JP2009254171A - カセットコイルおよびステータ - Google Patents

Abstract

【課題】組立が簡単で，モータ効率を高めうるカセットコイルおよびステータを提供する。
【解決手段】カセットコイル３０は、コイル部材２０と、鍔部材４０と、これらを封止するモールド部材３１と備えている。鍔部材４０は、コイル部材２０のコイルサイド領域におけるロータ側に位置するように、配置されている。鍔部材４０は、モールド部材３１により、コイル部材２０と一体的に成形されている。カセットコイル３０を分割コア５１のティース部５１ｂに取り付けるだけで、分割ステータ５０Ａが組み立てられる。コイル電流によって生じる磁流が鍔部材４０に流れるので、騒音が低減される。鍔部材４０により、ロータからの磁束のコイル部材２０への漏れも低減され、渦電流損も小さくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル部材をモールド樹脂で封止したカセットコイル、およびカセットコイルを備えたステータに関する。

モータや発電機のステータ（固定子）は、コアの周囲にコイルを巻回して構成されている。ヨーク部とヨーク部から突出するティース部を備えたステータの場合、コイルはティース部の周囲に巻回される。最近では、コイル部材を樹脂モールドしてなるカセットコイルの構造が提案されている。その場合、予め形成しておいたカセットコイルを、ティース部にセットすることにより、ステータを組み立てる。特許文献１には、カセットコイルを用いたステータの構造が開示されている。

特許文献１のコアは、輪状ステータティース体と輪状ステータヨークとを有している。輪状ステータティース体は、複数のティースを輪状に連結させたものである。輪状ステータヨークは、複数のヨークを輪状に連結させたものである。カセットコイルは、輪状ステータティース体中の各ティースに取り付けられる。
特開２００７−１９５３３３号公報

特許文献1のステータにより、ステータの組立が簡単となり、絶縁インシュレータ等も不要になる。したがって、生産性が向上し、製造コストも低減することが期待される。

ところが、上記特許文献１の構造では、以下のような不具合もある。第１に、輪状ステータティース体と、輪状ステータヨークとに分けられるので、必ずしも部品点数が少なくならない。第２に、輪状ステータティース体と、輪状ステータヨークとの境界で隙間が生じやすい。そのため、ティースからヨークに流れる主たる磁流が大きな抵抗を受けて、モータ性能が劣化するおそれがある。

本発明の目的は、組立が簡単でモータ等の性能を高めうるカセットコイル、およびこのカセットコイルを備えたステータを提供することにある。

本発明のカセットコイルは、ヨーク部，および該ヨーク部から突出するティース部を有するコアに取り付けられるものであって、コイル部材と、コイル部材を封止するモールド部材とを備えている。そして、コイル部材におけるコイルサイド領域の先端面に隣接して、鍔部材を配置したものである。

この構造により、カセットコイルをティース部に取り付けると、ステータが組み立てられる。ステータのコイル部材に電流を流したときに、特許文献１のごとくステータとティース部との間の主たる磁流に対する大きな抵抗は生じない。
一方、コイル電流によって、鍔部材にも磁流が流れるので、トルクリップルやコギングトルクの発生が抑制される。また、ロータから受ける磁束のコイルへの漏れも鍔部材によって低減され、渦電流損も小さくなる。よって、本発明のカセットコイルを備えたステータを用いると、騒音や損失が小さいモータ，発電機等を実現させることができる。
また、カセットコイルをティース部に取り付けるだけで、鍔部材を備えたステータが組み立てられる。つまり、鍔部材がコイル部材と一体化されているので、ステータの組み立てが簡単になる。

鍔部材のティース側の側面が、ティース部のコイルサイド側の側面と接触していることが好ましい。これにより、大きな抵抗を受けずに、鍔部材からティース部に磁流が流れるので、磁束の利用効率が向上する。

鍔部材の先端面が、ティース部の先端面と実質的に同一平面上または同一曲面上にあることが好ましい。ただし、鍔部材の先端面は、コイル部材のコイルサイド領域に隣接する基端面に対向する面である。この構造により、無駄な寸法の増大を生じることなく、鍔部材からティース部への磁流を十分確保することができる。
「実質的に同一平面上または同一曲面上にある」とは、成形時の寸法ばらつきや組立時の誤差による同一平面または同一曲面からのずれを許容する意味である。

鍔部材が、モールド樹脂により、コイル部材と一体的に成形されていることにより、製造工程が極めて簡素化される。

本発明のステータは、上記カセットコイルを、コアにおけるヨーク部から突出するティース部に取り付けたものである。ステータは、単一のティース部を有する分割ステータであってもよいし、分割ステータを連結させたものであってもよい。また、ステータは、分割ステータを環状に連結させたものでもよいし、直線状に連結させたものでもよい。

この構造により、上述のような不具合を生じることもなく、組立が簡単なステータがえられる。

本発明のカセットコイルまたはステータによると、組立が簡単な構造で、モータ等の性能を高めることができる。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるカセットコイル３０および分割コア５１の構造を示す斜視図である。同図において、ｘ方向はロータ側の方向であり、ｙ方向はコイルサイド方向であり、ｚ方向はコイルエンド方向である。
カセットコイル３０は、コイル部材２０と、鍔部材４０と、これらを封止するモールド部材３１と備えている。コイル部材２０は、コイルである分割平角線１０をエッジワイズ状に巻回させて構成されている。分割平角線１０は、４本のコイルが平板状に集合されたもので、１本の平角線として機能している。ただし、本発明のコイルは、必ずしもこの構造に限定されるものではない。コイル部材２０中のコイルとして、単一の平角線コイル、円形断面のコイルなど、各種形状のコイルを用いてもよい。

鍔部材４０は、コイル部材２０のコイルサイド領域におけるロータ側の端面（先端面）に隣接して、配置されている。鍔部材４０は、後述する分割コア５１と同じ磁性材料によって構成されている。

モールド部材３１は、コイル部材２０および鍔部材４０を封止している。ただし、コイル部材２０のうち、コイルエンド側に突出する２つの端子２１，２２は、モールド部材３１から露出している。鍔部材４０は、その大部分がモールド部材３１から露出しており、一部でモールド部材３１によって固着されている。モールド部材３１としては、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンスルフィド），ＬＣＰ樹脂（液晶ポリマー），不飽和ポリエステル樹脂（ＢＭＣ），エポキシ樹脂などが用いられる。

分割コア５１は、ヨーク部５１ａと、ヨーク部５１からロータ側に突出するティース部５１ｂとを有している。本実施の形態では、分割コア５１は、絶縁層を挟んで多数の磁性鋼板を積層した積層鋼板構造を有している。ただし、絶縁被膜を有する磁性粉末を圧縮成形して形成される，いわゆる圧粉コア構造を採用してもよい。

モールド部材３１は、開口部３３と、ｘ方向とは逆方向に延びる２つの庇部３５とを備えている。カセットコイル３０を装着する際には、モールド部材３１の開口部３３に、ティース部５１ｂを嵌合させる。そのとき、カセットコイル３０の２つの庇部３５によってヨーク部５１ａの上面および下面を挟むようにする。

図２は、図１に示すカセットコイル３０の横断面図である。図３は、カセットコイル３０を分割コア５１に装着してなる分割ステータ５０Ａの横断面図である。
図２および図３に示すように、モールド部材３１は、鍔部材４０の基端面４０ｄと外側面４０ｃとを固着している。鍔部材４０の基端面４０ｄに対向する先端面４０ａは、ロータに対峙しており、ロータからの磁束を受ける。このとき、鍔部材４０によって、ロータからの磁束のコイル部材２０への漏れが低減される。

また、鍔部材４０の内側面４０ｂは、ティース部５１ｂのコイルサイド側の側面５１b2と接触している。両者が接触していれば、コイル電流によって生じる磁流が、ほとんど抵抗を受けずにティース部５１ｂに流れる。したがって、後述する騒音低減効果が増大する。ただし、鍔部材４０の内周面４０ｂとティース部５１ｂの側面５１b2との間に、隙間があってはならないというわけではない。

ティース部５１ｂの先端面５１b1と、鍔部材４０の先端面４０ａとは、実質的に同一平面上または同一曲面上にあることが好ましい。これにより、コイル電流によって生じる磁束が、鍔部材４０からティース部５１ｂに効率よく流れる。一方、ティース部５１ｂが鍔部材４０よりも突出していると、モータ寸法が無駄に大きくなる。ただし、「実質的に同一平面上または同一曲面上にある」とは、成形時の寸法ばらつきや組立時の誤差による同一平面または同一曲面からのずれを許容する意味である。

図４は、図３に示す分割ステータ５０Ａを環状に組み合わせたステータ５０の概略的な構造を示す断面図である。ステータ５０の内方には、永久磁石を設けたロータ（図示せず）が配置される。
なお、分割コア５０に代えて、ヨーク部で連続的につながった、環状の一体型ステータを用いてもよい。その場合には、ステータから複数のティース部がロータ側に突出する構造となる。

このステータ５０を組み立てる手順としては、以下のような手順が適している。分割コア５１のティース部５１ｂをカセットコイル３０の開口部に嵌め込んで、分割ステータ５０Ａを形成する。その後、各分割ステータ５０Ａを環状に組み立てる。その後、ステータ５０を、図示しないリング部材等を用いて外側から囲み込んで組み付ける。
先に、各カセットコイル３０を環状に組み立てた後、ティース部５１ｂを各カセットコイル３０にセットしてもよい。

本実施の形態によると、コイル電流によって鍔部材４０からティース部５１ｂを経てヨーク部５１ａに磁流が流れる。本実施の形態の分割コア５１は、ヨーク部５１ａと、ヨーク部５１ａから突出するティース部５１ｂを有している。したがって、ティース部５１ｂからヨーク部５１ａへの主たる磁流に対する抵抗は、ほとんど生じない。そして、コイル電流によって鍔部材４０にも磁流が流れることで、騒音低減効果が得られる。

鍔部材４０がない場合、トルクリップルやコギングトルクが大きくなる生じやすいことがわかっている。トルクリップルとは、トルクの変動幅をいう。コギングトルクとは、コアとロータの永久磁石との相互作用によって、無負荷時に生じるトルク変動をいう。これらは、騒音の原因になる。
本実施の形態においては、鍔部材４０が設けられているので、トルクリップルやコギングトルクが抑制される。よって、このステータ５０を用いたモータ，発電機等の騒音を低減することができる。また、鍔部材４０により、ロータから受ける磁束のコイル部材２０への漏れも低減され、渦電流損も小さくなる。したがって、本実施の形態のステータ５０を用いたモータや発電機の騒音，損失を低減することができる。

一方、カセットコイル３０をティース部５１ｂに取り付けてから、ティース部５１に鍔部材４０を取り付けることも可能である。しかし、鍔部材４０をティース部５１に固定させる作業は、相当の手間を要する。本実施の形態では、カセットコイル３０に分割ステータ５０Ａを嵌め込む作業だけで、鍔部材４０も取り付けられる。つまり、鍔部材４０がコイル部材２０と一体化されているので、ステータ５０の組み立てが極めて簡単である。

（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る分割ステータカセットコイル３０の構造を示す斜視図である。本実施の形態では、モールド部材３１によって、鍔部材４０を上端と下端から挟み付けている。このような構造により、鍔部材４０がより強固に把持されるので、カセットコイル３０の信頼性が向上する。

（実施の形態３）
図６は、実施の形態３に係るカセットコイル３０の構造を示す斜視図である。本実施の形態では、鍔部材４０がＵ字状の構造を有している。このような構造により、鍔部材４０がモールド部材３１により、三方から確実に把持される。よって、カセットコイル３０の信頼性が向上する。

図示しないが、鍔部材４０を環状にして、モールド部材３１により、周囲の四方から把持される構造としてもよい。このようにすると、鍔部材４０が、モールド部材３１によって強固に把持され、信頼性がより向上する。

（実施の形態１〜３の変形例）
図３に示す状態で、ティース部５１の外側面５１b2に先端に向かうほど狭くなるテーパを設けることもできる。そして、鍔部材４０の内側面４０ｂには、そのテーパに一致するテーパを設ける。これにより、ティース部５１の外側面５１b2と、鍔部材４０の内側面４０ｂとの隙間をほとんどなくすことができる。また、鍔部材４０の内側面４０ｂとティース部５１の外側面５１b2とも接触面積も広くなる。したがって、鍔部材４０からティース部５１ｂに流れる磁流に対する抵抗が小さくなり、騒音低減効果が増大する。
実施の形態２，３においても、ティース部５１の外側面と、鍔部材４０の内側面とにテーパを設けることができる。

（他の実施の形態）
実施の形態１〜３では、モールド部材３１により、鍔部材４０をコイル部材２０と一体的に成形した構造を採用した。しかし、本発明の鍔部材４０とコイル部材とを一体化する手段はこれらの実施形態に限定されるものではない。たとえば、以下のような変形形態を採用することができる。

（１）コイル部材２０を成形した後、コイル部材２０と一体的に鍔部材４０を圧粉成形する。その後、コイル部材２０と鍔部材４０とをモールド部材３１により封止する。

（２）コイル部材２０を成形した後、接着剤または粘着剤により、コイル部材２０に鍔部材４０を貼り付ける。鍔部材４０は、予め積層鋼板または圧粉磁性材料によって形成されている。その後、コイル部材２０と鍔部材４０とをモールド部材３１により封止する。

（３）コイル部材２０をモールド部材３１により封止した後、鍔部材４０をコイル部材２０の平角分割線１０の露出部に貼り付ける。平角分割線１０が露出していない場合には、モールド部材３１に鍔部材４０を貼り付ける。

ただし、モールド部材３１により、コイル部材２０と鍔部材４０とを一体的にモールド成形することにより、製造工程が極めて簡素化される。よって、上記実施の形態１〜３の構造が、より好ましいといえる。

上記各実施の形態では、カセットコイルを回転モータの一部として使用した例について説明した。しかし、本発明のカセットコイルは、リニアモータ、発電機、リアクトル、トランスなどにも用いることができる。

上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明のカセットコイルおよびステータは、リニアモータ、発電機、リアクトル、トランスなどに用いることができる。これらの装置は、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車，ロボットや、各種産業機器に配置される。

実施の形態１に係るカセットコイルおよび分割コアの構造を示す斜視図である。 実施の形態１に係るカセットコイルの横断面図である。 実施の形態1に係るカセットコイルを分割コアに装着してなる分割ステータの横断面図である。 分割ステータを環状に組み合わせたステータの概略的な構造を示す断面図である。 実施の形態２に係るカセットコイルの構造を示す斜視図である。 実施の形態３に係るカセットコイルの構造を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 分割平角線
２０ コイル部材
２１，２２ 端子
３０ カセットコイル
３１ モールド部材
３３ 開口部
３５ 庇部
４０ 鍔部材
４０ａ 先端面
４０ｂ 内側面
４０ｃ 外側面
４０ｄ 基端面
５０ ステータ
５０Ａ 分割ステータ
５１ 分割コア
５１ａ ヨーク部
５１ｂ ティース部
５１b1 先端面
５１b2 外側面

Claims (5)

1. ヨーク部，および該ヨーク部から突出するティース部を有するコアに装着されるカセットコイルであって、
   前記ティース部の周囲を囲む形状に巻回されたコイル部材と、
   前記コイル部材を封止するモールド部材と、
   前記コイル部材におけるコイルサイド領域の先端面に隣接して配置され、磁性材料を主成分とする鍔部材と、
   を備えている、カセットコイル。
2. 請求項１記載のカセットコイルにおいて、
   前記鍔部材のティース側の側面は、前記ティース部のコイルサイド側の側面と接触している、カセットコイル。
3. 請求項１または２記載のカセットコイルにおいて、
   前記鍔部材の先端面は、前記ティース部の先端面と実質的に同一平面上または同一曲面上にある、カセットコイル。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のカセットコイルにおいて、
   前記鍔部材は、前記モールド樹脂によりコイル部材と一体的に成形されている、カセットコイル。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のカセットコイルと、
   ヨーク部，および該ヨーク部から突出するティース部を有するコアと、
   を備え、
   前記カセットコイルは、前記ティース部の周囲に着装されている、ステータ。

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