JP2009044929A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】歯部を有するステータコアと歯部に装着されるインシュレータとを備えたステータにおいて、ステータコアとインシュレータとの密着性を向上させる。
【解決手段】ステータコア１００は、円筒状の本体部１１０と、本体部１１０の内周面から本体部１１０の中心軸側に突出する歯部１２０とを含む。インシュレータ２００は、歯部１２０を内部に収容するように略角筒状に形成される基部２１０と、本体部１１０の中心軸と離隔する側の基部２１０の端部から外側に突出する鍔部２２０とを含む。歯部１２０の根元部には、本体部１１０の軸方向と略平行に延びる一対の溝部１３０が設けられる。本体部１１０の中心軸と離隔する側の基部２１０の端部には、溝部１３０に嵌合するように、基部２１０の内側に突出する一対の突部２４０が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータを構成するステータに関し、特に、ステータコタとステータコアに巻かれるコイルとを絶縁するインシュレータを備えたステータに関する。

一般に、モータは、円筒状のステータと、ステータの内周側に設けられるロータとにより構成される。ステータは、ステータコア、ステータコイルおよびインシュレータから構成される。ステータコアの内周面には、複数個の歯部が形成され、各歯部には、絶縁体であるインシュレータを介在させてステータコイルが装着される。そのため、インシュレータを各歯部に固定する必要がある。各歯部とインシュレータとを固定する技術が、たとえば特開２００１−１３６６９８号公報（特許文献１）に開示されている。

この公報に開示されたステータは、磁性材からなる薄い板材を複数枚積層して形成された積層体を含む。積層体の内周側には、複数の歯部が設けられる。各歯の両側先端近傍には、凹状の係合溝が形成される。各歯部には、コイルが予め巻かれた樹脂製のボビン（インシュレータ）が装着される。ボビンは、歯部が嵌め合わされる内部空間を有する角筒状の基部と、基部の両端からそれぞれ外側に突出する鍔部とにより構成される。基部における内側面には凸部が形成される。ボビンは、基部の内部空間に歯部が挿入されるように強制的に歯部側に押し込まれ、凸部が歯部の係合溝に嵌まり込むことよってボビンが歯部に強固に取り付けられる。
特開２００１−１３６６９８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたステータにおいては、インシュレータとステータコアとを固定する係合溝および凸部が歯部の先端近傍に設けられるので、以下のような問題がある。すなわち、製造ばらつきや経時的変化によって、ステータコアにおける歯部の根元部から係合溝までの距離に対してインシュレータにおける外周側端部から凸部までの距離が短くなると、インシュレータの鍔部とステータコアとの密着性が低下し、ステータコイルからステータコアへの熱伝導性が低下してしまう。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、歯部を有するステータコアと歯部に装着されるインシュレータとを備えたステータにおいて、ステータコアとインシュレータとの密着性を向上させることができるステータを提供することである。

第１の発明に係るステータは、中空円筒状の本体部と、本体部の内周面から本体部の中心軸側に突出する歯部とを有するステータコアと、内周面および歯部を覆うように歯部に装着される薄板状のインシュレータであって、歯部を内部に収容する中空筒状の基部と、中心軸と離隔する側の基部の端部から基部の外側に突出する鍔部とを有するインシュレータとを含む。歯部および基部のいずれか一方の中心軸と離隔する側の端部には、溝部が設けられる。歯部および基部の溝部が設けられていない方の中心軸と離隔する側の端部には、溝部に嵌合するように溝部側に突出する凸部が設けられる。

第１の発明によると、ステータコアの本体部から突出する歯部には、薄板状のインシュレータが装着される。インシュレータは、歯部を内部に収容する中空筒状の基部と、中心軸と離隔する側の基部の端部から基部の外側に突出する鍔部とを有する。歯部および基部のいずれか一方の中心軸と離隔する側の端部に設けられた溝部と、歯部および基部の溝部が設けられていない方の中心軸と離隔する側の端部に設けられた凸部とが嵌合することにより、ステータコアとインシュレータとが固定される。これにより、たとえば溝部および凸部を歯部の先端側に設けた場合に比べて、本体部の内周面から歯部の嵌合部（溝部または凸部）までの距離および鍔部から基部の嵌合部（凸部または溝部）までの距離は、製造ばらつきや経時的変化に影響されない。そのため、本体部の内周面から鍔部までの距離は、溝部と凸部との嵌め合い公差のみに応じた距離となる。これにより、本体部の内周面と鍔部との密着性を向上させることができる。その結果、歯部を有するステータコアと歯部に装着されるインシュレータとを備えたステータにおいて、ステータコアとインシュレータとの密着性を向上させることができるステータを提供することができる。

第２の発明に係るステータにおいては、第１の発明の構成に加えて、溝部および凸部は、歯部を挟んで一対ずつ設けられる。

第２の発明によると、溝部および凸部が歯部を挟んで一対ずつ設けられるので、本体部の内周面と鍔部との密着性を、歯部の両側において向上させることができる。

第３の発明に係るステータにおいては、第２の発明の構成に加えて、溝部は、歯部の端部に設けられるとともに、溝部間の距離が歯部の先端部の周方向の幅より大きくなるように形成される。

第３の発明によると、一対の溝部が歯部の端部（根元部）に設けられるが、溝部間の距離は、歯部の先端部の周方向の幅より大きい。そのため、歯部に溝部を設けたことによってステータの磁束量が極端に低下することを抑制することができる。

第４の発明に係るステータにおいては、第１の発明の構成に加えて、溝部は、歯部の端部に設けられる。凸部は、基部の端部に設けられる。

第４の発明によると、歯部の端部に設けられる溝部と基部の端部に設けられる凸部との嵌合により、ステータコアとインシュレータとを固定することができる。

第５の発明に係るステータにおいては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、歯部は、本体部の周方向の歯部の幅が中心軸に近接する側より中心軸と離隔する側が大きくなるように形成される。

第５の発明によると、歯部は、本体部の周方向の歯部の幅が中心軸に近接する側より離隔する側が大きくなるように形成される。すなわち、歯部の先端側の幅は根元側の幅より小さく、インシュレータが歯部から抜けやすい構造となっている。このような構造において、溝部と凸部との嵌合によりステータコアとインシュレータとを固定して、インシュレータの抜けを抑制することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１および図２を参照して、本実施の形態に係る電動機のステータ１０について説明する。図１は、ステータ１０を上側から見た場合の部分平面図である。このステータ１０は、ステータコア１００と、インシュレータ２００と、コイル３００と、バスバ４００とを含む。

ステータコア１００は、複数の磁性鋼板を積層して形成される。ステータコア１００は、本体部１１０と、歯部１２０とで構成される。本体部１１０は、全周にわたって一定の幅のリング状（中空円筒状）に形成される。歯部１２０は、本体部１１０の内周面に一定の間隔をあけて複数設けられ、それぞれが本体部１１０の中心軸側に突出する。本体部１１０の周方向の歯部１２０の幅が本体部１１０の中心軸に近接する側（先端側）より中心軸と離隔する側（根元側）が大きくなるように、歯部１２０の側面は本体部１１０の径方向に対して傾斜する。

インシュレータ２００は、各歯部１２０にそれぞれ装着され、ステータコア１００とコイル３００とを絶縁する樹脂製の部材である。インシュレータ２００は、コイル３００のスペース確保やコイル３００からステータコア１００への熱伝導性の向上を考慮して、薄板状に形成される。インシュレータ２００は、基部２１０と、鍔部２２０とで構成される。

基部２１０は、歯部１２０を内部に収容するように略角筒状に形成される。基部２１０の側面は、歯部１２０の形状に合わせて、本体部１１０の中心軸に近接する側から中心軸と離隔する側へ向かう方向に基部２１０の幅が徐々に拡大するように傾斜する。基部２１０の上面および下面には、コイル３００と当接する棒材２１２が中央付近に設けられ、棒材２１２の両側が切り欠かれている。

鍔部２２０は、本体部１１０の中心軸と離隔する側の基部２１０の端部から、本体部１１０の内周面に沿って基部２１０の外側に突出する。この鍔部２２０により本体部１１０とコイル３００とが絶縁される。

コイル３００は、各歯部１２０にインシュレータ２００を介在させてそれぞれ装着されている。コイル２００は、断面が長辺および短辺（あるいは長径および短径）を有する形状の導線を、本体部１１０の径方向を巻き軸方向として、螺旋状に巻いて形成される。コイル３００は、導線断面の短辺を内側とし、長辺が巻き軸に垂直になるように巻かれたコイル（いわゆるエッジワイズコイル）である。コイル３００は、インシュレータ２００の形状に合わせて、本体部１１０の中心軸に近接する側から中心軸と離隔する側へ向かう方向に徐々に径が大きくなるように巻かれている。なお、コイル３００の巻き方や形状はこれらに限定されない。コイル３００の両端は、本体部１１０の中心軸に沿って上方に突出し、所定位置で本体部１１０側に曲げられて、バスバ４００の端子部材４１０に接続される。

バスバ４００は、本体部１１０の上面にリング状に形成される。バスバ４００には、それぞれが本体部１１０の周方向に沿った複数の溝部が設けられ、各溝部には、端子部材４１０が各コイル３００に応じて設けられる。端子部材４１０は、コイル３００の両端と溶接などによって接合される。これにより、各コイル３００は、たとえば、２つのコイル３００を間に挟んで隣接する他のコイル３００と電気的に接続される。

図２は、インシュレータ２００がステータコア１００に装着された状態におけるステータコア１００およびインシュレータ２００の部分拡大断面図である。

歯部１２０の根元部（本体部１１０の中心軸と離隔する側の歯部１２０の端部）には、歯部１２０の上面から下面にかけて本体部１１０の軸方向と略平行に延び、歯部１２０を挟んで対向する一対の溝部１３０が設けられる。溝部１３０は、歯部１２０が本体部１１０の周方向に切り欠かれて形成されるとともに、溝部１３０の頂点間の距離（すなわち歯部１２０の根元部における本体部１１０の周方向の幅）Ａが歯部１２０の先端部における本体部１１０の周方向の幅Ｂより大きくなるように形成されている。

一方、本体部１１０の中心軸と離隔する側の基部２１０の端部には、一対の溝部１３０に嵌合するように、溝部１３０側である基部２１０の内側（すなわち本体部１１０の周方向）に突出する一対の凸部２４０が設けられる。

図３を参照して、インシュレータ２００をステータコア１００に装着する際の作業方法について説明する。

まず、インシュレータ２００を歯部１２０よりも本体部１１０の中心軸側に準備する。この際、鍔部２２０がステータコア１００側になるように準備する。

次に、基部２１０の内部に歯部１２０を挿入させながら、インシュレータ２００を本体部１１０の中心軸と離隔する側（図２の矢印の方向）に移動させる。インシュレータ２００を移動させる途中で、凸部２４０が歯部１２０の側面に当接し、さらにインシュレータ２００を移動させると、インシュレータ２００は外側に徐々に拡大する。

鍔部２２０が本体部１１０の内周面に当接する位置までインシュレータ２００が移動すると、凸部２４０が溝部１３０に嵌合する。この嵌合により、拡大していたインシュレータ２００が元の状態に戻り、インシュレータ２００がステータコア１００に固定される。これにより、インシュレータ２００の装着作業が完了する。

なお、凸部２４０が溝部１３０に嵌合することにより、鍔部２２０は本体部１１０の内周面に当接した状態で内周面に沿って曲げられる。これにより、本体部１１０の内周面から本体部１１０の中心軸方向（すなわちインシュレータ２００の抜け方向）へ作用する力が鍔部２２０に生じる。

以上のような構造に基づく、本実施の形態に係るステータ１０の作用について説明する。ステータコア１００の歯部１２０に設けられた溝部１３０とインシュレータ２００の基部２１０に設けられた凸部２４０とが嵌合することにより、ステータコア１００とインシュレータ２００とが固定される。

ここで、凸部２４０は、基部２１０の内側（本体部１１０の周方向）に突出する。すなわち、凸部２４０は、インシュレータ２００の抜け方向（本体部１１０の径方向）に対して略垂直方向に突出する。そのため、本体部１１０の内周面から鍔部２２０に抜け方向の力が生じても、インシュレータ２００の抜けを抑制することができる。特に、本実施の形態においては、歯部１２０の先端側の幅が根元側の幅より小さくなるように歯部１２０の側面が傾斜しているため、インシュレータ２００が抜けやすい構造となっている。このような構造においても、インシュレータ２００の抜けを適切に抑制することができる。

さらに、溝部１３０は、歯部１２０の根元部に設けられている。凸部２４０は、本体部１１０の中心軸と離隔する側の基部２１０の端部に設けられている。これにより、たとえば溝部１３０および凸部２４０を歯部１２０の先端側に設けた場合に比べて、本体部１１０の内周面から溝部１３０までの本体部１１０の径方向の距離および鍔部２２０から凸部２４０までの本体部１１０の径方向の距離は製造ばらつきや経時的変化の影響を受けない。そのため、本体部１１０の内周面から鍔部２２０までの距離は、溝部１３０と凸部２４０との嵌め合い公差のみに応じた距離となる。これにより、鍔部２２０と本体部１１０との密着性が向上し、鍔部２２０から本体部１１０への熱伝導性が向上する。そのため、コイル３００の熱の多くを歯部１２０を経由させることなく本体部１１０へ伝達することができ、コイル３００の冷却効率を向上させることができる。

さらに、インシュレータ２００は樹脂製の薄板であるが、凸部２４０が設けられることによって基部２１０と鍔部２２０とが接する部分の肉厚が増して剛性が高められる。これにより、インシュレータ２００の装着時に、基部２１０および鍔部２２０が本体部１１０の内周面に押し当てられることによって基部２１０と鍔部２２０とが接する部分に荷重が集中した場合でも、基部２１０と鍔部２２０とが接する部分が変形することを抑制することができる。さらに、装着作業時のインシュレータ２００の移動荷重の制約が少なくなることにより、インシュレータ２００の装着作業性が向上する。

ところで、溝部１３０は、歯部１２０が切り欠かれて形成されるため、歯部１２０の根元部の幅が狭くなる。一般に電動機の出力トルクは、ステータ１０やロータの磁束量によって変化する。ステータ１０の磁束量は、歯部１２０の磁束密度と歯部１２０の幅との積に比例する。また、歯部１２０の磁束密度は、コイル３００の巻き数とコイル３００を流れる電流値との積に比例する。そのため、コイル３００の巻き数およびコイル３００を流れる電流値が同じであれば、歯部１２０の幅が狭くなると、電動機の出力は低下してしまう。

しかしながら、本実施の形態においては、溝部１３０が歯部１２０の根元部に設けられるとともに、溝部１３０の頂点間の距離Ａが歯部１２０の先端部における本体部１１０の周方向の幅Ｂより大きい。このように、溝部１３０を歯部１２０の根元部に設けることによって、歯部１２０の根元部の幅を少なくとも歯部１２０の先端部の幅より大きくすることができる。そのため、溝部１３０を設けたことによってステータ１０の磁束量（すなわち電動機の出力）が極端に低下することを抑制することができる。

以上のように、本実施の形態に係るステータによれば、ステータコアから突出する歯部の根元側端部に設けられた溝部と、インシュレータのステータコア側端部に設けられた凸部とが嵌合することにより、ステータコアとインシュレータとが固定される。これにより、溝部および凸部を歯部の先端側に設けた場合に比べて、インシュレータの鍔部とステータコアの本体部との距離が、製造ばらつきや経時的変化の影響を受けにくくなる。これにより、インシュレータの鍔部とステータコアとの密着性を向上させることができるので、インシュレータからステータコアへの熱伝導性を向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、ステータコア１００の歯部１２０の幅が本体部１１０の中心軸に近接する側（先端側）より中心軸と離隔する側（根元側）が大きい場合について説明したが、本発明に係るステータコアの歯部の形状はこれに限定されない。たとえば、ステータコアの歯部の幅が根元側から先端側にかけて略同じであってもよい。

また、本実施の形態においては、溝部１３０がステータコア１００の歯部１２０の両側に設けられる場合について説明したが、本発明に係るステータにおいて、溝部１３０が歯部１２０の両側に設けられることに限定されず、たとえば、溝部１３０が歯部１２０の片側のみに設けられてもよい。

また、本実施の形態においては、溝部１３０および凸部２４０が、歯部１２０の上面から下面にかけて本体部１１０の軸方向と略平行に延びる場合について説明したが、本発明に係るステータにおいて、溝部１３０および凸部２４０の形状はこれに限定されない。たとえば、溝部１３０および凸部２４０が、歯部１２０の上面と下面との間の小さな範囲に設けられるようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、溝部１３０がステータコア１００の歯部１２０に設けられ、凸部２４０がインシュレータ２００の基部２１０に設けられる場合について説明したが、本発明に係るステータにおいては、溝部１３０がインシュレータ２００の基部２１０に設けられ、凸部２４０がステータコア１００の歯部１２０に設けられるようにしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係るステータを上側から見た場合の部分平面図である。 本発明の実施の形態に係るインシュレータがステータコアに装着された状態におけるステータコアおよびインシュレータの部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態に係るインシュレータをステータコアに装着する際の作業方法を説明するための図である。

符号の説明

１０ ステータ、１００ ステータコア、１１０ 本体部、１２０ 歯部、１３０ 溝部、２００ インシュレータ、２１０ 基部、２１２ 棒材、２２０ 鍔部、２４０ 凸部、３００ コイル、４００ バスバ、４１０ 端子部材。

Claims (5)

1. 中空円筒状の本体部と、前記本体部の内周面から前記本体部の中心軸側に突出する歯部とを有するステータコアと、前記内周面および前記歯部を覆うように前記歯部に装着される薄板状のインシュレータであって、前記歯部を内部に収容する中空筒状の基部と、前記中心軸と離隔する側の前記基部の端部から前記基部の外側に突出する鍔部とを有するインシュレータとを含むステータであって、
   前記歯部および前記基部のいずれか一方の前記中心軸と離隔する側の端部には、溝部が設けられ、
   前記歯部および前記基部の前記溝部が設けられていない方の前記中心軸と離隔する側の端部には、前記溝部に嵌合するように前記溝部側に突出する凸部が設けられる、ステータ。
2. 前記溝部および前記凸部は、前記歯部を挟んで一対ずつ設けられる、請求項１に記載のステータ。
3. 前記溝部は、前記歯部の端部に設けられるとともに、前記溝部間の距離が前記歯部の先端部の前記周方向の幅より大きくなるように形成される、請求項２に記載のステータ。
4. 前記溝部は、前記歯部の端部に設けられ、
   前記凸部は、前記基部の端部に設けられる、請求項１に記載のステータ。
5. 前記歯部は、前記本体部の周方向の前記歯部の幅が前記中心軸に近接する側より前記中心軸と離隔する側が大きくなるように形成される、請求項１〜４のいずれかに記載のステータ。

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