JP2016036255A - 電気モータの固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】電気モータの固定子及びその製造方法を提供する。【解決手段】電気モータの固定子は、固定子コアと、巻線と、これらの固定子コア及び巻線を包囲するハウジングとを有する。固定子コアは、ヨークと、ヨークから内方に延びる複数の極とを有する。巻線は、固定子コアの極の周りに巻かれたコイルにより形成される。ハウジングは、固定子コアを把持し、且つハウジングは、ハウジングに固定子コアを保持すると共にハウジングに対する固定子コアの回転運動を防止する少なくとも１つの内方に変形された部分を有する。固定子の製造方法も開示する。【選択図】図６

Description

本発明は、電気モータの固定子及びその製造方法に係る。

内部回転子及び巻線型外部固定子を有する従来のモータの固定子は、典型的に、モータの軸方向に沿って単一断片の鉄ラミネーションを積層することにより作られる。このような構造は、少数の断片で高い固定子安定性を有する。しかしながら、単一断片のラミネーションで作られた固定子コアにコイルを巻き付けることは、固定子コアの隣接歯又は極の内端間に狭い開口しか残されないために、困難であり且つ時間浪費である。更に、ワイヤをガイドする可能性に限界があるために、銅充填ファクタを最適化することができない。
銅充填ファクタは、巻線によって実際に占有される固定子コア内の巻線の面積のパーセンテージに関係している。一般的に、充填ファクタが高いことは、モータの性能が良好であることを意味する。しかしながら、巻き付け機には、自由スペースが必要とされる。自由スペースが少ないと、巻き付けプロセスがより困難で且つ時間浪費となる。

上述した問題を克服するために、セグメント型固定子が使用されている。セグメント型固定子では、個々の固定子セグメントにコイルを巻いた後にそれらを一緒にアッセンブルして固定子コアを形成する。しかしながら、多数の固定子セグメントを取り扱うタスクに加えて、セグメント型固定子に伴う１つの問題は、どのようにセグメントを一緒に結合しそしてセグメントを固定子のハウジングに固定するかである。

本発明は、この問題を解決することに向けられる。

従って、本発明は、その１つの態様において、電気モータの固定子を製造する方法において、ヨーク及び複数の内方に延びる極を含む固定子コアを準備するステップと；極の周りにコイルを巻くことにより固定子巻線を形成するステップと；ヨークを取り巻くハウジングの内周面により画成される断面積が、ヨークにより画成される固定子コアの断面積より若干大きなハウジング内に固定子コアを配置するステップと；ハウジングの部分を変形してハウジングの断面積を減少し、ハウジングで固定子コアを把持して、ハウジングに対する固定子コアの回転運動を防止するステップと；を備えた方法を提供する。

好ましくは、この方法は、ハウジング内に固定子コアを配置するときにハウジングとヨークとの間に複数のスペースを設けるステップと；ハウジングの部分を変形してそれらスペースを少なくとも部分的に埋めるステップと；を更に備えている。

好ましくは、この方法は、ヨークの外面に複数の軸方向に延びるくぼみを形成してスペースを形成するステップと；ハウジングを半径方向に押すことによりハウジングの部分を変形して内方に延びる突起を形成するステップと；それら突起をくぼみと係合させるステップと；を更に備えている。

好ましくは、この方法は、複数の個々の固定子セグメントから固定子コアを形成するステップであって、各セグメントは、ヨークの一部分を形成するリム及び固定子の極の１つを形成する極を有するものであるステップと；各極に誘電体フレームを配置するステップと；誘電体フレームにわたり極の周りに各コイルを巻くステップと；を更に備えている。

好ましくは、この方法は、シート材料からラミネーションを型抜きすることにより各個々の固定子セグメントを形成するステップであって、各ラミネーションは、リム区分及び極区分を有するものであるステップと；所定数のラミネーションを一緒に積層して固定するステップであって、積層されたラミネーションのリム区分がリムを形成し、積層されたラミネーションの極区分が固定子セグメントの極を形成するようにするステップと；を更に備えている。

好ましくは、この方法は、少なくとも幾つかのラミネーションのリム区分にノッチを形成した後に、それらラミネーションを一緒に積層して、ヨークにくぼみを形成するステップを更に備えている。

或いは又、この方法は、少なくとも幾つかのラミネーションのリム区分の外縁にフラットな区分を形成した後に、それらラミネーションを一緒に積層して、ヨークとハウジングとの間にスペースを形成するステップを更に備えている。

好ましくは、この方法は、コイルが巻かれたセグメントをマンドレルの周りに配置した後、それらセグメントをハウジングへ配置するステップと；ハウジングを変形するステップと；ハウジングを変形した後にマンドレルを除去するステップと；を更に備えている。

好ましくは、この方法は、くぼみを、連続的に軸方向に延びるスロットとして形成し、そしてハウジングの部分を、それらくぼみへと半径方向に延び込む峰へと変形して、ハウジングの断面積を減少すると共に、ハウジングで固定子コアを把持するようにさせるステップを更に備えている。

本発明は、その第２の態様によれば、電気モータの固定子において、ヨーク及びヨークから内方に延びる複数の極を含む固定子コアと；この固定子コアの極の周りに巻かれたコイルにより形成された巻線と；固定子コアを包囲するハウジングと；を備え、ハウジングは、固定子コアを把持し、且つハウジングは、ハウジングに対して固定子コアを回転運動せずにハウジングに固定子コアを保持する少なくとも１つの内方に変形された部分を有する、電気モータの固定子を提供する。

好ましくは、ヨークの外面には多数のくぼみが形成され、前記少なくとも１つの変形された部分は、ハウジングの内面から内方に延びて各くぼみに係合する突起を含む。

好ましくは、固定子コアは、固定子の周囲方向に互いに結合された複数の個々の固定子セグメントを含む。

好ましくは、各固定子セグメントは、各くぼみを形成する。

好ましくは、くぼみは、スロットであり、突起は、連続的又は断続的な峰である。

好ましくは、各固定子セグメントは、一緒に積層された複数のラミネーションを含み、各ラミネーションは、リム区分と、リム区分から内方に延びる極区分とを含み、積層されたリム区分は、セグメントのリムを形成し、隣接するセグメントのリムは、固定子コアのヨークを形成するように配置され、そして各セグメントの積層された極区分は、固定子コアの１つの極を形成する。

好ましくは、各リム区分は、その外縁にノッチを有し、各セグメントのノッチは、ヨークのくぼみの１つを協働形成する。

好ましくは、隣接セグメントの隣接端間にはインターロック構造が形成される。

好ましくは、インターロック構造は、１つのセグメントのリムの一端に設けられた結合突起と、隣接セグメントのリムの隣接端に設けられた結合くぼみとで構成され、結合突起が結合くぼみに係合する。

以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。２つ以上の図に現れる同じ構造物、要素又は部品は、一般的に、それらが現れる全ての図において同じ参照番号で示す。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、表現の便宜上及び明瞭化のために選択されたものであって、必ずしも一定の縮尺率で描かれていない。

本発明の好ましい実施形態による電気モータの固定子の断面図である。 図１の固定子のセグメントの平面図である。 絶縁され、巻線が巻かれて、アッセンブルの準備ができた固定子の２つのセグメントを示す。 マンドレルの周りに配置されて、アッセンブルの準備ができた６つの巻線セグメントを示す。 固定子ハウジングに固定される図４のアッセンブリを示す。 アッセンブルされた固定子を示す。 図５と同様の図であるが、本発明の別の実施形態による電気モータの固定子の図である。

図１ないし６は、本発明の第１の好ましい実施形態による電気モータの固定子を示す。図６は、完成された固定子を示し、一方、図１は、固定子ハウジング６０内に嵌合された固定子コア１０の概略平面図である。固定子の構造の理解を容易にするために固定子巻線は省かれている。図２ないし５は、固定子の異なる製造段階を概略的に示す。

固定子は、固定子コア１０と、この固定子コア１０に巻かれた巻線４０と、固定子コア１０及び巻線４０を包囲するハウジング６０とを備えている。固定子コア１０は、円筒状ヨーク１２と、このヨーク１２から内方に延びる複数の極１４とを含む。極１４の内端は、中央穴を取り巻く共通周囲に配置される。中央穴は、ヨーク１２と同軸的である。ハウジング６０は、軟磁性鉄のような導磁性材料で作られ、ハウジング６０をモータの磁路の一部分とすることができる。

固定子コア１０は、周囲方向に直列に結合された複数の個々の分割セグメント２０から形成される。１つのセグメントが図２に示されている。各セグメントは、既知の手段により一緒に固定された所定数のラミネーション２１の積層体で構成される。各ラミネーション２１は、シート電気スチールのようなシート材料から型抜きされ、リム区分２２と、このリム区分２２から内方に延びる極区分２４とを含む。セグメントのリム及び隣接セグメント２０のリムから積層されたリム区分２２は、固定子コア１０のヨーク１２を形成するように互いに結合される。各セグメント２０の積層された極区分２４は、固定子コア１０の極１４の１つを形成する。この実施形態では、ラミネーション２１のリム区分２２は、固定子コア１０のヨーク１２の周囲方向に延びる弧状の外縁を有し、ヨークの周囲を円形にする。各リム区分２２は、外縁にノッチ２２２を有し、これは、ヨーク１２の半径方向において対応極区分２４と整列される。ラミネーション２１のノッチ２２２は、セグメント２０を形成するように積層されたときに、ヨークの外面に沿って軸方向に延びるくぼみ１６を協働形成する。

多数の対応する突起１８がハウジング６０の内面に形成されて、対応するくぼみ１６に係合し、固定子コア１０がハウジング６０の周囲方向にハウジング６０に対して回転するのを防止する。この実施形態では、くぼみ１６は、スロットであり、突起１８は、峰である。好ましくは、突起１８は、ハウジングを変形することにより形成され、特に、以下に詳細に述べるように、ハウジングを工具で押してハウジングの側部に溝を形成することにより形成される。くぼみ１６は、連続的でもよいし、又は複数の不連続区分で構成されてもよい。突起１８は、くぼみに一致する連続的な峰又は不連続な峰、等でよい。不連続な峰は、個々のこぶに似たものでよい。

誘電体フレーム３０は、巻線４０のコイルを固定子コア１０から絶縁するために各セグメントの積層された極区分２４（極１４）をカバーし又は部分的にカバーする。各極は、誘電体フレーム上に巻かれた１つのコイルを有する。この実施形態では、固定子コア１０は、６個のセグメントを備え、そしてコイルは、３つの相に接続され、各相の２つのコイルが図３に示すように直列に接続される。各相の２つのセグメントは、直径方向に対向して配置される。異なる数のセグメントをもつ別の実施形態も考えられ可能である。

隣接セグメント間の界面は、半径平面内に延びる簡単なフラットな面であるが、好ましい実施形態は、隣接セグメントの隣接端間に形成されたインターロック構造を有する。好ましくは、このインターロック構造は、１つのセグメント２０の積層されたリム区分２２の一端に設けられた結合突起２２４と、隣接セグメントの積層されたリム区分の隣接端に形成された結合くぼみ２２６とである。突起２２４は、くぼみ２２６に嵌合してそれに係合する。図２に示すように、好ましくは、各セグメントが結合突起２２４及び結合くぼみ２２６を有する。このインターロック構造は、アッセンブルを助けるものである。

固定子を製造する方法は、次のステップを含む。図２に示すように、複数の個々の固定子セグメント２０を準備する。各セグメント２０の極に誘電体フレーム３０を配置する。各セグメントの極においてフレーム３０の周りにコイルを巻く。相のコイルを直列に接続すべき場合には、コイルを相スロットに巻き、これは、単一相のコイルを互いに前後に巻き、１本の連続するワイヤ断片からコイルが形成されることを意味する。セグメントに巻線が巻かれると、セグメントをマンドレル７０の周りに一緒に結合し又は配置して、図４に示すように、円筒状の固定子コア１０を形成する。好ましくは、セグメントを専用支持体（図示せず）に固定して、セグメントをマンドレルに保持すると共に、互いに軸方向に整列させる。次いで、マンドレル及びセグメントを円筒状ハイズング６０内に入れる。

ハウジングは、その内径又は断面積が固定子コアの外径又は断面積より若干大きくて、固定子コアをマンドレルに容易に入れられるようにしている。くぼみ１６は、ハウジングとヨークとの間にスペースを形成する。次いで、スペースに対応する位置でハウジングに工具を半径方向に押し付けることによりハウジングを変形させる。これは、ハウジングの外面に溝を、そしてハウジングの内面に突起を形成する。突起１８は、くぼみへと延び、ハウジングを固定子コアにロックして、相対的な回転運動を防止する。変形段階は、実際には、ハウジングの直径を縮小させ、ハウジングで固定子コアのヨークを把持するようにさせ、固定子コアをハウジングに固定させる。同時に、ハウジングは、セグメントが互いに分離するのを防止する。固定子が形成された後に、支持体及びマンドレル７０が除去される。

ハウジング６０の断面は、円に限定されないことが理解できよう。ハウジング６０の断面は、多角形、例えば、六角形でよい。固定子コア１０のヨークは、ハウジング６０に実質的に一致する形状を有する。

図７に示す別の実施形態では、くぼみ１６が、セグメントの弧状外面に形成されたフラットな区分１６’に置き換えられる。変形段階前に、ヨーク１２のフラットな区分１６’とハウジング６０の周囲内面との間にはスペース１７がある。変形中に、スペース１７を向いたハウジング６０の部分が、その対応スペース１７を少なくとも部分的に埋めるように内方に押し付けられ、ハウジング６０の断面積が減少され、その結果、ハウジング６０は、固定子コア１０をしっかり把持及び保持し、互いに回転運動しないようにする。好ましくは、ハウジング６０の内方に変形した部分は、対応スペース１７を部分的に埋める突起１８となり、ヨーク１２の対応するフラットな区分１６’と接触する。或いは又、ハウジング６０の内方に変形された部分は、対応スペースを完全に埋めてもよい。

上述したように、巻線型固定子コアをハウジングにより包囲し、次いで、ハウジングの部分を内方に変形してハウジングの断面積を減少させ、ハウジングが固定子コアをしっかり把持及び保持するようにさせる方法は、単一断片ラミネーションで作られた固定子コアを有する固定子を形成するようにも使用できることが理解されよう。

本発明の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」並びにその変化は、各々、ここに述べたアイテムの存在を特定するために包括的な意味で使用され、付加的なアイテムの存在を除外するものではない。

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。

１０：固定子コア
１２：円筒状ヨーク
１４：極
１６：くぼみ
１６’：フラットな区分
１７：スペース
１８：突起
２０：セグメント
２１：ラミネーション
２２：リム区分
２４：極区分
３０：誘電体フレーム
４０：巻線
６０：固定子ハウジング
２２２：ノッチ
２２４：結合突起
２２６：結合くぼみ

Claims (9)

1. 電気モータの固定子であって、
   固定子の周囲方向において互いに結合されてヨークを形成する複数の個々の固定子セグメント、及び、前記ヨークから内方に延びる複数の極を含む固定子コアと、ここで、各固定子セグメントは、前記ヨークを形成する半径方向外面にくぼみを有し、
   前記固定子コアの極の周りに巻かれたコイルにより形成された巻線と、
   前記固定子コアを包囲するハウジングと、
   を備え、
   前記ハウジングは、それぞれが前記くぼみのそれぞれの中へと内側へ延びる複数の変形された突起によって固定子コアを把持し、これにより前記固定子コアが前記ハウジングに対して回転運動せずに前記ハウジング内に保持されていることを特徴とする固定子。
2. 前記くぼみはスロットであり、前記突起は、連続的又は断続的な峰であることを特徴とする、請求項１に記載の固定子。
3. 前記各固定子セグメントは、一緒に積層された複数のラミネーションを含み、各ラミネーションは、リム区分と、リム区分から内方に延びる極区分とを含み、積層されたリム区分は、セグメントのリムを形成し、隣接するセグメントのリムは、固定子コアのヨークを形成するように配置され、そして各セグメントの積層された極区分は、固定子コアの１つの極を形成していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の固定子。
4. 前記各リム区分は、その外縁にノッチを有し、前記各セグメントのノッチは、ヨークのくぼみの１つを協働形成することを特徴とする、請求項３に記載の固定子。
5. 隣接セグメントの隣接端間にはインターロック構造が形成されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに一項に記載の固定子。
6. 前記インターロック構造は、１つのセグメントのリムの一端に設けられた結合突起と、隣接セグメントのリムの隣接端に設けられた結合くぼみとで構成され、前記結合突起が前記結合くぼみに係合することを特徴とする、請求項５に記載の固定子。
7. 前記複数の変形された突起は、複数対の突起からなり、各突起対は、前記ハウジングの中心線を通る直線の対向する端部に位置することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一向に記載の固定子。
8. 各突起対は、固定子セグメントの対応する対の中間線と一致する直線の対向する端部に位置することを特徴とする請求項７に記載の固定子。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の固定子を有することを特徴とする電気モータ。