JP2008312304A - ステータコア及びそれを用いたモータ - Google Patents

Abstract

【課題】分割コア型のステータコアにおいて鉄損を低減する。
【解決手段】ステータコア１０２ａは、周方向に分割したティースブロックを複数組み合わせて構成する。ティースブロックには、その端部にステータコア１０２ａの外周部から内周部へ向けて切り欠かれた切り欠き部を設ける。ティースブロックを隣接して配置した状態において切り欠き部が組み合わされてなる溝に固定部材を挿入することによってティースブロックを連結する。
【選択図】図１

Description

本発明は、分割コア型のステータコア及びそれを用いたモータに関する。

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。

特許文献１には、コイルが券回されるティース毎にティースブロックとして周方向で分割し、分割されたティースブロックを組み合わせて円筒状のステータコアを形成する技術が開示されている。分割されたティースブロックは、軸方向一端が大きな周長Ｌ１を有し、他端が小さな周長Ｌ２を有する楔形に加工されている。このような楔形のティースブロックを、周長Ｌ１の端部と周長Ｌ２の端部とを交互となるように複数個組み合わせることによって円筒状のステータコアを形成している。

特許文献２には、周方向に分割されているティースブロックを周方向に並べて配置し、ティースブロック間の周方向に分割部となる隙間を設け、この分割部に楔を打ち込むことによってティースブロック間を連結する技術が開示されている。

特開２００４−３２８９６５号公報 特開平５−２１９６６６号公報

従来技術では、周方向に分割されたティースブロックを組み合わせてステータコアを形成する際に、ステータコアを円筒状のハウジングに圧入したり、ティースブロック間に楔を打ち込んだりすることによって、ステータコア全体において周方向に圧縮応力が発生する状態となっている。

図９に示すように、ステータコアを構成する電磁鋼板に圧縮応力を生じさせると、ステータコアにおける鉄損が増加してしまうことが知られている。したがって、従来技術のようにステータコア全体において周方向に向けて圧縮応力が印加されている場合、磁束が周方向に沿って通っている領域において鉄損が増大してしまう。

そこで、本発明は、圧縮応力による鉄損を低減した分割コア型のステータコア及びそれを用いたモータを提供することを目的とする。

本発明は、円筒状のステータコアであって、前記ステータコアを周方向に分割したティースブロックを複数組み合わせて構成され、前記ティースブロックは、その端部に前記ステータコアの外周部から内周部へ向けて切り欠かれた切り欠き部を有し、前記ティースブロックを隣接して配置した状態において前記切り欠き部が組み合わされてなる溝に固定部材を挿入することによって、前記ティースブロックを連結してなることを特徴とする。例えば、切り欠き部は、前記ステータコアの軸方向に沿って連続的又は断続的に延設されることが好適である。

ここで、前記ティースブロックは、前記ティースブロックを隣接して配置した状態において互いに嵌合する嵌合部を備えることが好適である。当該嵌合部は、前記ティースブロックを組み合わせて前記ステータコアを構成した際に、隣接して組み合わされた前記ティースブロックに対して前記ステータコアの周方向に向けた力が加わった場合に前記ティースブロック同士が離れないように嵌め合わすことができる形状を有していることが好適である。

また、前記切り欠き部は、前記溝の底部の幅が開口部の幅よりも広いテーパ形状となる形状を有することが好適である。このような形状を有する前記切り欠き部とした場合、前記固定部材は、端部の幅が前記開口部の幅より小さく前記溝の底部よりも大きいテーパ形状を有するものとすることが好適である。

本発明によれば、分割コア型のステータコアにおいて鉄損を低減することができる。

＜第１の実施の形態＞
図１に第１の実施の形態におけるモータ１００の内部の平面図を示す。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。なお、図１では、ステータ１０２に設けられるコイルを省略して図示している。

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る。ステータ１０２は、ステータコア１０２ａと、ステータコア１０２ａを収納するハウジング１０２ｂとを含んで構成される。ステータコア１０２ａは、図２に示すように、コイル２０が券回されるティース２２毎に周方向に分割されたティースブロック２４を複数組み合わせて構成される。ステータコア１０２ａ及びハウジング１０２ｂ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。

ティースブロック２４の各々に券回されているコイル２０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とができる。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。ティース２２は、コイル２０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。

ティースブロック２４は、磁性粉体を成形して構成することができる。磁性粉体をティースブロック２４の外形を象ったキャビティに入れて成形し、得られた成形品を焼結することによってティースブロック２４を形成することができる。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５０μｍ以上５００μｍ以下の鉄粉を用いることができる。絶縁被覆された磁性粉体を押し固めて形状を加工することによって、精度良くティースブロック２４の外形を形成することができると共に、ティースブロック２４の内部での渦電流の発生を抑制することができる。

また、ティースブロック２４は、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もできる。ティースブロック２４は、例えば、モータ１００の軸方向に沿って電磁鋼板等の高透磁性板を複数積層することによって形成することができる。なお、高透磁性板を積層する際には、各高透磁性板間をまたがって渦電流が流れないように各高透磁性板間を電気的に絶縁することが好ましい。例えば、高透磁性板間に絶縁性の樹脂層を挟み込むことが好適である。

本実施の形態におけるティースブロック２４は、図３に示すように、ステータコア１０２ａとして組み合わせた際に外周部にあたる角に切り欠き部２４ａを有している。切り欠き部２４ａは、モータ１００の軸方向に沿って連続的又は断続的に延設される。切り欠き部２４ａは、図３に示すように、ティースブロック２４を組み合わせた際に、ティースブロック２４の側面２４ｃ同士が接し合う部分を残すようにティースブロック２４の端部が外周部から内周部へ向けて切り欠かれる。切り欠き部２４ａが設けられたティースブロック２４を互いに隣り合わせると、図３に示すように、切り欠き部２４ａが組み合わされてティースブロック２４の外周部に溝２４ｂを構成する。切り欠き部２４ａは、溝２４ｂの底部の幅Ｌ１が開口部の幅Ｌ２よりも狭いテーパ形状となるように切り欠かれる。

図２に示すように、切り欠き部２４ａが設けられたティースブロック２４を円柱状となるように複数組み合わせ、隣り合うティースブロック２４で構成される溝２４ｂに固定部材２６を嵌め込み、ステータコア１０２ａの外周部付近にティースブロック２４と固定部材２６とが押し付け合うような応力を発生させることによってステータコア１０２ａを組み上げる。固定部材２６は、溝２４ｂのテーパ形状に合わせて、端部の幅が溝２４ｂの底部の幅Ｌ１より大きく開口部の幅Ｌ２より小さいテーパ形状を有することが好ましい。固定部材２６は、応力によりかしめて固定してもよいし、溶接等により固定してもよい。

このようにステータコア１０２ａを構成した場合、ステータコア１０２ａの外周部付近には圧縮応力が発生するが、図４に示すように、主な磁路となるステータコア１０２ａの内周部付近には圧縮応力がほぼ発生することがなく、ステータコア１０２ａの鉄損を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、楔状の固定部材２６を複数用いる構成としたが、図５に示すように、ステータコア１０２ａの外周を囲むような環状の固定部材２８を用いてもよい。

＜第２の実施の形態＞
図６に第２の実施の形態におけるモータ２００の内部の平面図を示す。本発明の実施の形態におけるモータ２００は、図６に示すように、ステータ２０２を含んで構成される。モータ２００のロータは、第１の実施の形態と同様の構成を有しているので図では省略している。また、図６では、ステータ２０２に設けられるコイルを省略して図示している。

ステータ２０２は、ステータコア２０２ａを含んで構成される。ステータコア２０２ａは、第１の実施の形態におけるステータコア１０２ａと同様に、分割されたティースブロック３０を複数組み合わせて構成される。

本実施の形態におけるティースブロック３０は、図７に示すように、ステータコア１０２ａとして組み合わせた際に外周部にあたる角に切り欠き部３０ａを有している。切り欠き部３０ａは、第１の実施の形態におけるティースブロック２４と同様に溝３０ｂを構成するように設けられる。

また、ティースブロック３０を組み合わせた際に、ティースブロック３０の側面３０ｃの接し合う部分に嵌合部３０ｄ，３０ｅが設けられる。嵌合部３０ｄ及び嵌合部３０ｅは、互いに嵌め合わすことができる形状に加工される。また、嵌合部３０ｄ及び嵌合部３０ｅは、互いに嵌め合わせた状態においてティースブロック３０をステータコア２０２ａの周方向に向けて引っ張ったとしてもティースブロック３０同士が外れないような形状とする。図７の例では、ティースブロック３０の一方の側面には端部が張り出した凸部である嵌合部３０ｄが設けられ、他方の側面にはその凸部の外形に合った凹部である嵌合部３０ｅが設けられている。

図６に示すように、切り欠き部３０ａ及び嵌合部３０ｄ，３０ｅが設けられたティースブロック３０を円柱状となるように複数組み合わせ、隣り合うティースブロック３０で構成される溝３０ｂに固定部材２６を嵌め込み、ステータコア２０２ａの外周部付近にティースブロック３０と固定部材２６とが押し付け合うような応力を発生させることによってステータコア２０２ａを構成する。ティースブロック３０を組み合わせる際に、嵌合部３０ｄ及び嵌合部３０ｅはモータ２００の軸方向にスライドさせるようにして嵌め合わされる。

このようにステータコア２０２ａを構成した場合、ステータコア２０２ａの外周部付近には圧縮応力が発生するが、図７に示すように、ステータコア２０２ａの内周部付近においては互いに嵌め合わされた嵌合部３０ｄ，３０ｅをステータコア２０２ａの周方向に引っ張り合う引っ張り応力が発生する。このようにステータコア２０２ａでは、主な磁路となる内周部において引っ張り応力を発生させることができ、ステータコア２０２ａでの鉄損を低減することができる。

なお、ティースブロック３０の側面３０ｃに設けられる嵌合部３０ｄ，３０ｅは図７に示す形状に限定されるものではない。例えば、嵌合部３０ｄ，３０ｅは、図８に示すように互いに鉤状にしてもよい。すなわち、ティースブロック３０の両方の側面３０ｃにそれぞれに、互いに嵌め合わすことができるような形状をもった凸部及び凹部を有する嵌合部３０ｄ，３０ｅを備えるものとしてもよい。また、本実施の形態においても、図５に示すように、環状の固定部材２８を用いてもよい。

第１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。 第１の実施の形態におけるステータコアの構成を示す部分拡大図である。 第１の実施の形態におけるステータコアの構成を示す部分拡大図である。 第１の実施の形態におけるステータコアの作用を示す部分拡大図である。 第１の実施の形態におけるステータコアの構成の別例を示す図である。 第２の実施の形態におけるステータコアの構成を示す図である。 第２の実施の形態におけるステータコアの構成及び作用を示す部分拡大図である。 第２の実施の形態におけるステータコアの構成の別例を示す図である。 コア内部における応力と鉄損との関係を示す図である。

符号の説明

２０ コイル、２２ ティース、２４ ティースブロック、２４ａ 切り欠き部、２４ｂ 溝、２４ｃ 側面、２６ 固定部材、２８ 固定部材、３０ ティースブロック、３０ａ 切り欠き部、３０ｂ 溝、３０ｃ 側面、３０ｄ，３０ｅ 嵌合部、３４ 回転軸、１００ モータ、１０２ ステータ、１０２ａ ステータコア、１０２ｂ ハウジング、１０４ ロータ、２００ モータ、２０２ ステータ、２０２ａ ステータコア。

Claims (4)

1. 円筒状のステータコアであって、
   前記ステータコアを周方向に分割したティースブロックを複数組み合わせて構成され、
   前記ティースブロックは、その端部に前記ステータコアの外周部から内周部へ向けて切り欠かれた切り欠き部を有し、
   前記ティースブロックを隣接して配置した状態において前記切り欠き部が組み合わされてなる溝に固定部材を挿入することによって、前記ティースブロックを連結してな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であって、
   前記ティースブロックは、前記ティースブロックを隣接して配置した状態において互いに嵌合する嵌合部を備え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であって、
   前記切り欠き部は、前記溝の底部の幅が開口部の幅よりも広いテーパ形状となる形状を有することを特徴とするステータコア。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のステータコアと、
   前記ステータコア内に配置されたロータと、を備えることを特徴とするモータ。

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