JP3811179B1 - モータ用ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】 励磁巻線部の占積率を高めることができ、ヨーク内を磁束が流れやすくなるモータ用ステータを提供する。
【解決手段】 ヨーク７の内周部に、６個の嵌合用凹部７ａの周方向両側に嵌合用凹部７ａの内面と連続する一対の平面部７ｂをそれぞれ形成する。一対の平面部７ｂは、周方向に延びる辺の長さ寸法が等しく且つ同じ仮想平面内に位置している。嵌合用凹部７ａの内面は、一対の平面部７ｂとそれぞれ連続する一対の傾斜平面部７ｃによって構成する。ボビン２３のヨーク７の内周面と接触する第１の鍔部２３ｂは、平板上の本体部２３ｄと一対のリブ部２３ｅとを有している。励磁巻線部５がステータコア５に取り付けられた状態で、一対のリブ部２３ｅをヨーク７と磁極構成体９との間の一対の空間１９内に嵌合する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータ用ステータに関するものである。

特許第２８１６６９８号公報（特許文献１）には、ほぼ円環状のヨーク及び円環状のヨークの内側に配置された磁極構成体を有するステータコアと、磁極構成体に設けられた励磁巻線部とを備えたモータ用ステータが示されている。磁極構成体は、ヨークの内側に一端が連結された複数の極柱と、複数の極柱の他端にそれぞれ設けられた磁極面形成部と、隣接する２つの磁極面形成部を連結する連結部とを一体に有している。ヨーク及び磁極構成体は、それぞれ複数枚の磁性鋼板が積層されて構成されている。そして、ヨークの内周部には、複数枚の磁性鋼板の積層方向の両方向と磁極構成体とに向かって開口して、複数の極柱の一端がそれぞれ嵌合される複数の嵌合用凹部が形成されている。
特許第２８１６６９８号公報 第１図〜第４図

しかしながら、従来のモータ用ステータでは、円環状のヨークの内周面は円弧状に湾曲している。そのため、極柱の両側に形成される励磁巻線部を配置する空間の横断面形状は扇形となる。その結果、励磁巻線部の形状は、この空間の形状によって制限され、巻線の占積率を高めることに限界があった。

本発明の目的は、励磁巻線部の占積率を高めて、ヨーク内を磁束が流れやすくできるモータ用ステータを提供することにある。

本発明の他の目的は、巻線導体を巻回するボビンのヨーク側に位置する鍔部を湾曲させる必要を無くして、励磁巻線部の占積率を高めることができるモータ用ステータを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、ボビンのヨーク側の鍔部の機械的強度の低下を防止できるモータ用ステータを提供することにある。

本発明が改良の対象とするモータ用ステータは、環状のヨーク及び前記環状のヨークの内側に配置された磁極構成体を有するステータコアと、磁極構成体に設けられたＮ個（Ｎは３以上の整数）の励磁巻線部とを備えている。磁極構成体は、励磁巻線部が装着されるＮ個の極柱を有している。Ｎ個の極柱は、環状のヨークの内側にヨークの周方向に間隔をあけて配置され、それぞれヨークに連結された一端と該一端よりも径方向内側に位置する他端とを有している。Ｎ個の極柱の他端には、それぞれ内周側に磁極面を有する複数の磁極面形成部が設けられている。また磁極構成体は、隣接する２つの磁極面形成部を連結する複数の連結部を有している。ヨーク及び磁極構成体は、それぞれ複数枚の磁性鋼板が積層されて構成されている。ヨークの内周部には、複数枚の磁性鋼板の積層方向の両方向に向かって開口し且つ磁極構成体に向かって開口して、Ｎ個の極柱の一端がそれぞれ嵌合されるＮ個の嵌合用凹部が形成されている。本発明で用いるヨークの内周部には、Ｎ個の嵌合用凹部の周方向両側に嵌合用凹部の内面と連続する一対の平面部がそれぞれ形成されている。そして、一対の平面部は周方向に延びる辺の長さ寸法が等しく且つ同じ仮想平面内に位置している。

従来のモータ用ステータでは、ヨークが円環状を有しているので、極柱の両側には横断面形状が扇形をなす励磁巻線部収納空間が形成される。極柱の周囲に巻線導体を巻回して励磁巻線部を形成した場合には、湾曲したヨークの内周部との間に比較的大きな空隙部が形成される。これに対して、本発明のように、ヨークの内周部の嵌合用凹部の周方向両側に一対の平面部がそれぞれ形成された構造を採用すると、励磁巻線部収納空間の形状は、励磁巻線部の巻線導体のターンを、ヨークの内周部に形成された一対の平面部に添って配置することができる形状の空間となるため、極柱の周囲に巻線導体を巻回して形成した励磁巻線部と一対の平面部との間には、従来のように、大きな空隙部が形成されることがない。そのため、励磁巻線部の占積率を高めることができる。また、ヨークの横断面積を部分的に大きくでき、ヨーク内を磁束が流れやすくなる。

励磁巻線部は、絶縁材料によって形成され極柱に嵌合されるボビンと、該ボビンに巻回された巻線導体とから構成することができる。この場合、ボビンは極柱に嵌合されて巻線導体が巻回される筒状部と、筒状部の一方の端部に設けられてヨークの内周面と接触する第１の鍔部と、筒状部の他方の端部に設けられて磁極面形成部と接触する第２の鍔部とを備えるように構成することができる。そして嵌合用凹部及びボビンの第１の鍔部の形状は、第１の鍔部の一部が嵌合用凹部内に嵌合されるように定めることができる。このようにすれば、第１の鍔部の一部を嵌合用凹部内に嵌合することにより、ヨークの内周面と接触する第１の鍔部の機械的強度を高めることができる。そのため、一対の平面部と接触する第１の鍔部の厚み寸法を小さくすることができ、ボビンを用いる場合であっても励磁巻線部の占積率を高めることができる。

ボビンの構造は、具体的には、第１の鍔部が、ヨークの内周面に添う平板状の本体部と、該本体部からヨーク側に立ち上がる一対のリブ部とを有するように構成する。そして、嵌合用凹部の内面は、一対の平面部とそれぞれ連続する一対の傾斜平面部によって構成する。一対の傾斜平面部と嵌合用凹部に嵌合された極柱の一端との間に、ボビンの一対のリブ部がそれぞれ嵌合される一対の空間が形成されるように、一対の傾斜平面部の周方向に延びる辺の長さ寸法を定めるのが好ましい。このようにすれば、嵌合用凹部の内面を一対の傾斜平面部によって構成するという単純な構成で、第１の鍔部の一部を嵌合用凹部内に嵌合することができる。リブ部と嵌合用凹部との嵌合によって、ボビンの位置決めがなされる。また第１の鍔部において、リブ部が存在している部分は他の部分と比べて厚み寸法が大きくなる。その結果、第１の鍔部の平板状の本体部の厚み寸法を小さくして、巻線導体を配置する空間の容積をできるだけ大きくしても、第１の鍔部の機械的強度が低下するのを防止できる。

またボビンの第１の鍔部及び第２の鍔部の互いに対向する内面を、それぞれ平行に延ばすと、巻線導体を筒状部に整列巻きすることができる。このようにすれば、励磁巻線部の占積率をより高めることができる。

さらにヨークの内周部の複数枚の磁性鋼板の積層方向と直交する方向に切断した形状が、正Ｎ角形の形状と該正Ｎ角形の形状の各辺のほぼ中央にそれぞれ形成されたＮ個の嵌合用凹部とが組み合わされた形状を有しており、極柱の一端は三角形形状を有しているように構成することができる。この場合、一端の角部の頂点とステータコアの中心点との距離をＲとし、極柱の一端と他端との間を延びる方向と直交する方向の幅寸法をＴとし、極柱の三角形形状の底辺と中心点との距離をｘとし、Ｎ角形の一辺と直交し中心点を通過する仮想線の一辺と直交する点と中心点との間の距離をＨとした場合、ＮとＴとＲとは、次の関係を有するのが好ましい。

Ｔ≦２Ｒ（１−ｃｏｓ（π／Ｎ））／ｔａｎ（π／Ｎ）
ただし、ＨとｘとＲとは、Ｈ＜ｘ＜Ｒの関係を有している。このようにすれば、トルク発生に寄与する有効な磁束の流れを妨げることなく、ステータコアを形成することができ、最適な磁気回路設計が可能となる。

本発明によれば、ヨークの内周部の嵌合用凹部の周方向両側に一対の平面部がそれぞれ形成されているので、励磁巻線部収納空間の形状は、励磁巻線部の巻線導体のターンを、ヨークの内周部に形成された一対の平面部に添って配置することができる形状の空間となる。そのため、励磁巻線部の占積率を高めることができる。また、極柱の一端の近傍のヨークの横断面積を大きくでき、ヨーク内を磁束が流れやすくなる。

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。図１は、本発明の第１の実施の形態のモータ用ステータの正面図である。本図に示すように、本例のモータ用ステータ１は、ステータコア３と６個の励磁巻線部５とを有している。ステータコア３は、図２に示すように、環状のヨーク７と、環状のヨーク７の内側に配置された磁極構成体９とから構成されている。なお、図２では、参考のため、励磁巻線部５を１つだけ設けた状態で描いている。ヨーク７は、複数枚のヨーク用磁性鋼板１１が積層されて構成されている。ヨーク７の外周部の複数枚のヨーク用磁性鋼板１１の積層方向と直交する方向に切断した形状は、円形を有している。また、ヨーク７の内周部の切断形状は、正Ｎ角形（本例では正六角形）の形状と該正六角形の形状の各辺のほぼ中央にそれぞれ形成された６個の嵌合用凹部７ａとが組み合わされた形状を有している。このため、嵌合用凹部７ａは、複数枚の磁性鋼板の積層方向の両方向に向かって開口し且つ磁極構成体９に向かって開口するように、ヨーク７の内周部に形成されることになる。また、ヨーク７の内周部には、６個の嵌合用凹部７ａの周方向両側に嵌合用凹部７ａの内面と連続する一対の平面部７ｂがそれぞれ形成されることになる。この一対の平面部７ｂは周方向に延びる辺の長さ寸法が等しく且つ同じ仮想平面内に位置している。また、嵌合用凹部７ａの内面は、一対の平面部７ｂとそれぞれ連続する一対の傾斜平面部７ｃによって構成されている。

磁極構成体９は、Ｎ個（Ｎは３以上の整数：本例では６個）の極柱１３と、極柱１３の端部に設けられた磁極面形成部１５と、隣接する２つの磁極面形成部１５を連結する連結部１７とを有している。極柱１３は、ヨーク７の内側に周方向に間隔をあけて配置され、ヨーク７に連結された一端と該一端よりも径方向内側に位置する他端とを有している。本例では、極柱１３の一端は、三角形形状の凸部１３ａを有している。このため、凸部１３ａは、ヨーク７の周方向に延びる一対の傾斜面１３ｂを有することになる。そして、一対の傾斜面１３ｂとヨーク７の一対の傾斜平面部７ｃとがそれぞれ当接するように、凸部１３ａがヨーク７の嵌合用凹部７ａに嵌合されて、極柱１３はヨーク７に連結されている。本例では、傾斜面１３ｂのヨーク７の周方向の長さ寸法は、傾斜平面部７ｃの周方向の長さ寸法より短くなっている。そのため、一対の傾斜平面部７ｃの一部が極柱１３側に露出し、一対の傾斜平面部７ｃの一部と極柱１３との間には横断面が三角形の溝状の一対の空間１９が形成されることになる。磁極面形成部１５は、極柱１３の他端に設けられて内周側にロータ１と対向する磁極面１５ａを有している。なお、磁極面１５ａに囲まれた領域には、図示しないロータが配置されている。

また、磁極構成体９は、ヨーク７と同様に、複数の磁極用磁性鋼板２１が積層されて構成されている。ヨーク７を構成する１枚のヨーク用磁性鋼板１１と磁極構成体９を構成する１枚の磁極用磁性鋼板２１とは、図３に示すように１枚の鋼板材料Ｍをプレスにより打ち抜き加工することにより形成されている。ヨーク用磁性鋼板１１は、内側にヨーク７の平面部７ｂを構成する平面部構成部１１ａと、ヨーク７の傾斜平面部７ｃを構成するヨーク７の傾斜平面形成部１１ｂとを有している。

磁極用磁性鋼板２１は、極柱１３を構成する極柱構成部２１ａと、磁極面形成部１５を構成する磁極面構成部２１ｂと、連結部１７を構成する連結構成部２１ｃとを有している。極柱構成部２１ａは、傾斜面１３ｂを構成する傾斜面構成部２１ｄを有している。そして、ヨーク用磁性鋼板１１の隣接する２つの平面部構成部１１ａの一部と磁極用磁性鋼板２１の隣接する２つの傾斜面構成部２１ｄとがプレスにより切断されることになる。後の工程で、傾斜面構成部２１ｄと傾斜平面形成部１１ｂとが当接するように、極柱１３とヨーク７とが連結されるので、連結される態様に応じて、隣接する２つの傾斜面構成部２１ｄの間の角度θ１及び隣接する２つの傾斜平面形成部１１ｂの間の角度θ２とを適宜に設定することができる。例えば、極柱１３とヨーク７との連結を容易にするには、角度θ１を角度θ２より僅かに小さくすればよく、極柱１３とヨーク７とのきつく連結するには、角度θ１と角度θ２とをほぼ同じにするか、角度θ１を角度θ２より僅かに大きくすればよい。

図２に示すように、励磁巻線部５は、絶縁材料によって形成され極柱１３に嵌合されるボビン２３と、ボビン２３に巻回された巻線導体２５とから構成されている。ボビン２３は極柱１３に嵌合される筒状部２３ａと、筒状部２３ａの一方の端部に設けられてヨーク７の内周面と接触する第１の鍔部２３ｂと、筒状部２３ａの他方の端部に設けられて磁極面形成部１５と接触する第２の鍔部２３ｃとを一体に備えている。第１の鍔部２３ｂ及び第２の鍔部２３ｃの互いに対向する内面は、それぞれ平行に延びている。そして、巻線導体２５は筒状部２３ａに整列巻きされている。第１の鍔部２３ｂは筒状部２３ａから立ち上がる平板上の本体部２３ｄと一対のリブ部２３ｅとを有している。一対のリブ部２３ｅは、筒状部２３ａの反対側に位置して本体部２３ｄからヨーク７側に立ち上がっている。また、一対のリブ部２３ｅは、横断面が三角形の形状を有しており、ヨーク用磁性鋼板１１の積層方向に延びている。そして、励磁巻線部５がステータコア５に取り付けられた状態で、本体部２３ｄは一対の平面部７ｂと接触し、一対のリブ部２３ｅは、ヨーク７と磁極構成体９との間の一対の空間１９内に嵌合されることになる。即ち、ヨーク７の嵌合用凹部７ａ及び第１の鍔部２３ｂの形状は、第１の鍔部２３ｂの一部（一対のリブ部２３ｅ）が嵌合用凹部７ａ内に嵌合されるように定められている。別の言い方をすると、嵌合用凹部７ａの一対の傾斜平面部７ｃと嵌合用凹部７ａに嵌合された極柱１３の一端（凸部１３ａ）との間に、ボビン２３の第１の鍔部２３ｂの一対のリブ部２３ｅがそれぞれ嵌合される一対の空間１９が形成されるように、一対の傾斜平面部７ｃの周方向に延びる辺の長さ寸法は定められている。

また、本例のステータコア３では、極柱１３の一端の角部の頂点とステータコア３の中心点Ｃとの距離をＲとし、極柱１３の一端と他端との間を延びる方向と直交する方向の幅寸法をＴとし、極柱１３の三角形形状の凸部１３ａの底辺と中心点Ｃとの距離をｘとし、ヨーク７の内周部の正六角形の一辺と直交し中心点Ｃを通過する仮想線の一辺と直交する点と中心点との間の距離をＨとした場合、ＮとＴとＲとは、Ｔ≦２Ｒ（１−ｃｏｓ（π／Ｎ））／ｔａｎ（π／Ｎ）の関係を有している。また、ＨとｘとＲとは、Ｈ＜ｘ＜Ｒの関係を有している。

本例では、次のように、ステータ１を組み立てた。まず、ボビン２３に巻線導体２５を巻回して励磁巻線部５を作った。次に、図４に示すように、励磁巻線部５を磁極構成体９の極柱１３に嵌合した。これにより、ボビン２３の第２の一対の鍔部２３ｃは、磁極構成体９の磁極面形成部１５と接触する。次に、極柱１３の凸部１３ａをヨーク７の嵌合用凹部７ａに嵌合して、励磁巻線部５を設けた磁極構成体９をヨーク７に取り付けた。これにより、ボビン２３の本体部２３ｄは一対の平面部７ｂと接触し、一対のリブ部２３ｅは、ヨーク７と磁極構成体９との間の一対の空間１９内に嵌合される。

本例のステータ１によれば、ヨーク７の内周部の嵌合用凹部７ａの周方向両側に一対の平面部７ｂがそれぞれ形成されているので、励磁巻線部収納空間の形状は、励磁巻線部５の巻線導体２５のターンを、ヨーク７の内周部に形成された一対の平面部７ｂに添って配置することができる形状の空間となるため、極柱１３の周囲に巻線導体２５を巻回して形成した励磁巻線部５と一対の平面部７ｂとの間には、従来のように、大きな空隙部が形成されることがない。そのため、励磁巻線部５の占積率を高めることができる。また、ヨーク７の横断面積を部分的に大きくでき、ヨーク７内を磁束が流れやすくなる。また、第１の鍔部２３ｂにおいて、リブ部２３ｅが存在している部分は他の部分と比べて厚み寸法が大きくなる。その結果、第１の鍔部２３ｂの平板状の本体部２３ｄの厚み寸法を小さくして、巻線導体２５を配置する空間の容積をできるだけ大きくしても、第１の鍔部２３ｂの機械的強度が低下するのを防止できる。

図５は、参考例のステータに用いるステータコアの正面図である。本参考例のステータは、嵌合用凹部１０７ａの内面の形状を除いて、第１の実施の形態のステータと同じ構造を有している。本例では、嵌合用凹部１０７ａの内面は、一対の平面部１０７ｂとそれぞれ連続して該一対の平面部１０７ｂに対してそれぞれ直角に延びる一対の垂直面１０７ｄと、一対の垂直面１０７ｄとそれぞれ連続する一対の傾斜平面部７ｃによって構成されている。本例のステータでも励磁巻線部の占積率を高めることができ、ヨーク１０７を流れる磁束密度が低下するのを抑制できる。しかしながら、ヨーク１０７の嵌合用凹部１０７ａには、ボビンの第１の鍔部の一部が嵌合されないため、第１の実施の形態のように、第１の鍔部の厚み寸法を小さくできる効果を得ることはできない。

図６は、本発明の第２の実施の形態のステータに用いるステータコアの正面図である。本例のステータは、９個の極柱２１３を備えた９スロットのステータである。本例のステータは、極柱の数を除いて、第１の実施の形態のステータと基本的に同じ構造を有しているので、第１の実施の形態のステータに付した符号に２００を加え、その説明は省略する。

本発明の第１の実施の形態のモータ用ステータの正面図である。 図１に示すステータに用いるステータコアの正面図である。 図１に示すステータに用いるヨーク用磁性鋼板と磁極用磁性鋼板を鋼板材料から打ち抜き加工する態様を説明するための図である。 図１に示すステータを組み立てる態様を説明するための図である。 参考例のモータ用ステータに用いるステータコアの正面図である。 本発明の第２の実施の形態のモータ用ステータに用いるステータコアの正面図である。

符号の説明

１ モータ用ステータ
３ ステータコア
５ 励磁巻線部
７ ヨーク
９ 磁極構成体
７ａ 嵌合用凹部
７ｂ 一対の平面部
７ｃ 一対の傾斜平面部
１３ 極柱
１５ 磁極面形成部
１７ 連結部
１９ 一対の空間
２３ ボビン
２３ａ 筒状部
２３ｂ 第１の鍔部
２３ｃ 第２の鍔部
２３ｄ 本体部
２３ｅ 一対のリブ部
２５ 巻線導体

Claims (5)

1. 環状のヨーク及び前記環状のヨークの内側に配置された磁極構成体を有するステータコアと、
   前記磁極構成体に設けられたＮ個（Ｎは３以上の整数）の励磁巻線部とを備え、
   前記磁極構成体は、前記環状のヨークの内側に前記ヨークの周方向に間隔をあけて配置され、それぞれ前記ヨークに連結された一端と該一端よりも径方向内側に位置する他端とを有して前記励磁巻線部が装着されるＮ個の極柱と、前記他端にそれぞれ設けられて内周側に磁極面を有する複数の磁極面形成部と、隣接する２つの前記磁極面形成部を連結する連結部とを有し、
   前記ヨーク及び前記磁極構成体は、それぞれ複数枚の磁性鋼板が積層されて構成され、
   前記ヨークの内周部に、前記複数枚の磁性鋼板の積層方向の両方向に向かって開口し且つ前記磁極構成体に向かって開口して、前記Ｎ個の極柱の前記一端がそれぞれ嵌合されるＮ個の嵌合用凹部が形成されているモータ用ステータであって、
   前記ヨークの内周部には、Ｎ個の前記嵌合用凹部の前記周方向両側に前記嵌合用凹部の内面と連続する一対の平面部がそれぞれ形成され、
   前記一対の平面部は前記周方向に延びる辺の長さ寸法が等しく且つ同じ仮想平面内に位置しており、
   前記ヨークの前記内周部の前記複数枚の磁性鋼板の積層方向と直交する方向に切断した形状が、正Ｎ角形の形状と該正Ｎ角形の形状の各辺のほぼ中央にそれぞれ形成されたＮ個の前記嵌合用凹部とが組み合わされた形状を有しており、
   前記極柱の前記一端は三角形形状を有しており、
   前記励磁巻線部は、前記極柱に嵌合されるボビンを備え、前記嵌合用凹部と前記嵌合用凹部に嵌合された前記極柱との間に形成された空間に、前記ボビンの一部が嵌合されるようになっていることを特徴とするモータ用ステータ。
2. 前記極柱の前記一端の角部の頂点と前記ステータコアの中心点との距離をＲとし、前記極柱の前記一端と前記他端との間を延びる方向と直交する方向の幅寸法をＴとし、前記極柱の前記三角形形状の底辺と前記中心点との距離をｘとし、前記Ｎ角形の一辺と直交し前記中心点を通過する仮想線の前記一辺と直交する点と前記中心点との間の距離をＨとした場合、前記Ｎと前記Ｔと前記Ｒとは、Ｔ≦２Ｒ（１−ｃｏｓ（π／Ｎ））／ｔａｎ（π／Ｎ）の関係を有しており、
   前記Ｈと前記ｘと前記Ｒとは、Ｈ＜ｘ＜Ｒの関係を有している請求項１に記載のモータ用ステータ。
3. 前記励磁巻線部は、絶縁材料によって形成され前記極柱に嵌合されるボビンと、前記ボビンに巻回された巻線導体とから構成され、
   前記ボビンは前記極柱に嵌合されて前記巻線導体が巻回される筒状部と、前記筒状部の一方の端部に設けられて前記ヨークの内周面と接触する第１の鍔部と、前記筒状部の他方の端部に設けられて前記磁極面形成部と接触する第２の鍔部とを備え、
   前記嵌合用凹部及び前記ボビンの前記第１の鍔部の形状は、前記第１の鍔部の一部が前記嵌合用凹部内に嵌合されるように定められていることを特徴とする請求項２に記載のモータ用ステータ。
4. 前記第１の鍔部は、前記ヨークの内周面に添う平板状の本体部と、該本体部から前記ヨーク側に立ち上がる一対のリブ部とを有しており、
   前記嵌合用凹部の前記内面は、前記一対の平面部とそれぞれ連続する一対の傾斜平面部によって構成されており、
   前記一対の傾斜平面部と前記嵌合用凹部に嵌合された前記極柱の前記一端との間に、前記ボビンの前記一対のリブ部がそれぞれ嵌合される一対の空間が形成されるように、前記一対の傾斜平面部の前記周方向に延びる辺の長さ寸法が定められている請求項３に記載のモータ用ステータ。
5. 前記ボビンの前記第１の鍔部及び前記第２の鍔部の互いに対向する内面は、それぞれ平行に延びており、
   前記巻線導体は前記筒状部に整列巻きされている請求項３または４に記載のモータ用ステータ。

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