JP2016158484A - 電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】材料利用率が高い軽量の電気モータステータを提供する。【解決手段】電気モータが、磁性材料のコア１０と、コアを覆う巻線フレーム３０と、巻線フレームに巻き回された巻線とを含むステータを有する。コアは、環状のヨークと、ヨークから半径方向外向きに延びる複数の歯とを有する。巻線フレームは、オーバモールド構造であり、コアを覆う絶縁部分と、絶縁部分の内側に配置された支持部分と、絶縁部分と支持部分とを接続する複数のリブとを有する。支持部分には、補強リング２０が埋め込まれる。補強リングの強度は、巻線フレームの強度よりも高い。従って、材料利用率が向上し、ステータの重量が減少すると同時に、支持部分の強度が保障される。【選択図】図３

Description

本発明は、電気モータに関し、特に電気モータのステータに関する。

電気モータは、扇風機、洗濯機、送水ポンプなどの様々な用途及び装置において使用される一般的な機械的動力源である。一般に、モータは、２つの部品、すなわちロータ及びステータで構成される。１つのタイプのモータでは、ステータが、巻線を巻き回した磁心で構成される。ロータは、永久磁石を有することができる。通電時には、ステータの巻線が磁場を生じ、この磁場がロータの磁場と相互作用してロータを回転させることによって負荷を駆動する。

既知の巻線形ステータの磁心は、一般に複数のケイ素鋼板又は積層体を積み重ねることによって形成される。各ケイ素鋼板は、薄いシート材料を直接打ち抜くことによって形成される。各ケイ素鋼板は、環状のヨークと、ヨーク部分から放射状に広がる歯とを含む。外側ロータ式モータで使用するステータでは、歯がヨークから外向きに広がる。ヨークの中心領域には、環状の支持部分が形成される。支持部分は、ステータを他の構成部品に固定して接続するために使用される。巻線は、歯に巻き回される。既存のステータのステータコアの製造手順は単純であるが、ステータ積層体を形成するために用いられる打抜工程では大量の廃材が発生し、コスト高を招く。

従って、材料利用率が高い軽量の電気モータステータが望まれている。

従って、本発明は、その１つの態様において、ステータと、ロータと、支持シートとを備えたモータであって、支持シートは、ロータを支持するように配置された中空のスリーブを有し、ステータは、ステータ構造と、ステータ構造に巻き回されたステータ巻線とを含み、ステータ構造は、環状のヨークと、該ヨークから半径方向外向きに延びる複数の歯とを有する磁性材料のコアと、コアを覆う絶縁部分と、コア内に配置され、支持シートのスリーブとの接続部を形成してステータ構造を支持シートに固定する支持部分と、絶縁部分を支持部分に接続する複数のリブと、支持部分に埋め込まれた補強リングとを含む、モールド構造の巻線フレームとを含み、補強リングの強度は、支持部分の強度よりも高いモータを提供する。

リブは、円周方向に離間することが好ましい。

補強リングは、金属リングであることが好ましい。

補強リングは、環状の本体と、本体の外縁部から軸方向外向きに延びる複数の支持脚とを含み、各支持脚の遠位端は、返し部を形成することが好ましい。

補強リングの外縁部は、波形であることが好ましい。

補強リングの内縁部には、位置決め突起及び／又は凹部が形成されることが好ましい。

支持部分は、スリーブを受け入れてスリーブとの接続部を形成するように構成された円筒部を有することが好ましい。

円筒部の内面及びスリーブの外面の一方には突起が形成され、他方には、突起に係合する凹部が形成され、これによってステータ構造が支持シートに対して円周方向に位置付けられることが好ましい。

支持部分は、円筒形であり、支持部分の内面は、内向きに突出して環状フランジを形成し、補強リングは、環状フランジ上に配置され、補強リングの外縁部は、支持部分に埋め込まれることが好ましい。

スリーブ及び補強リングは、スリーブの自由端の塑性変形によって互いに固定されることが好ましい。

巻線フレームは、コア上に直接成型された単一のモノリシック部分であることが好ましい。

或いは、巻線フレームは、上側巻線フレーム及び下側巻線フレームを含み、上側巻線フレーム及び下側巻線フレームの一方に貫通穴が形成され、他方に支柱が形成され、支柱は、貫通穴に挿入されて上側巻線フレームを下側巻線フレームに接続することが好ましい。

各歯は、ヨークに接続された巻き付け部分と、巻き付け部分の遠位端に形成された先端部とを有し、巻線は、巻き付け部分に巻き回され、先端部と巻き付け部分との接続領域に切り込みが形成され、先端部の一部は、形成前に外側に傾けられ、巻き付けの完了後に内向きに押されて巻き付け部分と接触するように曲げられて切り込みが閉じるようになることが好ましい。

コアは、ストリップ材料を曲げることによって形成され、コアのヨークに貫通穴が形成され、貫通穴に固定片が挿入されることによってコアが成形されることが好ましい。

任意に、コアは、ストリップ材料を曲げることによって形成され、コアの形状は、歯を溶接することによって維持されることが好ましい。

本発明によって提供されるモータのステータ構造の巻線フレームは、先行技術に比べ、支持部分がステータコアの内部に一体的に形成されて、補強リングが支持部分に埋め込まれ、これによって材料利用率が向上するだけでなく、ステータ構造の重量が減少すると同時に、ステータコアと支持シートとの間の界面の強度が保証されるという利点を有する。

以下、添付図面の図を参照しながら、本発明の好ましい実施形態をほんの一例として説明する。図では、複数の図に出現する同一の構造、要素又は部品には、一般にこれらが出現する全ての図において同じ参照番号を付している。一般に、図に示す構成要素及び特徴部の寸法は、表現の利便性及び明瞭性のために選択したものであり、必ずしも縮尺通りではない。以下、各図を列挙する。

本発明の好ましい実施形態によるモータのステータ構造を示す図である。 図１のステータ構造の断面図である。 図１のステータ構造の分解図である。 図１のステータ構造を用いたモータの断面図である。 図４のモータの支持シートを示す図である。 本発明の別の実施形態によるモータのステータ構造を示す図である。 図６のステータ構造の断面図である。 図６のステータ構造の分解図である。 図６のステータ構造を用いたモータの断面図である。

図１〜図３に、本発明の実施形態によるモータのステータ構造を示す。このステータ構造は、モータのステータの主要構成部品である。ステータ構造は、軟質磁性材料で作製された環状ステータコア１０と、コアの内部に配置された補強リング２０などの補強部材と、コア１０と補強リング２０とを一体的に接続する巻線フレーム３０とを含む。ステータは、ステータ構造の巻線フレーム３０に巻き回された（図４に示す）巻線３１をさらに含む。

この実施形態では、コア１０が、ストリップ材料を螺旋状に積み重ねて巻くことによって形成された集積構造であり、環状のヨーク１２と、ヨーク１２の外縁部から半径方向外向きに延びる複数の歯１４とを含む。ヨーク１２は、ストリップ材料を螺旋状に巻くことによって形成された中空の円筒構造である。歯１４は、ヨーク１２の円周方向に間隔を置いて均一又は不均一に配置される。従来の円形の打ち抜きシート構造に比べ、螺旋状に積み重ねて巻いたコア１０では、廃材の発生が実質的に減少し、これによって原料の利用率が改善される。いくつかの実施形態では、ストリップ材料を曲げて円形シートを形成し、この円形シートを積み重ねてコア１０を形成することもでき、これによっても廃材の発生が実質的に減少する。この実施形態では、コア１０のヨーク１２に、ヨークを軸方向に貫通する複数の貫通穴が形成され、この貫通穴にリベット又はピン４０などの固定片を貫通させてコア１０の形状を維持する。いくつかの実施形態では、コア１０を、例えば積み重ねた歯１４を溶接して全体的な本体にすることなどの他の方法で成形することもできる。

各歯１４は、ヨーク１２に接続された巻き付け部分１６と、巻き付け部分１６の遠位端に形成された先端部１８とを含む。隣接する巻き付け部分１６間には巻き付けスロットが形成され、隣接する先端部１８間にはスロット開口部が形成され、巻線は、巻き付け部分１６に巻き回されて巻き付けスロット内に配置される。先端部１８と巻き付け部分１６との接続領域には、切り込み１７が形成されることが好ましい。形成前には、先端部１８を部分的に外側に傾け、隣接する先端部１８を、曲げる前のストリップ材料の長さ方向に部分的に重ね合わせて、先端部１８の幅を効果的に増大させることができる。ストリップ材料を螺旋巻きした後には、先端部１８同士を広げて、隣接する先端部１８間に、巻き付けを容易にする大きなスロット開口部を形成する。巻き付けの完了後には、先端部１８の傾斜部分を押して塑性変形を生じさせ、巻き付け部分１６としっかり接触するように内向きに曲げて、元々の切り込み１７が線形に狭くなり、隣接する先端部１８間に狭いスロット開口部が形成されるようにすることができる。この実施形態では、先端部と巻き付け部分の片側との間の接続領域のみに切り込み１７が形成されている。当然ながら、他の実施形態では、先端部１８と巻き付け部分の両側との間の接続領域に切り込み１７を形成することもできる。

補強リング２０とコア１０は同軸的に配置され、補強リング２０は、コア１０のヨーク１２内に配置される。補強リング２０は、環状の本体２２と、本体２２から延びる複数の支持脚２４とを含む。本体２２の外径は、ヨーク１２の内径よりもはるかに小さく、支持脚２４は、本体２２の外縁部から軸方向下向きに延びる。この実施形態では、本体２２の円周方向に複数の支持脚２４が間隔を置いて均一に配置され（他の実施形態では、間隔を置いて不均一に配置することもできる）、各支持脚２４の遠位端は、返し部を形成する。本体２２の内縁部は、半径方向内向きに突出して、ステータ構造の組み立て及び位置決めのための突起２６を形成する。

巻線フレーム３０は、プラスチックなどの絶縁材料からオーバモールドした集積構造である。形成時には、コア１０及び補強リング２０を金型内に配置し、プラスチックを注入して、コア１０と補強リング２０を同時に覆ってコア１０を補強リングに一体的に接続する巻線フレーム３０を形成する。巻線フレーム３０は、コア１０に対応する絶縁部分３２と、補強リング２０に対応する支持部分３４と、絶縁部分３２と支持部分３４との間に接続された複数のリブ３６とを含む。

絶縁部分３２とコア１０は、輪郭が一致する。図１及び図２に示すように、絶縁部分３２は、先端部１８の外周面を除いてコア１０の全ての外面を覆い、これによってその後にコア１０に巻線を巻き回す際に巻線とコア１０の間の絶縁を確実にし、従って巻線の短絡を回避する。支持部分３４は円筒形であり、補強リング２０を覆って補強リング２０と共に支持機構を形成する。この支持機構は、支持シートなどのモータの他の構成部品にステータ構造を固定して接続するために使用される。この実施形態では、支持部分３４の内径が補強リング２０の外径よりも小さく、支持部分３４の内壁面が、半径方向内向きに突出して環状フランジ３８を形成し、補強リング２０の本体２２が、環状フランジ３８に積み重ねられ、補強リング２０と環状フランジ３８の内径同士がほぼ同じである。補強リング２０の本体２２の外縁部、及び支持脚は、絶縁部分３２に埋め込まれる。リブ３６は、円周方向に間隔を置いて分布し、各リブ３６は、薄いシートの形状を有して支持部分３４の外壁と絶縁部分３２の内壁との間に接続され、これによって絶縁部分３２と支持部分３４との間の接続強度を保証するとともに、巻線フレーム３０全体の重量を減少させる。

図４は、図１のステータ構造を組み込んだモータの断面図である。図５は、図４のモータの支持シート８０を示す図である。モータは、ロータ６０及び支持シート８０を含む。ロータ６０は、シャフト６２と、シャフト６２に固定されたシェル６４と、シェル６４の側壁の内面に取り付けられた永久磁石６６とを含む。永久磁石６６は、ステータのコア１０の歯１４の外面に対向し、これらの間には空隙が形成される。永久磁石は、ロータに磁場をもたらし、１又は２以上の別個の永久磁石片を含むことができる。支持シート８０の中心は、軸方向上向きに突出して中空スリーブ８２を形成し、この中空スリーブ８２は、ロータ６０を支持するための軸受などを取り付けるために使用される。この実施形態では、２つの軸受６８がロータを支持する。スリーブ８２の上部の外壁面は、補強リングの突起２６に係合してステータ構造を円周方向に位置付けるための、軸方向に延びる凹部８４を有する。突起２６の位置と凹部８４の位置は、互いに置き代えることもできる。この実施形態では、支持シート８０が、アルミニウムなどの金属材料で製造される。ステータ構造をスリーブ８２に取り付けた後には、スリーブ８２の自由端を外向きに塑性変形させて補強リング２０に係合させ、ステータ構造を支持シート８０に固定することが好ましい。

図６〜図９に、本発明によって提供されるステータを含むモータの別の実施形態を示す。２つの実施形態の主な違いは、巻線フレーム３０及び補強リング２０にある。この実施形態では、巻線フレーム３０が、上側巻線フレーム３０ａ及び下側巻線フレーム３０ｂを含む。上側巻線フレーム３０ａ及び下側巻線フレーム３０ｂは、射出成形などによってそれぞれ一体的に形成され、コア１０の周囲に組み立てられて巻線フレーム３０を形成する。補強リング２０は、巻線フレーム３０の支持部分３４の強度を補強するように、上側巻線フレーム３０ａ及び下側巻線フレーム３０ｂの一方の支持部分３４ａ／３４ｂに埋め込まれる。この実施形態では、補強リング２０が、好ましくはインサート成形によって上側巻線フレーム３０ａに埋め込まれる。補強リングは、補強リングと支持部分との間のねじれに対する接続強度を高めるように、凹凸のある外縁部を有することが好ましい。任意に、外縁部は、図８に示すような波形を有する。本発明では、補強リング２０が、プラスチック製の巻線フレーム３０と協働して支持機構を形成すると理解されたい。金属の高強度とプラスチックの軽量とを利用することにより、全体的な重量が減少すると同時に支持機構の強度が保障される。

上側巻線フレーム３０ａの支持部分３４ａの内面は、内向きに突出して環状フランジ３８ａを形成する。補強リング２０は、環状フランジ３８ａ上に位置して部分的に露出し、補強リング２０の外縁部は、支持部分３４ａ内に広がり、上側巻線フレーム３０ａによって覆われる。上側巻線フレーム３０ａの環状フランジ３８ａには、円周方向に間隔を置いて均一に分布する、環状フランジ３８ａを軸方向に貫通する複数の貫通穴３９ａが形成されることが好ましい。下側巻線フレーム３０ｂの支持部分３４ｂの内面は、内向きに突出して環状フランジ３８ｂを形成する。環状フランジ３８ｂ上には、複数の支柱３９ｂが形成され、各支柱３９ｂは、対応する貫通穴３９ａに挿入され、下側巻線フレーム３０ｂを上側巻線フレーム３０ａに接続して全体的な本体を形成する。他の実施形態では、上側巻線フレーム３０ａに支柱３９ｂを形成し、下側巻線フレーム３０ｂに貫通穴３９ａを形成することもでき、この場合も同様に、支柱３９ｂを貫通穴３９ａに係合させることにより、上側巻線フレーム３０ａと下側巻線フレーム３０ｂとが接続されて巻線フレーム３０を形成し、支持部分３４ａと支持部分３４ｂとが協働してコア１０内にプラスチック製の支持部分３４を形成し、この支持部分が補強リング２０と協働してステータ構造の強度を保証するとともにステータ構造を軽量化する。

このステータ構造では、ストリップ材料を曲げること又は巻くことによってコア１０が形成され、これによって材料利用率が向上し、先端部を曲げてスロット開口部の幅を減少させることによってコギングトルクが低下し、従って振動が減少することによってモータの動作安定性が改善される。また、オーバモールド工程によって一体的な巻線フレーム３０を形成することにより、この一体的な巻線フレーム３０がコア１０内に支持部分３４を一体的に形成し、コアが内向きに延びて支持部分を形成する慣例と比較した時に、材料を節約できるだけでなく、全体的なモータの重量も減少する。さらに、補強リング２０が支持部分３４内に配置されることにより、支持機構が、応力下で容易に変形又は損傷しないだけの十分な強度を有するようになる。

本出願の明細書及び特許請求の範囲では、記述する項目又は特徴の存在を明示する一方でさらなる項目又は特徴の存在を排除しないように、「備える、含む、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｉｎｃｌｕｄｅ、ｃｏｎｔａｉｎ及びｈａｖｅ）」という動詞、並びにその派生形の各々を包括的な意味で使用している。

明確化のために別個の実施形態の文脈で説明した本発明のいくつかの特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供することもできると理解されたい。これとは逆に、簡潔さを期すために単一の実施形態の文脈で説明した本発明の様々な特徴を別個に、又はいずれかの好適な下位の組み合わせで提供することもできる。

上述した実施形態はほんの一例にすぎず、当業者には、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々な修正が明らかになるであろう。

１０ ステータコア
１２ ヨーク
１４ 歯
１６ 巻き付け部分
１７ 切り込み
１８ 先端部
２０ 補強リング
２２ 本体
２４ 支持脚
２６ 突起
３０ 巻線フレーム
３２ 絶縁部分
３４ 支持部分
３６ リブ
３８ 環状フランジ
４０ ピン

Claims (13)

1. ステータと、ロータと、支持シートとを備えたモータであって、
   前記支持シートは、前記ロータを支持するように配置された中空のスリーブを有し、
   前記ステータは、ステータ構造と、該ステータ構造に巻き回されたステータ巻線とを含み、
   前記ステータ構造は、
   環状のヨークと、該ヨークから半径方向外向きに延びる複数の歯とを有する磁性材料のコアと、
   前記コアを覆う絶縁部分と、前記コア内に配置され、前記支持シートの前記スリーブとの接続部を形成して前記ステータ構造を前記支持シートに固定する支持部分と、前記絶縁部分を前記支持部分に接続する複数のリブと、前記支持部分に埋め込まれた補強リングとを含む、モールド構造の巻線フレームと、
   を含み、前記補強リングの強度は、前記支持部分の強度よりも高い、
   ことを特徴とするモータ。
2. 前記補強リングは、金属リングである、
   請求項１に記載のモータ。
3. 前記補強リングは、環状の本体と、該本体の外縁部から軸方向外向きに延びる複数の支持脚とを含み、各支持脚の遠位端は、返し部を形成する、
   請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記補強リングの外縁部は、波形を有する、
   請求項１、２又は３に記載のモータ。
5. 前記支持部分は、前記スリーブを受け入れて該スリーブとの接続部を形成するように構成された円筒部を有する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 前記円筒部の内面及び前記スリーブの外面の一方に突起が形成され、他方には、前記突起に係合する凹部が形成され、これによって前記ステータ構造が前記支持シートに対して円周方向に位置付けられる、
   請求項５に記載のモータ。
7. 前記支持部分は、円筒形であり、前記支持部分の内面は、内向きに突出して環状フランジを形成し、前記補強リングは、前記環状フランジ上に配置され、前記補強リングの外縁部は、前記支持部分に埋め込まれる、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ。
8. 前記スリーブ及び前記補強リングは、前記スリーブの自由端の塑性変形によって互いに固定される、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ。
9. 前記巻線フレームは、前記コア上に直接成型された単一のモノリシック部分である、
   請求項１から８のいずれか１項に記載のモータ。
10. 前記巻線フレームは、上側巻線フレーム及び下側巻線フレームを含み、前記上側巻線フレーム及び前記下側巻線フレームの一方に貫通穴が形成され、他方に支柱が形成され、前記支柱は、前記貫通穴に挿入されて前記上側巻線フレームを前記下側巻線フレームに接続する、
    請求項１から８のいずれか１項に記載のモータ。
11. 前記歯の各々は、前記ヨークに接続された巻き付け部分と、該巻き付け部分の遠位端に形成された先端部とを有し、前記巻線は、前記巻き付け部分に巻き回され、前記先端部と前記巻き付け部分との接続領域に切り込みが形成され、前記先端部の一部は、形成前に外側に傾けられ、巻き付けの完了後に内向きに押されて前記巻き付け部分と接触するように曲げられて前記切り込みが閉じるようになる、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載のモータ。
12. 前記コアは、ストリップ材料を曲げることによって形成され、前記コアの前記ヨークに貫通穴が形成され、前記貫通穴に固定片が挿入されることによって前記コアが成形される、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載のモータ。
13. 前記コアは、ストリップ材料を曲げることによって形成され、前記コアの形状は、前記歯を溶接することによって維持される、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載のモータ。

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