JP3599168B2

JP3599168B2 - Electric motor and manufacturing method

Info

Publication number: JP3599168B2
Application number: JP3457899A
Authority: JP
Inventors: 和彦馬場; 仁川口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2019-02-12
Also published as: JP2000232740A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機、特に各磁極ティース毎に直接巻線を施す集中巻により形成された固定子片から構成された固定子を有する電動機およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、中小型電動機の分野では、電動機の高性能化のために回転数の制御が容易で、かつ損失を低減した高効率なＤＣブラシレスモータが広く用いられている。図９は従来の３相６スロット４極のＤＣブラシレスモータを示しており、このＤＣブラシレスモータを例にして従来の電動機の構造を説明する。図９において、１は固定子、１０は円筒状をなす固定子コア、２は固定子コア１０の内周部に等間隔に形成された６個のスロット、３はスロット２に隣接された磁極ティース、４は磁極ティース３に直接巻回して集中巻きが施され、３相４極が形成された巻線、８は固定子１と永久磁石７との間の空隙、９は固定子１の内径より空隙８を隔てて配置された回転子、７は回転子９の外周に配置されＮ極Ｓ極が交互になるように配置された永久磁石７、１１は回転子コア、５は回転子９の中央に設けられた中央孔に勘合固着され回転自在になるように支持された回転子軸、１２はヨークである。固定子コア１材には、厚み０．５ｍｍ程度の無方向性電磁鋼板が用いられている。
【０００３】
図１０は上述の電動機の駆動用として良く用いられる典型的な駆動回路および駆動原理を示す。図１０に示されるように、電動機駆動回路は直流電源部１５、主回路部１６および制御回路部１７から構成されている。直流電源部１５は主回路部１６と並列に接続され主回路部１６へ電力を供給する。主回路部１６は、６個のスイッチング素子Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１およびＷ２と、各スイッチング素子Ｕ１等に並列接続された環流ダイオードＤ１ないしＤ６とから構成されている。このうちスイッチング素子Ｕ１とＵ２とを直列に接続してアーム部Ｕ１２が形成され、スイッチング素子Ｖ１とＶ２とを直列に接続してアーム部Ｖ１２が形成され、さらにスイッチング素子Ｗ１とＷ２とを直列に接続してアーム部Ｗ１２が形成され、合計で３つのアーム部Ｕ１２、Ｖ１２およびＷ１２が形成されている。これらのアーム部Ｕ１２、Ｖ１２およびＷ１２はそれぞれ並列に接続されて３相のブリッジが形成されている。上述のように構成された主回路部１６において、３相の各アーム部Ｕ１２、Ｖ１２およびＷ１２が有するスイッチング素子Ｕ１等の共通節点Ｕｏ、ＶｏおよびＷｏは、それぞれ対応する電動機の出力線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されている。これらの出力線Ｕ、Ｖ、Ｗは、上記固定子１の各相の巻線４に接続されている。各相の巻線はＵ相、Ｖ相、Ｗ相で構成され、Ｙ結線されている。
【０００４】
制御回路部１７は、位置検出部２３により回転子９の位置信号を受け、この位置信号に連動して主回路部１６の各スイッチング素子Ｕ１等をオン・オフ制御することにより、巻線４に電流を通電する。この通電により固定子１に交番磁界が発生し、発生した交番磁界と永久磁石７のつくる磁界との間に作用する磁気的な引力および斥力により、回転子９を回転駆動させる。各巻線Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の通電幅は、電気角で１２０度とする周知の１２０度通電となるように構成されている。
【０００５】
図１１は、上述の通電時の磁束の状態を示す。図１１において、符号２４は固定子１と回転子９とにわたって流れる磁束を示しており、Ｕ相とＶ相が通電状態にある場合のＢＩＬトルク（巻線４の電流のつくる磁束と永久磁石７の作る磁束との間に作用するトルク）が最大となる位置における磁束の分布状態を示す。符号２６ａ、２６ｂは電流の向きを示し、２６ａは紙面に対して上向きの電流を示し、２６ｂは紙面に対して下向きの電流を示す。図１１に示されるように、磁束２４は固定子コア１０のヨーク部１２では周方向に沿って流れ、一方磁極ティース部３では径方向に沿って流れることが様子が分かる。したがって、磁束２４の流れは周方向と、周方向に直行する径方向の２方向に大別される。
【０００６】
図１２は、公開特許公報（特開平）９−１９１５８８号で開示されている従来の９スロット８極のＤＣブラシレスモータの例を示す。図１２において図９と同じ符号は同じ機能を有する部分を示すため、説明は省略する。図１２に示されるように、３つの固定子片６ａ、６ｂおよび６ｃを１つのユニットコアとしており、３つのユニットコアを組み合わせて１つの固定子１を構成している。
【０００７】
図１２（Ａ）は、上述の３個の固定子片６ａ等よりなるユニットコアを平面図により示す。図１２（Ａ）において、固定子コア１０ａ等は、板厚が薄い電磁鋼板を必要な枚数だけ積み重ね、カシメ、溶接などにより１枚１枚電磁鋼板がバラバラにならないように固定されている。固定子片６ａと固定子片６ｂとはＡＡ線とＢＢ線とで示される角度θを有している。固定子片６ｂと固定子片６ｃとの間も同様である。固定子片６ａないし６ｃは回転電機の固定子１の外周部になる薄肉連結部１３ａおよび１３ｂで結合されており、一体化されている。
図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）に示される固定子片６ａ等に電線４ａ等を巻いた状態を平面図により示す。図１２（Ｂ）において、スロット２は絶縁物２５を施されており、巻線４ａないし４ｆは鉄心の磁極ティース３へ１ターンずつ巻線を施して形成されている。巻線４ｂｃ等は巻線４ｂと巻線４ｃとの間の渡り線である。
図１２（Ｃ）は図１２（Ｂ）に示される巻線が終わった状態の固定子片６ａ等を折り曲げた時の状態を平面図により示し、図１２（Ｄ）は図１２（Ｃ）に示される折り曲げられた固定子片６ａ等を集めて組み合わせて構成された回転電機の固定子１を平面図により示す。
しかし、特開平９−１９１５８８号に示されるように構成された集中巻線を用いた電動機は、固定子コア１０ａ等が無方向性電磁鋼板で形成されていたため、磁気回路の改善による鉄損の低減には限界があり、高効率化の妨げとなるという問題があった。
【０００８】
図１３は、公開特許公報（特開平）７−６７２７１号で開示されている同期機の固定子構造を示す。図１３において図９と同じ符号は同じ機能を有する部分を示すため、説明は省略する。図１３（Ａ）、１３（Ｂ）に示されるように、固定子片６はヨーク部１２−１等と磁極ティース３との別ピースに分割されており、ヨーク部１２−１等と磁極ティース３とを深さａを有する接合部２８で組み合わせることにより固定子片６を構成している。ヨーク部１２−１等および磁極ティース３は方向性電磁鋼板により形成されており、それぞれの磁化の容易方向をヨーク部１２−１等については周方向（Ｘ方向）とし、磁極ティース３については径方向（Ｙ方向）となるように構成されている。図１３（Ｃ）に示されるように、ヨーク部１２−１等については固定子１の周方向に分割されている。
しかし、特開平７−６７２７２に示されるように構成された固定子は、方向性電磁鋼板を用いたため鉄損の低減の点では有効であるが、ヨーク部と磁極ティースを別ピースで打ち抜いて作成後、ヨーク部と磁極ティースを接合部で組み合わせることにより構成されているため、組立性が悪く、固定子の内外径の真円度の確保が困難であるという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の固定子コア等が無方向性電磁鋼板で形成された電動機では、磁気回路の改善による鉄損の低減には限界があり、高効率化の妨げとなるという問題があった。固定子等に方向性電磁鋼板を用いた場合であっても、ヨーク部と磁極ティースとを別々に作成後、組み立てる電動機では、組立性が悪いため固定子の内外径の真円度の確保が困難であり、さらにヨーク部と磁極ティースとの各々について金型を製作する必要があり、金型費用の増大と製造ラインの工程数の増加を招くという問題があった。
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、電動機に方向性電磁鋼板を用いることにより鉄損を低減すると共に、ヨーク部と磁極ティースを一体で構成することにより、組立性が良く、ヨーク部と磁極ティースとの別々の金型を製作しないで済む電動機および製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の電動機は、固定子片を円筒状に組み込んで固定子とした電動機であって、前記固定子片は方向性電磁鋼板により形成されるとともに薄肉連結部により相互に結合されたヨークとティースとを備え、前記固定子片を形成する方向性電磁鋼板の磁化容易方向と前記固定子に流れる磁束の方向とを一致させるように組み込んだものである。
ここで、この発明の電動機は、前記ヨークは前記薄肉連結部で結合された第１ヨーク部と第２ヨーク部とに分かれていることができるものである。
ここで、この発明の電動機は、前記固定子片の第１ヨーク部は他の固定子片の第２ヨーク部とヨーク間の薄肉連結部により結合されることができるものである。
ここで、この発明の電動機は、前記ヨークは第１ヨーク部と第２ヨーク部とに分かれており、前記薄肉連結部は該第１ヨーク部および前記ティースを結合する第１薄肉連結部と該第２ヨーク部および前記ティースを結合する第２薄肉連結部とに分かれていることができるものである。
ここで、この発明の電動機は、前記ティースは第１ティース部と第２ティース部とに分かれており、前記薄肉連結部は該第１ティース部および前記ヨークを結合する第１薄肉連結部と該第２ティース部および前記ヨークを結合する第２薄肉連結部とに分かれていることができるものである。
ここで、この発明の電動機は、前記第１ティース部および前記第２ティース部は、各々前記ヨークと接続可能な突起部を有することができるものである。
ここで、この発明の電動機は、前記固定子片のヨークは他の固定子片のヨークとヨーク間の薄肉連結部により結合されたことができるものである。
【００１１】
この発明の電動機の製造方法は、方向性電磁鋼板により形成され薄肉連結部により結合された第１ヨーク部、第２ヨーク部およびティースを有する固定子片に対して、前記第１ヨーク部および前記第２ヨーク部を各々前記薄肉連結部を支点に折り曲げて前記ティースに接合させる接合工程と、前記ティースに電線を巻き回す工程と、前記接合工程後の固定子片を円筒状に組み込んで、該固定子片を形成する方向性電磁鋼板の磁化容易方向と一致する磁束の方向を有するように固定子を形成する工程とを備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１を９スロットの集中巻き固定子１を例にして図１（Ａ）ないし（Ｄ）を用いて説明する。
図１（Ａ）は本発明の実施の形態１における固定子１について固定子片６の１ブロック分を展開した断面図を示す。図１（Ａ）において、固定子片６はヨーク部（ヨーク）１２ａ（第１ヨーク部）および１２ｂ（第２ヨーク部）と磁極ティース部（ティース）３とから構成されている。ヨーク部１２ａおよび１２ｂと磁極ティース部３とは、磁極ティース部３の先端部の鋭角形状を有した根本の薄肉連結部１３で結合されており、一体型のコア構造となっている。固定子片６は、固定子片６の断面形状を有する金型を用いて０．３〜０．５ｍｍ程度の薄い方向性電磁鋼板の板を一枚一枚打ち抜いて必要な枚数だけ積み重ね、かしめ、溶接などにより、ばらばらにならないように固定されている。固定子片６は、図１（Ａ）中の矢印のＹ軸方向（磁極ティース部３の長手方向）に磁化容易方向１４を有するように形成されている。
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示されるヨーク部１２ａ等と磁極ティース部３とから構成される固定子片６について、薄肉連結部１３を支点にしてヨーク部１２ａと１２ｂとを磁極ティース部３側に折り曲げることによって、ヨーク部１２ａおよび１２ｂの側面と磁極ティース部３の側面と各々を結合し、１ブロック分の固定子片６を構成した状態を示す。固定子片６の磁化容易方向１４は、ヨーク部１２ａ等ではＸ方向に、磁極ティース部３ではＹ方向になるように構成される。固定子片６は外周基準の治具に合わせて折り曲げた後、接合部を溶接などで固着することにより容易に実現することができる。
図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）に示される固定子片６のスロット部２の周囲に沿って厚み１ｍｍ以下の非磁性、非導電の材料で絶縁を施し、磁極ティース部３に所定の回数だけ電線を巻き付け、巻線２７により整列巻きされた状態にある固定子片６を示す。
図１（Ｄ）は図１（Ｃ）の巻線２７を施した固定子片６のブロックを１周分に渡って組み合わせて円筒状にした状態を示す。図１（Ｄ）において、各固定子片６の接合部は溶接などにより固定して一体化して固定子を構成したものである。この様に固定子を構成することにより、固定子コアの磁化容易方向１４は、ヨーク部１２ａ等では周方向に、磁極ティース部３では径方向に定めることができる。
【００１３】
図２は、固定子片６を巻線する例を示す。図２において、符号１５は、固定子片６の磁極ティース部３に電線を巻き付けるのに用いるフライヤ、１６はフライヤ１５の基端、１７はフライヤ１５の先端、１８は固定子片６の保持治具、１９はフライヤ１５の旋回中心である。
まず、固定子片６の保持治具１８に絶縁２５を施した固定子片６を固定する。フライヤ１５は、その旋回中心１９を中心として矢印Ａの方向または矢印Ａと逆方向に旋回できる。さらに整列巻きを行うためにフライヤ１５の旋回と同期して、フライヤ１５は矢印Ｂの方向へ揺動する。固定子片６に巻き付ける電線２０ｂは、フライヤ１５の先端１６からフライヤ１５内を通って電線２０ａまでつながっている。固定子片６に電線２０ａを巻き付ける場合は、フライヤ１５の先端１７より出ている電線２０ａの端末を固定子片６の保持治具１８等に固定した後、フライヤ１５を旋回、揺動させながら、固定子片６に巻線を行う。必要な巻数だけ巻線２０ａを施した段階で、フライヤ１５を停止させる。
【００１４】
図３は、ＤＣブラシレスモータが通電状態にある場合の磁束線図を示す。図３に示されるように、符号２４は固定子１と回転子９とにわたって流れる磁束を示しており、Ｕ相とＶ相が通電状態にある場合のＢＩＬトルクが最大となる位置における磁束の分布状態を示す。符号２６ａ、２６ｂは電流の向きを示し、２６ａは紙面に対して上向きの電流を示し、２６ｂは紙面に対して下向きの電流を示す。図３に示されるように、磁束２４は固定子コア１０のヨーク部１２ａ等では周方向に沿って流れ、一方磁極ティース部３では径方向に沿って流れることが様子が分かる。したがって、磁束２４の流れは周方向と、周方向に直行する径方向の２方向に大別される。より詳しくは、固定子コア１に流れる磁束２４の流れは、磁極ティース部３では径方向に沿って流れ、磁極ティース部３とヨーク部１２との接合面付近を境に磁極ティース部３に流れる磁束２４の向きは概略直角に曲げられ、ヨーク部１２では周方向に沿って流れている。したがって、方向性電磁鋼板を用いて構成した固定子１の磁化容易方向１４と、実際に固定子コア１に流れる磁束の流れ２４とを一致させることができるため、無方向性電磁鋼板で構成した固定子と比べ、磁気特性を改善することができ、鉄損を低減した高効率な電動機が実現できる。さらに、磁極ティース部３とヨーク部１２ａ等とを一体で打ち抜いて構成されているため、磁極ティース部３とヨーク部１２ａ等を別のピースで打ち抜いた後に組み付ける方法と比べて、組立性が良く、内外径の寸法精度が良好な電動機が実現できる。
【００１５】
上述のように構成された固定子１は、固定子片６の磁極ティース部３を固定し、ヨーク部１２ａ等の両端部を薄肉連結部１３を支点に挟み込んで内側に折り曲げる折り曲げる工程と、固定子片６のスロット２に絶縁部２５を挿入して、磁極ティース３に電線２０ａ等を巻き付ける工程と、固定子片６を組み合わせて円筒状に一体化し、固定子片６と他の固定子片６との接合部を溶接などにより接合する工程とにより容易に実現することが可能である。
【００１６】
以上より、実施の形態１によれば、固定子コアに流れる磁束の流れと、方向性電磁鋼板の磁化容易方向とを一致するように固定子を構成することにより、磁気特性を改善することができ、鉄損を低減した高効率な電動機が実現できる。さらに、磁極ティース部とヨーク部とを一体で打ち抜いて構成されているため、組立性が良く、内外径の寸法精度が良好な電動機が実現できる。
【００１７】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２における固定子の構造を断面図で示す。図４において図１ないし図３と同じ符号が付けられた部分は同じ機能を有するため、説明は省略する。
図４（Ａ）は、実施の形態２における固定子片の１ブロックの展開図を示す。図４（Ａ）に示されるように、固定子片６は、ヨーク部１２ａおよび１２ｂと磁極ティース部３ａとは磁極ティース部３の根本の薄肉連結部１３ｃで結合されている。さらに、図４（Ａ）中の線ＬＭを対称軸にして他の固定子片６が配置され、２つの磁極ティース部３と２つのヨーク部対１２ａ等が連結して一体型の構造となっている。線ＬＭ上で隣接する固定子片のヨーク部の一方１２ｂは他の固定子片のヨーク部の一方１２ａと薄肉連結部１３ｄ（ヨーク間の薄肉連結部）で結合されているが、固定子片のヨーク部の残りの一方１２ａは他の固定子片のヨーク部の残りの一方１２ｂとは接しているのみで結合されていない。固定子片６は、方向性電磁鋼板を用いてＹ軸方向が磁化容易方向１４となるように、一枚一枚打ち抜いて、必要な枚数だけ積層することによって構成されている。
図４（Ｂ）は上述のように薄肉連結部１３ｄで連結されている２つの固定子片６を、各々磁極ティース部３とヨーク部１２ａ等とを結合している薄肉連結部１３ｃを支点にして、ヨーク部１２ａ等が磁極ティース部３側へ閉じる方向に折り曲げた状態を示す。
図４（Ｃ）は、薄肉連結部１３ｄで連結されている２つの固定子片６に絶縁物２５を挿入後、磁極ティース部３に電線４を巻き付けた状態を示す。
図４（Ｄ）は、図４（Ｃ）と同様に作成された別の固定子片６を円筒状に組み合わせて結合し、固定子１を構成した状態を示す。上述のように２つの固定子片６を組み合わせることによって固定子を構成することができるため、特に偶数の磁極ティース部３を有する固定子において製造工程を削減でき、組立性の優れた電動機を実現することができる。奇数の磁極ティース部３を有する場合でも、偶数部分については本実施の形態２を適用し、残りの奇数部分については実施の形態１で述べた構造の固定子片６を適用すれば、円筒状の固定子を構成することが可能であり、組立性を改善することができる。本実施の形態２においても、固定子コアに流れる磁束の流れと、方向性電磁鋼板の磁化容易方向とを一致するように固定子を構成することにより、磁気特性を改善することができ、鉄損を低減した高効率な電動機を実現することができる。
【００１８】
以上より、実施の形態２によれば、２つの固定子片を組み合わせることによって固定子を構成することができるため、特に偶数の磁極ティース部３を有する固定子において製造工程を削減でき、組立性の優れた電動機を実現することができる。奇数の磁極ティース部３を有する場合でも、実施の形態１で述べた構造の固定子片６を併用することにより、同様に円筒状の固定子を構成することが可能であり、組立性を改善することができる。さらに、固定子コアに流れる磁束の流れと、方向性電磁鋼板の磁化容易方向とを一致するように固定子を構成することにより、磁気特性を改善することができ、鉄損を低減した高効率な電動機を実現することができる。
【００１９】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３における１ブロックの固定子片６の展開図を示す。図５において図１ないし図４と同じ符号が付けられた部分は同じ機能を有するため、説明は省略する。実施の形態１においては、磁極ティース部３とヨーク部１２ａ等は、磁極ティース部３の根本先端部の薄肉連結部１３で結合されていたが、実施の形態３においては図５（Ａ）に示されるように、ヨーク部１２ａおよび１２ｂと磁極ティース部３は、各々磁極ティース部３の両側の側面部に設けた薄肉連結部１３ｆ（第１薄肉連結部）と１３ｇ（第２薄肉連結部）とにより結合されており、一体型の一つの固定子片６を構成している。
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の固定子片６を磁極ティース部３とヨーク部１２ａおよび１２ｂとを結合している薄肉連結部１３ｆと１３ｇとを支点に、各々ヨーク部１２ａ等が磁極ティース部３の外側へ開く方向に折り曲げて構成した状態を示す。
図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）の固定子片６に絶縁物２５を挿入した後、磁極ティース部３に電線２０を巻き付けて１つの固定子片６を構成した状態を示す。この固定子片６を１周分に渡って円筒状に組み合わせ結合することにより、固定子１を構成することができる。上述のように構成することにより実施の形態１と同様な効果を得ることができる上に、さらに金型を小さくすることができるため、固定子片６の時間当たりの打ち抜き枚数を増やすことができ、生産性を向上させることができる。したがって金型のコストを低減させるｋとができ、安価な電動機を提供することができる。
【００２０】
以上より、実施の形態３によれば、実施の形態１による効果に加えて、さらに金型を小さくすることができるため、固定子片の時間当たりの打ち抜き枚数を増やすことができ、生産性を向上させることができる。したがって金型のコストを低減させるｋとができ、安価な電動機を提供することができる。
【００２１】
実施の形態４．
図６は、実施の形態４における１ブロックの固定子片６の展開図を示す。図６において図１ないし図５と同じ符号が付けられた部分は同じ機能を有するため、説明は省略する。実施の形態１では、磁極ティース部３と２分割されたヨーク部１２ａ等は磁極ティース部３の根本先端部の薄肉連結部１３で結合していた。一方実施の形態４においては、図６（Ａ）に示されるように、ヨーク部１２は分割せずに磁極ティース部３を磁極ティース部３ａ（第１ティース部）と３ｂ（第２ティース部）とに分割するように構成し、ヨーク部１２の内側の側面に設けた薄肉連結部１３ｆ（第１薄肉連結部）および１３ｇ（第２薄肉連結部）で結合することにより一つの固定子片６を構成している。
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の固定子片６を薄肉連結部１３ｆおよび１３ｇを支点にして、２分割した磁極ティース３ａおよび３ｂ同士を内側に閉じる方向に折り曲げて構成した状態を示す。
図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）の固定子片に絶縁物２５を挿入した後、磁極ティース部３に電線２０を巻き付けて１つの固定子片６を構成した状態を示す。この固定子片６を１周分に渡って円筒状に組み合わせ結合することにより、固定子１を構成することができる。上述のように構成することにより実施の形態１と同様な効果を得ることができる上に、さらに固定子片６のヨーク部１２を分割せずに一体で打ち抜いて構成したため、固定子片６の分割部分を最小限に押さえることができ、固定子コア１０の剛性を高めることができる。さらに分割された磁極ティース部３ａおよび３ｂについても、巻線２０を施すことにより分割されたティース部の剛性を増すことができる。
【００２２】
以上より、実施の形態４によれば、実施の形態１による効果に加えて、さらに固定子片のヨーク部を分割せずに一体で打ち抜いて構成したため、固定子片の分割部分を最小限に押さえることができ、固定子コアの剛性を高めることができる。さらに分割された磁極ティース部に巻線を施すことにより、分割されたティース部の剛性を増すことができる。
【００２３】
実施の形態５．
図７は、実施の形態５における連続した固定子片６の展開図を示す。図７において図１ないし図６と同じ符号が付けられた部分は同じ機能を有するため、説明は省略する。実施の形態４ではヨーク部１２と２分割された磁極ティース部３ａおよび３ｂとを、ヨーク部１２の内側側面に設けた薄肉連結部１３ｆおよび１３ｇで結合することにより一つの固定子片６を構成していた。一方実施の形態５では、図７（Ａ）に示されるように、ヨーク部１２と２分割され磁極ティース部３ａおよび３ｂとを、ヨーク部１２の内側側面に設けられた薄肉連結部１３ｆおよび１３ｇで結合することにより一つの固定子片６を構成するだけではなく、さらに磁極ティース部３ａおよび３ｂがその端部に各々有する突起部２１をヨーク部１２の両端部側面に接合するように配置し、かつ各固定子片６をヨーク部１２の外周部端部の薄肉連結部（ヨーク間の薄肉連結部）１３ｈにより結合することにより一つのユニットコア２２を構成する。この場合、磁化容易方向１４はＸ軸方向（ユニットコア２２の長手方向）を向くように構成される。
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の固定子片６を薄肉連結部１３ｆおよび１３ｇを支点にして２分割された磁極ティース３ａおよび３ｂ同士を閉じる方向に折り曲げて構成した状態を示す。
図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）の連結された固定子片６に絶縁物２５を挿入した後、各磁極ティース３ａおよび３ｂに電線２０を巻き付けて固定子片６を構成した状態を示す。
図７（Ｄ）は、図７（Ｃ）のヨーク部１２の外周部端部の薄肉連結部１３ｈを支点にして、各固定子片６を周方向に折り曲げて半周分の固定子１を構成し、同様に組み立てた別の連結した固定子片６と組み合わせて固定子１を構成した状態を示す。上述のように磁極ティース部３ａ等の突起部をヨーク部１２の両端部側面に配置することにより、突起部２１が曲げ防止の働きをすることができる。したがって、打ち抜き直後に薄肉連結部１３ｈを支点にして変形することがなくなり、歩留まりを向上させることができる。
【００２４】
図８は、ロール状に巻かれた方向性電磁鋼板２７を用いて、図７（Ａ）の連結された固定子片６を打ち抜く場合の材料取りの方法を示す。図８において図１ないし図７と同じ符号が付けられた部分は同じ機能を有するため、説明は省略する。図８において、斜線部は電動機の材料として有効に使用されている部分を示す。この様にユニットコア２２同士を対向させ、かつ方向性電磁鋼板の長手方向に磁化容易方向がくるように固定子片６を打ち抜くことにより、材料取りを格段に向上させることができる。したがって安価な電動機を提供することができる。さらに電動機の運転時の磁束の流れと磁化容易方向を合わせることが可能であり、鉄損を低減した高効率な電動機を得ることができる。
【００２５】
以上より、実施の形態５によれば、実施の形態１による効果に加えて、さらに複数の固定子片を組み合わせることによって固定子を構成することができるため、材料取りを格段に向上させることができ、したがって安価な電動機を提供することができる。磁極ティース部の突起部をヨーク部の両端部側面に配置することにより、突起部が曲げ防止の働きをすることができるため、打ち抜き直後に薄肉連結部を支点にして変形することがなくなり、歩留まりを向上させることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電動機および製造方法によれば、電動機に方向性電磁鋼板を用いることにより鉄損を低減すると共に、ヨーク部と磁極ティースを一体で構成することにより、組立性が良く、ヨーク部と磁極ティースとの別々の金型を製作しないで済む電動機および製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における固定子片の１ブロック分を展開した断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における固定子片を巻線する例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるＤＣブラシレスモータが通電状態にある場合の磁束線図である。
【図４】本発明の実施の形態２における固定子の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３における１ブロックの固定子片６の展開図である。
【図７】本発明の実施の形態５における連続した固定子片６の展開図である。
【図８】本発明の実施の形態５において、ロール状に巻かれた方向性電磁鋼板を用いて、連結された固定子片を打ち抜く場合の材料取りの方法を示す図である。
【図９】従来の３相６スロット４極のＤＣブラシレスモータを示す図である。
【図１０】図９のモータの駆動用として良く用いられる典型的な駆動回路および駆動原理を示す示す図である。
【図１１】図９のモータに通電した時の磁束の状態を示す図である。
【図１２】特開平９−１９１５８８号で開示されている従来の９スロット８極のＤＣブラシレスモータの例を示す図である。
【図１３】特開平７−６７２７１号で開示されている同期機の固定子構造を示す図である。
【符号の説明】
１固定子、２スロット（部）、３磁極ティース（部）、４、２０、２７巻線（電線）、５回転子軸、６固定子片、７永久磁石、８空隙、９回転子、１０固定子コア、１１回転子コア、１２ヨーク（部）、１３薄肉連結部、１４磁化容易方向、１５フライヤ、１６フライヤの基端、１７フライヤの先端、１８固定子片の保持治具、１９フライヤの旋回中心、２１突起部、２２ユニットコア、２３位置検出部、２４磁束、２５：絶縁物、２６電流、２７方向性電磁鋼板、２８接合部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric motor, and more particularly to an electric motor having a stator composed of stator pieces formed by concentrated winding in which a winding is directly applied to each magnetic pole tooth and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of small and medium-sized electric motors, high-efficiency DC brushless motors whose rotation speed is easy to control and whose loss is reduced have been widely used for improving the performance of electric motors. FIG. 9 shows a conventional three-phase, six-slot, four-pole DC brushless motor. The structure of a conventional motor will be described using this DC brushless motor as an example. 9, reference numeral 1 denotes a stator, 10 denotes a cylindrical stator core, 2 denotes six slots formed at equal intervals in the inner peripheral portion of the stator core 10, and 3 denotes a magnetic pole adjacent to the slot 2. The teeth 4 are wound directly on the magnetic pole teeth 3 to form a concentrated winding by three-phase quadrupole formation, 8 is a gap between the stator 1 and the permanent magnet 7, and 9 is a stator 1 A rotor arranged with a gap 8 from the inner diameter, 7 is a permanent magnet arranged on the outer periphery of the rotor 9 and N and S poles are alternately arranged, and 11 is a rotor core and 5 is a rotor A rotor shaft 12 fitted and fixed in a central hole provided in the center of 9 and rotatably supported, and 12 is a yoke. A non-oriented electrical steel sheet having a thickness of about 0.5 mm is used for one stator core material.
[0003]
FIG. 10 shows a typical driving circuit and driving principle often used for driving the above-described electric motor. As shown in FIG. 10, the motor drive circuit includes a DC power supply unit 15, a main circuit unit 16, and a control circuit unit 17. The DC power supply unit 15 is connected in parallel with the main circuit unit 16 and supplies power to the main circuit unit 16. The main circuit section 16 includes six switching elements U1, U2, V1, V2, W1, and W2, and free-wheeling diodes D1 to D6 connected in parallel to the switching elements U1 and the like. Of these, the switching elements U1 and U2 are connected in series to form an arm section U12, the switching elements V1 and V2 are connected in series to form an arm section V12, and the switching elements W1 and W2 are connected in series. The arm portions W12 are formed by connection, and a total of three arm portions U12, V12, and W12 are formed. These arms U12, V12 and W12 are connected in parallel to form a three-phase bridge. In the main circuit section 16 configured as described above, the common nodes Uo, Vo, and Wo of the switching elements U1 and the like of the three-phase arms U12, V12, and W12 are connected to the output lines U, V of the corresponding motor, respectively. , W. These output lines U, V, W are connected to the windings 4 of each phase of the stator 1. Each phase winding is composed of a U phase, a V phase, and a W phase, and is Y-connected.
[0004]
The control circuit unit 17 receives the position signal of the rotor 9 by the position detection unit 23, and controls the switching elements U1 and the like of the main circuit unit 16 to turn on and off in accordance with the position signal. Apply current. An alternating magnetic field is generated in the stator 1 by this energization, and the rotor 9 is rotationally driven by magnetic attraction and repulsion acting between the generated alternating magnetic field and the magnetic field generated by the permanent magnet 7. The energization width of each winding U-phase, V-phase, and W-phase is configured to be a known 120-degree energization with an electrical angle of 120 degrees.
[0005]
FIG. 11 shows the state of the magnetic flux at the time of the above-described energization. In FIG. 11, reference numeral 24 denotes a magnetic flux flowing over the stator 1 and the rotor 9, and the BIL torque (the magnetic flux generated by the current of the winding 4 and the permanent magnet 7) when the U-phase and the V-phase are in an energized state. 3 shows a distribution state of the magnetic flux at a position where the torque acting between the magnetic flux and the magnetic flux generated by the magnetic flux becomes maximum. Reference numerals 26a and 26b indicate current directions, 26a indicates an upward current with respect to the paper surface, and 26b indicates a downward current with respect to the paper surface. As shown in FIG. 11, it can be seen that the magnetic flux 24 flows along the circumferential direction at the yoke portion 12 of the stator core 10, while flowing along the radial direction at the magnetic pole teeth portion 3. Therefore, the flow of the magnetic flux 24 is roughly divided into two directions, a circumferential direction and a radial direction perpendicular to the circumferential direction.
[0006]
FIG. 12 shows an example of a conventional 9-slot 8-pole DC brushless motor disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 9-191588. In FIG. 12, the same reference numerals as those in FIG. As shown in FIG. 12, three stator pieces 6a, 6b and 6c are used as one unit core, and one stator 1 is configured by combining the three unit cores.
[0007]
FIG. 12A is a plan view showing a unit core including the above-described three stator pieces 6a and the like. In FIG. 12A, the stator core 10a and the like are stacked in a required number of electromagnetic steel sheets having a small thickness, and are fixed by caulking, welding, or the like so that the electromagnetic steel sheets are not separated one by one. The stator pieces 6a and 6b have an angle θ indicated by the AA line and the BB line. The same applies between the stator pieces 6b and 6c. The stator pieces 6a to 6c are connected by thin connecting portions 13a and 13b which are the outer peripheral portions of the stator 1 of the rotary electric machine, and are integrated.
FIG. 12B is a plan view showing a state where the electric wires 4a and the like are wound around the stator pieces 6a and the like shown in FIG. 12A. In FIG. 12B, the slot 2 is provided with an insulator 25, and the windings 4a to 4f are formed by winding one turn at a time on the magnetic pole teeth 3 of the iron core. The windings 4bc and the like are crossover wires between the windings 4b and 4c.
FIG. 12C is a plan view showing a state in which the stator pieces 6a and the like in a state where the winding shown in FIG. 12B is finished are folded, and FIG. 12D is a state in FIG. The stator 1 of the rotating electric machine configured by collecting and combining the shown stator pieces 6a and the like is shown in a plan view.
However, in the motor using the concentrated winding configured as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-191588, since the stator core 10a and the like are formed of non-oriented electrical steel sheets, the iron loss due to the improvement of the magnetic circuit is reduced. There is a limit to the reduction, and there is a problem in that it hinders high efficiency.
[0008]
FIG. 13 shows a stator structure of a synchronous machine disclosed in JP-A-7-67271. In FIG. 13, the same reference numerals as those in FIG. As shown in FIGS. 13A and 13B, the stator piece 6 is divided into separate pieces of the yoke portion 12-1 and the like and the magnetic pole teeth 3, and the yoke portion 12-1 and the like and the magnetic pole teeth are separated. The stator piece 6 is formed by combining the first and third members 3 at a joint 28 having a depth a. The yoke portions 12-1 and the like and the magnetic pole teeth 3 are formed of grain-oriented magnetic steel sheets. The directions of easy magnetization are the circumferential direction (X direction) for the yoke portions 12-1 and the like, and the diameter of the magnetic pole teeth 3 is It is configured to be in the direction (Y direction). As shown in FIG. 13C, the yoke portion 12-1 and the like are divided in the circumferential direction of the stator 1.
However, the stator constructed as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-67272 is effective in reducing iron loss because it uses a grain-oriented magnetic steel sheet. However, the stator is manufactured by punching out the yoke and the magnetic pole teeth with separate pieces. Later, since the yoke portion and the magnetic pole teeth are combined at the joining portion, there is a problem that the assemblability is poor, and it is difficult to ensure the roundness of the inner and outer diameters of the stator.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in a motor in which a conventional stator core or the like is formed of non-oriented electrical steel sheets, there is a limit in reducing iron loss by improving the magnetic circuit, which hinders high efficiency. Was. Even when a grain-oriented magnetic steel sheet is used for the stator, etc., the yoke portion and the magnetic pole teeth are separately created and then assembled. It is difficult, and furthermore, it is necessary to manufacture a mold for each of the yoke portion and the magnetic pole teeth, which causes a problem that the cost of the mold is increased and the number of steps of the manufacturing line is increased.
Therefore, an object of the present invention has been made to solve the above-described problem, and by using a grain-oriented electrical steel sheet for an electric motor to reduce iron loss, and by integrally configuring a yoke portion and a magnetic pole tooth. Another object of the present invention is to provide an electric motor and a manufacturing method which are easy to assemble and do not require separate molds for the yoke portion and the magnetic pole teeth.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An electric motor according to the present invention is an electric motor in which a stator piece is assembled into a cylindrical shape to form a stator, and the stator piece is formed of a grain-oriented magnetic steel sheet and is connected to a yoke and a tooth by thin connecting portions. Wherein the direction of easy magnetization of the grain-oriented electrical steel sheet forming the stator piece and the direction of the magnetic flux flowing through the stator are matched.
Here, in the electric motor according to the present invention, the yoke can be divided into a first yoke portion and a second yoke portion connected by the thin connecting portion.
Here, in the electric motor according to the present invention, the first yoke portion of the stator piece can be connected to the second yoke portion of another stator piece by a thin connecting portion between the yokes.
Here, in the electric motor according to the present invention, the yoke is divided into a first yoke portion and a second yoke portion, and the thin connection portion includes a first thin connection portion that connects the first yoke portion and the teeth. It can be divided into a second yoke portion and a second thin connecting portion for connecting the teeth.
Here, in the electric motor according to the present invention, the teeth are divided into a first teeth portion and a second teeth portion, and the thin connecting portion includes a first thin connecting portion that connects the first teeth portion and the yoke. It can be divided into a second teeth portion and a second thin connecting portion connecting the yoke.
Here, in the electric motor according to the present invention, the first teeth portion and the second teeth portion can each have a protrusion connectable to the yoke.
Here, in the electric motor of the present invention, the yoke of the stator piece can be connected by a thin-walled connection between the yokes of the other stator pieces.
[0011]
The method for manufacturing an electric motor according to the present invention is characterized in that the first yoke portion and the stator yoke portion are formed on a stator piece having a first yoke portion, a second yoke portion, and teeth formed by a grain-oriented electrical steel sheet and connected by thin connecting portions. A step of bending the second yoke portion to each of the thin connection portions as a fulcrum and joining the teeth to the teeth, a step of winding an electric wire around the teeth, and incorporating the stator piece after the joining step into a cylindrical shape; Forming the stator so as to have a direction of magnetic flux that matches the direction of easy magnetization of the grain-oriented electrical steel sheet forming the stator pieces.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1D by taking a 9-slot concentrated winding stator 1 as an example.
FIG. 1A is a cross-sectional view of a stator 1 according to Embodiment 1 of the present invention, in which one block of a stator piece 6 is developed. In FIG. 1A, the stator piece 6 includes yoke portions (yoke) 12a (first yoke portion) and 12b (second yoke portion) and a magnetic pole tooth portion (teeth) 3. The yoke portions 12a and 12b and the magnetic pole teeth portion 3 are connected by an acute thin root connecting portion 13 at the tip of the magnetic pole teeth portion 3 to form an integral core structure. The stator pieces 6 are punched one by one using a mold having the cross-sectional shape of the stator piece 6 and thin sheets of a grain-oriented electromagnetic steel sheet having a thickness of about 0.3 to 0.5 mm are stacked, and the required number of pieces are stacked and caulked. It is fixed so that it does not fall apart by welding or the like. The stator piece 6 is formed so as to have an easy magnetization direction 14 in the Y-axis direction of the arrow in FIG. 1A (the longitudinal direction of the magnetic pole teeth portion 3).
FIG. 1 (B) shows the yoke portions 12a and 12b of the stator piece 6 composed of the yoke portion 12a and the like and the magnetic pole teeth portion 3 shown in FIG. This shows a state in which the side surfaces of the yoke portions 12a and 12b and the side surfaces of the magnetic pole teeth portion 3 are connected to each other by bending toward the magnetic pole teeth portion 3 to form the stator piece 6 for one block. The easy magnetization direction 14 of the stator piece 6 is configured to be in the X direction in the yoke portion 12a and the like, and to be in the Y direction in the magnetic pole teeth portion 3. The stator piece 6 can be easily realized by bending the stator piece 6 in accordance with the jig on the basis of the outer circumference and then fixing the joint portion by welding or the like.
FIG. 1 (C) shows that a non-magnetic, non-conductive material having a thickness of 1 mm or less is provided along the periphery of the slot portion 2 of the stator piece 6 shown in FIG. Shows the stator piece 6 in a state where the electric wire is wound by the number of times and aligned and wound by the winding 27.
FIG. 1D shows a state in which the blocks of the stator piece 6 on which the windings 27 of FIG. In FIG. 1 (D), the joints of the stator pieces 6 are fixed by welding or the like and integrated to form a stator. By configuring the stator in this manner, the easy magnetization direction 14 of the stator core can be determined in the circumferential direction in the yoke portion 12a and the like, and can be determined in the radial direction in the magnetic pole teeth portion 3.
[0013]
FIG. 2 shows an example in which the stator pieces 6 are wound. 2, reference numeral 15 denotes a flyer used to wind an electric wire around the magnetic pole teeth portion 3 of the stator piece 6, reference numeral 16 denotes a base end of the flyer 15, reference numeral 17 denotes a tip of the flyer 15, and reference numeral 18 denotes a holding jig of the stator piece 6. The tool 19 is the center of rotation of the flyer 15.
First, the stator piece 6 provided with the insulation 25 is fixed to the holding jig 18 of the stator piece 6. The flyer 15 can turn around the turning center 19 in the direction of the arrow A or in the direction opposite to the arrow A. Further, the flyer 15 swings in the direction of the arrow B in synchronization with the turning of the flyer 15 to perform the alignment winding. The electric wire 20b wound around the stator piece 6 is connected from the front end 16 of the flyer 15 to the electric wire 20a through the inside of the flyer 15. When winding the electric wire 20a around the stator piece 6, after fixing the end of the electric wire 20a protruding from the tip 17 of the flyer 15 to the holding jig 18 or the like of the stator piece 6, the flyer 15 is turned and rocked. , The stator piece 6 is wound. The flyer 15 is stopped when the necessary number of turns of the windings 20a have been applied.
[0014]
FIG. 3 shows a magnetic flux diagram when the DC brushless motor is in an energized state. As shown in FIG. 3, reference numeral 24 denotes a magnetic flux flowing between the stator 1 and the rotor 9, and a distribution of the magnetic flux at a position where the BIL torque becomes maximum when the U-phase and the V-phase are in the energized state. Indicates the status. Reference numerals 26a and 26b indicate current directions, 26a indicates an upward current with respect to the paper surface, and 26b indicates a downward current with respect to the paper surface. As shown in FIG. 3, it can be seen that the magnetic flux 24 flows along the circumferential direction at the yoke portion 12 a and the like of the stator core 10, while flowing along the radial direction at the magnetic pole teeth portion 3. Therefore, the flow of the magnetic flux 24 is roughly divided into two directions, a circumferential direction and a radial direction perpendicular to the circumferential direction. More specifically, the flow of the magnetic flux 24 flowing through the stator core 1 flows in the magnetic pole teeth 3 along the radial direction, and flows into the magnetic pole teeth 3 at the vicinity of the joint surface between the magnetic pole teeth 3 and the yoke 12. The direction of the magnetic flux 24 is bent at a substantially right angle, and flows in the yoke portion 12 along the circumferential direction. Therefore, the direction of easy magnetization 14 of the stator 1 formed using the grain-oriented electrical steel sheet can be made to coincide with the flow 24 of the magnetic flux actually flowing through the stator core 1, and thus, the stator 1 is formed using the non-oriented electrical steel sheet. Compared with the stator, the magnetic characteristics can be improved, and a highly efficient electric motor with reduced iron loss can be realized. Furthermore, since the magnetic pole teeth 3 and the yoke 12a are punched integrally, the assemblability is better than the method in which the magnetic pole teeth 3 and the yoke 12a are punched out by another piece and then assembled. In addition, it is possible to realize a motor having good dimensional accuracy of the inner and outer diameters.
[0015]
In the stator 1 configured as described above, a step of fixing the magnetic pole teeth portion 3 of the stator piece 6, bending both ends of the yoke portion 12 a and the like inward with the thin connecting portion 13 interposed therebetween as a fulcrum, and fixing A step of inserting the insulating portion 25 into the slot 2 of the stator piece 6 and winding the electric wire 20a or the like around the magnetic pole teeth 3, and combining the stator piece 6 into a cylindrical shape, and integrating the stator piece 6 and the other stator pieces. 6 can be easily realized by a step of joining the joint with the joint 6 by welding or the like.
[0016]
As described above, according to the first embodiment, it is possible to improve the magnetic characteristics by configuring the stator so that the flow of the magnetic flux flowing through the stator core coincides with the easy magnetization direction of the grain-oriented electrical steel sheet. It is possible to realize a highly efficient electric motor with reduced iron loss. Further, since the magnetic pole teeth portion and the yoke portion are integrally punched out, an electric motor having good assemblability and good dimensional accuracy of the inner and outer diameters can be realized.
[0017]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 4 is a sectional view showing the structure of the stator according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, portions denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 3 have the same functions, and thus description thereof will be omitted.
FIG. 4A is a development view of one block of the stator piece according to the second embodiment. As shown in FIG. 4A, in the stator piece 6, the yoke portions 12a and 12b and the magnetic pole teeth portion 3a are joined by a thin connecting portion 13c at the root of the magnetic pole teeth portion 3. Further, another stator piece 6 is arranged with the line LM in FIG. 4A as a symmetry axis, and the two magnetic pole teeth portions 3 and the two yoke portion pairs 12a are connected to form an integrated structure. ing. One of the yoke portions 12b of the adjacent stator pieces on the line LM is connected to one of the yoke portions 12a of the other stator pieces by a thin connecting portion 13d (a thin connecting portion between the yokes). The other one 12a of the other yoke portion is in contact only with the other one 12b of the yoke portion of the other stator piece and is not joined. The stator pieces 6 are formed by punching out one by one using a grain-oriented electromagnetic steel sheet so that the Y-axis direction becomes the easy magnetization direction 14 and laminating the required number of pieces.
FIG. 4 (B) shows two stator pieces 6 connected by the thin connecting portion 13d as described above, with the thin connecting portion 13c connecting the magnetic pole teeth 3 and the yoke portion 12a and the like as fulcrums. 5 shows a state where the yoke portion 12a and the like are bent in a direction to close to the magnetic pole teeth portion 3 side.
FIG. 4C shows a state in which the insulator 25 is inserted into the two stator pieces 6 connected by the thin connecting portion 13d, and then the electric wire 4 is wound around the magnetic pole teeth portion 3.
FIG. 4D shows a state in which another stator piece 6 created in the same manner as in FIG. 4C is combined in a cylindrical shape and connected to form the stator 1. Since the stator can be formed by combining the two stator pieces 6 as described above, the number of manufacturing steps can be reduced particularly in a stator having an even number of magnetic pole teeth portions 3, and an electric motor with excellent assemblability is realized. can do. Even in the case where the odd-numbered magnetic pole teeth portion 3 is provided, if the second embodiment is applied to the even-numbered portion and the stator piece 6 having the structure described in the first embodiment is applied to the remaining odd-numbered portion, a cylindrical shape is obtained. Can be configured, and assemblability can be improved. Also in the second embodiment, the magnetic characteristics can be improved by configuring the stator so that the flow of the magnetic flux flowing through the stator core and the direction of easy magnetization of the grain-oriented electrical steel sheet coincide with each other. A highly efficient motor with reduced loss can be realized.
[0018]
As described above, according to the second embodiment, the stator can be configured by combining the two stator pieces. Therefore, the manufacturing process can be reduced particularly in the stator having the even-numbered magnetic pole teeth 3, and the assemblability can be reduced. And an electric motor excellent in the above can be realized. Even when the odd-numbered magnetic pole teeth 3 are provided, it is possible to similarly form a cylindrical stator by using the stator piece 6 having the structure described in the first embodiment, thereby improving the assemblability. can do. Furthermore, by configuring the stator so that the flow of magnetic flux flowing through the stator core matches the direction of easy magnetization of the grain-oriented electrical steel sheet, magnetic properties can be improved and high efficiency with reduced iron loss A simple electric motor can be realized.
[0019]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a developed view of one block of the stator piece 6 according to the third embodiment. In FIG. 5, portions denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 4 have the same functions, and thus description thereof will be omitted. In the first embodiment, the magnetic pole teeth portion 3 and the yoke portion 12a and the like are connected by the thin connecting portion 13 at the root tip of the magnetic pole teeth portion 3. In the third embodiment, however, as shown in FIG. As shown, the yoke portions 12a and 12b and the magnetic pole teeth portion 3 are respectively provided with thin connecting portions 13f (first thin connecting portion) and 13g (second thin connecting portion) provided on both side surfaces of the magnetic pole teeth portion 3. To form one integral stator piece 6.
FIG. 5 (B) shows the stator piece 6 of FIG. 5 (A) using the yoke portions 12a and the like with the thin connecting portions 13f and 13g connecting the magnetic pole teeth portion 3 and the yoke portions 12a and 12b as fulcrums. Shows a state in which it is bent in a direction to open to the outside of the magnetic pole teeth portion 3.
FIG. 5 (C) shows a state in which the insulator 25 is inserted into the stator piece 6 of FIG. 5 (B), and then the electric wire 20 is wound around the magnetic pole teeth portion 3 to form one stator piece 6. The stator 1 can be configured by combining and combining the stator pieces 6 in a cylindrical shape over one circumference. With the above-described configuration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and furthermore, since the size of the mold can be further reduced, the number of punched pieces of the stator piece 6 per time can be increased. , And productivity can be improved. Therefore, the cost of the mold can be reduced, and an inexpensive electric motor can be provided.
[0020]
As described above, according to the third embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the size of the mold can be further reduced, so that the number of stator pieces punched out per time can be increased, and the productivity can be improved. Can be improved. Therefore, the cost of the mold can be reduced, and an inexpensive electric motor can be provided.
[0021]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is a developed view of one block of the stator piece 6 according to the fourth embodiment. In FIG. 6, portions denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 5 have the same functions, and thus description thereof will be omitted. In the first embodiment, the magnetic pole teeth 3 and the yoke 12a and the like divided into two are connected by the thin connecting portion 13 at the root end of the magnetic pole teeth 3. On the other hand, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 6A, the yoke portion 12 is not divided, and the magnetic pole teeth portion 3 is replaced with the magnetic pole teeth portions 3a (first teeth portion) and 3b (second teeth portion). And one of the stator pieces 6 is joined by thin connecting portions 13f (first thin connecting portion) and 13g (second thin connecting portion) provided on the inner side surface of the yoke portion 12. Is composed.
FIG. 6 (B) shows a state in which the stator piece 6 of FIG. 6 (A) is bent with the thin connecting portions 13f and 13g as fulcrums in a direction in which the magnetic pole teeth 3a and 3b divided into two parts are closed inward. Show.
FIG. 6 (C) shows a state in which the insulator 25 is inserted into the stator piece of FIG. 6 (B), and then the electric wire 20 is wound around the magnetic pole teeth portion 3 to form one stator piece 6. The stator 1 can be configured by combining and combining the stator pieces 6 in a cylindrical shape over one circumference. With the above-described configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained. In addition, since the yoke portion 12 of the stator piece 6 is punched integrally without being divided, the stator piece 6 The divided portions can be minimized, and the rigidity of the stator core 10 can be increased. Also for the divided magnetic pole teeth portions 3a and 3b, by applying the winding 20, the rigidity of the divided tooth portions can be increased.
[0022]
As described above, according to the fourth embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, since the yoke portion of the stator piece is punched integrally without being divided, the divided portion of the stator piece is minimized. The rigidity of the stator core can be increased. Further, by applying windings to the divided magnetic pole teeth, the rigidity of the divided teeth can be increased.
[0023]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 7 is a development view of a continuous stator piece 6 according to the fifth embodiment. In FIG. 7, portions denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 6 have the same functions, and thus description thereof will be omitted. In the fourth embodiment, one stator piece 6 is formed by connecting yoke portion 12 and two-part magnetic teeth portions 3a and 3b with thin connecting portions 13f and 13g provided on the inner side surface of yoke portion 12. Was. On the other hand, in the fifth embodiment, as shown in FIG. 7A, the yoke portion 12 and the magnetic pole teeth portions 3a and 3b are divided into two thin connecting portions 13f and 13g provided on the inner side surface of the yoke portion 12. Not only constitutes one stator piece 6 but also arranges the projections 21 of the magnetic pole teeth 3a and 3b at the ends thereof so as to be joined to the side surfaces of both ends of the yoke 12. One unit core 22 is formed by connecting the stator pieces 6 by thin connecting portions (thin connecting portions between yokes) 13h at the outer peripheral end of the yoke portion 12. In this case, the easy magnetization direction 14 is configured to be oriented in the X-axis direction (the longitudinal direction of the unit core 22).
FIG. 7 (B) shows a state in which the stator piece 6 of FIG. 7 (A) is bent in a direction in which the two-part magnetic pole teeth 3a and 3b are closed with the thin connecting portions 13f and 13g as fulcrums.
FIG. 7 (C) shows a state in which after inserting the insulator 25 into the connected stator pieces 6 of FIG. 7 (B), the electric wires 20 are wound around the magnetic pole teeth 3a and 3b to form the stator pieces 6. Show.
FIG. 7D shows the stator 1 for a half circumference by bending each stator piece 6 in the circumferential direction with the thin connecting portion 13h at the outer peripheral end of the yoke portion 12 of FIG. 7C as a fulcrum. Then, a state is shown in which the stator 1 is configured in combination with another connected stator piece 6 similarly assembled. By arranging the projections such as the magnetic pole teeth 3a on both side surfaces of the yoke 12 as described above, the projections 21 can function to prevent bending. Therefore, deformation is not caused immediately after punching with the thin connection portion 13h as a fulcrum, and the yield can be improved.
[0024]
FIG. 8 shows a method of material removal in the case where the connected stator pieces 6 of FIG. 7A are punched using the grain-oriented electrical steel sheet 27 wound in a roll shape. In FIG. 8, portions denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 7 have the same functions, and thus description thereof will be omitted. In FIG. 8, hatched portions indicate portions that are effectively used as a material of the electric motor. In this way, by punching the stator pieces 6 such that the unit cores 22 face each other and the direction of easy magnetization is in the longitudinal direction of the grain-oriented electrical steel sheet, material removal can be remarkably improved. Therefore, an inexpensive electric motor can be provided. Further, it is possible to match the flow of magnetic flux during the operation of the motor with the direction of easy magnetization, and to obtain a highly efficient motor with reduced iron loss.
[0025]
As described above, according to the fifth embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the stator can be configured by further combining a plurality of stator pieces, so that material removal can be significantly improved. Therefore, an inexpensive electric motor can be provided. By arranging the protrusions of the magnetic pole teeth on the side surfaces of both ends of the yoke, the protrusions can function to prevent bending. Can be improved.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the electric motor and the manufacturing method of the present invention, the iron loss is reduced by using a grain-oriented electrical steel sheet for the electric motor, and the yoke portion and the magnetic pole teeth are integrally formed, so that the assemblability is improved. It is possible to provide an electric motor and a manufacturing method that do not require separate molds for the yoke portion and the magnetic pole teeth.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an expanded sectional view of one block of a stator piece according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of winding stator pieces according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a magnetic flux diagram when the DC brushless motor according to Embodiment 1 of the present invention is in an energized state.
FIG. 4 is a sectional view illustrating a structure of a stator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a development view of one block of a stator piece 6 according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a development view of a continuous stator piece 6 according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a method of removing material in a case where a connected stator piece is punched out using a grain-oriented electrical steel sheet wound in a roll shape in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a conventional three-phase, six-slot, four-pole DC brushless motor.
FIG. 10 is a diagram showing a typical driving circuit and a driving principle often used for driving the motor of FIG. 9;
11 is a diagram showing a state of a magnetic flux when the motor of FIG. 9 is energized.
FIG. 12 is a diagram showing an example of a conventional 9-slot 8-pole DC brushless motor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-191588.
FIG. 13 is a diagram showing a stator structure of a synchronous machine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-67271.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 stator, 2 slot (part), 3 magnetic pole teeth (part), 4, 20, 27 winding (electric wire), 5 rotor shaft, 6 stator piece, 7 permanent magnet, 8 air gap, 9 rotor, 10 Stator core, 11 rotor core, 12 yoke (part), 13 thin connecting part, 14 easy magnetization direction, 15 flyer, 16 flyer base end, 17 flyer tip, 18 stator piece holding jig, 19 flyer Center of rotation, 21 projecting portion, 22 unit core, 23 position detecting portion, 24 magnetic flux, 25: insulator, 26 current, 27 directional magnetic steel sheet, 28 joint.

Claims

An electric motor which is a stator having a stator piece incorporated in a cylindrical shape,
The stator piece includes a yoke and teeth formed of a grain-oriented electrical steel sheet and connected to each other by a thin-walled connecting portion, and the magnetization direction of the grain-oriented electrical steel sheet forming the stator piece and the stator. An electric motor, wherein the electric motor is incorporated so that the direction of a flowing magnetic flux matches.

The electric motor according to claim 1, wherein the yoke is divided into a first yoke portion and a second yoke portion connected by the thin connecting portion.

The electric motor according to claim 2, wherein the first yoke portion of the stator piece is connected to a second yoke portion of another stator piece by a thin connecting portion between the yokes.

The yoke is divided into a first yoke portion and a second yoke portion, and the thin connection portion connects the first thin connection portion connecting the first yoke portion and the teeth to the second yoke portion and the teeth. The electric motor according to claim 1, wherein the electric motor is divided into a second thin connecting portion.

The teeth are divided into a first teeth portion and a second teeth portion, and the thin connecting portion connects the first thin connecting portion connecting the first tooth portion and the yoke to the second tooth portion and the yoke. The electric motor according to claim 1, wherein the electric motor is divided into a second thin connecting portion.

The electric motor according to claim 5, wherein each of the first teeth portion and the second teeth portion has a protrusion connectable to the yoke.

The electric motor according to claim 5 or 6, wherein the yoke of the stator piece is connected to a yoke of another stator piece by a thin connecting portion between the yokes.

The first yoke portion and the second yoke portion are each connected to the stator yoke portion, the second yoke portion, and the stator piece having the first yoke portion, the second yoke portion, and the teeth formed by the grain-oriented electrical steel sheet and connected by the thin connection portion. A joining step of bending the part to a fulcrum and joining the teeth to the teeth,
Winding a wire around the teeth,
Incorporating the stator pieces after the joining step into a cylindrical shape, and forming a stator so as to have a direction of magnetic flux that matches the direction of easy magnetization of the grain-oriented electrical steel sheet forming the stator pieces. A method for manufacturing an electric motor, comprising: