JP2012023861A - 電機子鉄心とモータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータを構成する電機子のバックヨーク部とティース部の構造に関する。この発明は、ティース部の材料歩留まりを向上させるとともに、ティース鉄心片同士の連結にカシメを避けることで鉄損を低減させることを目的にする。
【解決手段】モータは、複数個の分割鉄心が環状に配列されている電機子鉄心と、分割鉄心に配置されたコイルと、電機子鉄心の中空部に配設された回転子とを備えている。分割鉄心は、複数枚の切断された板材が積層されてなるバックヨーク部と、切断された板材を複数層にわたって折曲げ成形されてなるティース部とを有しており、ティース部の折曲げ成形部は、バックヨーク部の周方向と交差している。
【選択図】 図３

Description

この発明は、モータの電機子に関わり、特に電機子を構成するバックヨーク部とティース部の構造に関するものである。

モータの電機子構造に対しては、原価低減のために、材料の歩留りを向上させる技術への要求が高い。例えば、特許文献１に記載されている発明では、電機子の鉄心をバックヨーク部とティース部に分割した構成とすることで、材料の歩留り向上を図っている。

特許３１３７５１０号公報（第３頁−第４頁、図１−図５）

一般にステータ（固定子）のティース部においては、その内径側先端にティース先端から両サイドに突出する突起状のティース先端シュー部が設けられている。特許文献１に開示された、分割積層鉄心の構成においては、磁束の向きと方向性電磁鋼板の向きを揃えることで鉄損の低減を図っている。しかし、ティース先端シュー部を構成するために分割積層鉄心に材料ロスが発生する。また、積層された鉄心片同士をカシメによって連結固定する方法を採っているため、鉄損が増大する。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ティース部の材料歩留まりを向上させるとともに、ティース鉄心片同士の連結にカシメを避けることで鉄損を低減させることを目的にするものである。

この発明に係る電機子鉄心は、モータの固定子に使われるもので、複数個の分割鉄心が環状に配列されている。分割鉄心は、複数枚の切断された板材が積層されてなるバックヨーク部と、切断された板材を複数層にわたって折曲げ成形されてなるティース部とを有しており、ティース部の折曲げ成形部は、バックヨーク部の周方向と交差している。

この発明に係るモータの電機子構造によれば、ティース鉄心片をカシメ連結することで発生していた鉄損が低減するとともに、短冊形状の板材からティース部を構成することで材料歩留りを向上させることができる。また、ティース部がティース鉄心片を折曲げ成形することによって形成されているため、ティース鉄心片は一体化されている。その結果、製造工程において電機子の取扱いが容易になり生産性が向上する。

本発明にかかわるモータの概略構成を示す正面断面図（ａ）と側面断面図（ｂ）である。 この発明に係るモータの電機子鉄心の全体構造を示す斜視図である。 図２に示した電機子鉄心の一部を拡大表示した斜視図である。 この発明の実施の形態１に関わる分割鉄心を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に関わるティース部の構造を示す図である。 この発明の実施の形態２に関わる分割鉄心を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３に関わる分割鉄心を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４に関わる分割鉄心を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５に関わる分割鉄心を示す斜視図である。 この発明の実施の形態６に関わる分割鉄心を示す斜視図である。 この発明の実施の形態７に関わる分割鉄心を示す斜視図である。 この発明の実施の形態７に関わる分割鉄心を示す斜視図であり、分割鉄心が環状に連結されていることを示している。 この発明の実施の形態８に関わる分割鉄心を示す斜視図である。 この発明の実施の形態９に関わる分割鉄心を示す斜視図であり、バックヨーク部とティース部と樹脂固定枠の構造を示している。 この発明の実施の形態９に関わる分割鉄心を示す斜視図であり、バックヨーク部とティース部が樹脂固定枠で一体化された状態を示している。 この発明の実施の形態１０に関わる分割鉄心を示す斜視図である。

実施の形態１．
実施の形態１を図１〜図５に基づいて説明する。図１（ａ）はモータの概略断面構成を表す正面図、図１（ｂ）はモータの概略断面構成を表す側面図である。インナーロータ型のモータ１は、中空状の電機子２と、電機子２の中空部に配設された回転子３と、電機子２と回転子３を収容する円筒状のフレーム４から構成されている。電機子（固定子）２は、磁性材料からなる中空状の電機子鉄心５と、巻き線から形成された複数のコイル６から構成されている。ここでは電機子鉄心５に９個のコイル６が取り付けられている。回転子３は金属製の回転子シャフト７と、永久磁石が結合された回転子連結材８から構成されている。回転子３は、コイル６に電流を流して電機子２を励磁するに伴い回転を始める。

図２は電機子鉄心５の全体構造を示す斜視図である。電機子鉄心５は、複数のＴ字状の分割鉄心２０がおおよそ環状（円筒形）に配列されたものである。分割鉄心２０は、外周に配置された円弧状或は弦状のバックヨーク部１１と、バックヨーク部１１から内径方向に突出したティース部１２から構成されている。バックヨーク部１１の両端部は、溶接、焼嵌め・圧入、一体成型（モールド）等で互いに連結されている。ここでは、電機子鉄心５は１２個の分割鉄心２０から構成されている。

図３は電機子鉄心５の一部を拡大して示した斜視図である。バックヨーク部１１の内径側の側壁部には、嵌合部１１ｂが設けられている。ティース部１２は、１枚の鉄心片を折曲げ成形することで得られる。ティース部１２の径方向先端（内周側）には、左右（周方向）に、折り広げられたティース先端シュー部１２ｂが設けられている。ティース部１２の外周側は、バックヨーク部１１の嵌合部１１ｂに挿入されている。バックヨーク部１１とティース部１２とで囲まれた空間をスロット１３と呼ぶ。それぞれのスロット１３にはコイル６が収納される（図１参照）。

図４は分割鉄心２０の構造を示す斜視図である。バックヨーク部１１は略短冊状の板材からなるバックヨーク鉄心片１１ａを電機子鉄心５の軸方向Ｉに積層配列したものである。それぞれのバックヨーク鉄心片１１ａには内周側の中央部に凹状の窪みが設けられている。この窪みはバックヨーク鉄心片１１ａを積層することで、幅Ｗｉを有する嵌合部１１ｂを形成する。ティース部１２は略短冊状のティース鉄心片１２ａを折曲げ成形によって積層配列したもので、嵌合部１１ｂに挿入されることでバックヨーク鉄心片１１と連結固定されている。

バックヨーク鉄心片１１ａとティース鉄心片１２ａは金型プレス機を用いて電磁鋼板より打ち抜くことで得られる。ティース部１２に巻線（コイル）を巻きまわす工程では、ティース部１２をバックヨーク部１１に連結固定してから、単体の分割鉄心に対し行なう。ティース部１２の各層は、バックヨーク部１１の板材（バックヨーク鉄心片１１ａ）と直交（または交差）する向きに、積層されている。

図５は、ティース部の形態を示している。ティース部１２は、一枚のティース鉄心片１２ａを、折曲げ成形によって、積層配列したものである。ここではティース部１２は１４層（７段）に積層されている。歯幅Ｗはティース部１２の周方向（Ｈ方向）の厚みを指す。ティース部１２には、丸みを帯びた２箇所の折曲げ成形部１２ｃと、プレス加工の跡が残る２箇所の切断端１２ｄが存在する。バックヨーク部１１の嵌合部１１ｂには、切断端１２ｄの片側が挿入される。折曲げ成形部１２ｃと切断端１２ｄは直交している。ティース部１２の折曲げ成形部１２ｃは、バックヨーク部１２の長手方向（周方向Ｈ）と直交（または交差）している。

ティース部１２は、内周側の切断端１２ｄが、電機子鉄心５の周方向（Ｈ方向）に向かって、両側に折り広げられている。ここでは、ティース部１２の右側の３層と左側の３層は、内周側の切断端１２ｄが、それぞれ外に向かって折り広げられていて、２箇所のティース先端シュー部１２ｂを形成している。中央の８層は、左側の３層と右側の３層に比べると、ティース先端シュー部１２ｂが無い分、短くなっている。ティース先端シュー部１２ｂはティース鉄心片１２ａの一端を板面に対して所定の角度になるように折曲げ成形することによって形成される。ティース先端シュー部１２ｂになる折曲げ成形部１２ｃには折曲げ成形を容易にするために折曲げ部に切込みが入れられている。

ティース部１２の各層はバックヨーク部１１の板材（バックヨーク鉄心片１１ａ）と直交している。嵌合部１１ｂはバックヨーク部１１とティース部１２の位置決めを行なう。嵌合部１１ｂの幅Ｗｉは部１２の歯幅Ｗに合せてある。歩留り向上を考えた場合には位置決めに用いるバックヨーク部１１の切欠きは小さいほど優れているが、バックヨーク部１１とティース部１２の位置決め安定性やティース部１２の外径側端面（切断端１２ｄ）とバックヨーク部の切欠きの密着性を考えた場合には、ティース部１２の外径側端面がフラットであることが望ましい。ティース部１２は折曲げられているため、スプリングバックがあり、周方向Ｈに弾性を備えている。

ティース部１２の歯幅Ｗは、ティース鉄心片１２ａの折曲げ回数を変更することで調整できる。従来のように、電機子鉄心の軸方向Ｉにティース鉄心片を積層配列させる構成と比較して電機子鉄心を構成する際の自由度が高い。例えば、廉価機種でコイルの巻数を調整する際にはコイルの巻数に合わせてティース部１２の歯幅Ｗをパラメータにできるようになる。

ティース鉄心片をカシメによって連結固定する方法が行なわれてきた。カシメ連結では、ティース中央部にダボと呼ばれる凹凸部が設けられた鉄心片を積層時に圧入嵌合させる。カシメ部のダボ成形工程では、電磁鋼板表面に施された絶縁処理膜が破れる。絶縁処理膜が破れたダボを積層方向に重ねて圧入することで、積層された鉄心片間を渦電流が流れ得る。この結果、板厚が見かけ上厚くなることになり、その近傍において渦電流の渦の大きさも大きくなる。今回の折曲げ方式においては、カシメを施さないため板厚以上に渦電流の渦の大きさが大きくなることはなく、鉄損で有利になる。

ティース鉄心片１２ａは電磁鋼板を金型プレス機で打ち抜くことで得られる。ダボが設けられたティース鉄心片を打ち抜く際には、ティース鉄心片がバラバラになり取り回しが不便である。本願では、ティース鉄心片１２ａは一体物であり、かつ、折曲げ成形にてティース部１２を構成することにより取り回しが容易になる。

実施の形態１によれば、バックヨーク部１１は、短冊状の板材からなるバックヨーク鉄心片１１ａを積層配列して構成し、ティース部１２は、短冊状の板材からなるティース鉄心片１２ａを折曲げ成形で積層配列して構成するようにしたことによって、カシメによる鉄損増大を避けることができ、またティース先端シュー部１２ｂも折曲げ成形で構成するようにしたことによって、材料の歩留まりを向上させることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に関わる分割鉄心の構造を図６に示す斜視図に基づいて説明する。モータ１のトルクリップルが問題にならないケースにおいては、ティース先端シュー部１２ｂを形成せずにティース鉄心片１２ａをストレート形状のままにすることで工程の簡素化、材料歩留りの向上を図ることができる。複数の分割鉄心２０を円筒形に配置することによって、径方向円筒中心向きに突出した複数のティース部１２を有する電機子鉄心５が形成される。

実施の形態３．
図７は、この発明に係るモータの分割鉄心の実施の形態３を示す斜視図である。実施の形態３では、周方向Ｈに折曲げ成形によって積層配列したティース部１２において、その折曲げ成形部１２ｃの高さを山形に変化させた構成としている。図７の例では、７段（１４層）のティース片の内、外側から内側に向かってティース片の高さが高くなり、右側から４段目（或は左側から４段目）のティース片の高さが最も高くなっている。ティース片の板幅が山形に変化することにより、スプリングバックによって膨らむ傾向にある折曲げ成形部１２ｃが周方向Ｈに並んでティース幅Wが厚くなることを避けることができる。

実施の形態３によれば、折曲げ成形部１２ｃの高さを山形に変化させることでティース幅の膨らみを抑えることができる。また、ティース部１２の垂直断面が略楕円形状となることで、コイルの巻線工程においてティース部１２のコーナ部（折曲げ成形部１２ｃ）でコイルが倣い易くなりコイルの密着性を向上させることができる。

実施の形態４．
図８は、この発明に係るモータの電機子鉄心に用いられる分割鉄心の実施の形態４を示す斜視図である。ティース先端シュー部１２ｂを形成せずにティース部１２をストレート形状のままにすることで工程の簡素化、材料歩留りの向上を図ることができる。この実施の形態４では、周方向Ｈに折曲げ成形によって積層配列したティース部１２において、その折曲げ成形部１２ｃの高さを山形に変化させた構成としている。板幅が山形に変化することにより、スプリングバックによって膨らむ傾向にある折曲げ成形部１２ｃが周方向Ｈに並んでティース幅Wが厚くなることを避けることができる。

この実施の形態４によれば、折曲げ成形部１２ｃの高さを山形に変化させることでティース幅の膨らみを抑えることができる。また、ティース部１２の垂直断面が略楕円形状となることで、コイルの巻線工程においてティース部１２のコーナ部（折曲げ成形部１２ｃ）でコイルが倣い易くなりコイルの密着性を向上させることができる。

実施の形態５．
図９は、この発明に係るモータの電機子鉄心に用いられる分割鉄心の実施の形態５を示す斜視図である。実施の形態５は、実施の形態３と同様にティース部１２の折曲げ成形部の高さを変化させるとともに、その折曲げ成形部１２ｃの高さを段違いに変化させた構成としている。図９の例では、７段（１４層）のティース片は、左側から右（内）側に向かって、低・高・低・高・低・高・低の順で並んでいる。

実施の形態５によれば、ティース部１２の垂直断面の周長を短く維持しつつ、隣接する折曲げ成形部１２ｃ同士が重なることを避けることができる。コイルの巻線工程においてコイルの密着性よりも効率の向上が求められるときにコイルの周長短縮から銅損の低減を図ることができる。

実施の形態６．
図１０は、この発明に係るモータの電機子鉄心に用いられる分割鉄心の実施の形態６を示す斜視図である。実施の形態５と同様にティース部１２の折曲げ成形部の高さを変化させるとともに、その折曲げ成形部１２ｃの高さを段違いに変化させた構成としている。実施の形態５に比較して、ティース先端シュー部１２ｂを形成せずにティース部１２をストレート形状のままにすることで工程の簡素化、材料歩留りの向上を図ることができる。

実施の形態６によれば、ティース部１２の垂直断面の周長を短く維持しつつ、隣接する折曲げ成形部１２ｃ同士が重なることを避けることができる。コイルの巻線工程においてコイルの密着性よりも効率の向上が求められるときにコイルの周長短縮から銅損の低減を図ることができる。

実施の形態７．
図１１と図１２は、この発明に係るモータの電機子に用いられる電機子鉄心の実施の形態７を示す斜視図である。図１１に示すように、隣接するバックヨーク部１１はそれぞれの周方向両端が薄肉連結部１１ｃで連結されている。薄肉連結部１１ｃはバックヨーク部１１の外周側に設けられている。薄肉連結部１１ｃによって各バックヨーク部１１がバラバラになることがなく、また、互いに位置決めする必要もないため製造時の取扱い性が向上するとともに品質確保が容易になる。

図１２は、バックヨーク部が円環状に配列成形した状態を示している。各バックヨーク部１１は薄肉連結部１１ｃを支点にして山折りにされている。バックヨーク部１１の外周側は直線状であるため、電機子鉄心５の外周は多角形になる。モータの電機子製造工程において取りまわしを容易にしつつ、円環状のバックヨーク部１１を略短冊状の板材から成形することで材料歩留りをも向上させることができる。コイルの配設は、図１１の状態で行なうとよい。

実施の形態８．
図１３は、この発明に関わるモータの電機子に用いられる電機子鉄心の実施の形態８を示す斜視図である。実施の形態７のようにバックヨーク部１１を薄肉連結部１１ｃで連結させるとともに、薄肉連結部１１ｃで各バックヨーク部１１を折曲げて円環状に配列成形したときに、バックヨーク部１１の外形が円形となる構成としている。

実施の形態８によれば、バックヨーク部１１の外周面は外側に凸の曲率形状である。このようなバックヨーク部１１の形状とすることによって、バックヨーク部１１の径方向厚さが厚くなり磁気抵抗が低減されるとともに、例えば、円筒型のフレームに焼嵌めや圧入することでモータの電機子形状を安定化させることができる。

実施の形態９．
この発明に係るモータの電機子は、そのティース部１２を構成するティース鉄心片１２ａ同士を折曲げ成形によって連結固定することに特徴を有しており、バックヨーク部１１とティース部１２との連結部構成は問わない。実施の形態１〜８では、バックヨーク部１１の嵌合部１１ｂにティース部１２を嵌合挿入しているが、樹脂材料による一体成型等によってバックヨーク部１１とティース部１２とが連結固定される際には特にバックヨーク部１１に切り欠きを設けることに制約を置かないことはいうまでもない。

図１４は、実施の形態９に関わる分割鉄心の構成を表している。バックヨーク部１１とティース部１２は樹脂固定枠２１により一体化される。ここではバックヨーク部１１に嵌合部１１ｂが設けられていない。樹脂固定枠２１は上下に分割できるようになっていても良い。ティース部１２は、樹脂固定枠２１に挿入される。図１５は、樹脂固定枠２１により一体化された分割鉄心２０の全体構成を示す斜視図である。コイルは、樹脂固定枠２１に配設される。

実施の形態１０．
図１６は、実施の形態１０に関わる分割鉄心の構成を表している。バックヨーク鉄心片１１ａの積層方向とティース部１２の積層方向が一致している。ここでもティース部１２の折曲げ成形部１２ｃは、バックヨーク部１２の長手方向（周方向Ｈ）と交差している。ティース先端シュー部１２ｂを設けることには不向きであるが、カシメ連結する場合に比べ、鉄損を低減することができる。

この発明に係るモータは、汎用三相誘導機などのモータに広く利用可能であり、特に空調機のファンモータ等に有効に利用することができる。

１１ バックヨーク部、１１ａ バックヨーク鉄心片、１１ｂ 嵌合部、１１ｃ 薄肉連結部、１２ ティース部、１２ａ ティース鉄心片、１２ｂ ティース先端シュー部、１２ｃ 折曲げ成形部、２０ 分割鉄心、２１ 樹脂固定枠、Ｈ 周方向、Ｉ 軸方向、Ｗ 歯幅

Claims (12)

1. 複数個の分割鉄心が環状に配列されている電機子鉄心において、
   分割鉄心は、複数枚の切断された板材が積層されてなるバックヨーク部と、切断された板材を複数層にわたって折曲げ成形されてなるティース部とを有しており、ティース部の折曲げ成形部は、バックヨーク部の周方向と交差していることを特徴とする電機子鉄心。
2. ティース部の各層は、バックヨーク部の内周側に設けられた嵌合部に挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の電機子鉄心。
3. ティース部の各層は、バックヨーク部の板材と交差する向きに、積層されていることを特徴とする請求項２に記載の電機子鉄心。
4. ティース部の各層は、バックヨーク部の板材と同じ向きに、積層されていることを特徴とする請求項１に記載の電機子鉄心。
5. ティース部は、内周側の切断端が、電機子鉄心の周方向に向かって、両側に折り広げられていることを特徴とする請求項３に記載の電機子鉄心。
6. ティース部の折曲げ成形部は、中央部が最も高い山形に配列されていることを特徴とする請求項３に記載の電機子鉄心。
7. ティース部の折曲げ成形部は、隣接する折曲げ成形部と段違いに高さが配列されていることを特徴とする請求項３に記載の電機子鉄心。
8. 分割鉄心は、バックヨーク部の両端に形成された薄肉部を介して互いに連結されていることを特徴とする請求項３に記載の電機子鉄心。
9. バックヨーク部は、外周側が直線状であることを特徴とする請求項３に記載の電機子鉄心。
10. バックヨーク部は、外周側が円弧状に膨れていることを特徴とする請求項３に記載の電機子鉄心。
11. バックヨーク部とティース部が樹脂製の固定枠で連結されていることを特徴とする請求項４に記載の電機子鉄心。
12. 複数個の分割鉄心が環状に配列されている電機子鉄心と、分割鉄心に配置されたコイルと、電機子鉄心の中空部に配設された回転子とを備えたモータにおいて、
    分割鉄心は、複数枚の切断された板材が積層されてなるバックヨーク部と、切断された板材を複数層にわたって折曲げ成形されてなるティース部とを有しており、ティース部の折曲げ成形部は、バックヨーク部の周方向と交差していることを特徴とするモータ。

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