JP2023131552A - ステータ、モータ及びステータコア - Google Patents

Abstract

【課題】磁束の流れを向上させるための技術を提供する。【解決手段】複数の鋼板が積層されて形成されるステータコアと、前記ステータコアに巻き回されるコイルとを備え、円周方向に配置される複数のステータコアを含む突極集中巻きのステータであって、前記ステータコアは、前記円周方向と交差する第１の面と、前記円周方向と交差し前記第１の面と反対側に設けられた第２の面とを有するティース部を備えており、前記コイルは、前記ステータコアの前記ティース部に巻き回され、前記ティース部の前記第１の面における付根付近の形状の曲率と、前記ティース部の前記第２の面における付根付近の形状の曲率とが異なる。【選択図】 図４

Description

本発明は、ステータ、モータ及びステータコアに関する。

特許文献１は、分割コアにインシュレータを介してコイルを巻き回す構造を開示している。コアの中心側から外径側に向けて斜めにコイルが巻かれている。

特開２００３－３３３７８２号公報

しかしながら、コイルは斜め方向に巻かれるため、分割コアのティース周りに配置されるコイルは左右で異なっていることから、磁束の流れを向上させる上で改善の余地があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、磁束の流れを向上させるための技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成する本発明の一態様によるステータは、
複数の鋼板が積層されて形成されるステータコアと、前記ステータコアに巻き回されるコイルとを備え、円周方向に配置される複数のステータコアを含む突極集中巻きのステータであって、
前記ステータコアは、前記円周方向と交差する第１の面と、前記円周方向と交差し前記第１の面と反対側に設けられた第２の面とを有するティース部を備えており、
前記コイルは、前記ステータコアの前記ティース部に巻き回され、
前記ティース部の前記第１の面における付根付近の形状の曲率と、前記ティース部の前記第２の面における付根付近の形状の曲率とが異なることを特徴とする。

本発明によれば、曲率を変えることで磁束通路幅を調整できるため、磁束の流れを向上させることが可能となる。

一実施形態に係るステータコアの構造の一例を示す図である。 一実施形態に係るステータ（固定子）の一例を示す図である。 一実施形態に係るステータコア及び絶縁部材の外観図である。 一実施形態に係る絶縁部材及びコイルが取り付けられたステータコアの断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、各図は実施形態を説明するための模式図に過ぎず、例えば図中の各要素の寸法は必ずしも現実のものを反映するものではない。また、図中において同一の要素には同一の参照番号を付しており、本明細書において重複する内容については説明を省略する。

図１は、一実施形態に係るステータコアの構造の一例を示す図である。ステータコア１０は、複数の鋼板１００が積層されて形成される。このステータコア１０は絶縁部材（インシュレータ）２００で覆われ、その絶縁部材２００の周囲にコイル３００が巻き回される。ステータコア１０には、凸部１２０と凹部１３０が形成されており、紙面垂直方向にボルト締結用の孔部１１０が設けられている。

図２は、一実施形態に係るステータ（固定子）の一例を示す図である。ステータ２０は、各々が絶縁部材２００及びコイル３００を取り付けられた複数のステータコア１０が円周方向に配置、結合されて構成されている。各ステータコア１０は分割コアとも称される。図示の例では、１２個のステータコア１０が円周方向２５０に接続されてステータ２０が形成されている。ステータコア１０同士の接続は、各ステータコア１０に設けられた凸部１２０と凹部１３０とを用いて、隣接するステータコア１０と接続することにより行われる。ステータ２０は突極集中巻きのステータである。不図示のモータが、本実施形態に係るステータ２０を備えるように構成することができる。

図３は、一実施形態に係るステータコア１０及び絶縁部材２００の外観図である。図３に示されるように、ステータコア１０は、Ｔ字形の鋼板１００が複数積層されて構成されている。ステータコア１０は、ステータ２０を形成する際の円周方向２５０と交差する第１の面１４０と、円周方向２５０と交差し且つ第１の面１４０と反対側に設けられた第２の面１５０とを有するティース部１９０を備えている。ティース部１９０は、各鋼板１００におけるＴ字形の一部である凸部１８０が積層されて形成されており、ステータ２０の中心位置に向かうように突出している。第１の面１４０と第２の面１５０とは平行或いは略平行に設けられている。

コイル３００は、絶縁部材２００を介してステータコア１０のティース部１９０に巻き回される。そして、ティース部１９０の第１の面１４０における付根付近１６０の形状の曲率と、ティース部１９０の第２の面１５０における付根付近１７０の形状の曲率とがコイル３００の配置に応じて異なるように形成する。曲率の違いの詳細は後述する。

絶縁部材２００は、第１の絶縁部材２００ａと、第１の絶縁部材２００ａと係合する第２の絶縁部材２００ｂとを含んで構成される。絶縁部材２００は、ティース部１９０を覆うようにステータコア１０に対して取り付け可能である。なお、絶縁部材２００は必ずしも図示の形状に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。前述したように、ステータコア１０は、ボルト締結用の孔部１１０を有する。各鋼板１００に孔部が形成されており、鋼板を積層することでボルト締結用の孔部１１０となる。

図４は、一実施形態に係る絶縁部材２００及びコイル３００が取り付けられたステータコア１０の断面図である。例えば図１に示したステータコア１０の水平断面図である。

本実施形態では、ティース部１９０の第２の面１５０における付根付近１７０の形状の曲率が、ティース部１９０の第１の面１４０における付根付近１６０の形状の曲率よりも大きくなるように形成する。すなわち、左右対称である場合には点線４０１に示す曲率の形状であるが、点線４０１よりも紙面の左下方向にシフトしており、その分、鋼板１００の面積が増加している。これにより、シフトした分だけ鋼板１００の磁束通路幅が増加するため、コイルの占積率を変更せずに磁束通路幅を増加させることが可能となる。

このように、第１の面１４０における付根付近１６０の形状の曲率と、第２の面１５０における付根付近１７０の形状の曲率とが異なるように形成することで、コイルの占積率を変更せずに磁束通路幅を変化させることが可能となる。

絶縁部材２００は、ティース部１９０の第１の面１４０における付根付近１６０の形状、及び、ティース部１９０の第２の面１５０における付根付近１７０の形状の形状に合わせて、ステータコア１０にフィットするように成型されている。図３に示したように、絶縁部材２００が、第１の絶縁部材２００ａと、第１の絶縁部材２００ａと係合する第２の絶縁部材２００ｂとから構成されるような場合に、組み付け時の向きの誤りを防止することができる。例えば、第１の絶縁部材２００ａが下方、第２の絶縁部材２００ｂが上方となるようにしてステータコア１０に組み付けようとしても、付根付近の曲率の違い、すなわち形状の違いによって、組み付けることができなくなる。このようにして、絶縁部材２００の誤組を防止することが可能となる。

図示の例では、コイル３００が絶縁部材２００を介してステータコア１０の周囲に巻き回されている。コイル３００ａの位置が巻き始めとなり、紙面上方に向かって、コイル３００ｂの位置、そしてコイル３００ｃの位置、コイル３００ｄの位置、コイル３００ｅの位置...と巻き回されていき、コイル３００ｔの位置で一層目の巻き回しが完了する。その後コイル３００ｕの位置から二層目の巻き回しが開始する。同様に紙面下方へ向かって巻き回しを行っていく。三層目の巻き回しは紙面上方へ向かう方向に行う。以降同様の操作を繰り返してコイル３００を巻き回していく。

このように、図４の例では、ティース部１９０の突出側の第１の面１４０における端部付近からコイル３００が巻き始められ、ステータコア１０のティース部１９０の周囲にコイル３００が複数回巻き回されて、ティース部１９０の第２の面１５０における付根付近で一層目が巻き終わる。この時、第２の面１５０における付根付近１７０の形状の曲率が、第１の面１４０における付根付近１６０の形状の曲率よりも大きくなるように形成される。従って、第２の面１５０における付根付近１７０においてコイル３００ｔが絶縁部材２００にフィットする一方、第１の面１４０における付根付近１６０においてコイル３００と絶縁部材２００との間に生じる空間（隙間）を少なくできる。このように磁束通路幅を増加させつつ、使用しない空間を削減することで、空間の有効活用を図ることができる。

ティース部１９０の突出側（ティース２０の中心位置に向かう側）の第２の面１５０における端部付近にはコイル３００の形状に合う突形状４０２が設けられている。コイル３００ａの位置からコイル３００ｂの位置に巻き回される際に、この突形状４０２に載置されるため、コイル３００ｂの位置が安定する。すなわち突形状４０２はコイル３００が載置される載置部である。なお、図示の例では、第２の面１５０の側に突形状４０２が設けられているが、第１の面１４０の側（コイル３００ａ付近の位置）に突形状４０２を設けてもよい。このように、絶縁部材２００は、ティース部１９０の突出側の第１の面１４０における端部付近と、ティース部１９０の突出側の第２の面１５０における端部付近との何れか一方に、コイル３００の形状に合う突形状４０２を有する。これにより、斜め方向に巻き回していくコイルの位置を安定させることができる。

また、図示の例では、突形状４０２は、ステータ２０の内径側である第２の面１５０のティース部１９０の端部付近（ステータ２０の中心位置に近い側）に形成されている。しかし、ステータ２０の外径側である第２の面１５０のティース部１９０の付根付近（ステータ２０の中心位置から遠い側）に形成されてもよい。同様に、ステータ２０の外径側である第１の面１４０のティース部１９０の付根付近に形成されてもよい。

そして、ステータコア１０のボルト締結用の孔部１１０は、第１の面１４０における付根付近１６０のティース部１９０の角部と孔部１１０との距離Ｌ１と、第２の面１５０における付根付近１７０のティース部１９０の角部と孔部１１０との距離Ｌ２とが等しくなる位置に設けられる。すなわち、左右対称である場合の中心位置Ｏから紙面左方向にシフトした（オフセットした）中心位置Ｐを中心とした円形の孔部１１０が設けられる。

なお、ここでは孔部１１０の外縁との距離を用いたが、孔部１１０の中心位置との距離を用いて表すこともできる。すなわち、孔部１１０は、第１の面１４０における付根付近１６０のティース部１９０の角部と孔部１１０の中心位置Ｐとの距離と、第２の面１５０における付根付近１７０のティース部１９０の角部と孔部１１０の中心位置Ｐとの距離とが等しくなる位置に設けられてもよい。

このように、紙面左側の磁束通路幅の増加分に応じて、孔部１１０の位置をオフセットさせることで、左右の磁束通路幅を等しくする。これにより、磁束の流れがさらに向上し、モータのトルクを向上させることが可能となる。そのため、鋼板１００の積層枚数を削減することが可能となり、製造コストや材料コストを削減することが可能となる。

なお、孔部１１０に締結されるボルトは、鋼板１００とは異なる材料で構成されており、ボルトを締結したとしても孔部１１０は磁束通路としては機能しない前提である。

＜実施形態のまとめ＞
１．第１の態様によるステータは、
複数の鋼板（１００）が積層されて形成されるステータコア（１０）と、前記ステータコアに巻き回されるコイル（３００）とを備え、円周方向（２５０）に配置される複数のステータコアを含む突極集中巻きのステータ（２０）であって、
前記ステータコアは、前記円周方向（２５０）と交差する第１の面（１４０）と、前記円周方向と交差し前記第１の面と反対側に設けられた第２の面（１５０）とを有するティース部（１９０）を備えており、
前記コイルは、前記ステータコアの前記ティース部に巻き回され、
前記ティース部の前記第１の面における付根付近（１６０）の形状の曲率と、前記ティース部の前記第２の面における付根付近（１７０）の形状の曲率とが異なる。

これにより、磁束の流れを向上させることができる。また、コイルの占積率を変更せずに磁束通路幅を変化させることが可能となる。

２．第２の態様によるステータでは、
前記ステータコアは、ボルト締結用の孔部（１１０）を有し、
前記孔部は、前記第１の面における前記付根付近の前記ティース部の角部と前記孔部との距離（Ｌ１）と、前記第２の面における前記付根付近の前記ティース部の角部と前記孔部との距離（Ｌ２）とが等しくなる位置に設けられる。

このように、磁束通路幅が等しくなるように孔部の位置を調整することで、磁束の流れが向上し、モータのトルクを向上させることが可能となる。そのため、鋼板の積層枚数を削減することが可能となり、製造コストを削減することが可能となる。

３．第３の態様によるステータでは、
前記孔部は、前記第１の面における前記付根付近の前記ティース部の角部と前記孔部の中心位置（Ｐ）との距離と、前記第２の面における前記付根付近の前記ティース部の角部と前記孔部の中心位置（Ｐ）との距離とが等しくなる位置に設けられる。

このように、磁束通路幅が等しくなるように孔部の位置を調整することで、磁束の流れが向上し、モータのトルクを向上させることが可能となる。そのため、鋼板の積層枚数を削減することが可能となり、製造コストを削減することが可能となる。また、ステータコア及びステータを小型化することが可能となる。

４．第４の態様によるステータでは、
前記ステータコアと前記コイルとの間に配置される絶縁部材（２００）をさらに備え、
前記絶縁部材は、前記ステータコアの前記ティース部の付根付近の形状に合わせて成型されている。

これにより、絶縁部材が複数の部材から構成されており、ステータコアのティース部を覆うように絶縁部材を組み付ける場合に、誤組を防止することが可能となる。

５．第５の態様によるステータでは、
前記絶縁部材は、前記ティース部の突出側の前記第１の面における端部付近と、前記ティース部の突出側の前記第２の面における端部付近との何れか一方に、前記コイルの形状に合う突形状（４０２）を有する。

突形状に合わせてコイルの位置が決まるため、コイルのずれを防止し、コイルの位置を安定させることが可能となる。

６．第６の態様によるステータでは、
前記第１の面と前記第２の面とは略平行である。

これにより、コイルの巻き回し作業が容易になる。

７．第７の態様によるステータでは、
前記ティース部の突出側の前記第１の面における端部付近から前記コイルが巻き始められ、前記ティース部の周囲に前記コイルが複数回巻き回されて、前記ティース部の前記第２の面における前記付根付近で一層目が巻き終わる場合において、
前記一層目の巻き終わり側の面である前記第２の面における前記付根付近の形状の曲率が、前記一層目の巻き始め側の面である前記第１の面における前記付根付近の形状の曲率よりも大きい。

これにより、コイルの占積率を変更せずに、コイルの巻き始め側の面のティース部の付根付近の磁束通路幅を増加させることが可能となる。

８．第８の態様によるモータは、
第１乃至第７の何れかの態様によるステータを備えるモータである。

これにより、磁束通路幅が増加したステータを用いることでモータの性能を向上させることが可能となる。

９．第８の態様によるステータコアは、
ステータ（２０）の一部を構成し、複数の鋼板（１００）が積層されて形成されるステータコア（１０）であって、
前記ステータコアは、前記ステータの円周方向（２５０）と交差する第１の面（１４０）と、前記円周方向と交差し前記第１の面と反対側に設けられた第２の面（１５０）とを有するティース部（１９０）を備えており、
前記ティース部の前記第１の面における付根付近（１６０）の形状の曲率と、前記ティース部の前記第２の面における付根付近（１７０）の形状の曲率とが異なる。

これにより、磁束の流れを向上させることができる。また、ステータコアの周囲に巻き回されるコイルの占積率を変更せずに磁束通路幅を変化させることが可能となる。

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

１０：ステータコア、２０：ステータ、１００：鋼板、２００：絶縁部材、コイル：３００、１４０：第１の面、１５０：第２の面、１９０：ティース部

Claims (9)

1. 複数の鋼板が積層されて形成されるステータコアと、前記ステータコアに巻き回されるコイルとを備え、円周方向に配置される複数のステータコアを含む突極集中巻きのステータであって、
   前記ステータコアは、前記円周方向と交差する第１の面と、前記円周方向と交差し前記第１の面と反対側に設けられた第２の面とを有するティース部を備えており、
   前記コイルは、前記ステータコアの前記ティース部に巻き回され、
   前記ティース部の前記第１の面における付根付近の形状の曲率と、前記ティース部の前記第２の面における付根付近の形状の曲率とが異なることを特徴とするステータ。
2. 前記ステータコアは、ボルト締結用の孔部を有し、
   前記孔部は、前記第１の面における前記付根付近の前記ティース部の角部と前記孔部との距離と、前記第２の面における前記付根付近の前記ティース部の角部と前記孔部との距離とが等しくなる位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記孔部は、前記第１の面における前記付根付近の前記ティース部の角部と前記孔部の中心位置との距離と、前記第２の面における前記付根付近の前記ティース部の角部と前記孔部の中心位置との距離とが等しくなる位置に設けられることを特徴とする請求項２に記載のステータ。
4. 前記ステータコアと前記コイルとの間に配置される絶縁部材をさらに備え、
   前記絶縁部材は、前記ステータコアの前記ティース部の付根付近の形状に合わせて成型されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のステータ。
5. 前記絶縁部材は、前記ティース部の突出側の前記第１の面における端部付近と、前記ティース部の突出側の前記第２の面における端部付近との何れか一方に、前記コイルの形状に合う突形状を有することを特徴とする請求項４に記載のステータ。
6. 前記第１の面と前記第２の面とは略平行であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のステータ。
7. 前記ティース部の突出側の前記第１の面における端部付近から前記コイルが巻き始められ、前記ティース部の周囲に前記コイルが複数回巻き回されて、前記ティース部の前記第２の面における前記付根付近で一層目が巻き終わる場合において、
   前記一層目の巻き終わり側の面である前記第２の面における前記付根付近の形状の曲率が、前記一層目の巻き始め側の面である前記第１の面における前記付根付近の形状の曲率よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のステータ。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載のステータを備えるモータ。
9. ステータの一部を構成し、複数の鋼板が積層されて形成されるステータコアであって、
   前記ステータコアは、前記ステータの円周方向と交差する第１の面と、前記円周方向と交差し前記第１の面と反対側に設けられた第２の面とを有するティース部を備えており、
   前記ティース部の前記第１の面における付根付近の形状の曲率と、前記ティース部の前記第２の面における付根付近の形状の曲率とが異なることを特徴とするステータコア。

Images