JP2019062650A - ステータ及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】周方向に隣り合うコイル間の絶縁を確保することができ、且つコイルの導線を増加させることが可能なステータ及びモータを提供する。【解決手段】中心軸を中心とする環状のステータ２であって、ステータ２は、環状のコアバック２１１及びコアバック２１１から径方向に突出し、周方向に間隔をあけて配置される複数のティース２１２を有するステータコア２１と、ティース２１２に巻かれたコイル２３と、一部が周方向に隣り合うコイル２３の間に配置される絶縁シート２５と、を有し、絶縁シート２５は、中心軸を中心として環状に延びる環状部２５１と、環状部２５１から軸方向下方に延びて周方向に隣り合うコイル２３の間に挿入されるリブ部２５２と、を有し、環状部２５１及びリブ部２５２が、同一部材である。【選択図】図３

Description

本発明は、ステータ及びモータに関する。

従来、コイルを有する環状のステータの径方向外側または径方向内側に、マグネット及びシャフトを有するロータを配置したモータが広く知られている。コイルを有するステータにおいては、周方向に隣り合うコイルの間の絶縁が重要であり、周方向に隣り合うコイルの間への絶縁部材等の挿入が従来実施されている。例えば、特許文献１に記載された従来の電動機は、固定子の巻線（コイル）の相間絶縁として、仕切り板を用いている。

特開２００３−４７１８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来の電動機は、巻線（コイル）の相間絶縁に板形状の部材を用いているので、巻線の導線を増加した場合に、巻線間の隙間が狭くなり、巻線間に仕切り板が挿入できなくなる虞があることに課題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、周方向に隣り合うコイル間の絶縁を確保することができ、且つコイルの導線を増加させることが可能なステータ及びモータを提供することを目的とする。

本発明の例示的なステータは、中心軸を中心とする環状のステータであって、前記ステータは、環状のコアバック及び前記コアバックから径方向に突出し、周方向に間隔をあけて配置される複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに巻かれたコイルと、一部が周方向に隣り合う前記コイルの間に配置される絶縁シートと、を有し、前記絶縁シートは、前記中心軸を中心として環状に延びる環状部と、前記環状部から軸方向下方に延びて周方向に隣り合う前記コイルの間に挿入されるリブ部と、を有し、前記環状部及び前記リブ部が、同一部材である。

本発明の例示的なモータは、上記構成のステータと、前記ステータの径方向外側に配置され、上下方向に延びる中心軸を中心として回転するロータと、を有する。

本発明の例示的なステータ及びモータによれば、周方向に隣り合うコイル間の絶縁を確保することができ、且つコイルの導線を増加させることが可能である。

図１は、本発明の実施形態に係るモータの縦断面図である。 図２は、本発明の実施形態に係るステータの斜視図である。 図３は、本発明の実施形態に係るステータの分解斜視図である。 図４は、ステータの上面図である。 図５は、ステータの縦端面図である。 図６は、ステータの絶縁シートの斜視図である。 図７は、絶縁シートの折り曲げ後の平面図である。 図８は、絶縁シートの折り曲げ前の平面図である。 図９は、第１変形例のステータの縦端面図である。 図１０は、第２変形例のステータの縦端面図である。 図１１は、第３変形例のステータの縦端面図である。 図１２は、第４変形例のステータの縦断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本書では、モータの回転軸が延びる方向を単に「軸方向」と呼び、モータの回転軸を中心として回転軸と直交する方向（軸方向に垂直な方向）を単に「径方向」と呼び、モータの回転軸を中心とする円弧に沿う方向を単に「周方向」と呼ぶ。ステータの中心軸は、モータの回転軸に一致する。すなわち、ステータについても、モータに組み込まれた状態においてモータの軸方向、径方向及び周方向に一致する方向を、単に「軸方向」、「径方向」及び「周方向」と呼ぶ。

また、本書では、説明の便宜上、軸方向を上下方向とし、図１の上下方向をステータ、モータの上下方向として各部の形状や位置関係を説明する。なお、この上下方向の定義がモータの使用時の向きを限定するものではない。また、本書では、軸方向に平行な断面図を「縦断面図」と呼び、軸方向に平行な端面図を「縦端面図」と呼ぶ。また、本書で用いる「平行」、「垂直」は、厳密な意味で平行、垂直を表すものではなく、略平行、略垂直を含む。

＜１．モータの概略構成＞
本発明の例示的な実施形態に係るモータの概略構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るモータ１の縦断面図である。図２は、本発明の実施形態に係るステータ２の斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係るステータ２の分解斜視図である。図１、図２及び図３に示すように、モータ１は、ステータ２と、回転部３と、を有する。モータ１は、アウターロータ型のモータである。

ステータ２は、中心軸Ｃａを中心とする環状である。ステータ２は、モータ１の電機子である。ステータ２は、ステータコア２１と、インシュレータ２２と、コイル２３と、カバー２４と、を有する。

ステータコア２１は、中心軸Ｃａを中心とする環状である。ステータコア２１は、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して形成される。ステータコア２１は、コアバック２１１と、複数のティース２１２と、を有する。コアバック２１１は、中心軸Ｃａを中心とする環状である。複数のティース２１２は、コアバック２１１の径方向の外周面から径方向外側に突出する。複数のティース２１２は、周方向に間隔をあけて配置される。

インシュレータ２２は、ステータコア２１に配置される。インシュレータ２２は、ティース２１２の外面を囲んで設けられる。インシュレータ２２は、ステータコア２１とコイル２３との間に配置される。インシュレータ２２は、例えば合成樹脂等の絶縁部材で構成される。

コイル２３は、ティース２１２に巻かれる。コイル２３は、インシュレータ２２を介してティース２１２の外周に導線が巻き回されて形成される。複数のコイル２３は、周方向に間隔をあけて配置される。

カバー２４は、ステータコア２１の軸方向上方に配置される。カバー２４は、中心軸Ｃａを中心とする環状であり、且つ平板状である。カバー２４は、コイル２３の軸方向上方を覆う。

回転部３は、中心軸Ｃａを中心として回転する。回転部３は、シャフト３１と、ロータ３２と、を有する。

シャフト３１は、中心軸Ｃａに沿って軸方向の上下に延びる。シャフト３１は、モータ１の回転軸である。シャフト３１は、例えばステンレス等の金属で形成される円柱状またはパイプ状である。シャフト３１は、コアバック２１１の径方向内側の上下それぞれに設けられた軸受４に挿入されて回転可能に支持される。回転部３は、上下方向に延びるシャフト３１を中心に回転する。

ロータ３２は、ステータ２の径方向外側に配置され、上下方向に延びる中心軸Ｃａを中心として回転する。ロータ３２は、マグネットホルダ３２１と、マグネット３２２と、を有する。

マグネットホルダ３２１は、軸方向の一端側が開口したカップ状である。マグネットホルダ３２１は、当該開口側からステータ２に被せられる。マグネットホルダ３２１は、軸方向の他端側の、径方向の中心部に孔部３２１ａを有する。孔部３２１ａは、マグネットホルダ３２１を軸方向の上下に貫通する。シャフト３１は、例えば、孔部３２１ａに圧入され、マグネットホルダ３２１に固定される。モータ１の駆動時、マグネットホルダ３２１は、シャフト３１とともに回転する。

マグネット３２２は、マグネットホルダ３２１の内周面に固定される。マグネット３２２は、ステータ２の径方向外側に所定の間隔を設けて配置される。マグネット３２２は、例えば単一の永久磁石である。マグネット３２２の径方向内側の面には、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁される。単一のマグネットに代えて、Ｎ極またはＳ極のいずれかが着磁された複数のマグネットを用いても良い。

モータ１においては、コイル２３に電力が供給されることにより、ティース２１２に径方向の磁束が発生する。この磁束によって形成される磁界と、マグネット３２２によって形成される磁界とが作用し、ロータ３２の周方向にトルクが発生する。このトルクによって、回転部３が、中心軸Ｃａを中心として回転する。コイル２３への電力供給が停止されると、回転部３の回転は停止される。

＜２．ステータの詳細＞
図４は、ステータ２の上面図である。図５は、ステータ２の縦端面図である。図６は、ステータ２の絶縁シート５の斜視図である。なお、図４は、ステータ２からカバー２４を取り外した状態を示す。図３、図４、図５及び図６に示すように、ステータ２は、さらに絶縁シート２５を有する。絶縁シート２５は、シート形状である。

絶縁シート２５は、カバー２４の軸方向下方に配置される。絶縁シート２５は、カバー２４と軸方向に対向する。具体的には、絶縁シート２５の軸方向上面が、カバー２４の軸方向下面に対向する。絶縁シート２５は、環状部２５１と、リブ部２５２と、を有する。

環状部２５１は、中心軸Ｃａを中心として環状に延びる。リブ部２５２は、環状部２５１よりも径方向外側に配置される。リブ部２５２は、環状部２５１から軸方向下方に延びる。リブ部２５２は、コイル２３と同数が設けられる。複数のリブ部２５２は、周方向に間隔をあけて配置される。リブ部２５２は、軸方向及び径方向に沿って延びるシートである。リブ部２５２は、周方向に隣り合うコイル２３の間に挿入される。

そして、環状部２５１及びリブ部２５２は、同一部材である。言い換えれば、環状部２５１及びリブ部２５２は、単一の部材である。絶縁シート２５がシート形状であるので、周方向に隣り合うコイル２３の間において、板形状の仕切り板を用いる場合と比較して、シートが占有する領域は小さい。これにより、コイル２３の占有領域を増加させることができる。したがって、周方向に隣り合うコイル２３間の絶縁を確保することができ、且つコイル２３の導線を増加させることが可能になる。さらに、環状部２５１及びリブ部２５２が単一の部材であるので、複数のリブ部２５２を、同時に隣り合うコイル２３間へ挿入することができる。したがって、隣り合うコイル２３間への、複数の絶縁シート２５の挿入を容易に行うことが可能になる。

＜３．絶縁シートの詳細＞
図７は、絶縁シート２５の折り曲げ後の平面図である。図８は、絶縁シート２５の折り曲げ前の平面図である。図７及び図８に示すように、絶縁シート２５は、１枚の、環状のシートで構成される。すなわち、環状部２５１及びリブ部２５２は、同一部材である。絶縁シート２５の外形は、ステータ２の外形に沿った円形である。絶縁シート２５は、径方向の中央部に円形の開口２５３を有する。

図８に示す折り曲げ前の絶縁シート２５に対して、切り込み部２５４と、折り曲げ部２５５と、が設けられる。切り込み部２５４及び折り曲げ部２５５は、複数のリブ部２５２と同数が設けられる。

切り込み部２５４は、軸方向から見てＬ字形状である。詳細には、切り込み部２５４は、絶縁シート２５の径方向外縁部から径方向内側に向かって延び、開口２５３の周縁部の外側で直角に曲がる。切り込み部２５４の、この曲がった箇所は、直角でなくても良い。折り曲げ部２５５は、切り込み部２５４の径方向内側の端部から径方向外側に向かって絶縁シート２５の径方向外縁部まで延びる。折り曲げ部２５５において、リブ部２５２側を軸方向下方に向かって直角に折り曲げることで、図６に示すように、軸方向に沿って延びる複数のリブ部２５２を得ることができる。

また、図５に示すように、絶縁シート２５のリブ部２５２は、コイル２３の周方向に最も突出した箇所と周方向において対向する。これにより、周方向に隣り合うコイル２３が、互いに周方向において最も接近する箇所に、絶縁シート２５を挿入することができる。したがって、周方向に隣り合うコイル２３が互いに最も接近する箇所において、絶縁することが可能になる。

また、図４に示すように、絶縁シート２５のリブ部２５２は、コイル２３の径方向内側の端部から径方向外側の端部まで延びる。これにより、コイル２３の径方向の全域にわたって絶縁範囲を確保することが可能になる。

さらに、絶縁シート２５は、上面部２５６を有する。上面部２５６は、環状部２５１から径方向に延びてコイル２３の上方に配置される。上面部２５６は、カバー２４の軸方向下面と軸方向に対向する。上面部２５６は、環状部２５１の径方向外縁部から径方向外側に向かって、軸方向と直交する方向に沿って延びるシートである。なお、リブ部２５２は、上面部２５６の周方向の一端から軸方向下方に向かって延びる。これにより、コイル２３の上面において絶縁範囲を確保することが可能になる。さらに、カバー２４を設けることで、カバー２４の軸方向下面と上面部２５６とが軸方向に対向するので、絶縁シート２５は、カバー２４によって上面部２５６を押さえることができる。したがって、絶縁シート２５の、軸方向における位置決めを行うことが可能になる。

そして、図６に示すように、絶縁シート２５のリブ部２５２の軸方向の長さＬ１は、絶縁シート２５の上面部２５６の径方向内側の端部における周方向の長さＬ２よりも長い。これにより、コイル２３の軸方向に関して、十分な絶縁範囲を確保することが可能になる。

また、前述のとおり、ステータ２は、ステータコア２１とコイル２３との間に配置されるインシュレータ２２を有する。そして、図４に示すように、絶縁シート２５は、コイル２３よりも径方向内側に位置するインシュレータ２２の中央部２２１に接触する。絶縁シート２５の環状部２５１が、インシュレータ２２の、円形である中央部２２１の軸方向上面に載置される。これにより、絶縁シート２５の、径方向における位置決めを行うことができる。また、例えば中央部２２１にコイル２３の導線を配線した場合、中央部２２１において、導線を絶縁シート２５の環状部２５１で覆うことができる。したがって、中央部２２１の導線に対して、絶縁対策を施すことが可能になる。

＜４．変形例＞
＜４−１．ステータの第１変形例＞
図９は、第１変形例のステータ２の縦端面図である。図９に示すように、絶縁シート２５のリブ部２５２は、周方向に隣り合うコイル２３の少なくとも一方の周方向端部に接触する。これにより、折り曲げ部２５５で折り曲げてリブ部２５２を形成した場合に、折り曲げ部２５５においてリブ部２５２が折り曲げた方向と反対の方向に戻ろうとすることで、リブ部２５２がコイル２３に引っ掛かる状態にすることができる。したがって、リブ部２５２を、周方向に隣り合うコイル２３の間において、コイル２３に接触させた状態で位置決めすることができる。

＜４−２．ステータの第２変形例＞
図１０は、第２変形例のステータ２の縦端面図である。図１０に示すように、絶縁シート２５のリブ部２５２は、周方向に隣り合うコイル２３それぞれの周方向端部に接触する。これにより、リブ部２５２を、周方向に隣り合うコイル２３で挟むことができる。したがって、リブ部２５２を、周方向に隣り合うコイル２３の間において固定することが可能である。また、リブ部２５２が、周方向に隣り合うコイル２３それぞれの周方向端部に接触するまで、コイル２３として巻かれる導線を増加させることが可能である。

＜４−３．ステータの第３変形例＞
図１１は、第３変形例のステータ２の縦端面図である。前述のとおり、ステータ２は、絶縁シート２５の軸方向上方に配置されるカバー２４を有する。カバー２４は、中心軸Ｃａを中心とする環状であり、且つ平板状である。絶縁シート２５の環状部２５１及び上面部２５６は、カバー２４の軸方向下面と軸方向に対向する。そして、図１１に示すように、絶縁シート２５は、軸方向においてカバー２４に接触する。具体的には、絶縁シート２５の環状部２５１及び上面部２５６の軸方向上面が、カバー２４の軸方向下面に接触する。これにより、絶縁シート２５の軸方向上方への変位を抑制することができる。したがって、絶縁シート２５が、周方向に隣り合うコイル２３の間から軸方向に抜けることを防止することが可能になる。また、絶縁シート２５の軸方向における位置決めを行うことができる。

＜４−４．ステータの第４変形例＞
図１２は、第４変形例のステータ２の縦断面図である。図１２に示すように、インシュレータ２２の中央部２２１は、溝部２２１ａを有する。

溝部２２１ａは、軸方向に窪み、且つ周方向に延びる。溝部２２１ａは、中央部２２１と同様に、中心軸Ｃａを中心とする円形である。そして、絶縁シート２５の環状部２５１は、溝部２２１ａに配置される。環状部２５１は、溝部２２１ａの内部に収容される。これにより、環状部２５１の位置決めを行うことが可能になる。

なお、溝部２２１ａは、中央部２２１の軸方向上面が下方に窪んだ凹部で構成しても良い。また、溝部２２１ａは、中央部２２１の軸方向上面に設けられて軸方向上方に向かって延びる、中心軸Ｃａを中心として直径が異なる２つの突起の間に構成しても良い。

そして、モータ１は、上記実施形態やその変形例として示したステータ２と、ステータ２の径方向外側に配置され、上下方向に延びる中心軸Ｃａを中心として回転するロータ３２と、を有する。これにより、モータ１において、周方向に隣り合うコイル２３間の絶縁を確保することができ、且つコイル２３の導線を増加させることが可能になる。

＜５．その他＞
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。また、上記実施形態やその変形例は適宜任意に組み合わせることができる。

その他の変形例として、例えば、絶縁シートの環状部は、絶縁シートの径方向外縁部に設けられていても良い。すなわち、環状部は、ティースの径方向外縁部の上方に位置する。リブ部は、環状部よりも径方向内側に配置される。

本発明は、例えばステータ、モータにおいて利用可能である。また、本発明のステータに係る構造は、例えば冷蔵庫等に搭載される圧縮機に適用可能である。

１・・・モータ、２・・・ステータ、３・・・回転部、４・・・軸受、２１・・・ステータコア、２２・・・インシュレータ、２３・・・コイル、２４・・・カバー、２５・・・絶縁シート、３１・・・シャフト、３２・・・ロータ、２１１・・・コアバック、２１２・・・ティース、２２１・・・中央部、２２１ａ・・・溝部、２５１・・・環状部、２５２・・・リブ部、２５３・・・開口、２５４・・・切り込み部、２５５・・・折り曲げ部、２５６・・・上面部、３２１・・・マグネットホルダ、３２１ａ・・・孔部、３２２・・・マグネット、Ｃａ・・・中心軸

Claims (10)

1. 中心軸を中心とする環状のステータであって、
   前記ステータは、
   環状のコアバック及び前記コアバックから径方向に突出し、周方向に間隔をあけて配置される複数のティースを有するステータコアと、
   前記ティースに巻かれたコイルと、
   一部が周方向に隣り合う前記コイルの間に配置される絶縁シートと、
   を有し、
   前記絶縁シートは、
   前記中心軸を中心として環状に延びる環状部と、
   前記環状部から軸方向下方に延びて周方向に隣り合う前記コイルの間に挿入されるリブ部と、
   を有し、
   前記環状部及び前記リブ部が、同一部材である
   ステータ。
2. 前記リブ部は、前記コイルの周方向に最も突出した箇所と周方向において対向する
   請求項１に記載のステータ。
3. 前記リブ部は、周方向に隣り合う前記コイルの少なくとも一方の周方向端部に接触する
   請求項１または請求項２に記載のステータ。
4. 前記リブ部は、前記コイルの径方向内側の端部から径方向外側の端部まで延びる
   請求項１から請求項３のいずれかに記載のステータ。
5. 前記絶縁シートは、前記環状部から径方向に延びて前記コイルの上方に配置される上面部を有する
   請求項１から請求項４のいずれかに記載のステータ。
6. 前記絶縁シートの前記リブ部の軸方向の長さは、前記絶縁シートの前記上面部の径方向内側の端部における周方向の長さよりも長い
   請求項５に記載のステータ。
7. 前記ステータは、前記絶縁シートの軸方向上方に配置されるカバーを有し、
   前記絶縁シートは、軸方向において前記カバーに接触する
   請求項１から請求項６のいずれかに記載のステータ。
8. 前記ステータコアと前記コイルとの間に配置されるインシュレータを有し、
   前記絶縁シートは、前記コイルよりも径方向内側に位置する前記インシュレータの中央部に接触する
   請求項１から請求項７のいずれかに記載のステータ。
9. 前記インシュレータの前記中央部は、軸方向に窪み、且つ周方向に延びる溝部を有し、
   前記絶縁シートの前記環状部は、前記溝部に配置される
   請求項８に記載のステータ。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載されたステータと、
    前記ステータの径方向外側に配置され、上下方向に延びる中心軸を中心として回転するロータと、
    を有するモータ。

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