JP2011004481A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の分割コアを円環状に配置してなるステータコアの径方向内側端に鍔部を有するステータにつき、モータのトルク変動をより一層低減させること。
【解決手段】ステータは、半径方向内側に複数の第１分割コア３と複数の第２分割コア４を交互に円環状に配置し、複数のティース部３ｂ，４ａと複数のスロット部５を含むステータコア６と、ステータコア６の複数のスロット部５に収容された分布巻きタイプのコイル２とを備える。各第１分割コア３は、背部３ａと、第１ティース部３ｂとを含む。各第２分割コア４は、第２ティース部４ａと、第２ティース部４ａの半径方向内側端に位置する鍔部４ｂとを含む。各第１ティース部３ｂと各第２ティース部４ａとの間にスロット部５が形成される。各第２ティース部４ａの周方向両側に位置するスロット部５に対して分布巻きタイプのコイル２のうち同じ相のコイルが収容される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、モータに使用されるステータに係り、詳しくは、複数の分割コアを円環状に配置してなるステータコアを備えたステータに関する。

従来、この種の技術として、下記の特許文献１乃至３に記載されるステータが知られている。例えば、特許文献１に記載のステータを構成するステータコア（固定子鉄心）は、図８に示すように、複数の背部積層鉄心片２１と複数の歯部積層鉄心片２２とに分割形成され、これらが交互に円環状に配置されて組み合わされる。ここで、歯部積層鉄心片２２は、その径方向内側端に鍔部２２ａを有する。そして、歯部積層鉄心片２２は、背部積層鉄心片２１の周方向の両側面に対して径方向内側から径方向に沿って移動させて組み付けられる。また、背部積層鉄心片２１と歯部積層鉄心片２２との間に形成されるスロット部２３には、予め形成された所定個数の集中巻きタイプのコイル２４が治具によって装着される。つまり、径方向内側端に鍔部２２ａを有する歯部積層鉄心２２に対して集中巻きタイプのコイル２４が嵌め込まれるのではなく、径方向内側端に鍔部２２ａのない背部積層鉄心２１に対して集中巻きタイプのコイル２４が嵌め込まれるようになっている。

一般に、ステータコアの歯部（ティース部）に鍔部があることで、ステータとロータとの対向面積が拡大する。これにより、モータの出力トルクを増大させることができ、モータのトルク脈動を低減することができ、コイル内の磁束洩れを低減して発熱を減少させることができる。図９に、ロータの回転位置に対するモータトルクの変化をグラフにより示す。このグラフから、鍔部がある場合とない場合で上記の違いが明らかである。

特開平０９−１４９５６８号公報 特開２００６−２１１８２８号公報 特開２００７−１３５３３０号公報

ところが、特許文献１に記載のステータでは、鍔部２２ａのない背部積層鉄心２１に対して集中巻きタイプのコイル２４が嵌め込まれることから、鍔部２２ａを有する歯部積層鉄心２２の周方向両側に位置するコイル２４が異なる相のコイル２４となっていた。このため、歯部積層鉄心片２２と背部積層鉄心片２１との間で起磁力にアンバランスが生じ、その分だけモータのトルク脈動が残るおそれがあった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数の分割コアを円環状に配置してなるステータコアの径方向内側端に鍔部を設けてなるステータにつき、モータに使用した場合にモータのトルク変動をより確実に低減させることを可能としたステータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、円環状をなし、半径方向内側に複数のティース部と複数のスロット部を含むステータコアと、ステータコアの複数のスロット部に収容された分布巻きタイプのコイルとを備えたステータであって、ステータコアは、複数の第１分割コアと複数の第２分割コアを交互に円環状に配置して形成されることと、各第１分割コアは、背部と、背部から半径方向へ延びる第１ティース部とにより平面視で略Ｔ形をなすことと、各第２分割コアは、半径方向へ延びる第２ティース部と、第２ティース部の半径方向内側端に位置する鍔部とにより平面視で略Ｉ形をなすことと、各第１ティース部と各第２ティース部との間にスロット部が形成されることと、各第２ティース部の周方向両側に位置するスロット部に対して分布巻きタイプのコイルのうち同じ相のコイルが収容されることとを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成では、分布巻きタイプのコイルが使用されることから、同じ相のコイルの間に配置されるティース部の起磁力が弱くなる傾向があり、ステータコアの起磁力が不均一になるおそれがある。しかし、上記発明の構成によれば、ステータコアの半径方向内側にて、鍔部のない第１ティース部と鍔部を有する第２ティース部が交互に円環状に配置され、それらティース部の間にスロット部が形成される。そして、各第２ティース部の周方向両側に位置するスロット部に対して分布巻きタイプのコイルのうち同じ相のコイルが収容される。すなわち、同じ相のコイルの間に鍔部を有する第２ティース部が配置される。従って、同じ相のコイルの間に配置される第２ティース部につき、その先端と、ステータの内側に組み付けられるロータとの対向面積が増えて、その分だけ第２ティース部の起磁力が補われる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、各スロット部において、コイルを内包するように絶縁紙が折り曲げられて設けられ、絶縁紙の２つの開放端部が各スロット部の入口付近にて弾性を持ちながら互いに巻き重ねられ、その巻き重ね部位が鍔部に押さえ付けられたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、各スロット部において、コイルを内包するように絶縁紙が設けられるので、コイルの絶縁性が確保される。また、コイルが絶縁紙の巻き重ね部位の弾性により半径方向外側へ向けて押される。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、絶縁紙の巻き重ね部位が他の部位よりも肉厚に形成されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、巻き重ね部位が他の部位よりも肉厚に形成されるので、巻き重ね部位の弾性が増し、コイルが巻き重ね部位により半径方向外側へ向けてより一層強く押される。

請求項１に記載の発明によれば、複数の分割コアを円環状に配置してなるステータコアの径方向内側端に鍔部を設けてなるステータにつき、モータに使用した場合にモータのトルク変動をより一層低減させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、コイルとロータとの距離を拡げることができ、コイルが受けるロータからの漏れ磁束の影響を低減することができ、コイルの発熱を低減することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、コイルとロータとの距離をより一層拡げることができ、その距離を長く保つことができる。この結果、コイルの発熱低減効果をより一層増大させ、その状態を長く保つことができる。

第１実施形態に係り、ステータをコイルのみ切断して示す平断面図。 同じく、図１のステータの一部を拡大して示す平断面図。 同じく、第１及び第２の分割コアとコイルの組み付け工程の一つを示す平断面図。 同じく、第１及び第２の分割コアとコイルの組み付け工程の他の一つを示す平断面図。 第２実施形態に係り、ステータの一部を拡大して示す平断面図。 同じく、ロータとコイルとの距離とコイル発熱との関係を示すグラフ。 第３実施形態に係り、ステータの一部を拡大して示す平断面図。 従来例に係り、ステータの一部を示す平断面図。 同じく、ロータ位置とモータトルクとの関係を示すグラフ。

［第１実施形態］
以下、本発明のステータを具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態のステータ１をコイル２のみ切断した平断面図により示す。図２に、図１のステータ１の一部を拡大して平断面図により示す。このステータ１は、円環状をなし、半径方向内側に複数のティース部３ｂ，４ａと複数のスロット部５を含むステータコア６と、そのステータコア６の複数のスロット部５に収容された分布巻きタイプのコイル２とを備える。ステータコア６は、複数の第１分割コア３と複数の第２分割コア４を交互に円環状に配置して形成される。

各第１分割コア３は、背部３ａと、背部３ａから半径方向へ延びる第１ティース部３ｂとにより平面視で略Ｔ形をなして形成される。この実施形態で、第１ティース部３ｂは、平面視で半径方向へ若干先細りな形状をなしている。各第２分割コア４は、半径方向へ延びる第２ティース部４ａと、第２ティース部４ａの半径方向内側端に位置する鍔部４ｂとにより平面視で略Ｉ形をなして形成される。この実施形態で、第２ティース部４ａは、平面視で半径方向へ若干先細りな形状をなしている。上記した複数のスロット部５は、隣り合う第１ティース部３ｂと第２ティース部４ａとの間に形成される。

この実施形態は、特に、ステータコア６に対するコイル２の配置構成の点で特徴を有する。すなわち、図２に示すように、各第２ティース部４ａの周方向両側に位置するスロット部５に対して分布巻きタイプのコイル２のうち同じ相のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃが収容される。換言すると、同じ相のコイル２Ａ〜２Ｃの間に鍔部４ｂを有する第２ティース部４ａが配置され、異なる相のコイル２Ａ〜２Ｃの間に鍔部４ｂのない第１ティース部３ｂが配置される。すなわち、図２に例示するように、左側の第２ティース部４ａ（Ｘ１）は、Ｕ相のコイル２Ａの間に配置され、中央の第２ティース部４ａ（Ｘ２）は、Ｖ相のコイル２Ｂの間に配置され、右側の第２ティース部４ａ（Ｘ３）は、Ｗ相のコイル２Ｃの間に配置される。これに対し、図２において、各第２ティース部４ａの間に位置する第１ティース部３ｂ（Ｙ１），３ｂ（Ｙ２）は、それぞれ異なる相のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの間に配置される。

ここで、第１及び第２の分割コア３，４とコイル２の組み付けの仕方について説明する。図３，４に、それぞれ組み付け工程を平断面図により示す。

この実施形態では、分布巻きタイプのコイル２が、予め円環状に形成される。そして、図３に示すように、円環状のコイル２を所定位置に固定しておき、そのコイル２の径方向内側から、同じ相のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの間にそれぞれ第２分割コア４を差し込む。このとき、第２ティース部４ａの鍔部４ｂのない端から差し込む。

全ての同じ相のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの間に第２分割コア４を差し込んだ後、図４に示すように、コイル２の径方向外側から、異なる相のコイル２Ａ〜２Ｃの間にそれぞれ第１分割コア３を差し込む。このとき、第１ティース部３ｂの先端から差し込む。

以上説明したこの実施形態のステータ１では、ステータコア６の半径方向内側に複数の鍔部４ｂが等角度間隔に設けられる。従って、このステータ１の中心にロータを組み付けてモータとして使用した場合に、ロータとステータ１との対向面積が鍔部４ｂの分だけ増えることとなり、その分だけモータのトルクを増大させることができる。また、鍔部４ｂがロータからの漏れ磁束を吸収するため、コイル２に届くロータからの漏れ磁束の量が減り、コイル２の発熱を低減させることができる。更に、鍔部４ｂが周方向に等角度間隔に配置されるので、ロータを滑らかに回転させることができ、モータのトルク変動を低減させることができる。

その上、この実施形態では、分布巻きタイプのコイル２が使用されることから、同じ相のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの間に配置される第２ティース部４ａの起磁力が弱くなる傾向があり、ステータコア６の起磁力が不均一になるおそれがある。しかし、この実施形態のステータ１によれば、ステータコア６の半径方向内側にて、鍔部４ｂのない第１ティース部３ｂと鍔部４ｂを有する第２ティース部４ａが交互に円環状に配置され、それらティース部３ｂ，４ａの間にスロット部５が形成される。そして、各第２ティース部４ａの周方向両側に位置するスロット部５に対して同じ相のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃが収容される。すなわち、同じ相のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの間に鍔部４ｂを有する第２ティース部４ａが配置され、異なる相のコイル２Ａ〜２Ｃの間に鍔部４ｂのない第１ティース部３ｂが配置される。従って、同じ相のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの間に配置される第２ティース部４ａにつき、その先端と、ステータ１の内側に組み付けられるロータとの対向面積が、鍔部４ｂの分だけ増えて、その分だけ第２ティース部の起磁力が補われる。このため、この実施形態の複数の分割コア３，４を円環状に配置してなるステータコア６の径方向内側端に複数の鍔部４ｂを設けてなるステータ１につき、モータに使用した場合にモータのトルク変動をより確実に低減させることができる。つまり、径方向内側に複数の鍔部４ｂを有するステータコア６に、分布巻きタイプのコイル２を組み付けて使用しても、鍔部４ｂによるトルク変動の低減効果をより確実に得ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明のステータを具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

図５に、この実施形態のステータの一部を拡大して平断面図により示す。この実施形態では、スロット部５に設けられる絶縁紙７の構成の点で第１実施形態と異なる。すなわち、この実施形態では、図５に示すように、各スロット部５において、コイル２を内包するように絶縁紙７が折り曲げられて設けられる。絶縁紙７の２つの開放端部７ａ，７ｂは、各スロット部５の入口付近にて弾性を持ちながら互いに巻き重ねられる。その巻き重ね部位８が、第２ティース部４ａの鍔部４ｂに押さえ付けられて設けられる。図５に示すように、絶縁紙７の巻き重ね部位８の巻き重ね方向は、隣り合うスロット部５で互いに逆向きとなっている。すなわち、図５の向かって左側のスロット部５では、２つの開放端部７ａ，７ｂのうち、向かって左側の開放端部７ａが外側に配置され、図５の向かって右側のスロット部５では、２つの開放端部７ａ，７ｂのうち、向かって右側の開放端部７ａが外側に配置される。その他の構成は、第１実施形態のそれと基本的に同じである。

従って、この実施形態のステータによれば、各スロット部５において、コイル２を内包するように絶縁紙７が設けられるので、コイル２の絶縁性が確保される。また、コイル２が絶縁紙７の巻き重ね部位８の弾性により半径方向外側へ向けて押される。つまり、絶縁紙７の巻き重ね部位８をスロット部５の入口側に配置することで、コイル２をスロット部５の半径方向外側寄りに配置することができる。このため、このステータをモータに使用した場合に、コイル２とロータとの距離を拡げることができ、コイル２が受けるロータからの漏れ磁束の影響を低減することができ、コイル２の発熱を低減することができる。その他の作用効果は、第１実施形態のそれと基本的に同じである。

ここで、図６に、ロータとコイルとの距離とコイル発熱との関係をグラフにより示す。このグラフから明らかなように、コイルの発熱は、ロータとコイルとの距離を「１ｍｍ」から「２ｍｍ」に増やすだけで、コイルの発熱量が「１５０Ｗ」から「５０Ｗ」に減少し、優に半減することが分かる。従って、このグラフの結果からも明らかなように、絶縁紙７の巻き重ね部位８がコイル２をわずかに押すだけで、コイル２の発熱低減に十分な効果が得られることが分かる。

［第３実施形態］
次に、本発明のステータを具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図７に、この実施形態のステータの一部を拡大して平断面図により示す。この実施形態では、絶縁紙７の構造の点で第２実施形態と構成が異なる。すなわち、この実施形態では、図７に示すように、絶縁紙７の巻き重ね部位８が他の部位よりも肉厚に形成される。すなわち、絶縁紙７の巻き重ね部位８を構成する両開放端部７ａ，７ｂが、他の部位よりも肉厚に形成される。その他の構成は、第１及び第２の実施形態のそれと基本的に同じである。

従って、この実施形態のステータによれば、巻き重ね部位８が他の部位よりも肉厚に形成されるので、巻き重ね部位８の弾性が増し、コイル２が巻き重ね部位８により半径方向外側へ向けてより一層強く押される。このため、コイル２とロータとの距離をより大きく拡げることができ、その距離を長く保つことができる。この結果、コイル２の発熱低減の効果をより一層増大させ、その状態を長く保つことができる。その他の作用効果は、第１実施形態のそれと基本的に同じである。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

例えば、図１に示すステータ１につき、第１分割コア３と第２分割コア４のそれぞれの数は一例であり、これらの数はモータの大きさに応じて適宜変更することができる。

この発明は、例えば、電動車両等に使われるモータのステータとして利用することができる。

１ ステータ
２ コイル
３ 第１分割コア
３ａ 背部
３ｂ 第１ティース
４ 第２分割コア
４ａ 第２ティース部
４ｂ 鍔部
５ スロット部
６ ステータコア
７ 絶縁紙
７ａ 開放端部
７ｂ 開放端部
８ 巻き重ね部位

Claims (3)

1. 円環状をなし、半径方向内側に複数のティース部と複数のスロット部を含むステータコアと、
   前記ステータコアの前記複数のスロット部に収容された分布巻きタイプのコイルと
   を備えたステータであって、
   前記ステータコアは、複数の第１分割コアと複数の第２分割コアを交互に円環状に配置して形成されることと、
   前記各第１分割コアは、背部と、前記背部から半径方向へ延びる第１ティース部とにより平面視で略Ｔ形をなすことと、
   前記各第２分割コアは、半径方向へ延びる第２ティース部と、前記第２ティース部の半径方向内側端に位置する鍔部とにより平面視で略Ｉ形をなすことと、
   前記各第１ティース部と前記各第２ティース部との間に前記スロット部が形成されることと、
   前記各第２ティース部の周方向両側に位置する前記スロット部に対して前記分布巻きタイプのコイルのうち同じ相のコイルが収容されることと
   を備えたことを特徴とするステータ。
2. 前記各スロット部において、前記コイルを内包するように絶縁紙が折り曲げられて設けられ、前記絶縁紙の２つの開放端部が前記各スロット部の入口付近にて弾性を持ちながら互いに巻き重ねられ、その巻き重ね部位が前記鍔部に押さえ付けられたことを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記絶縁紙の前記巻き重ね部位が他の部位よりも肉厚に形成されたことを特徴とする請求項２に記載のステータ。

Images