JP2009273227A

JP2009273227A - モータ

Info

Publication number: JP2009273227A
Application number: JP2008121170A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kamoki; 豊鴨木
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2028-05-07
Also published as: JP5146089B2

Abstract

【課題】高温環境や、高振動環境で運転されるモータの巻線の温度上昇による効率の低下を防ぎ、高効率かつ高信頼性を実現できるモータを提供することを目的とする。
【解決手段】ティースブロック１６を、ティースブロック１６と同じ形状の複数のティースをティースブロック１６と同じ配列で配置した非磁性金属もしくは低磁性金属からなる端板１７を介して各ティースの内周側一端を連結して形成するとともに巻線２ａが巻装される箇所のエッジ部１７ｄに面取りもしくは曲面を形成した。
【選択図】図４

Description

本発明は自動車のエンジンルーム環境の様な高温環境や、高振動環境で運転されるモータに関するものである。

モータのステータ鉄心には渦電流損低減のために電磁鋼板を積層したものが使用されるが、高硬度の薄板をプレス加工して製作されるためバリが発生したり、輪郭のエッジが鋭いため、巻線とステータ鉄心の絶縁のために塗装をする際にエッジを覆うために厚塗りをする必要があった。（例えば特許文献１参照）
しかしながら厚塗りをすると巻線可能な体積が減少するためモータの効率が低下したり、巻線からステータ鉄心への放熱が阻害されるため巻線の温度上昇が大きくなり、その結果巻線の温度上昇でモータの出力が制限される。

逆に巻線からステータ鉄心への放熱を良くして巻線の温度上昇を下げることが出来ればモータの最大出力を上げることが出来る。そのためには熱伝導率の高い絶縁塗料を薄く塗ってステータ鉄心のエッジを覆うことが出来れば良いが、熱伝導率の高い絶縁塗装（例えばセラミック系塗料）はエッジカバー性が低い（エッジ部分の塗装膜厚が薄くなる）という問題があった。

また自動車のエンジンルーム環境の様な高温環境で長期間使用されるモータの絶縁には有機系の塗料より耐熱耐久性の優れるセラミック系塗料等の無機系塗料のほうが好ましいが、セラミック系塗料を代表とする無機系の塗料は上記のとおりエッジカバー性が低いという問題があった。

上記の問題を回避するため絶縁塗装をする前にバレル研磨等の方法でステータ鉄心のバリやエッジを落とす処理を実施する方法があった。（例えば特許文献２参照）
特開昭６３−５９７４２号公報特開平５−２６８７３８号公報

しかしながら、ステータ鉄心のエッジを十分に落とすには時間がかかるという問題のみならず、積層した電磁鋼板が加工中に分離しないように積層強度の増大が必要となる。
積層強度を増大させるためには、レーザ溶接等の溶接による積層、あるいは積層するためのカシメ圧着部の面積を大きくする等が必要となる。レーザ溶接による積層は設備コストあるいはランニングコストが増大し、カシメ圧着部の面積の拡大は磁気特性の低下の要因となる。

本発明は、高温環境や、高振動環境で運転されるモータの巻線占有率の向上を図るとともに、巻線の温度上昇による出力の低下を防ぎ、高出力で高効率かつ高信頼性を実現できるモータを提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載のモータは、巻線処理されたステータをモータケーシングの内側に配置し、前記ステータの内周にロータを配置し、前記ステータの巻線への通電を切り換えて回転磁界を発生させて前記ロータを回転駆動するモータにおいて、前記ステータは、複数の珪素鋼板を積層して形成される複数のティースの内周側一端を近接させ、各ティー
ス毎に分割して環状に配置したティースブロックと、前記ティースブロックの軸方向両側に配設された端板と、少なくとも前記巻線が巻装される箇所を被覆する絶縁層とからなり、前記ティースブロックは、前記端板を介して連結されており、前記端板は非磁性金属もしくは低磁性金属からなり、前記ティースブロックと同じ形状の複数のティースを前記ティースブロックと同じ配列で配置し、各ティースの内周側一端を連結して形成するとともに、前記巻線が巻装される箇所のエッジ部に面取りもしくは曲面を形成したことを特徴とする。

本発明の請求項２記載のモータは、請求項１において、絶縁層をセラミック系の塗料により形成したことを特徴とする。

本発明の請求項３記載のモータは、請求項１において、端板の板厚を、ティースブロックを構成する珪素鋼板より厚くしたことを特徴とする。

この構成によると、ステータ鉄心の上下に非磁性金属もしくは低磁性金属製の端板を配置して、この端板によりティースブロックを連結するとともに、端板の巻線が巻装される箇所のエッジに曲面を形成することによって、巻線の作業性を大幅に改善することが出来るとともに、ステータ鉄心のプレス加工時に生じるエッジの鋭利なバリ等が端板に覆われて、鋭利なバリ等が存在しない端板の曲面部に被覆された絶縁層を介して巻線を巻装するので、巻線の絶縁被覆の破壊を防止することができる。即ち、端板にティースブロックの連結と巻線の絶縁被覆の破壊を防止する機能を兼ねさせることが出来る。そして、珪素鋼板を積層して形成したティースブロックとは別に設けた端板に面取りもしくは曲面加工を施すので、ティースブロックが面取りもしくは曲面加工の影響を受けることが無い。従って、積層の強度を大きくする必要が無いので、積層による磁気抵抗の増加が無い反面強度が低い接着による積層工法を使用したり、カシメによる積層工法を使用する際にも、積層に要するスペースを小さく出来るため、モータの効率を改善できる。

さらに、従来エッジカバー性が悪く、ステータ鉄心の絶縁塗装に使用することが出来なかった熱伝導率の高い無機系（セラミック系）の塗料を使用することが出来るため巻線からステータ鉄心への放熱が良くなり巻線の温度上昇が低下する。これにより、運転時の巻線抵抗を小さくできるため、モータの最大出力および効率を向上させることが出来るとともに耐熱耐久性を向上させることが出来る。

また、端板をティースブロックを構成する珪素鋼板より厚い材料で製作するためエッジの面取り寸法もしくは曲面半径を大きくすることが出来る。

以下、本発明のモータを実施の形態に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１〜図６は本発明のモータを示す。図１（ａ）に示したモータは図１（ｂ）におけるＡ−ＡＡの断面図である。

モータケーシング４は、金属製のケーシング本体４ａと金属製のケーシング蓋４ｂとで構成されている。ケーシング本体４ａの内部には、ロータ１とステータ２ならびに第１、第２の配線基板３ａ、３ｂの一部が納められている。ステータ２は、ロータ１の出力軸１ａと同軸上に配置されている。第１の配線基板３ａは、ロータ１とステータ２に対してロータ１の出力軸１ａの反対方向の端部に配置されている。第１の配線基板３ａには制御回路６とパワー素子７が実装されている。

磁電変換素子５が実装された第２の配線基板３ｂは、ロータ１と第１の配線基板３ａの間に配置されている。磁電変換素子５はロータ１に近接して配置されており、磁電変換素子５がロータ１の磁極を検出した検出信号などは、第２の配線基板３ｂから第１の配線基板３ａの制御回路６に入力され、制御回路６が同じ第１の配線基板３ａに搭載されているパワー素子７を介してステータの巻線２ａへの通電を切り換えて回転磁界を発生させてロータ１を回転駆動している。

図２〜図６はステータ２とケーシング本体４ａとの詳細を示している。ステータ２のステータコアは、図２（ａ）に示す複数個のティースブロック１６と、ティースブロック１６の軸方向上下両側に配設された図２（ｂ）、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す２つの端板１７とで構成されている。

図２（ｂ）は端板１７の斜視図を、図３（ａ）は端板１７の平面図を示す。
図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ｏ−Ａ’の断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ’の断面図である。

ティースブロック１６は、珪素鋼板を例えばカシメ、接着等の一般的な公知の手段により、搬送、治具への設置等の通常の作業に耐えられる程度の強度で積み重ねて構成されている。ティースブロック１６の内周側１８の一端には、図１のように組み立てた状態でロータ１の外周とギャップをあけて対向する張り出し部１９ｂ、１９ｃが中央部１９ａから両側に形成されている。また、外周側２０の一端にも中央部２１ａから前記モータケーシングの内側に沿って両側に延びる張り出し部２１ｂ、２１ｃが形成されている。

この実施の形態では、１２個のティースブロック１６を図４に示すように内周側一端を近接させて環状に配置している。そして端板１７は、図２（ｂ）、図３（ａ）に示すようにティースブロック１６と同じ形状の複数のティース１７ａをティースブロック１６と同じ配列で配置するとともに、各ティース１７ａの内周側一端が連結されて形成されている。また、端板１７の各ティース１７ａのティースブロック１６と軸方向に当接する面には第１の突部１７ｂが形成されている。さらに、端板１７の各ティース連結部には、１２個の第２の突部１７ｃが等間隔で形成されている。

図２（ａ）に示すように上記ティースブロック１６の端板１７の第１の突部１７ｂと対応する位置には凹部１６ａが形成されており、前記第１の突部１７ｂをティースブロック１６の上下から凹部１６ａに圧入カシメを行うことにより、隣接するティースブロック１６を連結して図５（ａ）に示すティースブロック連結体２３を構成している。この際、前記第２の突部１７ｃが、図６に示すように隣接するティースブロック１６の張り出し部１９ｂ、１９ｃの間に挟まれて、隣接するティースブロック１６の張り出し部１９ｂ、１９ｃは、第２の突部１７ｃを介して周方向に当接している。
また、端板１７の各ティースの図３（ａ）のＰで示す巻線が巻装される箇所を含む範囲において、ティースブロック１６と当接する面とは反対側の面のエッジ部１７ｄには、図３（ｃ）に示すようにｒ０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの曲面がプレス加工やサンドブラスト加工等により形成され、エッジ部に鋭利なバリ等が生じない様にされている。

そして、ティースブロック１６の材質が珪素鋼板の場合には、端板１７の材質として、非磁性材もしくは低磁性材の金属で熱膨張係数がティースブロック１６に極めて近いＳＵＳ３０４などを使用することが望ましい。

そして、端板１７の板厚は、積層してティースブロック１６を構成する個々の珪素鋼板の板厚より大きく、本実施の形態においては、ティースブロック１６を構成する個々の珪
素鋼板の板厚を０．３５ｍｍとし、端板１７の板厚を０．５ｍｍとしている。

次に、図５（ｂ）に示すように、このティースブロック連結体２３の少なくとも巻線が巻装される箇所に熱伝導率の高いセラミック系の塗料（例えばマイクロコーテック社商品名：ＨＹＰＥＲＣＯＡＴ）により絶縁層２４を形成して、絶縁塗装されたティースブロック連結体２３ａを作成する。図５（ｂ）はティースブロック連結体２３ａの絶縁層２４を形成した箇所の断面図である。図５（ａ）のＣ−Ｃ’で示す箇所に相当する。
その後、各ティース部に、各ティースブロック１６間の隙間２５から巻線処理して図５（ｃ）に示す状態に仕上げて絶縁塗装および巻線処理が施されたティースブロック連結体２３ｂを作成する。

前述の様に、ティースブロック連結体２３の巻線が施される箇所である端板１７のエッジ部１７ｄにはプレス加工の抜きダレを利用したｒ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの曲面が形成され、エッジ部に鋭利なバリ等が生じない様にされているので、絶縁層２４を厚く塗装しなくても絶縁層２４を突き破って巻線に損傷を与える不具合が生じることは無い。

また、このように絶縁塗装されたティースブロック連結体２３ａの外周の隙間２５から巻線２ａの巻回を実行するので、巻線処理の作業性と巻線占有率の向上とを維持できる。

次に、図５（ｄ）に示すようにケーシング本体４ａの内側に、絶縁塗装および巻線処理が施されたティースブロック連結体２３ｂを圧入する。なお、ティースブロック１６の巻線２ａの結線は、ティースブロック連結体２３ｂをケーシング本体４ａの内側に圧入する前工程または後工程の何れでも良いし、対応するティースブロック１６間を連続して巻線しても構わない。

圧入されたティースブロック連結体２３ｂは、ティースブロック１６の外周側２０の一端の前記張り出し部２１ｂ、２１ｃが、波線位置から実線位置に変形してケーシング本体４ａの内側に圧入されて、隣接するティースブロックの外周側一端との間にケーシング本体４ａを介して磁路が形成される。

なお、本実施の形態においては、端板１７のエッジ部１７ｄにプレス加工の抜きダレを利用したｒ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの曲面を形成したが、プレス加工によるｃ０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの面取りや、サンドブラスト加工によって端板１７の片側全面にｒ０．０５ｍｍ〜ｒ０．２ｍｍのバリ取り加工を施しても同様な作用・効果が得られる。

本発明は小型モータを使用した各種機器の信頼性の向上に寄与できる。

（ａ）本発明の実施の形態１のモータの縦断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１のモータの横断面図（ａ）同実施の形態のティースブロックの斜視図、（ｂ）端板の拡大斜視図（ａ）同実施の形態の端板の平面図、（ｂ）図３（ａ）におけるＡ−Ｏ−Ａ’の断面図、（ｃ）図３（ａ）におけるＢ−Ｂ’の断面図同実施の形態のティースブロック連結体の分解斜視図（ａ）同実施の形態のティースブロック連結体を示す図、（ｂ）ティースブロック連結体に絶縁処理を施した図、（ｃ）絶縁処理後のティースブロック連結体に巻線処理を施した図、（ｄ）ティースブロック連結体をケーシング本体に圧入した図同実施の形態のティースブロック連結体をケーシング本体に圧入した状態の拡大図

符号の説明

１ロータ
１ａロータ１の出力軸
２ステータ
２ａ巻線
３ａ第１の配線基板
３ｂ第２の配線基板
４モータケーシング
４ａケーシング本体
４ｂケーシング蓋
５磁電変換素子
６制御回路
７パワー素子
１６ティースブロック
１６ａ凹部
１７端板
１７ａ端板のティース
１７ｂ第１の突部
１７ｃ第２の突部
１７ｄエッジ部
１８ティースブロックの内周側
１９ａティースブロックの内周側の中央部
１９ｂ、１９ｃティースブロックの内周側の張り出し部
２０ティースブロックの外周側
２１ａティースブロックの外周側の中央部
２１ｂ、２１ｃティースブロックの外周側の張り出し部
２３ティースブロック連結体
２３ａ絶縁塗装されたティースブロック連結体
２３ｂ絶縁塗装および巻線処理が施されたティースブロック連結体
２４絶縁層
２５隙間
Ｐ巻線巻装箇所

Claims

巻線処理されたステータをモータケーシングの内側に配置し、前記ステータの内周にロータを配置し、前記ステータの巻線への通電を切り換えて回転磁界を発生させて前記ロータを回転駆動するモータにおいて、前記ステータは、複数の珪素鋼板を積層して形成される複数のティースの内周側一端を近接させ、各ティース毎に分割して環状に配置したティースブロックと、前記ティースブロックの軸方向両側に配設された端板と、少なくとも前記巻線が巻装される箇所を被覆する絶縁層とからなり、前記ティースブロックは、前記端板を介して連結されており、前記端板は非磁性金属もしくは低磁性金属からなり、前記ティースブロックと同じ形状の複数のティースを前記ティースブロックと同じ配列で配置し、各ティースの内周側一端を連結して形成するとともに、前記巻線が巻装される箇所のエッジ部に面取りもしくは曲面を形成したことを特徴とするモータ。
絶縁層をセラミック系の塗料により形成した請求項１に記載のモータ。
端板の板厚を、ティースブロックを構成する珪素鋼板より厚くした請求項１記載のモータ。