れが生じている。

図４（ｂ）に示すように、矯正中のコイル９には、巻き膨れが生じている方向と逆方向にコイル９の両側方から押圧荷重が加えられており、押圧荷重が加えられたコイル９の一部は、巻き膨れが生じている方向と逆方向に変形されている。具体的には、コイル９の中間部２５に上記押圧荷重が加えられており、コイル９の中間部２５は第１の部分１２に向かって所定量だけ変形して第１の部分１２に押し付けられている。これにより、上記巻き膨れを矯正するための永久変形がコイル９の中間部２５に起こる。また、コイル９は、第１の部分１２の各端部１４の円弧面である端面１６に沿って巻回されているので、上記押圧荷重に起因する張力がコイル９の中間部２５に確実に付加されている。

したがって、コイル９への押圧荷重の付加が解除されても、図４（ｃ）に示すように、コイル９が、巻き膨れの矯正前の状態に戻ることはない。すなわち、コイル９の中間部２５並びに中間部２５および各端部２６の境界部分には、上記巻き膨れを矯正するための永久変形が起こっており、その結果、コイル９の巻き膨れが矯正されている。

ここで、第１の部分１２の中間部１５の最小幅Ｗminは、当該第１の部分１２の各端部１４の最大幅Ｗmaxよりもコイル９の線径ｔの２倍以上小さくされているので、コイル９の中間部２５に十分な変位を与えて、巻き膨れを矯正するための永久変形を確実に起こさせることができる。その結果、コイル９の中間部２５が、軸方向Ｚ１に関して第１の部分１２に概ね沿うようにさせることができる。

すなわち、コイル９の巻き膨れを矯正することにより、コイル９全体の幅を抑えるとともに、コイル９と第１の部分１２との隙間を減少させることができる。これにより、単位スペース内でのコイル９の巻き数を増加させて、電動モータ１の出力を向上させることができる。

図５は、本発明の第２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る。この図５において、上述の図１に示された各部と同等の構成部分については、図１と同一の参照符号を付してその説明を省略する。

図５を参照して、この第２の実施形態が上述の第１の実施形態と主に相違するのは、ヨーク１０の外周に、ステータコア８０の一部を構成するとともに、フレーム５の機能の一部を果たす円筒部２７が設けられており、この円筒部２７とヨーク１０とが単一の材料（たとえば、上記軟磁性材料を含む粉末材料）で一体に形成されていることにある。

また、フレーム５の一部を構成する一対の端壁２０，２１の周縁には、対向する端壁２０，２１に向かってステータコア８０の軸方向Ｚ１に延びる円筒状の周壁２８が形成されている。ステータコア８０の一部を構成する円筒部２７は、この周壁２８の内周に嵌合している。すなわち、ヨーク１０およびティース１１よりもステータコア８０の軸方向Ｚ１外方に延びる円筒部２７の一対の軸方向延設部２９が周壁２８の内周に嵌合している。これにより、軸方向Ｚ１に関するステータコア８０の両端部が、一対の端壁２０，２１によって覆われている。

以上のようにこの第２の実施形態では、ステータコア８０の一部を構成する円筒部２７と、ヨーク１０およびティース１１とが単一の材料によって一体に形成されているので、圧入嵌合や焼き嵌めなどによってヨーク１０を円筒部２７に固定しなくてもよい。したがって、圧入嵌合や焼き嵌めに起因するヨーク１０およびティース１１への応力の発生を防止することができる。これにより、ステータコア８０の磁気特性の劣化を抑制してロストルクを低減することができるので、電動モータ１の出力をさらに向上させることができる。

なお、図示はしないが、円筒部２７は、分割コア１７毎に分割された複数の分割体によって構成されていてもよいし、分割されていない一体型の円筒部２７であってもよい。

また、図５では、回転軸２とロータコア６とが別体であるように図示されているが、回転軸２とロータコア６とは、単一の材料（たとえば、上記軟磁性材料を含む粉末材料）で一体に形成されていてもよい。この場合、部品点数を削減するとともに、電動モータ１の組立てに要する工数を短縮することができる。

この発明は、以上の第１および第２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８，８０が圧粉磁心である場合について説明したが、ステータコア８，８０は、積層鋼板によって構成されていてもよいし、圧粉磁心と積層鋼板とによって構成されていてもよい。

積層鋼板は、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８，８０の軸方向Ｚ１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。

また、上述の第１および第２の実施形態では、ステータコア８，８０が、ティース１１毎に分割された複数の分割コア１７によって構成されている例について説明したが、ステータコア８，８０は、ティース１１毎に分割されていなくてもよい。

また、上述の第１および第２の実施形態では、第１の部分１２の各端部１４の端面１６が、単一の円弧面によって構成されている例について説明したが、上記端面１６は、ステータコア８，８０の軸方向Ｚ１外方に突出し、互いに連続する複数の円弧面によって構成されていてもよいし、単一または複数の円弧面を含んでいてもよい。

また、上述の第１および第２の実施形態では、第１の部分１２の断面形状が、各端部１４から中間部１５にかけて徐々に細くなっている例について説明したが、第１の部分１２の断面形状は、図６（ａ）に示すように、各端部１４から中間部１５にかけて段階的に細くなっていてもよいし、図６（ｂ）に示すように、中間部１５のみが局所的に細くなっていてもよい。

本発明の第１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。 図１におけるIII−III線に沿うステータの断面図である。 ティースに巻回されたコイルの巻き膨れを矯正する方法を説明するための図である。 本発明の第２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。 ティースの第１の部分の断面形状の他例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１・・・電動モータ、４・・・ステータ、８，８０・・・ステータコア、９・・・コイル、１０・・・ヨーク、１１・・・ティース、１４・・・端部、１５・・・中間部、１６・・・端面（端部の端面、凸湾曲面、円弧面）、Ｗ１・・・幅（中間部の幅）、Ｗ２・・・幅（各端部の幅）、Ｘ１・・・周方向、Ｙ１・・・径方向、Ｚ１・・・軸方向

Claims (4)

1. 環状のステータコアおよびこのステータコアに巻回されたコイルを含むステータを備え、
   上記ステータコアは、環状のヨークと、このヨークの内周に突出形成され、ステータコアの周方向に等間隔を隔てて離隔する複数のティースとを含み、
   各ティースは、ステータコアの軸方向に関して、一対の端部と、これら一対の端部間に介在する中間部とを含み、
   ステータコアの周方向に関して、ティースの上記中間部の幅は、ティースの各上記端部の幅よりも小さく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、ステータコアの周方向に関して、ティースの上記中間部の最小幅をＷminとし、ティースの各上記端部の最大幅をＷmaxとし、コイルの線径をｔとしたときに、
   式 Ｗmin≦Ｗmax−２×ｔ
   が満たされることを特徴とする電動モータ。
3. 請求項１または２において、各ティースをステータコアの径方向から見たときに、各ティースの各上記端部の端面は、ステータコアの軸方向外方に突出する凸湾曲面に形成されていることを特徴とする電動モータ。
4. 請求項３において、上記凸湾曲面は、１または互いに連続する複数の円弧面を含むことを特徴とする電動モータ。

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