JP2019041472A

JP2019041472A - モーターステーターコア

Info

Publication number: JP2019041472A
Application number: JP2017161024A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　浩二; Koji Sato; 浩二佐藤; 星野　彰教; Akinori Hoshino; 彰教星野; 博昭藪井; Hiroaki Yabui
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2037-08-24
Also published as: JP7007634B2

Abstract

【課題】モーターの出力向上又は小型化を図ることができる。【解決手段】モーターステーターコア１０は、本体部１１とカフサ１２とを備える。本体部は複数の基板を積層して形成される。基板は環状の基部及び基部の内周面から内側へ突出するとともに基部の周方向に沿って等間隔に配置された複数の突出部を備える。本体部１１は、基部がそれぞれ重ね合わされて形成された第１ヨーク部と、突出部がそれぞれ重ね合わされて形成された複数の第１ティース部を有する。カフサ１２は、本体部１１の端面であって、複数の基板の積層方向における少なくとも一方の端面に取り付けられる。カフサ１２は、第１ヨーク部に取り付けられる第２ヨーク部と、第２ヨーク部の内周面から内側へそれぞれ突出していて、複数の第１ティース部にそれぞれ取り付けられる複数の第２ティース部とを備える。カフサ１２は、軟磁性材で構成され、且つその表面が電気的に絶縁被覆されている。【選択図】図１

Description

本発明は、モーターステーターコアに関する。

例えば、下記特許文献１に記載されているように、モーターステーターは知られている。一般に、従来のモーターステーターは、モーターステーターコア、絶縁紙及びコイル（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応したコイル）を備える。モーターステーターコアは、円筒状のヨーク部と、ヨーク部の内周面から内側へ突出した複数のティース部を有する。各ティース部は、ヨーク部の中心軸線方向に平行に延設されている。複数のティース部がヨーク部の周方向に等間隔に配置されている。なお、モーターステーターコアは、電磁鋼板を積層して形成されている。隣り合う２つのティース部の間に形成された各スロット部に絶縁紙が挿入されている。絶縁紙は、スロット部の内周面に沿うように、モーターステーターコアの中心軸線方向に延びる溝形に成形されている。絶縁紙の延設方向における両端部は、モーターステーターコアの延設方向における両端面からそれぞれ突出している。この絶縁紙によって、スロット部の内周面が電気的に絶縁被覆される。

上記のように構成されたモーターステーターコアの内周部にコイルが装着される。コイルの中心軸線方向がモーターステーターコアの径方向に一致している。なお、コイルは、モーターステーターコアの中心軸線方向に延びる略長方形状に予め成形されている。コイルの長辺部の寸法は、絶縁紙の長手方向の寸法と同等である。一方、コイルの短辺部の寸法は、モーターステーターコアの周方向に隣接する複数（例えば５個）のスロット部のうちの両端のスロット部の距離と同等である。このように成形されたコイルの両長辺部が、前記複数（例えば５個）のスロット部のうちの両端のスロット部にそれぞれ挿入される。その際、コイルの両短辺部によって絶縁紙の端部が屈曲（又は破損）しないように、モーターステーターコアの両端面に、絶縁紙の両端部をそれぞれ支持する合成樹脂製のカフサ（治具）が配置される。なお、コイルが装着された後にカフサが取り外されてもよいし、モーターステーターコアに取り付けられたままであってもよい。つまり、モーターステーターコアは、上記のように電磁鋼板を積層して形成された本体部とカフサとから構成されていてもよい。

上記のように、絶縁紙の両端部をモーターステーターコア（本体部）の両端面からそれぞれ突出させておき、絶縁紙の両端部を支持した状態でコイルを装着することにより、コイルの短辺部とステーターコアの端面（ティース部の端面）との距離が所定値（例えば、３ｍｍ）以上に保たれる。

特開２００４−２６０８８１号公報

上記のように、従来のモーターステーターでは、モーターステーターコア（本体部）の端面（ティース部の端面）とコイルの短辺部との距離を所定値以上確保して、両者間の電気的絶縁を確保している。この場合、コイルの内側の空間のうち、モーターステーターコア（本体部）の端面（ティース部の端面）とコイルの短辺部と間の空間は、磁気的には無駄なスペースである。つまり、コイルの内側の空間のうち、コイル内の磁束密度を高める鉄心として機能する部分はティース部だけである。よって、上記従来のモーターステーターを用いた場合、モーターの出力向上又はモーターの小型化が困難である。また、モーターステーターコア（本体部）の端面（ティース部の端面）とコイルの短辺部との距離を所定値以上確保するため、コイル径（長辺部の寸法）が無駄に大きくなる。そのため、コイルの周長が長く、電気抵抗が大きい。そのため、モーターの出力効率の低下を招く。

本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、モーターの出力向上又は小型化を図ることができるモーターステーターコアを提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、環状の基部（１１１ａ）及び前記基部の内周面から内側へ突出するとともに前記基部の周方向に沿って等間隔に配置された複数の突出部（１１１ｂ）をそれぞれ備え、磁性材で構成された複数の基板（１１１）を積層した本体部（１１）であって、前記複数の基板の基部がそれぞれ重ね合わされて形成された第１ヨーク部（Ｙ１）と、前記複数の基板の突出部がそれぞれ重ね合わされて形成された複数の第１ティース部（Ｔ１）を有する本体部と、前記本体部の端面であって、前記複数の基板の積層方向における少なくとも一方の端面に取り付けられ、環状に形成されたカフサ（１２）であって、前記第１ヨーク部に取り付けられる第２ヨーク部（Ｙ２）と、前記第２ヨーク部の内周面から内側へそれぞれ突出していて、前記複数の第１ティース部にそれぞれ取り付けられる複数の第２ティース部（Ｔ２）と、を備え、軟磁性材で構成され、且つその表面が電気的に絶縁被覆されているカフサと、を備えた、モーターステーターコア（１０）としたことにある。

この場合、前記第２ティース部の稜線部（Ｐａ）であって、モーターステーターコアが適用されたモーターステーター（１）のコイル（３０）が当接する部分に面取り又は丸みが形成されているとよい。

また、前記カフサは、一体的に形成されているとよい。ただし、前記カフサは、円弧状にそれぞれ形成された複数の部位から構成されていてもよい。この場合、例えば、前記カフサは、図１４に示すように２分割されていてもよい。

本発明に係るモーターステーターコアが適用されたモーターステーターのコイルの内側の空間のうち、第１ティース部が占める部分は、上記従来のモーターステーターにおいてティース部が占める部分に相当する。また、コイルの内側の空間のうち、第２ティース部が占める部分は、上記従来のモーターステーターにおいては、コイルとティース部の端面との距離を確保するための空洞であった部分又は合成樹脂製のカフサが占める部分に相当する。本発明に係るモーターステーターコアでは、カフサが軟磁性材で形成されている。したがって、コイルの内側の空間のうち、第１ティース部が占める部分のみならず、第２ティース部が占める部分も鉄心として機能する。上記のように、第２ティース部が占める部分は、従来のモーターステーターにおいては鉄心としては機能しない部分であった。したがって、本発明のモーターステーターコアを用いれば、上記従来のモーターステーターコアを用いて構成された従来のモーターよりも高出力のモーターを実現できる。また、本発明のモーターステーターコアを用いれば、上記従来のモーターと同等の出力であって、且つ上記従来のモーターよりも小型なモーターを実現できる。この場合、コイルの周長を従来より短く設定できるので、コイルの電気抵抗が小さい。よって、モーターの出力効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るモーターステーターの分解斜視図である。基板の斜視図である。基板の一部を拡大した拡大斜視図である。本体部の斜視図である。本体部の一部を拡大した拡大斜視図である。カフサの斜視図である。カフサの表面側の拡大図である。カフサの裏面側の拡大図である。絶縁紙の斜視図である。絶縁紙の取り付け手順を示す斜視図である。絶縁紙が本体部の第１スロット部に挿入された状態を示す斜視図である。カフサが取り付けられた本体部の一部を拡大した拡大図である。コイルの取り付け手順を示す斜視図である。本発明の変形例に係るカフサの斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係るモーターステーターコア１０が適用されたモーターステーター１について説明する。モーターステーター１は、図１に示すように、モーターステーターコア１０及び複数の絶縁紙２０を備える。さらに、モーターステーター１は、複数のコイル３０を備える（図１３参照）。

モーターステーターコア１０は、本体部１１及び一対のカフサ１２，１２を備える。本体部１１は、電磁鋼板から構成された環状の基板１１１（図２参照）を積層して形成されている。基板１１１は、電磁鋼板を打ち抜き加工して形成される。基板１１１は、基部１１１ａと複数の突出部１１１ｂを有する。基部１１１ａは、円環状に形成されている。各突出部１１１ｂは、基部１１１ａの内周面から基部１１１ａの中心へ向かって延設されている。複数の突出部１１１ｂが、基部１１１ａの周方向に等間隔に配置されている。突出部１１１ｂの幅Ｗ_Ｔ１（突出部１１１ｂの延設方向に垂直且つ基板１１１の板厚方向に垂直な方向の寸法）は、突出部１１１ｂの延設方向における位置に関わらず一定である（図３参照）。突出部１１１ｂの先端部には、凸部Ｐ_１１１ｂ，Ｐ_１１１ｂが形成されている。凸部Ｐ_１１１ｂ，Ｐ_１１１ｂは、突出部１１１ｂの先端部の幅方向における両端面から、突出部１１１ｂの幅方向へそれぞれ突出している。

基板１１１の側周面は電気的に絶縁されている。図４に示すように、上記のように構成された基板１１１が積層されて、本体部１１が形成される。以下、本体部１１のうち、各基板１１１の基部１１１ａが積層されて形成された部分を第１ヨーク部Ｙ１と呼ぶ。また、本体部１１のうち、各基板１１１の各突出部１１１ｂがそれぞれ積層されて形成された部分を第１ティース部Ｔ１と呼ぶ。また、図５に示すように、各基板１１１の各凸部Ｐ_１１１ｂ，Ｐ_１１１ｂがそれぞれ積層されて形成された部分を第１フランジ部Ｆ１，Ｆ１と呼ぶ。また、本体部１１の周方向に隣り合う２つの第１ティース部Ｔ１の間に形成された空間を第１スロット部ＳＬ１と呼ぶ。

カフサ１２は、軟磁性材（例えば、フェライト）を用いて、一体的に形成されている。例えば、カフサ１２は、粉末状の軟磁性材を成型及び焼結して製造される。図６に示すように、カフサ１２は、略円板状に形成されている。カフサ１２の厚さ方向（カフサ１２の中心軸線方向）の寸法は、本体部１１の中心軸線方向の寸法よりも小さい。カフサ１２は、第２ヨーク部Ｙ２と複数の第２ティース部Ｔ２を有する。第２ヨーク部Ｙ２は、円環状に形成されている。

各第２ティース部Ｔ２は、各第１ティース部Ｔ１に対応している。各第２ティース部Ｔ２は、第２ヨーク部Ｙ２の内周面から第２ヨーク部Ｙ２の中心へ向かって延びる角柱状部である。第１ティース部Ｔ１の断面であって、本体部１１の中心軸線方向に垂直な断面の形状と、第２ティース部Ｔ２の断面であって、カフサ１２の中心軸線方向（厚さ方向）に垂直な断面の形状とが同一である。すなわち、第２ティース部Ｔ２の延設方向の寸法Ｌ_Ｔ２は、第１ティース部Ｔ１の延設方向の寸法Ｌ_Ｔ１と同一である（図５及び図７参照）。また、第２ティース部Ｔ２の幅Ｗ_Ｔ２（カフサ１２の径方向に垂直且つカフサ１２の厚さ方向に垂直な方向の寸法）は、第１ティース部Ｔ１の幅Ｗ_Ｔ１と同一である（図５及び図７参照）。第２ティース部Ｔ２の幅Ｗ_Ｔ２は、第２ティース部Ｔ２の延設方向における位置に関わらず一定である。第２ティース部Ｔ２の先端部には、フランジ部Ｆ１，Ｆ１と同様のフランジ部Ｆ２，Ｆ２が形成されている。以下、カフサ１２の周方向に隣り合う２つの第２ティース部Ｔ２の間に形成された空間を第２スロット部ＳＬ２と呼ぶ。

カフサ１２の厚さ方向における一方の面Ｓ_１２ａと、第２スロット部ＳＬ２の内周面とが交差する稜線部Ｐａに面取り又は丸みが形成されている（図７参照）。ただし、フランジ部Ｆ２，Ｆ２の稜線部には面取り及び丸みは形成されていない。また、カフサ１２の厚さ方向における他方の面Ｓ_１２ｂと、第２スロット部ＳＬ２の内周面とが交差する稜線部Ｐｂには面取り及び丸みは形成されていない（図１１参照）。カフサ１２の全面が、電気絶縁材（例えば、ポリアミドイミド樹脂材）で被覆されている。

絶縁紙２０は、図９に示すように、本体部１１の中心軸線方向（基板１１１の積層方向）に平行に延設されている。絶縁紙２０は、第１スロット部ＳＬ１の表面（本体部１１の周方向に隣り合う２つの第１ティース部Ｔ１の互いに対向する側面ＳＳ_Ｔ１，ＳＳ_Ｔ１、及びヨーク部Ｙ１のうち前記２つの第１ティース部Ｔ１の間に位置する部分の内周面ＳＳ_Ｙ１（図１０参照））に沿う溝形状を呈するように成形されている。絶縁紙２０の延設方向における両端部２１，２１（図９における上端部及び下端部）は、外側へ折り返されて２重になっている。

コイル３０は、上記従来のモーターステーターのコイルと同様に、本体部１１の中心軸線方向に延びる略長方形状に予め成形されている。コイル３０の長手方向の寸法は、ティース部Ｔの長手方向（本体部１１及びカフサ１２，１２の中心軸線方向に平行な方向）の寸法と同等である。一方、コイル３０の短辺方向の寸法は、隣接する複数（例えば５個）のスロット部ＳＬのうちの両端のスロット部ＳＬ，ＳＬの距離と同等である。

モーターステーター１は、次のようにして組み立てられる。まず、図１０に示すように、各絶縁紙２０が第１スロット部ＳＬ１に挿入される。絶縁紙２０の延設方向における両端部２１，２１を除く中間部２２によって、第１スロット部ＳＬ１の表面（側面ＳＳ_Ｔ１，ＳＳ_Ｔ１、及び内周面ＳＳ_Ｙ１）が電気的に絶縁被覆される。絶縁紙２０が第１スロット部ＳＬ１に挿入された状態では、絶縁紙２０の両端部２１，２１は、本体部１１の中心軸線方向における両端面Ｓ_１１，Ｓ_１１から突出している（図１１参照）。

つぎに、カフサ１２，１２の面Ｓ_１２ｂ，Ｓ_１２ｂが、本体部１１の中心軸線方向における両端面Ｓ_１１，Ｓ_１１にそれぞれ当接され、カフサ１２，１２が本体部１１に固定される（図１１参照）。その際、図１２に示すように、第２ヨーク部Ｙ２が第１ヨーク部Ｙ１に重ねられ、各第２ティース部Ｔ２が各第１ティース部Ｔ１に重ねられる。第１スロット部ＳＬ１と第２スロット部ＳＬ２，ＳＬ２とが、それらの境界部にて大きな段差が形成されること無く連続している。以下、第１スロット部ＳＬ１及びその両端に配置された第２スロット部ＳＬ２，ＳＬ２からなる部分をスロット部ＳＬと呼ぶ。また、第１ティース部Ｔ１とその両端に配置された第２ティース部Ｔ２，Ｔ２からなる部分をティース部Ｔと呼ぶ。なお、図１２においては、絶縁紙２０を省略しているが、第１スロット部ＳＬ１と第２スロット部ＳＬ２，ＳＬ２との境界部は、絶縁紙２０で被覆されている。

また、絶縁紙２０の両端部２１，２１が、カフサ１２，１２の第２スロット部ＳＬ２の内周面に支持される。

つぎに、コイル３０の両長辺部が、前記複数（例えば５個）のスロット部ＳＬのうちの両端のスロット部ＳＬ，ＳＬにそれぞれ挿入される（図１３参照）。すなわち、前記複数（例えば５個）のスロット部ＳＬのうちの両端のスロット部ＳＬ，ＳＬの間に位置する部分に、コイル３０を構成する電線が巻き回される。なお、コイル３０を構成する電線の表面は、電気絶縁材で被覆されている。また、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相にそれぞれ対応したコイル３０が、本体部１１及びカフサ１２，１２の周方向に互いにずれた状態で装着される。上記のようにカフサ１２は、電気絶縁材で被覆されているので、本体部１１の端面Ｓ_１１とコイル３０の短辺部との間に充分な沿面距離が確保される。このようにして、モーターステーター１が組み立てられる。

上記のように構成したモーターステーター１のコイル３０の内側の空間のうち、第１ティース部Ｔ１が占める部分は、上記従来のモーターステーターにおいてティース部が占める部分に相当する。また、コイル３０の内側の空間のうち、第２ティース部Ｔ２が占める部分は、上記従来のモーターステーターにおいては、コイルとティース部の端面との距離を確保するための空洞であった部分又は合成樹脂製のカフサが占める部分に相当する。上記のように、本実施形態では、カフサ１２，１２が軟磁性材で形成されている。したがって、コイル３０の内側の空間のうち、第１ティース部Ｔ１が占める部分のみならず、第２ティース部Ｔ２が占める部分も鉄心として機能する。上記のように、第２ティース部Ｔ２が占める部分は、従来のモーターステーターにおいては鉄心としては機能しない部分であった。したがって、モーターステーターコア１０を用いれば、上記従来のモーターステーターコアを用いて構成された従来のモーターよりも高出力のモーターを実現できる。また、モーターステーターコア１０を用いれば、上記従来のモーターと同等の出力であって、且つ上記従来のモーターよりも小型なモーターを実現できる。この場合、コイル３０の周長を従来より短く設定できるので、コイル３０の電気抵抗が小さい。よって、モーターの出力効率を向上させることができる。

また、カフサ１２の稜線部Ｐａに面取り又は丸みが形成されている。したがって、コイル３０を装着する際、コイル３０を構成する電線の被覆材が損傷し難い。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、カフサ１２は一体的に形成されているが、図１４に示すように、カフサ１２が分割されていてもよい。つまり、カフサ１２が、円弧状にそれぞれ形成された複数の部位から構成されてもよい。また、上記実施形態では、第１ティース部Ｔ１の幅Ｗ_Ｔ１は、第１ティース部Ｔ１の延設方向における位置に関わらず一定であり、第２ティース部Ｔ２の幅Ｗ_Ｔ２は、第２ティース部Ｔ２の延設方向における位置に関わらず一定である。これに代えて、第１ティース部Ｔ１の延設方向における位置に応じて、幅Ｗ_Ｔ１を変化させてもよい。また、第２ティース部Ｔ２の延設方向における位置に応じて、幅Ｗ_Ｔ２を変化させてもよい。例えば、第１ティース部Ｔ１の先端側へ向かうに従って、Ｗ_Ｔ１を徐々に小さくしてもよい。また、例えば、第２ティース部Ｔ２の先端側へ向かうに従って、Ｗ_Ｔ２を徐々に小さくしてもよい。

１・・・モーターステーター、１０・・・モーターステーターコア、１１・・・本体部、１２・・・カフサ、１１１・・・基板、２０・・・絶縁紙、２１・・・端部、２２・・・中間部、３０・・・コイル、１１１ａ・・・基部、１１１ｂ・・・突出部、Ｐ_１１１ａ・・・凸部、Ｆ１・・・第１フランジ部、Ｆ２・・・第２フランジ部、Ｐａ・・・稜線部、Ｐｂ・・・稜線部、ＳＬ・・・スロット部、ＳＬ１・・・第１スロット部、ＳＬ２・・・第２スロット部、Ｔ・・・ティース部、Ｔ１・・・第１ティース部、Ｔ２・・・第２ティース部、Ｙ１・・・第１ヨーク部、Ｙ２・・・第２ヨーク部

Claims

環状の基部及び前記基部の内周面から内側へ突出するとともに前記基部の周方向に沿って等間隔に配置された複数の突出部をそれぞれ備え、磁性材で構成された複数の基板を積層した本体部であって、前記複数の基板の基部がそれぞれ重ね合わされて形成された第１ヨーク部と、前記複数の基板の突出部がそれぞれ重ね合わされて形成された複数の第１ティース部を有する本体部と、
前記本体部の端面であって、前記複数の基板の積層方向における少なくとも一方の端面に取り付けられ、環状に形成されたカフサであって、
前記第１ヨーク部に取り付けられる第２ヨーク部と、
前記第２ヨーク部の内周面から内側へそれぞれ突出していて、前記複数の第１ティース部にそれぞれ取り付けられる複数の第２ティース部と、
を備え、軟磁性材で構成され、且つその表面が電気的に絶縁被覆されているカフサと、
を備えた、モーターステーターコア。
請求項１に記載のモーターステーターコアにおいて、
前記第２ティース部の稜線部であって、モーターステーターコアが適用されたモーターステーターのコイルが当接する部分に面取り又は丸みが形成されている、モーターステーターコア。
請求項１又は２に記載のモーターステーターコアにおいて、
前記カフサは、一体的に形成されている、モーターステーターコア。
請求項１又は２に記載のモーターステーターコアにおいて、
前記カフサは、円弧状にそれぞれ形成された複数の部位から構成されている、モーターステーターコア。