JP2021182785A - Stator for rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、回転機のステータに関するものである。 The present application relates to a stator of a rotating machine.
従来技術として、電動機、発電機、その他の回転機のステータがあり、例えば、鋼板を積層して構成された積層コアの両端を、磁性粉体製のコア構成体間に挟み込んでステータコアを構成することにより、ステータコア全体を磁性粉体で製作するより、安価で、形状自由度が高いステータコアを製作できる。(特許文献1参照) As a conventional technique, there are stators of electric motors, generators, and other rotary machines. For example, both ends of a laminated core formed by laminating steel plates are sandwiched between core components made of magnetic powder to form a stator core. As a result, it is possible to manufacture a stator core that is inexpensive and has a high degree of freedom in shape, as compared with the case where the entire stator core is manufactured of magnetic powder. (See Patent Document 1)
上述した従来の特許文献1に示すような、円環状の磁性粉体にて形成するステータコアの形状では、外周の円環部を磁性粉体で形成する必要があるため、磁性粉体部品の体積を十分に小さくすることができず、コスト面で課題となっていた。
In the shape of the stator core formed of the annular magnetic powder as shown in the
また、例えば特許文献2に示すような、一般にポキポキコアと称される直線状の積層コアの薄肉連結部を折り曲げて円形とする形態、あるいは、特許文献3に示すような、一般に分割コアと称されるいくつかに分かれた積層コアを組み合わせて円形とする形態など、外周の円環部を、折り曲げ、あるいは、分割することを前提とした構成のステータコアに対して特許文献1の形態を適用する場合、磁性粉体の強度不足により折り曲げ時に薄肉連結部が破損する、磁性粉体を分割制作することでコストあるいは組み付け性が悪化する、などの課題があった。
Further, for example, a form in which a thin-walled connecting portion of a linear laminated core generally called a pokipoki core is bent to form a circle as shown in Patent Document 2, or a form generally referred to as a divided core as shown in
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、その目的は、コスト低減を図ることができる回転機のステータを提供するものである。 The present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a stator of a rotary machine capable of cost reduction.
本願に開示される回転機のステータは、鋼板を積層して形成され、複数の磁極ティース部を有する積層コアと、前記積層コアの前記磁極ティース部にそれぞれ相対向されて配置され、絶縁素材で構成された複数のボビンと、前記ボビンにそれぞれ配置された磁性体と、前記ボビンに巻回されたマグネットワイヤとにより構成された回転機のステータであって、前記磁性体の内周面は前記ステータの内周部に配置されるロータのマグネットと対向し、前記磁性体の軸方向の一端面は前記積層コアの端面と接触されて配置されたものである。 The stator of the rotary machine disclosed in the present application is formed by laminating steel plates, and is arranged so as to face each other to a laminated core having a plurality of magnetic pole teeth portions and the magnetic pole teeth portions of the laminated core, and is made of an insulating material. It is a stator of a rotating machine composed of a plurality of configured bobbins, a magnetic material arranged in each of the bobbins, and a magnet wire wound around the bobbins, and the inner peripheral surface of the magnetic material is the said. It faces the magnet of the rotor arranged on the inner peripheral portion of the stator, and one end surface of the magnetic body in the axial direction is arranged in contact with the end surface of the laminated core.
本願に開示される回転機のステータによれば、コスト低減を図ることができる回転機のステータを得ることができる。 According to the stator of the rotary machine disclosed in the present application, it is possible to obtain the stator of the rotary machine capable of reducing the cost.
実施の形態1.
実施の形態1を図1および図2に基づいて説明する。図1は実施の形態1による回転機のステータを示す構造図であり、(a)はコア形状を示す平面図、(b)は各磁極ティースヘのボビン装着の態様を示す斜視図である。図2は実施の形態1による回転機のステータを示す構造図であり、(a)はボビンを示す斜視図、(b)は磁性体を示す斜視図、(c)は断面図である。各図において、同一又は相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1A and 1B are structural views showing a stator of a rotary machine according to the first embodiment, FIG. 1A is a plan view showing a core shape, and FIG. 1B is a perspective view showing a mode of mounting a bobbin on each magnetic pole tooth. 2A and 2B are structural views showing a stator of a rotary machine according to the first embodiment, FIG. 2A is a perspective view showing a bobbin, FIG. 2B is a perspective view showing a magnetic material, and FIG. 2C is a cross-sectional view. In each figure, the same or corresponding members and parts will be described with the same reference numerals.
尚、実施の形態1は、回転機として、例えばブラシレスモータを備えた、一般に称されるポキポキコアにて形成されるステータに適用したものである。 It should be noted that the first embodiment is applied to a stator formed of a generally-called Poki Poki core, which is equipped with, for example, a brushless motor as a rotating machine.
先ず、図1について、積層コア3は、積層コア3の円環状の継鉄部を形成するバックヨーク部3aと、バックヨーク部3aから内周側に突出したマグネットワイヤ4が巻回される磁極ティース部3bと、隣接するバックヨーク部3aの端部の一端部に設けられた薄肉連結部3dとから構成されている。積層コア3の薄肉連結部3dを中心として回転させることにより円環状に連結され、溶接部3eに接続して円環状の積層コア3が形成される。
First, with respect to FIG. 1, the laminated
また、積層コア3は、図1(a)に示すように、各磁極ティース部3bが略平行になるように直線状に展開された状態で電磁鋼板をプレス加工して製造されるものであり、バックヨーク部3aと、薄肉連結部3dと、円弧状の磁極ティース面3cも電磁鋼板をプレス加工して製造される。
Further, as shown in FIG. 1A, the laminated
図1(b)は積層された積層コア3の各磁極ティース部3bの軸方向一端に、図2(a)に示すボビン1Aの磁極ティース嵌合部1A1を嵌合させ、積層コア3の各磁極ティース部3bの軸方向他端に、図2(a)に示すボビン1Bの磁極ティース嵌合部1B1を嵌合させる状態を示しており、ボビン1Aとボビン1Bは相対向して配置される。なお、ボビン1Aとボビン1Bは同じ形状であり、ボビン1Aは図2(b)の磁性体2Aがインサート成形にて一体化され、ボビン1Bは図2(b)の磁性体2Bがインサート成形にて一体化された場合を示している。
In FIG. 1B, the magnetic pole teeth fitting portion 1A1 of the
各磁極ティース部3bの軸方向両端にボビン1Aおよびボビン1Bが嵌合された状態において、図2(c)に示すように、ボビン1Aの素線収納部1Aaとボビン1Bの素線収納部1Baにマグネットワイヤ4が巻回される。
In a state where the
ここで、巻回されたマグネットワイヤ4の端末は、各磁極ティース部3bごとに独立してもよいし、各ボビン1A,1Bに渡り線迂回部を設けて渡り線にて相渡りさせてもよい。マグネットワイヤ4が巻回された後、積層コア3の各薄肉連結部3dを中心として回転させて円環状に連結させ、溶接部3eにて溶接接続して円環状の積層コア3を形成する。円環状の積層コア3を形成することにより、環状のステータを形成する。
Here, the terminal of the
図2(c)に示すように、シャフト7に固定されたロータ6の外周にマグネット5が配置されている。マグネット5の外周側に間隙を介して。円環状の積層コア3により形成された環状のステータが配置されている。
As shown in FIG. 2 (c), the
ボビン1Aに配置された磁性体2Aおよびボビン1Bに配置された磁性体2Bがマグネット5の外周面と相対向して配置され、ボビン1Aの磁性体2Aおよびボビン1Bの磁性体2Bは積層コア3の磁極ティース面3cと同一面状に配置されている。
The
また、ボビン1Aにインサートされた磁性体2Aおよびボビン1Bにインサートされた磁性体2Bの軸方向長L3とマグネット5の軸方向長L2との関係は、図2(c)に示すように、
L3≧L2 ・・・(1)
但し、L2>L1 ・・・(2)
となる軸方向長の関係とすることが好ましい。
Further, the relationship between the axial length L3 of the
L3 ≧ L2 ・ ・ ・ (1)
However, L2> L1 ... (2)
It is preferable that the relationship is the axial length.
上述した軸方向長の関係とした磁性体2Aおよび磁性体2Bをそれぞれインサート成形したボビン1A、ボビン1Bとする。これらボビン1A、ボビン1Bを積層コア3に組み付けた際に、磁性体2Aおよび磁性体2Bが積層コア3からオーバーハングすることにより、マグネット5の磁束を効率よく収束可能となり、積層コア3の積厚を縮小することができ、コスト低減を図ることができる。且つ、コイルエンド部1Ab,1Bbのスペースを利用できる為、モータなどの回転機の小型化、銅損低減、出力性能の向上が可能になる。
The
更に、磁性体2Aをボビン1Aにインサートするとともに磁性体2Bをボビン1Bにインサートすることにより、組み立て時の部品点数を削減し、組み立て作業性を向上させ、且つマグネットワイヤ4をボビン1A,1Bを介して巻回することにより、積層コア3に磁性体2A,2Bも同時に固定される為、磁性体2A,2Bと積層コア3との間に対して固定構造が省略でき、構造が容易となる。
Further, by inserting the
ボビン1A,1Bの形状は、円環状コア、分割コア、ポキポキコア等、どのようなステータコア形態に対しても組み付け可能である為、分割コア、ポキポキコアの高占積率でのマグネットワイヤ4の巻回可能な利点を損なわず、巻回可能になる。
Since the shapes of the
尚、ボビン1A,1Bは、PPS(ポリフェニレンサファイド/Polyphenylenesulfide)、PA(ポリアミド/Polyamide)、ABS(アクリロニトリル ブタジエン スチレン/Acrylonitrile Butadiene Styrene)等の合成樹脂から形成され、磁性体2A,2Bは、積層鋼板、粉末冶金にて形成される。磁性体2A,2Bは、好ましくは圧粉磁心にて形成すれば、積層鋼板に対しては形状自由度を向上可能であり、圧粉鉄心以外の粉末冶金に対しては鉄損を低減できる。
The
磁性体2A,2Bの形状は、図1、図2に示すような内外周に円弧形状を有する板状の磁性体に限定されるものではない。また、図2に示す実施の形態1の磁性体2A,2Bが内外周に円弧形状を有する板状の場合、形状が簡易である為、生産性が良い。更に、磁性体2A,2Bの体積をより大きく構成できる為、多くの磁束を収束できる優位性が得られる。
The shapes of the
このように、各磁極ティースに組み付けられるボビンを、絶縁素材に磁性体をインサート成形する構成とすることにより、特許文献1にあるようなコスト低減あるいはモータ効率向上の効果を得られる上に、ポキポキコア、分割コアなどのステータ形態へも適用可能である。また、インサートされる磁性体の体積が最小化できること、あるいは磁性体の組み付けの工数低減による更なるコスト低減が可能になる。
In this way, by forming the bobbin to be assembled to each magnetic pole tooth by insert molding a magnetic material into an insulating material, the effect of cost reduction or motor efficiency improvement as described in
実施の形態2.
図3は実施の形態2よる回転機のステータを示す構造図であり、(a)はボビンを示す斜視図、(b)は磁性体を示す斜視図、(c)は断面図である。
Embodiment 2.
3A and 3B are structural views showing a stator of a rotary machine according to the second embodiment, FIG. 3A is a perspective view showing a bobbin, FIG. 3B is a perspective view showing a magnetic material, and FIG. 3C is a cross-sectional view.
上述した実施の形態1においては、磁性体2A,2Bが円弧形状を有する板状の場合について述べたが、この実施の形態2は図3に示すように、ボビン10Aは磁極ティース嵌合部10A1と錐台状部10A2とを有し、ボビン10Bは磁極ティース嵌合部10B1と錐台状部10B2とを有した構成としている。また、磁性体20Aはボビン10Aの錐台状部10A2と隙間なく合致するよう錐台状部20A1を有し、磁性体20Bはボビン10Bの錐台状部10B2と隙間なく合致するよう錐台状部20B1を有している。尚、10Ab,10Bbはコイルエンド部を示している。また、磁性体20A,20Bは内周に円弧形状を持つ多角柱状部であってもよい。
In the above-described first embodiment, the case where the
磁性体20Aの内周および磁性体20Bの内周にそれぞれ円弧形状を有する錐台状部20A1,20B1を設けたことにより、より材料使用量を低減できる為、圧粉磁心のような高コスト材料を使用する際に特に優位であり、更に、マグネットワイヤ4が巻回されるボビン10A,10Bの素線収納部10Aa,10Baの形状構成の自由度が向上し、より高い占積率でのマグネットワイヤ4の巻回が可能となる。
By providing the cone-shaped portions 20A1 and 20B1 having an arc shape on the inner circumference of the
尚、ボビン10A,10Bは、上述した実施の形態1と同様のPPS、PA、ABS等の合成樹脂から形成され、磁性体20A,20Bは、積層鋼板、粉末冶金にて形成される。磁性体20A,20Bは、好ましくは圧粉磁心にて形成すれば、積層鋼板に対しては形状自由度を向上可能であり、圧粉鉄心以外の粉末冶金に対しては鉄損を低減できる。
The
実施の形態3.
図4は実施の形態3による回転機のステータを示す構造図であり、(a)はボビンを示す斜視図、(b)は磁性体を示す斜視図、(c)は断面図である。図5は実施の形態3による回転機のステータを示す構造図であり、(a)は従来の積層コアの巻線状態を示す正面図、(b)は実施の形態3による積層コアの巻線状態を示す正面図である。
4A and 4B are structural views showing a stator of a rotary machine according to the third embodiment, FIG. 4A is a perspective view showing a bobbin, FIG. 4B is a perspective view showing a magnetic material, and FIG. 4C is a cross-sectional view. 5A and 5B are structural views showing the stator of the rotary machine according to the third embodiment, FIG. 5A is a front view showing the winding state of the conventional laminated core, and FIG. 5B is the winding of the laminated core according to the third embodiment. It is a front view which shows the state.
上述した実施の形態2においては、磁性体20A,20Bが円弧形状を有する錐台状部20A1,20B1を設けた場合について述べたが、この実施の形態3は図4に示すように、ボビン100Aは磁極ティース嵌合部100A1と錐台状部100A2とを有し、ボビン100Bは磁極ティース嵌合部100B1と錐台状部100B2とを有した構成としている。尚、100Ab,100Bbはコイルエンド部を示している。
In the second embodiment described above, the case where the
また、磁性体200Aはボビン100Aの錐台状部100A2と隙間なく合致するよう錐台状部200A1を有し、磁性体200Bはボビン100Bの錐台状部100B2と隙間なく合致するよう錐台状部200B1を有している。そして、錐台状部200A1,200B1からそれぞれ軸方向に延在する軸長部200A2,200B2が設けられている。
Further, the
すなわち、磁性体200A,200Bはそれぞれ断面L字形状を有した構成とされ、磁性体200A,200Bがボビン100A,100Bの磁極ティース嵌合部100A1,100B1内にそれぞれ貫挿され、磁性体200A,200Bが積層コア30の両端面に接触して配置されている。尚、積層コア30はバックヨーク部30a、磁極ティース部30b、磁極ティース面30cを有している。そして、磁性体200A,200Bの軸長部200A2,200B2を設けたことにより、積層コア30の積層厚みは上述した各実施の形態よりも薄くなっている。
That is, the
したがって、ボビン100Aにインサートされた磁性体200Aおよびボビン100Bにインサートされた磁性体200Bの軸方向長L3とマグネット5の軸方向長L2との関係は、図3(c)に示すように、
L3≧L2 ・・・(3)
但し、L2>L11 ・・・(4)
となる軸方向長の関係とすることが好ましい。
Therefore, the relationship between the axial length L3 of the
L3 ≧ L2 ・ ・ ・ (3)
However, L2> L11 ... (4)
It is preferable that the relationship is the axial length.
磁性体200A,200Bはそれぞれ断面L字形状を有した構成としたことにより、断面L字形状のL字立ち上がり部の磁極ティース部30bの先端部の形状に対し、上述した実施の形態1及び実施の形態2と同様の特徴を持たせつつ、積層コア30の磁極ティース部30bの形状も構成できる為、図5(a)に示す従来の積層コアの場合、磁極ティース部3bにマグネットワイヤ4を巻回する際に、巻き膨れにより占積率が低下し、銅損が増加する。しかし、図5(b)に示す実施の形態3の積層コア30の場合、磁性体200A,200Bの断面形状を、積層コア30の磁極ティース部30bと同等の磁路面積を確保可能な形状とし、且つマグネットワイヤ4の巻回時の曲率と、磁性体200A,200Bの断面の曲率を合わせ、マグネットワイヤ4とボビン100A,100Bとの隙間を低減し、マグネットワイヤ4の占積率の向上、及び銅損を低減することができる。
Since the
尚、ボビン100A,100Bは、上述した実施の形態1と同様のPPS、PA、ABS等の合成樹脂から形成され、磁性体200A,200Bは、積層鋼板、粉末冶金にて形成される。磁性体200A,200Bは、好ましくは圧粉磁心にて形成すれば、積層鋼板に対しては形状自由度を向上可能であり、圧粉鉄心以外の粉末冶金に対しては鉄損を低減できる。
The
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to, but can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not exemplified are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
本願は、コスト低減を図ることができる回転機のステータの実現に好適である。 The present application is suitable for realizing a stator of a rotary machine capable of reducing costs.
1A ボビン、1B ボビン、1A1 磁極ティース嵌合部、1B1 磁極ティース嵌合部、2A 磁性体、2B 磁性体、3 積層コア、3a バックヨーク部、3b 磁極ティース部、3c 磁極ティース面、3d 薄肉連結部、3e 溶接部、4 マグネットワイヤ、5 マグネット、6 ロータ、7 シャフト、10A ボビン、10B ボビン、10A1 磁極ティース嵌合部、10A2 錐台状部、10B1 磁極ティース嵌合部、10B2 錐台状部、20A 磁性体、20B 磁性体、20A1 錐台状部、20B1 錐台状部、30 積層コア、30a バックヨーク部、30b 磁極ティース部、30c 磁極ティース面、100A ボビン、100B ボビン、100A1 磁極ティース嵌合部、100A2 錐台状部、100B1 磁極ティース嵌合部、100B2 錐台状部、200A 磁性体、200B 磁性体、200A1 錐台状部、200A2 軸長部、200B1 錐台状部、200B2 軸長部 1A bobbin, 1B bobbin, 1A1 magnetic pole tooth fitting part, 1B1 magnetic pole tooth fitting part, 2A magnetic material, 2B magnetic material, 3 laminated core, 3a back yoke part, 3b magnetic pole tooth part, 3c magnetic pole tooth surface, 3d thin wall connection Part, 3e Welding part, 4 Magnet wire, 5 Magnet, 6 Rotor, 7 shaft, 10A bobbin, 10B bobbin, 10A1 magnetic pole tooth fitting part, 10A2 pyramid-shaped part, 10B1 magnetic pole tooth fitting part, 10B2 pyramid-shaped part , 20A magnetic material, 20B magnetic material, 20A1 cone-shaped part, 20B1 cone-shaped part, 30 laminated core, 30a back yoke part, 30b magnetic pole tooth part, 30c magnetic pole tooth surface, 100A bobbin, 100B bobbin, 100A1 magnetic pole tooth fitting Combined part, 100A2 bobbin, 100B1 magnetic pole tooth fitting part, 100B2 bobbin, 200A magnetic material, 200B magnetic material, 200A1 bobbin, 200A2 bobbin, 200B1 bobbin, 200B2 bobbin Department
本願に開示される回転機のステータは、鋼板が積層されて形成され、バックヨーク部と前記バックヨーク部から内周側に突出された周方向に延在する磁極ティース面を有する複数の磁極ティース部とにより構成された積層コアと、前記積層コアの前記磁極ティース部に二つに分割されてそれぞれ相対向されて配置され、外周側と内周側との間に前記磁極ティース部に嵌合される磁極ティース嵌合部を有し、絶縁素材で構成された一対のボビンと、前記ボビンの内周側の収納部にそれぞれ配置された磁性粉末治金により構成された磁性体と、前記ボビンに巻回されたマグネットワイヤとにより構成された回転機のステータであって、前記磁性体の内周面は前記ステータの内周部に配置されるロータのマグネットと対向し、前記ボビンの内周側の収納部に配置された前記磁性体の軸方向の一端面は前記積層コアの前記磁極ティース部の磁極ティース面部の端面と接触されて配置されたものである。
The stator of the rotating machine disclosed in the present application, the steel sheet is formed by stacking, the magnetic poles of the multiple having magnetic teeth surface extending protruded on the inner peripheral side and the back yoke portion from the back yoke portion circumferential direction a product layer core constituted by the tooth portion, is disposed above is the magnetic pole teeth two split has been, respectively Re their facing the of the laminated core, the magnetic pole between the outer side and the inner peripheral side has a pole tooth fitting portion to be fitted to the tooth portion, and a pair of bobbins made of a insulation material, the bobbin, respectively it in the storage portion of the inner peripheral side of the emission arranged magnetic powder metallurgy A stator of a rotating machine composed of a magnetic material configured by the above and a magnet wire wound around the bobbin, and the inner peripheral surface of the magnetic material is a rotor arranged on the inner peripheral portion of the stator. and magnet facing one end surface in the axial direction of the inner peripheral side of the housing section arranged on the front Symbol magnetic of the bobbin is disposed in contact with the end face of the pole tooth face of the magnetic pole teeth of the laminated core It is a magnet.
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