JP2017123772A - ステータ組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】改良された電気モータ用のステータ組立体を提供する。
【解決手段】４極ステータ組立体は、ボビン組立体と、２つのＣ字形ステータコアを有し、各Ｃ字形ステータコアは、後部と、後部から延びる第１の極アーム及び第２の極アームを含む。ボビン組立体は、第１のボビン部分及び第２のボビン部分を含み、各ボビン部分は、２つの中空のボビンアームを含み、各ボビンアームは、極アームを受入れるスロットを有し、各ボビンアームに巻線が巻かれる。Ｃ字形コアは、各Ｃ字形コアが両方のボビン部分を橋渡しするように配置され、第１の極アーム及び第２の極アームの一方が第１のボビン部分のスロットの中に延び、第１の極アーム及び第２の極アームの他方が第２のボビン部分のスロットの中に延びる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気モータのステータ組立体に関する。

電気モータは、典型的には、ロータ組立体と、ステータ組立体を有する。永久磁石ブラシレスモータのステータ組立体は、ステータコアと、巻線を有する。巻線は、ステータコアの一部の周りに設けられ、通常、ステータコアに固定されたボビンに設けられる。巻線をボビンに巻くことは、ボビンをステータコアに取付ける前に行われてもよいし、その後に行なわれてもよい。ボビンをステータコアに取付ける前に巻線をボビンに巻くことにより、容易な巻き作業を可能にする。しかしながら、それにより、ステータコアの形状を制限する。しばしば、最初にボビンをステータコアの上に成形し、次いで、巻線をボビンの周りに巻く。しかしながら、このことは、巻き作業を非常に困難にすることがある。困難な巻き作業は、専門的な機械を必要とすることがあり、電気モータを製造するコストを大幅に増大させることがある。

ステータコアは、典型的には、ロータ組立体等の他のモータ構成要素に対するステータコアの位置決めが非常に小さい寸法交差まで注意深く制御されるように、モータのフレームに固定される。しかしながら、このようにステータコアを位置決めのために使用すると、小さい寸法誤差を達成するために、ステータコアを製造するコストが高くなり、ステータコアを大きく且つかさばるようにすることがある。これにより、電気モータ全体のコスト及び重量を増大させる。

従って、上述した問題をいくらかでも軽減することができる改良されたステータ組立体を有する電気モータが求められている。

本発明は、ボビン組立体と、２つのＣ字形ステータコア、を有し、Ｃ字形ステータコアの各々は、後部と、前記後部から延びる第１の極アーム及び第２の極アームを含む、４極ステータ組立体を提供する。ボビン組立体は、第１のボビン部分と、第２のボビン部分を有し、ボビン部分の各々は、２つの中空のボビンアームを含み、ボビンアームの各々は、極アームを受入れるスロットを有し、巻線がボビンアームの各々に巻かれる。Ｃ字形ステータコアは、Ｃ字形ステータコアの各々が両方の前記ボビン部分を橋渡しするように配列され、第１の極アーム及び第２の極アームの一方は、第１のボビン部分のスロットの中を延び、第１の極アーム及び第２の極アームの他方は、第２のボビン部分のスロットの中を延び、極アームは、接着剤によってスロット内に固定される。

この結果、容易な巻き手順を用いて、各ボビン部分に別々に巻線を巻くことができ、ステータ組立体を組立てると、両方のボビン部分を橋渡しするＣ字形ステータコアによって両方のボビン部分が互いに確実に保持される。このため、より素早く且つ単純な製造工程が可能になり、ステータ組立体の、従ってモータの製造コストを削減することができる。

第１のボビン部分及び第２のボビン部分の各々は、半円筒形凹部を含むのがよい。各ボビン部分の半円筒形凹部は、ボビン組立体を貫通する円筒形ボアの一部を形成するのがよい。組立て中に２つのボビン部分を接合させると、２つの半円筒形凹部は、ボビン組立体を貫通する円筒形ボアを形成する。ステータ組立体を電気モータに組立てると、この円筒形ボアは、ロータ組立体の磁石を受入れて、磁石とステータコアとの相対的な位置決めに対する高レベルの制御を可能にする。

半円筒形凹部は、２つの極面窓を含むのがよく、極面窓の各々はそれぞれ、ボビン部分を貫通するスロットの各々の内部側終端を構成する。従って、この窓は、Ｃ字形ステータコアと円筒形ボア内に位置する磁石との近い接近を可能にし、これらの間の良好な磁気的相互作用を可能にする。

Ｃ字形ステータコアの各々の極アームの各々は、極アームの後部と反対側の端部に極面を含むのがよい。極アームの各々は、極面に近接した位置に接着剤を含むための溝を含むのがよい。これにより、ボビン組立体とＣ字形ステータコアの極面付近とが、強力に接合され、極アームの任意の屈曲を低減させることができる。

極面の各々は、極面窓のところに配置され、半円筒形凹部の壁の一部を形成するのがよい。従って、極面は、円筒形ボア内に位置する磁石のできるだけ近くに配置され、ステータコアと磁石との間の磁気相互作用をより良好にすることができる。

ボビンアームの各々は、外側フランジを含むのがよい。外側フランジは、巻線をボビンアームの適所に維持するように作用し、巻線が外れるリスクを低下させる。

ボビン組立体は、１又は２以上の固定用凹部を含むのがよい。ボビン組立体のボビン部分の各々は、固定用凹部を含むのがよい。従って、ボビン組立体は、モータ内に組込まれるとき、フレーム又は他の部品に容易に固定される。ボビン組立体の１又は２以上の固定用凹部を介して、ステータ組立体全体をモータに固定することができる。

本発明は、別の態様において、上記記述のいずれかに記載した４極ステータ組立体と、ロータ組立体と、フレームとを備えた電気モータを提供する。

この結果、上述したステータ組立体の利点により、モータの製造及び組立てを容易にすることができる。さらに、モータのコスト及び関連する製造コストを最小限に抑えることができる。

ロータ組立体は、回転自在なシャフトに固定された永久磁石を有し、且つ、ロータ組立体は、永久磁石がＣ字形ステータコアの間に位置するように位置決めされるのがよい。永久磁石は、各極が２つのＣ字形ステータコアを含むステータ組立体の各極面と相互作用できるように４極磁石であるのがよい。

ボビン組立体は、フレームに固定され、フレームは、ボビン組立体の１又は２以上の固定用凹部内に嵌る１又は２以上のラグを有し、１又は２以上のラグは、接着剤によって、１又は２以上の固定用凹部内に固定されるのがよい。

以下、本発明を容易に理解できるように、以下の添付図面を参照しながら本発明の実施形態をほんの一例として説明する。

ステータ組立体を示す図である。 ボビン部分を示す図である。 図１のステータ組立体を含む電気モータの分解斜視図である。 図３の電気モータのフレームの断面図である。 図３の電気モータのステータ組立体及びロータ組立体の断面図である。

図１は、ステータ組立体１０を示す。ステータ組立体１０は、２つのＣ字形のステータコア２０と、ボビン組立体１２を有する。Ｃ字形のステータコア２０（Ｃ字形コアとも呼ぶ）の各々は、後部２２と、後部２２から延びる２つの極アーム２４を含む。極面２６が、極アーム２４の各々の端面にある。溝２８が、極面２６の後方の極アーム２４の外側の面にあり、極アーム２４の軸線方向長さに沿って延びる。溝２８は、接着剤が集まることができる容積を有し、この領域は、強固な接着剤結合がＣ字形コア２０とボビン組立体１２の間にあることを確保する。極面２６を極アーム２４の端部に有することによって、磁石がＣ字形コア２０の近くで回転するときに変動する磁力の下で、極アーム２４が曲がる可能性があることを理解すべきである。磁石に対する極面の移動により、モータの性能に悪影響を及ぼすことがある。従って、溝２８を極面２６に近接して位置決めすることによって、極面２６の任意の移動が最小に保たれる。用語「近接」は、ロータ組立体の磁石がＣ字形コア２０の近くで回転しているとき、接着剤結合により、溝２８と極面２６が、極面２６の任意の移動を最小にするのに十分互いに近くに位置決めされることを意味する。

変形例として、極アーム２４は、溝を有しなくてもよい。この例では、接着剤が、各極アームの外側面のかなりの部分に沿って設けられ、大きい結合領域が極アームとボビン組立体との間に設けられるのがよい。これにより、ロータ磁石が回転しているときに極面２６の任意の移動を最小にするのに等しく効果的である強固な接着剤結合が得られる。

Ｃ字形コア２０の各々において、一方の極アーム２４の端部のところの極面２６は、同じＣ字形コア２０の他方の極アームの端部のところの極面２６と異なる。これらの極面２６を非対称にする理由は、突出を増大させるためである。増大させた突出により、ロータが回転していないときにロータがステータコアに対する特定の位置に停止することを促進させ、モータを特定の方向に再始動させることが容易である。Ｃ字形コア２０の両方の極面２６を同じにしたとすると、モータを始動させるとき、ロータが所望の方向に回転することを促進させることが困難になる。

ボビン組立体１２は、２つのボビン部分１４を有する。単一のボビン部分１４をさらに詳細に図２に示す。ボビン部分１４の各々は、外向きに延びる２つの中空のボビンアーム１６を含み、中空のボビンアーム１６の各々は、その端部にフランジ３４を含む。ボビンアーム１６は、Ｃ字形コア２０から極アーム２４を受入れることができるスロット１７を有する。磁界をＣ字形コア２０に誘導するための巻線（図示せず）が、ボビンアーム１６に巻かれ、フランジ３４は、巻線をボビンアーム１６上の適所に保つように作用する。ボビンアーム１６の中を延びるスロット１７により、Ｃ字形コア２０の極アーム２４がボビン組立体１２のスロットの中に入ることを可能にし、巻線が、各極アーム２４の周りに位置決めされる。図１は、両方のボビン部分１４を互いに当接させて、矢印Ｓによって示すようにＣ字形コア２０をボビン組立体１２内に滑り込ませることによる、ステータ組立体１０の組立てる仕方を示す。Ｃ字形コア２０は、Ｃ字形コア２０の各々が両方のボビン部分１４を橋渡しするように配列され、一方の極アーム２４が、第１のボビン部分のスロットの中を延び、他方の極アーム２４が、第２のボビン部分のスロットの中を延びている。

Ｃ字形コア２０が２つのボビン部分１４を橋渡しすることによって、２つのボビン部分１４は、Ｃ字形ステータコア２０によって互いにしっかりと保持される。２つの別々のボビン部分１４を設ける１つの理由は、ボビン部分が分離されているとき、巻線をボビンアーム１６に巻きやすいからである。図から分かるように、２つのボビン部分１４がそれらの間に隙間がないように互いに位置決めされるとき、フランジ３４は互いに当接する。ボビン組立体１２が２つの分離可能な部分として設けられていないと、巻線ワイヤをボビンアーム１６の間の隙間に通す必要があるので、巻線をボビンアーム１６に巻くことが困難になり且つ費用がかかるようになるであろう。

各ボビン部分１４は、半円筒形凹部１５を含み、２つのボビン部分１４を一緒にするとき、半円筒形凹部１５の各々は、ボビン組立体１２の中心を貫通する円筒形ボア１８の一部を形成する。各ボビン部分１４の半円筒形凹部１５は、２つの窓３２を有し、２つの窓３２は、ボビン組立体１２の内側における各ボビンアーム１６のスロット１７の終端を構成する。ステータ組立体１０を完全に組立てると、Ｃ字形コア２０の極面２６は、窓３２のところに位置決めされ、ボア１８の壁の一部を形成する。

ボビン組立体１２はさらに、ステータ組立体１０をモータ内に固定することを可能にする固定用凹部１９を有する。ボビン部分１４の各々は、１つの固定用凹部１９を含み、ステータ組立体１０をモータ内に固定する仕方は、後で説明される。

図３は、電気モータ４０の分解斜視図である。電気モータ４０は、上述したステータ組立体１０を有し、また、フレーム５０と、ロータ組立体６０を有する。フレーム５０は、内壁５１と、外壁５２を有する。外壁５２は、内壁５１を包囲し、環状チャンネル５４が、外壁５２と内壁５１の間に定められる。多数のディフューザベーン５３が、環状チャンネル５４の中を内壁５１と外壁５２の間に延びている。ロータ組立体６０は、シャフト６１と、磁石６２と、軸受組立体６３と、インペラ６４を有する。組立てたとき、磁石６２、軸受組立体６３及びインペラ６４は全て、締り嵌め及び接着剤の一方又はこれらの組合せによってシャフト６１に直接固定されている。磁石６２は、永久磁石ブラシレスモータにおいて一般に使用される種類の接合式永久磁石であり、図示の例では、磁石６２は、４極永久磁石である。

ロータ組立体６０は、内壁５１によってフレーム５０内に支持される。軸受組立体６３は、内壁５１によって定められるボアの内側に固定され、フレーム５０の内壁５１は、軸受組立体６３の周りの保護スリーブとして作用する。これにより、軸受組立体６３が別々の保護スリーブを有する必要性をなくし、モータ４０の寸法及び重量を減少させるのに役立つ。モータ４０を完全に組立てると、磁石６２は、フレーム５０の内壁５１の向こう側に延び、全体的に、ステータ組立体１０のＣ字形のコア２０とコア２０の間に位置決めされる。

明確のために、用語「軸線方向」は、図３の軸線Ａ−Ａによって示すように、モータ４０の回転軸線に沿って延びる軸線の方向を意味することを意図している。加えて、本明細書において述べる方向の用語「上流」及び「下流」は、使用時にモータの中を通る空気流の方向を指し、図３において両方向矢印によってさらに明瞭にされる。

フレーム５０の断面を図４に示す。内壁５１は円筒形であり、ボア５５を有する。モータ４０を組立てるとき、内壁５１がロータ組立体６０をボア５５内に支持する。加えて、内壁５１は、その一方の端部から軸線方向に延びるラグ５６を有する。特に、ラグ５６は、軸線方向の下流方向に延びている。ラグ５６は、ステータ組立体１０をフレーム５０に固定するためにステータ組立体１０を容易に取付けることができる取付け箇所を構成する。図４は、単一のラグ５６を示しているけれども、ステータ組立体１０に設けられる固定用凹部１９の数及びモータのその他の要求に応じて、多数のラグ５６を設けてもよい。ラグ５６は、それらがボビン組立体１２の固定用凹部１９の内側に受入れられるように位置決めされる。ラグ５６及び固定用凹部１９は、ラグが固定用凹部の内側にぴったり嵌って締り嵌めを形成するように適当に寸法決めされるのがよい。変形例として、固定用凹部１９は、ラグ５６及び接着剤の容積を収容することができるのに十分大きくてもよい。この例では、モータ４０の組立て中、ステータ組立体１０とフレーム５０を一緒にする前、接着剤を、固定用凹部の内側に付与してもよいし、ラグの外側に付与してもよいし、その両方に付与してもよい。

ボビン組立体１２の固定用凹部１９により、ステータ組立体１０をモータ４０のフレーム５０にボビン組立体１２のところで固定することを可能にし、Ｃ字形コア２０自体を使用しない。従って、Ｃ字形コア２０は、それほど大きく作られる必要がない。これにより、ステータ組立体、従ってモータ全体の、コスト及び重量を低減させるのに役立つ。加えて、Ｃ字形コア２０の唯一の機能は、磁束が通過できる磁路を提供することである（すなわち、Ｃ字形コア２０の構造又は取付けについての検討は不要である）ため、Ｃ字形コアには、形状及び寸法を磁気飽和の低下のために最適化できるように多くの設計自由度が与えられる。

図５は、組立てられたステータ組立体１０、ロータ組立体６０のシャフト６１及び磁石６２の断面を示す。ボビン部分１４の各々の中央部は、固定用凹部１９を含む。一方のボビン部分１４は、ボビンアーム１６Ａ、１６Ｄを含み、他方にボビン部分１４は、ボビンアーム１６Ｂ、１６Ｃを含む。巻線７０Ａ〜７０Ｄがそれぞれ、ボビンアーム１６Ａ〜１６Ｄの周りに巻かれ、フランジ３４Ａ〜３４Ｄによって適所に保持される。２つのＣ字形コア２０が設けられ、第１のＣ字形コアは、極アーム２４Ａ、２４Ｂを含み、他方のＣ字形コアは、極アーム２４Ｃ、２４Ｄを含む。極面２６Ａ〜２６Ｄがそれぞれ、極アーム２４Ａ〜２４Ｄの端部に設けられる。Ｃ字形コア２０は、極アーム２４Ａ〜２４Ｄがボビンアーム１６Ａ〜１６Ｄのスロットの中を延びるように、且つ、Ｃ字形コア２０の各々が両方のボビン部分１４を橋渡しするように位置決めされる。例えば、図５に示すように、Ｃ字形コアのうちの一方の極アーム２４Ａは、一方のボビン部分のボビンアーム１６Ａのスロットの中を延び、同じＣ字形コアの極アーム２４Ｂは、異なるボビン部分のボビンアーム１６Ｂのスロットの中を延びる。２つのＣ字形コアのうちの他方についても、同じことが適用され、極アーム２４Ｃは、一方のボビン部分のボビンアーム１６Ｃのスロットの中を延び、極アーム２４Ｄは、他方のボビン部分のボビンアーム１６Ｄのスロットの中を延びる。例えば、図５に示すように、Ｃ字形コアの一方の極アーム２４Ａは、ボビン部分の一方のボビンアーム１６Ａのスロットを貫いて延び、同じＣ字形コアの極アーム２４Ｂは、異なるボビン部分のボビンアーム１６Ｂのスロットを貫いて延びる。２つのＣ字形コアのうちの他方についても同じことが適用され、極アーム２４Ｃは、一方のボビン部分のボビンアーム１６Ｃのスロットの中を延び、極アーム２４Ｄは、他方のボビン部分のボビンアーム１６Ｄのスロットの中を延びる。

従って、Ｃ字形コアをこのように配列すれば、巻線７０Ａ〜７０Ｄはそれぞれ、極アーム２４Ａ〜２４Ｄの周りに位置決めされ、電流が巻線７０Ａ〜７０Ｄの中を流れるとき、磁界がＣ字形コア２０を介して極面２６Ａ〜２６Ｄに誘導される。

ロータ組立体６０のシャフト６１及び磁石６２は、ステータ組立体１０の内側においてＣ字形コア２０の間に位置決めされ且つボビン部分１４の２つの半円筒形凹部によって形成された円筒形ボア内に位置決めされる。磁石６２は、モータ４０の作動中に４つの極面２６Ａ〜２６Ｄと磁気的に相互作用する４つの極（図示せず）を有する。

以上、特定の実施形態を説明したが、特許請求の範囲によって定められるように、様々の修正を、本発明の範囲から逸脱することなしに行ってもよいことを理解すべきである。

１０ ステータ組立体
１２ ボビン組立体
１４ ボビン部分
１５ 半円筒形凹部
１６ ボビンアーム
１７ スロット
１８ ボア
１９ 固定用凹部
２０ Ｃ字形のステータコア
２２ 後部
２４ 極アーム
２６ 極面
２８ 溝
３２ 窓
７０Ａ〜７０Ｄ 巻線

Claims (15)

1. ４極ステータ組立体であって、
   ボビン組立体と、
   ２つのＣ字形ステータコアと、を有し、
   前記Ｃ字形ステータコアの各々は、後部と、前記後部から延びる第１の極アーム及び第２の極アームを含み、
   前記ボビン組立体は、第１のボビン部分と、第２のボビン部分を有し、前記ボビン部分の各々は、２つの中空のボビンアームを含み、前記ボビンアームの各々は、前記極アームを受入れるスロットを有し、巻線が前記ボビンアームの各々に巻かれ、
   前記Ｃ字形ステータコアは、前記Ｃ字形ステータコアの各々が両方の前記ボビン部分を橋渡しするように配列され、前記第１の極アーム及び前記第２の極アームの一方は、前記第１のボビン部分のスロットの中を延び、前記第１の極アーム及び前記第２の極アームの他方は、前記第２のボビン部分のスロットの中を延び、前記極アームは、接着剤によって前記スロット内に固定される、４極ステータ組立体。
2. 前記第１のボビン部分及び前記第２のボビン部分の各々は、半円筒形凹部を含む、請求項１に記載の４極ステータ組立体。
3. 前記半円筒形凹部は、２つの極面窓を含み、前記極面窓の各々はそれぞれ、前記ボビン部分を貫通する前記スロットの各々の内部側終端を構成する、請求項２に記載の４極ステータ組立体。
4. 前記ボビン部分の各々の半円筒形凹部は、前記ボビン組立体を貫通する円筒形ボアの一部を形成する、請求項２又は３に記載の４極ステータ組立体。
5. 前記Ｃ字形ステータコアの各々の極アームの各々は、前記極アームの後部と反対側の端部に極面を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の４極ステータ組立体。
6. 前記極アームの各々は、前記極面に近接した位置に接着剤を含むための溝を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の４極ステータ組立体。
7. 前記極面の各々は、前記極面窓のところに配置され、前記半円筒形凹部の壁の一部を形成する、請求項３に従属する場合の請求項５又は６に記載の４極ステータ組立体。
8. 前記ボビンアームの各々は、外側フランジを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の４極ステータ組立体。
9. 前記ボビン組立体は、１又は２以上の固定用凹部を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の４極ステータ組立体。
10. 前記ボビン組立体のボビン部分の各々は、固定用凹部を含む、請求項９に記載の４極ステータ組立体。
11. ロータ組立体と、
    フレームと、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の４極ステータ組立体と、を有する電気モータ。
12. 前記ロータ組立体は、回転可能なシャフトに固定された永久磁石を有し、且つ、前記永久磁石が前記Ｃ字形ステータコアの間に位置するように位置決めされる、請求項１１に記載の電気モータ。
13. 前記永久磁石は、４極磁石である、請求項１２に記載の電気モータ。
14. 前記ボビン組立体は、前記フレームに固定され、前記フレームは、前記ボビン組立体の１又は２以上の固定用凹部内に嵌る１又は２以上のラグを有する、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の電気モータ。
15. 前記１又は２以上のラグは、接着剤によって、前記１又は２以上の固定用凹部内に固定される、請求項１４に記載の電気モータ。

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