JP2011211765A - 電動機及び電動機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
コイルの高い占積率を有し、生産性の向上と高効率化を図りながらも、小型・薄型の電動機及び該電動機の製造方法を提供する。
【解決手段】
ステータコア３１内の空間内に設けられ、コイルを保持する円環形状のボビン３２と、を備え、コイル３３はボビン３２に外外巻きで形成され、ボビン３２は弾性材で成形され、コイル保持部がステータコアの基部内側で押圧されて形成することにより、限られたスペース内にコイルを十分に巻き回すことができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、電動機とその製造方法に関するものである。

電動機は駆動源として種々の用途に用いられており、様々な製品の内部に組み込まれて使用されることが多い。例えば、送風機、冷凍空調用の圧縮機、さらには、自動車のパワーウィンドウやワイパー等のいわゆる補機類等にも用いられている。このように、製品内部に組み込まれる電動機に関しては、高効率化だけではなく、小型化（薄型化）あるいは組立性の向上が求められている。そして、高効率化、小型化、組立性の向上を図るためのロータあるいはステータの形状が検討されている。

特許文献１、特許文献２及び特許文献３には圧粉磁心を用いた多相クローティース型モータの組立性向上を図るための形状が開示されている。この例では、磁性粉を圧縮成形することで複雑な形状の爪磁極を得て、モータの高効率化を行っている。すなわち、複雑な形状のコアを用いて磁束の利用率の向上を図ることによって、空間の有効利用が可能となり、小型化や薄型化に寄与可能なものとなっている。

また、特許文献４〜６に示される先行技術が知られている。

特開2008-236978 特開2008-79384 特開2008-29142 特開2007-181303 特開2007-325373 特開2001-267171

圧粉磁心は磁性粉末に圧力をかけて押し固めて成型したものであり、任意の立体的な形状を作ることが容易なことから、モータ設計の自由度を向上させることができ、モータ内部の有効な空間利用が可能となる。

モータの高効率化を図るためには、上記のようなステータ形状の工夫に加え、コイルの巻き線数を増やし、かつ高い占積率を達成することが必要である。

巻線数を多くする方法としては、ボビンや巻線治具にコイルを整列巻線とする事が考えられる。しかし、前述のように占積率を向上させるならばボビンの厚みは最小限とすることが必要であり、ボビンの厚みを小さくして巻き線数を増加させると、巻線後にボビンの外縁部においてコイルの巻き崩れが起こるという問題が生じ得る。

また、占積率を向上させる方法としては、特許文献４に開示されているように、爪形クローティースモータに平角電線を巻線したコイルを用い、巻線スペース断面と略相似形状とすることでコイルの占積率を向上する方法がある。しかし、この方法は例えばモータの駆動電圧が高く、導体断面積を小さくする必要が生じた場合等には電線が薄くなり巻線作業が困難となる。また、巻線スペースの形状が略長方形以外の場合は電線の追加加工が必要となり生産性が低下するという問題がある。

特許文献５には、爪形磁極を有するモータにおいて巻線したコイルの内周側からの引き出し線を配線用の空間を通す事で、固定子コアの内部空間の一部を引き出し線が占有するのを防ぎ、コイルの占積率向上を向上する方法が開示されている。しかし、この方法では引き出し線を内径側へ突出しないように爪形磁極間を通す手間が発生する。

以上のように、薄型でかつ高効率モータを実現するには、限られたスペースの中に多くの巻線を行い、絶縁物の厚みやコイルの引き出し方法を工夫して高い占積率を達成する必要がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、爪形磁極を有するクローティース型モータにおいて、コイルの高い占積率を有し、生産性の向上と高効率化を図りながらも、小型・薄型の電動機及び該電動機の製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するに当って、圧粉磁心の形状に合わせたボビンにコイルの両端部が最外周側より引き出されるように巻線する構造として、さらに一対の圧粉磁心コアで挟み押圧することで、引き出し線による影響を無くし、限られたスペースを有効に活用するための手段を採用する。

すなわち、本発明の電動機は、一の成形体と他の成形体とが対抗して形成される円環形状のステータコアと、前記一の成形体と他の成形体との間であって前記ステータコアの内部の空間内に設けられ、コイルを保持する円環形状のボビンと、を備え、
前記コイルは前記ボビンに外外巻きで形成された円環形状コイルであり、
前記ボビンは弾性材で成形され、
コイル保持部がステータコアの基部内側で押圧されることを特徴とするものである。

また、上記の本発明において、より好ましい具体的態様は下記のとおりである。
（１）前記ボビンは絶縁材であること。
（２）前記ボビンは樹脂材を成形したものであること。
（３）対向する一対のステータコアを押圧した状態を保持しつつ、ステータコア外側を樹脂モールドしてステータが形成されること。
（４）前記コイルは、断面円形状コイルであること。
（５）対向する一対のステータコアを３組積み重ねて３相のステータが形成されること。
（６）前記ステータは対向する一対のステータコアを３組積み重ね押圧した状態を保持しつつ、ステータコア外側を樹脂モールドして形成されること。

また、本発明の電動機の製造方法は、次を特徴とする。すなわち、一の成形体と他の成形体とが対抗して形成される円環形状のステータコアと、前記一の成形体と他の成形体との間であって前記ステータコアの内部の空間内に設けられ、コイルを保持する円環形状の弾性変形可能なボビンと、を備えた電動機の製造方法であって、次の（１）〜（３）の工程を具備するものである。
（１）前記コイルは、巻線供給部から供給される銅線と、貯線治具が前記コイルを中心に公転することで巻き回されて外外巻きで形成されること。
（２）前記ボビンコイル保持部が、ステータコアの基部内側で押圧されること。
（３）前記ステータコアによって前記コイル保持部が押圧された状態で樹脂モールド成形されること。

本発明によれば、小型で、高効率のモータが提供可能となる。

モータ断面図 モータ分解図 ステータ分解図 １相ステータ分解図 外外巻線概略図 巻線ボビン形状図 装置FFU概略構造図

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は、本実施例のモータの断面図であり、図２は本実施例のモータの分解図である。本実施例のモータは、円筒状のステータ１４の中心にロータ２２が配置され、これらを上下のブラケット１３及び１５で挟み、両ブラケットをネジ２１等の固定具によって結合して構成されている。ロータ２２には回転力を出力する回転軸が固定されており、ブラケット１３及び１５に設けられる軸受１６によって回転軸が回転可能に保持されることで、ロータ２２が取り付けられる構造となっている。

ロータ２２はロータヨーク１７にマグネット１２を備えている。本実施例のロータヨーク１７は、ステータ１４の内周面に対向してマグネット１２が配置されており、ステータ１４に巻き回されたコイルからの回転磁界に伴ってロータ２２が回転し、回転軸２３を介して回転力が外部に出力される。

また、本実施例のブラケットはステータコアとは非接触であり、モールド樹脂１８を介してステータコアと結合される。樹脂モールド１８は少なくともステータコアのエッジ部を覆っており、特に欠けが生じやすいエッジ部分を保護し、製造時等、ステータコアの取扱い時の破損等を防ぐ機能も併せ持っている。

ステータ１４は、それぞれコイルが巻き回された単相ステータが３つ重ねられ（図３参照）、３層が重ねられた状態で樹脂モールド１８によって固定されて構成されている。３層が重ねられることで、電気角で１２０°の位相差を持つ三相電流が各コイルを流れる。それぞれの単相ステータが保持しているコイルを外部へ導くために、樹脂モールド１８にコイル引出し部が形成されている。また、三相のコイルを保持するそれぞれの単相ステータは、重ねられることでコア自身が相互に接触している。

図３はステータ分解図であり、樹脂モールドを行う前のコア形状を示す図である。ステータの構成は、リングコイル形状の銅線３３を有するボビン３２を対向するステータコア３１に挟まれたコアを三相分積層したものとなっている。すなわち、リード線の結線後に外周部がモールド成形されてステータ１４を構成し、このステータ１４の中心にマグネットが組み付けられたロータ２２が存在する位置関係となる。

ステータ１４の上下がブラケット１３及び１５で挟み込まれ、上述したようにネジ２１にて固定される。ロータ２２は、ブラケット１３及び１５に軸受１６にて回転自由に保持されている。

また、ネジ２１には導電性部材が用いられ、これによって、上下ブラケット１３及び１５は同電位となっている。また、導電性弾性体１１がステータ１４の表面に露出しているコア３１に粘着テープにて貼り付けされており、モータ組立時はブラケット１３と予圧をもって接触している。導電性弾性体１１によってステータ１４と上下ブラケット１３及び１５は同電位となっている。

図４はステータを構成する１相分のステータであり、圧粉磁心よりなるステータコア３１を２枚対向させ、その間にボビン３２に銅線を巻き回したコイル３３を挟んで構成している。

上記の構成において、樹脂製のボビン３２に巻き回されたコイル３３は、コア３１に挟み込まれることにより、絶縁されながらも小さいスペースに抑えられてコア３１間に格納されることになる。

次に、本実施例の巻線について説明する。図５は外外巻線の実施例を示す概略図である。図５に図示は省略するが、巻線に十分な銅線を供給するための巻線供給器が存在し、この巻線供給器から、銅線供給部５１を介して巻線が供給される。

まず、図５の上図に示すように、巻線供給部５１から銅線５４を引き出し、貯線治具５３を回転させることで貯線治具５３に銅線を巻き取る。このときの巻取り量は、後述するボビンへの巻線に十分な程度とする。

貯線治具５３に銅線が十分に巻き取られた状態において、巻線治具５２に設置されたボビン３２に対し、貯線治具５３と巻線供給部５１から供給される銅線をボビン３２に巻き溜める。すなわち、巻線治具５２に取付けたボビン３２を自転させることで銅線供給部５１から繰り出した銅線５４をボビン３２に巻き付け、これと同時に貯線治具５３をボビン３２を中心に公転及び自転させることで貯線治具５３から銅線５４を繰り出しボビン３２に巻き回す。

このようにボビン３２に巻線することにより、ボビン３２に巻き回される銅線は、その両端部がいずれも巻線部分の外側に位置することになる（外外巻線）。コイル一端部を内径側から引き出す場合に比較すると、押圧と樹脂モールドを同時に行う場合に起こり得るコイルの損傷が抑えられ製造工程での不具合の発生を抑えることができる。

図６は巻線ボビン形状図であり、上述のように巻線を施した後のボビン３２と巻線の断面形状を示すものである。本実施例は絶縁の確保に必要で最小限の厚みのボビン３２に巻線するために、図６の左図に示すようにボビン３２の外径側に向かって幅が広がっている（既に述べたようにボビン３２は薄肉の樹脂製であり、巻線量が多いと外縁部が外側に広がるように変形する弾性材としている。）。

しかし後の工程においてステータコア３１により挟み込み押圧することにより（図６の右図参照）、巻線を限られたスペースに収めることができる。このような工程を実施することでボビン３２を絶縁物として最小限な厚みにすることができるため、資源の有効利用にも繋がる。

また銅線は絶縁皮膜を破壊しない程度の押圧成形は可能であるため、平角電線を使用する場合に比べて丸断面の銅線を用いても、ボビン内側の形状と銅線径の組合せに依らない巻線が行える。またステータコア３１とボビン３２の形状を合わせることで高い占積率を達成することが可能である。

図７は、上述の実施例で示したモータ６１を用いた一例を示す図であり、この例ではファンフィルタユニット（ＦＦＵ）を示している。モータ６１の回転軸にはファン６３が取付けられており、フィルタ６４と共に筐体６２に収められて、ＦＦＵを構成している。筐体６２は上方に開口部を有しており、ファン６３が回転することによって開口部から空気が取り込まれる。すなわち、ファン６３の回転によって図中の上部から空気が吸い込まれ、ファン６３の下方に取付けられたフィルタ６４を通過する。

したがって、フィルタ２３を通過する際に空気がろ過され、フィルタ６４の下流側（図中の下部）へは清浄な空気として排出される。ＦＦＵの運転中は、クリーンルーム内に塵埃等が除去された空気を供給し続け、クリーンルーム内を清浄に保つことが出来る。

本実施形態のＦＦＵは、クリーンルーム天井あるいは半導体製造装置等に取付けられるため、薄型化の要求が強い。ＦＦＵは、筐体６２にフィルタ６４、モータ６１、ファン６３が取付けられるため、モータ６１の小型化を図ることにより、ＦＦＵとしても薄型化が可能となる。

上記の本発明の実施例によれば、巻線したコイルを内径側から引き出す場合に比べて押圧と樹脂モールドを同時に行う場合に起こり得るコイルの損傷が抑えられ製造工程での不具合の発生を抑えることができる。

また、絶縁の確保に必要で最小限な厚みのボビンに巻線できるため、資源の有効利用にも繋がるだけでなく、モータの薄型化が可能となる。

さらに、平角電線を使用する場合に比べて丸断面の銅線をボビン内側の形状によらず巻線できるため、圧粉磁心とボビンの形状を合わせることで高い占積率を達成することが可能である。

11…導電性弾性体、12…ロータマグネット、13…ブラケット（上）、14…ステータ、15…ブラケット（下）、16…軸受、17…ロータヨーク、18…モールド樹脂、21…ネジ、22…ロータ、31…コア、32…ボビン、33…コイル、51…線材供給部、52…巻線治具、53…貯線治具、54…銅線、61…モータ、62…ファンフィルタユニット筐体、63…ファン、64…フィルタ。

Claims (8)

1. 一の成形体と他の成形体とが対抗して形成される円環形状のステータコアと、
   前記一の成形体と他の成形体との間であって前記ステータコアの内部の空間内に設けられ、コイルを保持する円環形状のボビンと、を備え、
   前記コイルは前記ボビンに外外巻きで形成された円環形状コイルであり、
   前記ボビンは弾性材で成形され、
   コイル保持部がステータコアの基部内側で押圧されることを特徴とする電動機。
2. 請求項１記載の電動機において、前記ボビンは絶縁材であることを特徴とする電動機。
3. 請求項２記載の電動機において、前記ボビンは樹脂材を成形したものであることを特徴とする電動機。
4. 請求項１記載の電動機において、対向する一対のステータコアを押圧した状態を保持しつつ、ステータコア外側を樹脂モールドしてステータが形成されることを特徴とする電動機。
5. 請求項１記載の電動機において、前記コイルは、断面円形状コイルであることを特徴とする電動機。
6. 請求項１記載の電動機において、対向する一対のステータコアを３組積み重ねて３相のステータが形成されることを特徴とする電動機。
7. 請求項６記載の電動機において、前記ステータは対向する一対のステータコアを３組積み重ね押圧した状態を保持しつつ、ステータコア外側を樹脂モールドして形成されることを特徴とする電動機。
8. 一の成形体と他の成形体とが対抗して形成される円環形状のステータコアと、
   前記一の成形体と他の成形体との間であって前記ステータコアの内部の空間内に設けられ、コイルを保持する円環形状の弾性変形可能なボビンと、を備えた電動機の製造方法であって、
   前記コイルは、巻線供給部から供給される銅線と、貯線治具が前記コイルを中心に公転することで巻き回されて外外巻きで形成され、
   前記ボビンコイル保持部が、ステータコアの基部内側で押圧され、
   前記ステータコアによって前記コイル保持部が押圧された状態で樹脂モールド成形されることを特徴とする電動機の製造方法。

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