JP2013070494A - ステータコアおよびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】従来のステータコアは全分割線について溶接が必要である。磁束変化の大きい箇所で溶接するため、熱と応力で磁気特性が劣化する可能性がある。径方向の圧縮力により分割ステータ板がずれ易い。分割面の断面積が狭いため分割面に隙間が生じると、分割面の磁気抵抗が上昇し易い。
【解決手段】ステータ板１０は分割線１４により分割ステータ板１６、１７に分割される。分割線１４のヨークの内周１２ｂ側の端部１４ｃは、ティース１３とティース１３の中間部１２ｄにある。分割線１４のヨークの外周１２ａ側の端部１４ｄは、ティース１３をヨーク外周１２ａに延長した部分１２ｃにある。分割ステータ板１６は、蝶番部１６ａと蝶番受け部１６ｂにより周方向に連結され、溶接部１７ａと溶接受け部１６ｃを溶接固定されてステータ板１０を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明はステータコア、および、そのステータコアを用いたモータ（回転電動機）に関する。

図９は、モータに用いられる、集中巻き用の従来のステータコア１００の平面図と側面図である（例えば特許文献１：特開２００３−２５０２３５）。ステータコア１００の内側には円筒形のロータ１１１が設けられ、ロータ１１１の中心には回転軸１０４（モータの回転軸と同じ）が設けられている。ステータコア１００は、ステータ板１０３を回転軸１０４方向に積層してなる。ステータ板１０３は、環状平板形のヨーク１０１（外周１０１ａおよび内周１０１ｂを有する）と、ヨーク１０１の内周１０１ｂから径方向に突出した複数のティース１０２を有する。ステータ板１０３は、表面を薄い絶縁膜（図示しない）で被覆した、厚さ０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板を打ち抜いて作られる。

コイル１０５の巻線を容易にするため、ステータ板１０３はティース１０２毎に分割線１０６で分割される。図９に示すように、通常、ステータ板１０３の分割線１０６は、ティース１０２とティース１０２の中間位置に、径方向に設けられる。

分割線１０６で分割されたステータ板１０３の分割片を、図１０に示す分割ステータ板１０７という。分割ステータ板１０７を回転軸１０４方向に積層し、分割ステータコア１０８を形成する。分割ステータコア１０８にコイル１０５を巻線した後、分割ステータコア１０８同士をレーザ溶接あるいはスポット溶接により環状に結合し、環状のステータを形成する。溶接は全ての分割線１０６について行なう。このため、従来のステータコア１００では溶接の工数が多く、溶接コストが高い。

ステータ板１０３の分割線１０６付近は、ヨーク１０１の外周１０１ａに向かってティース１０２を延長した部分１０１ｃに比べて、磁束変化が大きい。溶接の熱と応力により、溶接個所の磁気特性は劣化する可能性がある。そのため、分割線１０６付近のような磁束変化の大きい箇所での溶接は望ましくない。

ステータ（ステータコア１００にコイル１０５を巻線したもの）は、外周にパイプ状の容器１０９を焼嵌めして補強される。これにより、ステータコア１００には径方向の圧縮力１１０が加わる。従来のステータコア１００の分割線１０６は径方向であるため、径方向の圧縮力１１０が加わると、分割ステータ板１０７が分割線１０６に沿って径方向にずれる可能性がある。

従来のステータコア１００では、分割線１０６はヨーク１０１を径方向に分断しているため、分割面の断面積が狭い。そのため分割面に僅かの隙間が生じても、分割面の磁気抵抗が大きく上昇する可能性がある。

特開２００３−２５０２３５号公報

従来のステータコア１００では、全ての分割線１０６について溶接が必要である。そのため溶接コストが高い。溶接の熱と応力により、溶接個所の磁気特性が劣化する可能性がある。そのため、分割線１０６付近のように磁束変化の大きい箇所での溶接は望ましくない。従来のステータコア１００では、径方向の圧縮力１１０が加わると、分割線１０６に沿って分割ステータ板１０７がずれる可能性がある。従来のステータコア１００では分割面の断面積が狭い。そのため分割面に僅かの隙間が生じても、分割面の磁気抵抗が大きく上昇する可能性がある。

（１）本発明は、ヨークとティースを有するステータ板を、モータの回転軸方向に積層してなる、集中巻き用のステータコアである。ヨークは環状平板形である。複数のティースがヨークの内周から径方向に突出している。ステータ板は分割線により分割ステータ板に分割される。分割線のヨークの内周側の端部は、隣接するティースとティースの中間部にある。分割線のヨークの外周側の端部は、ティースをヨーク外周に延長した部分にある。分割線はこの２つの端部を大略斜めに結ぶように設けられる。分割ステータ板は、ヨークの外周側の端部に蝶番部または溶接部を有する。分割ステータ板は、ヨークの外周側の中間部に蝶番受け部または溶接受け部を有する。隣接する分割ステータ板は、蝶番部と蝶番受け部により周方向に連結され、溶接部と溶接受け部を溶接固定されてステータ板を形成する。

（２）本発明のステータコアにおいて、蝶番部と蝶番受け部により連結された複数の分割ステータ板は、連結された状態で直線状に展開可能である。

（３）本発明のステータコアにおいて、分割線は、ヨークの内周側の端部に、径方向の直線部を有する。

（４）本発明のステータコアにおいては、回転軸方向に積層された複数のステータ板において、分割ステータ板の平面形状が、ステータ板の所定の枚数ごとに異なる。

（５）本発明のモータは、上記のステータコアを備える。

本発明のステータコアでは、ステータ板の分割数と関係なく、溶接は各ステータ板について１箇所でよい。そのため溶接コストが安い。

本発明のステータコアでは、溶接部は磁束変化が小さい場所にあるため、溶接の熱と応力により溶接個所の磁気特性が劣化しても、モータの特性に与える影響が少ない。

本発明のステータコアは、分割線の一部が径方向に対して斜めとなっているため、径方向の圧縮力が加わっても、分割ステータ板が径方向にずれる可能性が低い。また、内周側の端付近は分割線が径方向となっているため、径方向の圧縮力が加わっても、分割ステータ板が周方向にずれる可能性が低い。

本発明のステータコアは分割線が長いため、分割面の面積（断面積）が広い。そのため分割面に隙間が生じても、分割面の磁気抵抗が大きく上昇する可能性が低い。

本発明のステータコアに用いられるステータ板の平面図と側面図 （ａ）本発明のステータコアに用いられる分割ステータ板の平面図、（ｂ）本発明のステータコアに用いられる分割ステータ板の平面図、（ｃ）本発明のステータコアに用いられる分割ステータ板の平面図、（ｄ）本発明のステータコアに用いられる分割ステータ板の平面図 本発明のステータコアに用いられるステータ板の平面図と側面図 本発明のステータコアに用いられる分割ステータコアの側面図と、分割ステータ板の平面図 本発明のステータコアの側面図と、ステータ板の平面図 本発明のステータコアに用いられるステータ板の展開図 本発明のステータコアに用いられるステータ板の展開図 本発明のステータコアの平面図と側面図 従来のステータコアの平面図と側面図 従来の分割ステータコアの平面図と側面図

図１は本発明の集中巻き用のステータコアに用いられるステータ板１０の平面図と側面図である。ステータコアの内側には円筒形のロータ１５が設けられ、ロータ１５の中心には回転軸１１（モータの回転軸と同じ）が設けられる。図１の側面図は、ステータ板１０が回転軸１１方向に３枚積層されている状態を示す。ステータ板１０は、環状平板形のヨーク１２（外周１２ａおよび内周１２ｂを有する）と、ヨーク１２の内周１２ｂから径方向に突出した複数のティース１３を有する。複数のティース１３は周方向に等間隔に設けられる。ステータ板１０は、表面を薄い絶縁膜（図示しない）で被覆した、厚さ０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板を打ち抜いて作られる。

集中巻きコイルの巻線を容易にするため、ステータ板１０はティース１３毎に分割線１４で分割される。図１に示すように、ステータ板１０の分割線１４の、ヨーク１２の内周１２ｂ側の端部１４ｃは、隣接するティース１３とティース１３の中間部１２ｄにある。分割線１４のヨーク１２の外周１２ａ側の端部１４ｄは、ティース１３をヨーク１２の外周１２ａに延長した部分１２ｃにある。分割線はこの２つの端部１４ｃ、１４ｄを大略斜めに結ぶように設けられる。

図１の、分割線１４によって分割されたステータ板１０の分割片は、２種類ある。それは、図２（ａ）に示す分割ステータ板１６、図２（ｂ）に示す分割ステータ板１７である。図１のステータ板１０は、６個の分割ステータ板に分割される。そのうちの５個は分割ステータ板１６であり、残りの１個は分割ステータ板１７である。

分割ステータ板１６は、端部に蝶番部１６ａを有し、中間部に蝶番受け部１６ｂを有する。蝶番部１６ａは、隣接する分割ステータ板１６の蝶番受け部１６ｂと噛み合わされる。これにより隣接する分割ステータ板１６どうしが周方向に連結される。この場合、連結部分を溶接する必要はない。分割ステータ板１７は端部に溶接部１７ａを有する。分割ステータ板１７の溶接部１７ａ側に隣接する分割ステータ板１６は、他の分割ステータ板１６と異なり、中間部に溶接受け部１６ｃを有する。溶接部１７ａと溶接受け部１６ｃが突き合わされた後、レーザ溶接あるいはスポット溶接される。このためステータ板１０の分割数と関係なく、溶接は１箇所でよい。

図３は本発明の集中巻き用のステータコアに用いられる他のステータ板２０の平面図と側面図である。図３の側面図は、ステータ板２０が回転軸１１方向に３枚積層されている状態を示す。ステータ板２０は、環状平板形のヨーク２１（外周２１ａおよび内周２１ｂを有する）と、ヨーク２１の内周２１ｂから径方向に突出した複数のティース２２を有する。複数のティース２２は周方向に等間隔に設けられる。ステータ板２０は、表面を薄い絶縁膜（図示しない）で被覆した、厚さ０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板を打ち抜いて作られる。

集中巻きコイルの巻線を容易にするため、ステータ板２０はティース２２毎に分割線２３で分割される。図３に示すように、ステータ板２０の分割線２３の、ヨーク２１の内周２１ｂ側の端部２３ａは、隣接するティース２２とティース２２の中間部２１ｄにある。分割線２３のヨーク２１の外周２１ａ側の端部２３ｂは、ティース２２をヨーク２１の外周２１ａに延長した部分２１ｃにある。分割線はこの２つの端部２３ａ、２３ｂを大略斜めに結ぶように設けられる。

図３のステータ板２０の分割片は２種類ある。それは、図２（ｃ）に示す分割ステータ板２５、図２（ｄ）に示す分割ステータ板２６である。図３のステータ板２０は、６個の分割ステータ板に分割される。そのうちの５個は分割ステータ板２５であり、残りの１個は分割ステータ板２６である。

分割ステータ板２５は、端部に蝶番部２５ａを有し、中間部に蝶番受け部２５ｂを有する。蝶番部２５ａは、隣接する分割ステータ板２５の蝶番受け部２５ｂと噛み合わされる。これにより隣接する分割ステータ板２５どうしが周方向に連結される。この場合、連結部分を溶接する必要はない。分割ステータ板２６は端部に溶接部２６ａを有する。分割ステータ板２６の溶接部２６ａ側に隣接する分割ステータ板２５は、他の分割ステータ板２５と異なり、中間部に溶接受け部２５ｃを有する。溶接部２６ａと溶接受け部２５ｃが突き合わされて、レーザ溶接あるいはスポット溶接される。このためステータ板２０の分割数と関係なく、溶接は１箇所でよい。

図２に示すように、分割ステータ板１６の蝶番部１６ａと、分割ステータ板２５の蝶番部２５ａは平面形状が異なる。また、分割ステータ板１７の溶接部１７ａと、分割ステータ板２６の溶接部２６ａは平面形状が異なる。

図４に示すように、分割ステータ板１６および分割ステータ板２５（または、分割ステータ板１７および分割ステータ板２６）を回転軸１１方向に積層し、分割ステータコア３０を形成する。図４の場合、３枚一組の分割ステータ板１６と、３枚一組の分割ステータ板２５を交互に積層している。１種類の分割ステータ板（例えば分割ステータ板１６のみ）を積層して分割ステータコア３０を形成すると、分割ステータコア３０を周方向に連結してステータコアを形成したとき、隣り合う分割ステータコア３０が互いに回転軸１１方向にずれる可能性がある。これに対して、蝶番部１６ａと蝶番部２５ａの平面形状の異なる分割ステータ板１６と分割ステータ板１７を交互に積層すれば、蝶番部１６ａと蝶番部２５ａが干渉してずれを防止するため、分割ステータコア３０が回転軸１１方向にずれる可能性がなくなる。

図４の場合、分割ステータ板１６を３枚一組とし、分割ステータ板２５を３枚一組として交互に積層しているが、ずれを防止するという観点から、一組の枚数は特に限定する必要はない。例えば、分割ステータ板１６と分割ステータ板２５を１枚ずつ交互に積層してもよいし、２枚ずつ交互に積層してもよい。また、分割ステータ板１６の一組の枚数と分割ステータ板２５の一組の枚数は異なっていてもよい。さらに、それぞれの組の枚数は一定でなくてもよい。

分割ステータコア３０にコイル３１を巻線した後、分割ステータ板１６および分割ステータ板１７の層は、蝶番部１６ａと蝶番受け部１６ｂを用いて周方向に連結され、溶接部１７ａと溶接受け部１６ｃを溶接して固定される。また、分割ステータ板２５および分割ステータ板２６の層は、蝶番部２５ａと蝶番受け部２５ｂを用いて周方向に連結され、溶接部２６ａと溶接受け部２５ｃを溶接して固定される。このようにして、図５に示す本発明のステータコア４０が形成される。

図５の場合、本発明のステータコア４０では、３枚一組のステータ板１０（分割ステータ板１６、分割ステータ板１７からなる）と、３枚一組のステータ板２０（分割ステータ板２５、分割ステータ板２６からなる）が交互に積層されている。一組のステータ板１０の枚数、一組のステータ板２０の枚数は特に限定する必要はなく、一組のステータ板１０の枚数と一組のステータ板２０の枚数が異なっていてもよい。

図６に示すように、分割ステータ板１６、分割ステータ板１７は蝶番部１６ａと蝶番受け部１６ｂで連結後に直線状に展開することができる。これは分割ステータ板１６、分割ステータ板１７が回転軸１１方向に積層されていても可能である。また、図７に示すように、分割ステータ板２５、分割ステータ板２６は蝶番部２５ａと蝶番受け部２５ｂで連結後に直線状に展開することができる。これは分割ステータ板２５、分割ステータ板２６が回転軸１１方向に積層されていても可能である。

これにより、分割ステータ板１６、分割ステータ板１７、分割ステータ板２５、分割ステータ板２６を回転軸１１方向に積層して分割ステータコア３０を形成し、６個の分割ステータコア３０を連結後、図６、図７に示すように、直線状に展開しておいて、コイル３１を巻線することも可能である。コイル３１を巻線した後、６個の分割ステータコア３０を環状に変形させ、溶接部１７ａと溶接受け部１６ｃ、溶接部２６ａと溶接受け部２５ｃを溶接して、図５に示す本発明のステータコア４０にコイル３１を巻線したステータを形成する。

図１に示すように、本発明のステータコア４０に用いられるステータ板１０（分割ステータ板１６、分割ステータ板１７からなる）では、溶接部１７ａ、溶接受け部１６ｃは、ティース１３を径方向に外側に延長した、ヨーク１２の外周１２ａの部分１２ｃにある。この部分は磁束変化が小さいため、溶接の熱と応力により、溶接部１７ａ付近の磁気特性が劣化しても、モータの特性に与える影響は少ない。

図３に示すように、本発明のステータコア４０に用いられるステータ板２０（分割ステータ板２５、分割ステータ板２６からなる）では、溶接部２６ａ、溶接受け部２５ｃは、ティース２２を径方向に外側に延長した、ヨーク２１の外周２１ａの部分２１ｃにある。この部分は磁束変化が小さいため、溶接の熱と応力により、溶接部２６ａ付近の磁気特性が劣化しても、モータの特性に与える影響は少ない。

図８に示すように、本発明のステータコア４０にコイル３１を巻線してなるステータは、外周にパイプ状の容器３２を焼嵌めして補強される。これにより、ステータコア４０に径方向の圧縮力３３が加わる。本発明のステータコア４０においては、ステータ板１０の分割線１４の一部１４ａは径方向に対して斜めとなっているため、径方向の圧縮力３３が加わっても、分割ステータ板１６、２５が径方向にずれる可能性は低い。また、分割線１４の、内周１２ｂ側の端部付近１４ｂは径方向であるため、径方向の圧縮力３３が加わっても、分割ステータ板１６、２５が周方向にずれる可能性は低い。端部付近１４ｂの外周側は、図示のように、丸みを帯びた角（かど）１４ｅである。この理由は、角１４ｅが直線的であると、角１４ｅの部分で磁気抵抗が増加するためである。磁気抵抗の増加を防ぐため、角１４ｅは丸みを帯びた角にする。同様のことはステータ板２０についても言える。

本発明のステータコア４０においては、ステータ板１０の分割線１４が長いため、分割面の断面積が広い。そのため分割面に隙間が生じても、分割面の磁気抵抗が大きく上昇する可能性は低い。同様のことはステータ板２０についても言える。

本発明のロータコアは、永久磁石埋め込み型モータ、シンクロナスリラクタンスモータ、スイッチドリラクタンスモータなどに好適に用いられる。

１０ ステータ板
１１ 回転軸
１２ ヨーク
１２ａ 外周
１２ｂ 内周
１２ｃ 部分
１２ｄ 中間部
１３ ティース
１４ 分割線
１４ａ 一部
１４ｂ 端部付近
１４ｃ 端部
１４ｄ 端部
１４ｅ 丸みを帯びた角
１５ ロータ
１６ 分割ステータ板
１６ａ 蝶番部
１６ｂ 蝶番受け部
１６ｃ 溶接受け部
１７ 分割ステータ板
１７ａ 溶接部
２０ ステータ板
２１ ヨーク
２１ａ 外周
２１ｂ 内周
２１ｃ 部分
２１ｄ 中間部
２２ ティース
２３ 分割線
２３ａ 端部
２３ｂ 端部
２４ スロット
２４ａ 底部中央
２５ 分割ステータ板
２５ａ 蝶番部
２５ｂ 蝶番受け部
２５ｃ 溶接受け部
２６ 分割ステータ板
２６ａ 溶接部
３０ 分割ステータコア
３１ コイル
３２ 容器
３３ 圧縮力
４０ ステータコア
１００ ステータコア
１０１ ヨーク
１０１ａ 外周
１０１ｂ 内周
１０１ｃ 部分
１０２ ティース
１０３ ステータ板
１０４ 回転軸
１０５ コイル
１０６ 分割線
１０７ 分割ステータ板
１０８ 分割ステータコア
１０９ 容器
１１０ 圧縮力
１１１ ロータ

Claims (5)

1. 環状平板形のヨークと前記ヨークの内周から径方向に突出した複数のティースとを有するステータ板を、モータの回転軸方向に積層してなる集中巻き用のステータコアであって、
   前記ステータ板は、分割線により分割ステータ板に分割され、
   前記分割線の前記ヨークの内周側の端部は、隣接する前記ティースとティースの中間部にあり、
   前記分割線の前記ヨークの外周側の端部は、前記ティースを前記ヨーク外周に延長した部分にあり、
   前記分割ステータ板は、前記ヨークの外周側の端部に蝶番部または溶接部を有し、
   前記分割ステータ板は、前記ヨークの外周側の中間部に蝶番受け部または溶接受け部を有し、
   隣接する前記分割ステータ板は、前記蝶番部と前記蝶番受け部により周方向に連結され、前記溶接部と前記溶接受け部を溶接固定されてステータ板を形成したことを特徴とするステータコア。
2. 前記蝶番部と前記蝶番受け部により連結された複数の前記分割ステータ板は、連結された状態で直線状に展開可能であることを特徴とする請求項１に記載のステータコア。
3. 前記分割線は、前記ヨークの内周側の端部に、径方向の直線部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のステータコア。
4. 前記回転軸方向に積層された複数の前記ステータ板において、前記分割ステータ板の平面形状が、前記ステータ板の所定の枚数ごとに異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のステータコア。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のステータコアを備えたことを特徴とするモータ。

Images