JP2012130150A - 電動モータの固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子コアの磁極ティースに巻き線するにあたって、従来固定子コアを展開して巻き線を行う技術が提供されていたが、特に２極の固定子の場合巻き線スペースの曲率が大きいことから依然として十分な巻き線を行うことが困難であった。本発明では、曲率の大きな巻き線スペースに対しても十分な量の巻き線を高密度で行えるようにするとともに、巻き線後における固定子の精度を高める。
【解決手段】円環形の固定子コアが磁極ティース１１毎に左右二つの分割コア１３Ｌ，１３Ｒに分割され、さらにそれぞれが磁極ティース１１を二分する状態で二つの分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ（１３ＲＵ，１３ＲＤ）に分割されており、この二つの分割ティースの巻き線スペース１１ｂ，１１ｂ間に跨って巻き線Ｍを行う。巻き線Ｍ後に、二つの分割ティースを結合し、さらに分割コア１３Ｌ，１３Ｒを相互に結合して円環形の固定子１を得る。
【選択図】図５

Description

この発明は、例えば電動工具の駆動源として内装される電動モータの固定子に関するもので、特にその巻き線構造に関する。

下記の特許文献には、積層構造の固定子コアを磁極ティース毎に複数の分割コアに分割し、各分割コアを薄肉ヒンジ部を経て展開させた状態で磁極ティース回りに巻き線し、巻き線した分割コアを薄肉ヒンジ部を経て円弧形状に戻し、これを相互に結合して円環形の固定子を得る技術が開示されている。係る展開巻き線式の固定子若しくは巻き線方法によれば、磁極ティース両側の巻き線スペースを円弧形に湾曲した状態ではなく直線状態に展開した状態で巻き線することができるので、特に２極の固定子であって大きな曲率で湾曲する巻き線スペースに対して十分な量の巻き線を高密度で行うことができるようになる。

国際公開第２００８／０７２４４３号パンフレット

しかしながら、上記従来の巻き線構造によれば、分割コアを薄肉ヒンジ部を経て展開した状態で巻き線し、巻き線後にこれを再び薄肉ヒンジ部を経て湾曲形状に戻す工程を経ることから、薄肉ヒンジ部での２回の曲げ工程を行うこととなり、その結果湾曲形状に戻した時点での分割コアの精度が必ずしも正確に復元されるとは限らず（駄肉のばらつき）、場合によってはその後に分割コア相互を結合する工程でその端部相互が位置ずれして精度よく結合できないといった支障を来す場合があった。薄肉ヒンジ部をより薄肉化すれば、湾曲形状に戻した時点で寸法精度の修正を行うことができるようになるが、これでは薄肉ヒンジ部の耐久性が低下する。
そこで、本発明は、分割コアの巻き線スペースを直線状態に展開した状態で巻き線する展開巻き線方式により十分かつ高密度の巻き線を行うことができるとともに、巻き線後に分割コア相互の結合が精度よくなされるようにすることを目的とする。

上記の課題は下記の発明により解決される。
第１の発明は、円環形の固定子コアが磁極ティース毎に周方向に複数の分割コアに分割されており、各分割コアが磁極ティースを周方向に二分する状態で二つの分割ティースに分割されており、この二つの分割ティースの巻き線スペース間に跨って巻き線されて二つの分割ティースが結合され、かつ分割コアが相互に結合された構成とした固定子である。
また、第６の発明は、円環形の固定子コアを磁極ティース毎に周方向に複数の分割コアに分割し、各分割コアを磁極ティースを周方向に二分する状態で二つの分割ティースに分割し、この二つの分割ティースの巻き線スペースを相互に同一直線上に沿わせた直列状態に保持して両巻き線スペース間に跨って巻き線し、その後この二つの分割ティースを相互に結合し、さらに複数の分割コアを相互に結合して円環形の固定子を得る方法である。
第１の発明又は第６の発明によれば、各磁極ティース両側の巻き線スペースを相互に同一直線上に保持するために、各分割コアがさらに二つの磁極ティースに二分されて巻き線後に改めて相互に結合する構成であり、従来の薄肉ヒンジ部を介して展開し、巻き線後に円弧形状に復元する構成ではないので、分割コアでの精度が復元されないといった問題はなく、当該二つの磁極ティースを巻き線後に位置調整しながら精度よく結合することができ、従って複数の分割コアを精度よく結合して高精度の固定子を得ることができる。
第２の発明は、第１の発明において、二つの分割ティースが相互に直接結合された固定子である。第２の発明によれば、巻き線後に二つの分割ティースを結合して一つの分割コアとする段階で別部材を用いることなく、当該二つの分割ティースの端部相互が直接結合される構成であるので、別部材を用いる構成に比して結合作業の簡略化、部品点数の削減、低コスト化を図ることができる。
第３の発明は、第１の発明において、二つの分割ティースがティース結合部材を介して相互に結合された固定子である。第３の発明によれば、巻き線後に二つの分割ティースが、別途用意したティース結合部材を介して相互に結合される。ティース結合部材を介在させることにより二つの分割ティースを一層高精度に結合することができる。
第４の発明は、第１〜第３の何れか一つの発明において、複数の分割コアの端部相互が直接結合された固定子である。第４の発明によれば、巻き線後に複数の分割コアを相互に結合して円環形状の固定子とする段階で別部材を用いることなく、当該複数の分割コアの端部相互が直接結合される構成であるので、別部材を用いる構成に比して結合作業の簡略化、部品点数の削減、低コスト化を図ることができる。
第５の発明は、第１〜第３の何れか一つの発明において、複数の分割コアの端部相互がコア結合部材を介して相互に結合された固定子である。第５の発明によれば、巻き線後に複数の分割コアが、別途用意したコア結合部材を介して相互に結合される。コア結合部材を介在させることにより複数の分割コアを一層高精度に結合することができる。

本発明の第１実施形態に係る固定子の平面図である。 第１実施形態に係る固定子の固定子コアの平面図である。 第１実施形態に係る固定子コアの分割状態を示す平面図である。本図において、上段は円環形状に結合された状態、中段は左右二つの分割コアに分割された状態、下段は両分割コアがそれぞれ上下二つの分割ティースに分割された状態を示している。 二つの分割ティースに対する巻き線工程を示す図である。 巻き線後に分割ティースを結合し、これを分割コアに結合して一つの固定子とする結合状態を示す平面図である。本図において、上段は二つの分割ティース間に巻き線した後であって相互に結合する前の状態、中段は二つの分割ティースを相互に結合した状態、下段は左右二つの分割コアを相互に結合した状態であって図１に示す状態と同じ状態を示している。 第２実施形態の固定子に用いられる分割コアの平面図である。 第３実施形態の固定子に用いられる分割コアの平面図である。

次に、本発明の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。以下説明する実施形態では、電動モータの固定子の一例として対向する２つの磁極ティースを有する２極の固定子を例示する。第１実施形態の固定子１が図１に示されている。図２は、この固定子１の巻き線前の状態であって、固定子コア１０を示している。この固定子コア１０は、モータ軸線方向から見て（平面的に見て）概ね円環形状を有するもので、磁極ティースへの巻き線後その内周側に回転子Ｒが配置される。この固定子コア１０は、プレス打ち抜きにより製作した複数の鋼板を積層して一体化したもので、その内周側に相互に対向する２つの磁極ティース１１，１１を備えている。
図２及び図３の上段に示すように第１実施形態に係る固定子コア１０は、図３の中段に示すように両磁極ティース１１，１１の両側から周方向に延びる円環部１２，１２のほぼ中央において左右二つの半円弧形状をなす分割コア１３Ｌと分割コア１３Ｒに分割可能な状態で製作（プレス打ち抜き）されている。
両分割コア１３Ｌ，１３Ｒのそれぞれの両端部の一方にはＶ字形の結合凹部１３ａが形成され、他方には山形の結合凸部１３ｂが形成されている。図３の中段において左側の分割コア１３Ｌの上端部と右側の分割コア１３Ｒの下端部にそれぞれ結合凸部１３ｂが形成され、左側の分割コア１３Ｌの下端部と右側の分割コア１３Ｒの上端部にそれぞれ結合凹部１３ａが形成されている。このため、一方の分割コア１３Ｌ（１３Ｒ）の結合凹部１３ａに他方の分割コア１３Ｒ（１３Ｌ）の結合凸部１３ｂを嵌め込む状態で両分割コア１３Ｌ、１３Ｒを相互に突き合わせることにより、当該両分割コア１３Ｌ，１３Ｒが相互に径方向（図２，３において上下方向）に位置決めされた状態で結合されるようになっている。
両分割コア１３Ｌ，１３Ｒのそれぞれの周方向中央の内面側に磁極ティース１１が位置している。磁極ティース１１の基部両側に、円弧形に湾曲する巻き線スペース１１ｂ，１１ｂが設けられている。図において左側の分割コア１３Ｌと右側の分割コア１３Ｒは、回転子Ｒの回転中心に対して点対称の形状を備えている。

図３の下段に示すようにこの二つに分割された左側の分割コア１３Ｌと右側の分割コア１３Ｒは、それぞれ磁極ティース１１の周方向中央に設定した分割端部１１ｃをさらに上下に二つの分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ，１３ＲＵ，１３ＲＤに分割可能な状態で製作（プレス打ち抜き）されている。
左右に二分された左側の分割コア１３Ｌと右側の分割コア１３Ｒがそれぞれ分割端部１１ｃでさらに上下に二つの分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ，１３ＲＵ，１３ＲＤに分割され、結果的に一つの円環形の固定子コア１０がその周方向に四分割されることにより、二つの磁極ティース１１，１１がそれぞれ上下に二つのティース半割り部１１ａ，１１ａに分割されている。合計四つに分割されたティース半割り部１１ａ〜１１ａについてそれぞれ一つの巻き線スペース１１ｂが配置された状態となっている。
一つの固定子コア１０がその周方向に二つの分割コア１３Ｌ，１３Ｒに分割され、各分割コア１３Ｌ，１３Ｒ単位で個別に巻き線がなされる。図４には図３において右側の分割コア１３Ｒについて巻き線装置２０により巻き線される状態が示されている。図４に示すように、二つの分割ティース１３ＲＵ，１３ＲＤに分割された右側の分割コア１３Ｒは、巻き線装置２０の巻き線治具２１，２２間に挟み込まれた状態にセットされる。両分割ティース１３ＲＵ，１３ＲＤは、それぞれの巻き線スペース１１ｂ，１１ｂを巻き線治具２１，２２間に形成される隙間（巻き線スリット２３）に沿って直列に位置させた状態で、両巻き線治具２１，２２間に挟み込まれている。
このようにセットされた分割コア１３Ｒの巻き線スペース１１ｂ，１１ｂ間に対してマグネットワイヤ２４が巻き線される。磁極ティース１１の両側に位置する巻き線スペース１１ｂ，１１ｂは、それぞれ緩やかな円弧形状を有しているものの、その長手方向を相互にほぼ同一直線上に沿わせた直列状態となる位置に位置していることから、巻き線スリット２３を経て、両巻き線スペース１１ｂ，１１ｂの開口側から奥部に至るほぼ全体の範囲にマグネットワイヤ２４が巻き線される。マグネットワイヤ２４は、巻き線装置２０の案内滑車２５を経て供給される。案内滑車２５は、マグネットワイヤ２４の供給に伴ってその軸線方向に僅かな距離（巻き線スリット２３の幅分）だけ往復動（揺動）され、これにより当該マグネットワイヤ２４を巻き線スペース１１ｂ，１１ｂの幅全体にわたって十分な量が高密度で巻き線される。

磁極ティース１１の巻き線スペース１１ｂ，１１ｂへの一定量の巻き線が完了した時点で、マグネットワイヤ２４の端末処理後、分割コア１３Ｒが両巻き線治具２１，２２間から取り出される。こうして巻き線が完了した左右の分割コア１３Ｌ，１３Ｒが図５の上段に示されている。図示するように左右の分割コア１３Ｌ，１３Ｒの双方について、同一線上にほぼ直列状態で位置する巻き線スペース１１ｂ，１１ｂにはスペース全体にわたって十分な量のマグネットワイヤ２４が巻き線されている。図５において、マグネットワイヤ２４が巻かれた巻き線部には格子模様のハッチングが付され、符号Ｍが付されている。図５の上段に示す状態では、左右の分割コア１３Ｌ，１３Ｒの巻き線部Ｍ，Ｍは、それぞれ平面視で直線形になっている。
次に、図５の中段に示すように巻き線スペース１１ｂへの巻き線が完了した二つの分割コア１３Ｌ，１３Ｒについて、それぞれ上下で対応する分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ（１３ＲＵ，１３ＲＤ）は、分割端部１１ｃ，１１ｃを相互に接近させる方向に旋回させるとともに治具を用いて巻き線部Ｍを平面視で直線形から半円弧形に変形させ、この状態で相互の分割端部１１ｃ，１１ｃが突き合わされて直接結合されることにより一つの半円弧形の分割コア１３Ｌ，１３Ｒに結合される。上下で対応する両分割端部１１ｃ，１１ｃは、溶接によって相互に結合される。
上下で対応する二つの分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ（１３ＲＵ，１３ＲＤ）が結合されて製作された左右一対の分割コア１３Ｌ，１３Ｒが、図５の下段に示すように相互に結合されて一つの円環形の固定子１が製作される。左右の分割コア１３Ｌ，１３Ｒは、それぞれの円環部１２，１２の先端部に形成された結合凹部１３ａと結合凸部１３ｂを相互に凹凸係合させた状態で溶接されて結合される。円環部１２，１２の先端部において結合凹部１３ａと結合凸部１３ｂが相互に突き合わされて凹凸係合した状態で結合されることから、左右の分割コア１３Ｌ，１３Ｒは径方向（図５において上下方向）に相互に精確に位置決めされた状態で結合される。この段階で当該固定子コア１０の磁極ティース１１，１１に対してそれぞれ十分かつ高密度な量の巻き線部Ｍ，Ｍが形成されている。

以上のように構成した本実施形態の固定子１若しくはその巻き線方法によれば、円環形状の固定子コア１０が半円弧形状の分割コア１３Ｌ，１３Ｒに左右に２分割され、かつ両分割コア１３Ｌ，１３Ｒについてそれぞれさらに二つの分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ，１３ＲＵ，１３ＲＤに分割され、分割コア１３Ｌ（１３Ｒ）ごとに対応する分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ（１３ＲＵ，１３ＲＤ）間で巻き線される。
両分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ（１３ＲＵ，１３ＲＤ）は、巻き線スペース１１ｂ，１１ｂを相互に同一直線に位置させた状態で巻き線装置２０の巻き線治具２１，２２にセットされることから、マグネットワイヤを巻き線スペース１１ｂ，１１ｂ間に十分な量だけ高密度で巻き線することができる。
しかも、本実施形態の固定子１によれば、巻き線スペース１１ｂ，１１ｂ間の巻き線完了後に、二分割された両分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ（１３ＲＵ，１３ＲＤ）の分割端部１１ｃ，１１ｃが結合されて半円弧形状の分割コア１３Ｌ（１３Ｒ）とされることから、従来の薄肉ヒンジ部を介して展開し、巻き線後に円弧形状に復元する構成に比して当該二つの磁極ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ（１３ＲＵ，１３ＲＤ）を巻き線後に精度よく結合して高精度の分割コア１３Ｌ（１３Ｒ）とすることが容易になり、これにより固定子１の高精度化を図ることができる。
また、分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ（１３ＲＵ，１３ＲＤ）の分割端部１１ｃ，１１ｃを相互に直接結合する構成であるので、別部材を介在させて結合する構成に比して結合作業の簡略化、部品点数の削減及び低コスト化を図ることができる。

以上説明した実施形態には種々変更を加えることができる。例えば、二分割した二つの両分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ（１３ＲＵ，１３ＲＤ）の分割端部１１ｃ，１１ｃを直接相互に結合して一つの分割コア１３Ｌ（１３Ｒ）とする構成を例示したが、図６に示すように巻き線後に二つの分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ（１３ＲＵ，１３ＲＤ）が、別途用意したティース結合部材３０を介して相互に結合される構成としてもよい。ティース結合部材３０を介在させることにより巻き線後に二つの分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ（１３ＲＵ，１３ＲＤ）を相互の位置を調整しながらより一層高精度に結合することができる。
また、図７に示すようにティース結合部材３０を用いる構成に加えて、コア結合部材３１，３１を介して左右の分割コア１３Ｌ，１３Ｒを相互に結合する構成とすることができる。係る構成の場合には、前記例示した結合凹部１３ａと結合凸部１３ｂを省略することができる。コア結合部材３１，３１を介在させる構成とすることにより、二つの分割コア１３Ｌ，１３Ｒの相対位置を調整しながら相互に結合することが容易になり、これにより固定子１の高精度化を一層図ることができる。
上記のようにコア結合部材３１，３１を用いて分割コア１３Ｌ，１３Ｒを相互に結合する場合には、ティース結合部材３０，３０を省略して、前記例示したように分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ（１３ＲＵ，１３ＲＤ）を分割端部１１ｃ，１１ｃ間で直接相互に結合する構成としてもよい。
さらに、二つの磁極ティース１１，１１を有する２極の固定子１を例示し、その固定子コア１０を４つの分割ティース１３ＬＵ，１３ＬＤ，１３ＲＵ，１３ＲＤに分割する構成を例示したが、磁極ティースを３つ以上備える３極以上の固定子についても同様に適用することができる。３極以上の固定子の場合には、各磁極ティース毎に３つ以上の分割コアに分割し、さらに各分割コアを磁極ティースを二分する状態で二つの分割ティースに分割し、この二つの分割ティースの巻き線スペースを相互に同一直線上に位置させて巻き線を高密度かつ十分な量だけ行い、巻き線後に二つの分割ティースを相互に結合し、さらに３つ以上の分割コアを相互に結合して一つの固定子を得ることができる。

１…固定子
１０…固定子コア
１１…磁極ティース
１１ａ…ティース半割り部、１１ｂ…巻き線スペース、１１ｃ…分割端部
１２…円環部
１３Ｌ…分割コア（左側）
１３ＬＵ…分割ティース（上側）、１３ＬＤ…分割ティース（下側）
１３Ｒ…分割コア（右側）
１３ＲＵ…分割ティース（上側）、１３ＲＤ…分割ティース（下側）
１３ａ…結合凹部、１３ｂ…結合凸部
２０…巻き線装置
２１…巻き線治具（左側）
２２…巻き線治具（右側）
２３…巻き線スリット
２４…マグネットワイヤ
２５…案内滑車
３０…ティース結合部材
３１…コア結合部材

Claims (6)

1. 円環形の固定子コアが磁極ティース毎に周方向に複数の分割コアに分割されており、各分割コアが前記磁極ティースを周方向に二分する状態で二つの分割ティースに分割されており、該二つの分割ティースの巻き線スペース間に跨って巻き線されて該二つの分割ティースが結合され、かつ前記分割コアが相互に結合された構成とした固定子。
2. 請求項１記載の固定子であって、前記二つの分割ティースが相互に直接結合された固定子。
3. 請求項１記載の固定子であって、前記二つの分割ティースがティース結合部材を介して相互に結合された固定子。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載した固定子であって、前記複数の分割コアの端部相互が直接結合された固定子。
5. 請求項１〜３の何れか１項に記載した固定子であって、前記複数の分割コアの端部相互がコア結合部材を介して相互に結合された固定子。
6. 円環形の固定子コアを磁極ティース毎に周方向に複数の分割コアに分割し、各分割コアを前記磁極ティースを周方向に二分する状態で二つの分割ティースに分割し、該二つの分割ティースの巻き線スペースを相互に同一直線上に沿わせた直列状態に保持して該両巻き線スペース間に跨って巻き線し、その後前記二つの分割ティースを相互に結合し、さらに前記複数の分割コアを相互に結合して円環形の固定子を得る方法。
   

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