JP3822589B2

JP3822589B2 - モータの固定子組立体及びその製造方法

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Publication number: JP3822589B2
Application number: JP2003343276A
Authority: JP
Inventors: ジン−スーパーク; ビュン−テクキム
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2023-10-01
Also published as: KR20040077069A; EP1453179A2; JP2004260987A; RU2269856C2; CN1525622A; US20040169433A1; CN1280968C; US7026740B2; RU2003124044A; KR100517923B1; EP1453179A3

Description

本発明はモータの固定子に係るもので、詳しくは、複数の鉄片シートを積層してヨークを形成し、粉末冶金方式によってポールを成形することで、モータの固定子組立体を製造する方法に関するものである。

一般に、大部分の電気製品にはモータが駆動源として使用されるが、このような従来のモータは、コイルが巻かれて固定された固定子組立体と、該固定子組立体の内側又は外側に係合されて、コイルの周辺に形成される誘導磁気により回転又は往復運動されることで動力を伝達する可動子組立体とから構成されている。

かつ、図10に示されたように、前記コイルが巻回された固定子組立体は、鋼板を所定形状にブランキングして複数のシート(sheet)Cを積層することで形成されたステータコア1と、該ステータコア1の内部に挿合された絶縁体2と、該絶縁体2の外側に巻かれて誘導電流を形成するコイル3とから構成される。

また、図11に示されたように、前記ステータコア1を構成するシートCは、略矩形状に形成されて磁路を形成するヨーク1aと、該ヨーク1aと一体に形成され、該ヨーク1aの両方側の内周面に円弧状に形成されて前記コイル3が巻かれるポール1bとから構成される。

また、前記絶縁体2は、前記ヨーク1aとポール1bとが連結される部位に取付され、コイル3とステータコア1間を絶縁するため、プラスチックやゴムのような絶縁物質から形成される。

しかし、このような積層方式の固定子組立体は、ステータコア1を製造するとき、ブランキング作業時に捨てられるスクラップロスが略35%以上であるため、材料の損失が発生するという欠点があった。

また、ステータコア1とコイル3との間に、保護物質としてのプラスチック射出物が挿合されるため、コイルが巻かれる半径が大きくなって、巻回数に対するコイルの消耗量が増加して材料費用が増加し、且つ、巻線抵抗が増加してモータの効率が低減するという欠点があった。

したがって、このような欠点を解決するため、図12及び図13に示されたように、粉末冶金方式を利用した固定子組立体が商用され、該粉末冶金方式の固定子組立体は、所定形状の金型に磁性粉末材料を挿入し、所定圧力及び温度で加圧及び加熱を施して製造したフレーム5と、該フレーム5の後述する巻線溝5cに巻かれて誘導磁気を発生するコイル3とから構成される。

かつ、前記フレーム5は、断面矩形状に包囲形成されて磁気の通路を形成するヨーク5aと、該ヨーク5aの内周面両方側に円弧状に前記ヨーク5aと一体に湾曲形成されたポール5bと、それらポール5bと前記ヨーク5aとの間に切削形成されてコイル6が巻かれる巻線溝5cと、から構成される。

さらに、前記コイル6が接する前記ポール5b、巻線溝5c及びヨーク5aの外側壁面には、絶縁紙7が粘着されることで、それらコイル6とポール5b間の絶縁を図るようになっている。

しかし、このように構成された従来モータの粉末冶金方式固定子組立体においては、磁性粉末の透磁率及び鉄損特性が、前記積層方式に使用される珪素鋼(si-steel)に比べて低いと共に、材料費用は高価であるという不都合な点があった。

ここで、前記磁気的性質である透磁率(magnetic permeability)とは、磁気誘導容量(magnetic inductive capacity)又は磁気透過率ともいうもので、一般に、磁場の影響を受けて磁化するとき発生する磁束密度(magnetic flux density)と真空中における磁場の強さとの割合をいう。

かつ、前記鉄損(core loss)特性とは、単位体積当たり鉄から発生する損失を示したもので、珪素鋼(si-steel)が鉄粉(iron powder)よりも鉄損特性が優れている。即ち、珪素鋼は鉄粉よりも磁束密度が優れてモータの効率が相対的に大きい。

また、粉末冶金方式は、金型によってフレームを形成すれば良いので製造が容易であり、ポールの首部に巻線溝が形成されることでコイルの消耗量が減少され、巻線溝にラウンド処理が施すことでコイルが巻かれるときに被膜が剥げる憂いを無くすことができる一方で、珪素鋼に比べて磁性粉末材料の価格が高価であるという不都合な点があった。

さらに、磁性粉末材料は、珪素鋼に比べて透磁率及び鉄損特性が悪いため、既存の珪素鋼を利用したモータと同じ性能を有するためには、より大きい体積のフレームが要求されるので材料費用が上昇するという不都合な点があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、複数の鉄片シートを積層してヨークを製造し、粉末冶金方式によってポール及びボビン体を成形することで、材料費用を節減しながらもモータの性能を向上し得るモータの固定子組立体及びその製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係るモータの固定子組立体及びその製造方法においては、所定長さを有する複数の鉄片シートが積層して形成された複数のヨークと、それらヨーク間に係合され、磁性物質によって成形された複数のポールと、それらポールの外側に係合され、誘導磁気を発生するコイルが巻かれるボビン体とを包含して構成されることを特徴とする。

また、所定形状の鋼板をブランキングして複数のヨークプレートを切削形成する第1段階と、それらヨークプレートを積層してヨークを構成する第2段階と、所定金型に磁性粉末材料(iron powder)を充填する第3段階と、該充填された磁性粉末材料を所定圧力及び温度で加圧加熱してポールを成形する第4段階と、前記金型に絶縁物を注入して前記ポールの外周面に係合するためのボビン体を成形する第5段階と、前記ポールをボビン体に係合する第6段階と、前記ポールの左右両方端におのおのヨークを圧入して係合する第7段階とを順次行うことを特徴とする。

また、所定形状の鋼板をブランキングして複数のヨークプレートを形成する第1段階と、それらヨークプレートをおのおの積層してヨークを構成する第2段階と、所定金型に絶縁物を注入してボビン体を成形する第3段階と、それらボビン体を金型に挿入して該ボビン体の内部に磁性粉末(iron powder)を充填する第4段階と、前記充填された磁性粉末を所定圧力及び温度で加圧加熱して前記ボビン体の内部にポールを成形する第5段階と、前記ボビン体が被されたポールの両方端にヨークを係合する第6段階とからなることを特徴とする。

また、所定形状の鋼板をブランキングして複数のヨークプレートを形成する第1段階と、それらヨークプレートを積層してヨークを構成する第2段階と、所定金型に絶縁物を注入してボビン体を成形する第3段階と、前記ヨーク及びボビン体を所定金型に配置する第4段階と、前記ボビン体の内部に磁性粉末(iron powder)を充填する第5段階と、前記充填された磁性粉末を所定圧力及び温度で加圧加熱してポールを成形することで、ポール及びヨークを一体に構成する第6段階とを順次行うことを特徴とする。

以上説明したように、本発明に係るモータの固定子組立体及びその製造方法においては、ポールは磁性粉末材料を使用し、ヨークは磁性粉末材料に比べて廉価で、且つ透磁率及び鉄損特性が優れた珪素鋼板(si-steel)を使用することで、同体積対比モータの性能の低下を效果的に防止し、且つ、モータの肥大化による費用の上昇を抑制し得るという効果がある。

また、ヨークプレートを複数のパンチでブランキング加工することで、時間を短縮すると共に、スクラップロスを減らして、生産費用を節減し得るという効果がある。

また、ボビン体を別に製造して他の作業を行う前に予めコイルを巻く場合は、コイルがボビン体に細かく巻かれるためコイル全体の長さが顕著に減少し、コイルの所要量が約50%まで節減されて生産費用を低減し得るだけでなく、コイルの巻線時間が短縮されて生産性を向上し得るという効果がある。

以下、本発明に係るモータの固定子組立体の第1実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。

図1は本発明に係るモータの固定子組立体を示した分解斜視図で、図2は本発明に係るモータの固定子組立体を示した横断面図で、図3乃至図5は本発明に係る固定子組立体の連結部とヨークとの係合構造を示した図2のA部拡大図で、図6は本発明に係るヨークの製造方法を示した鋼板の平面図で、図7は本発明の複数のボビン体にコイルを巻く方法を示した概略説明図で、図8(A)(B)及び図9(A)(B)は本発明に係るモータの固定子組立体の製造方法を示した工程順序図である。

図1に示されたように、本発明に係るモータの固定子組立体は、所定長さを有する複数の鉄片シートが積層して形成された複数のヨーク20と、それらヨーク20間に係合され、磁性物質によって成形されたポール10と、それらポールの外側に被されて、誘導磁気を発生するコイルが巻かれるボビン体30とを包含して構成される。

かつ、前記ポール10は、鉄粉により円弧状に粉末冶金成形されて磁束を集めるガイド部13が形成され、該ガイド部13は、固定子の内側に挿入された回転子と所定距離を有して磁気流路を形成するようになっている。

また、前記ガイド部13の後方には、ボビン体30が被される首部12が延長形成され、該首部12の長さ及び高さは、前記ボビン体30に挿入されるように前記ガイド部13の長さ及び高さより短く形成される。

また、前記首部12の後方に継続して連結部11が延長形成され、該連結部11は円弧状を有して所定高さ及び幅に形成され、該連結部11の両方側には前記ヨーク20が係合されるように連結溝11aが切削形成される。

また、前記ボビン体30は、前記ポール10のガイド部13の外側に被される内羽33と、該内羽33に延長形成されて前記ポール10の首部12に被されるようにコイル40が巻かれるボディー31と、該ボディー31の両方側に円弧状に突成されて外側面に巻かれるコイル40を保護する外羽32とから構成される。

かつ、前記内羽33は、前記ガイド部13と類似した円弧状に形成され、該ガイド部13が挿入されるように内羽33の前後方が開放される。

また、前記ボディー31には、前記ポール10の首部12が挿入されるように該首部12と同様な貫通孔31aが切削形成され、その外側壁面には、誘導磁気を発生するコイル40の回線溝が前記内羽33及び外羽32により形成されることで、前記回線溝にコイル40が回線される。

また、前記外羽32は、前記コイル40とヨーク20間を絶縁するため、前記ボディー31の両方円周方向に突成され、前記ヨーク20とほぼ同じ高さに形成されることで、前記ボディー31に巻かれたコイル40が、ボビン体30から外れないように支持される。このとき、前記ボビン体30は、コイル40とポール10間を絶縁するため、絶縁物質により成形され、該絶縁物質は、エポキシが用いられる。

また、前記ヨークプレート21は、透磁率及び鉄損特性の良い珪素鋼(si-steel)から形成され、前記透磁率(magnetic permeability)とは、磁気誘導容量(magnetic inductive capacity)又は磁気透過率ともいい、磁場の影響を受けて磁化するとき発生する磁束密度(magnetic flux density)と真空中における磁場の強さとの割合をいう。

かつ、鉄損(core loss)特性とは、単位体積当たりの鉄によって発生する損失をいい、珪素鋼(si-steel)が鉄粉(iron powder)より鉄損特性が優れることで、該珪素鋼は鉄粉よりも磁束密度が優れてモータの効率が相対的に大きい。

また、前記ヨークプレート21と前記連結部11との間には、それらヨークプレート21と連結部11とが係合される連結突条21a及び連結溝11aがヨークプレート21及び連結部11の高さに沿って形成される。

即ち、図3に示されたように、前記ヨークプレート21の連結突条21aは、断面矩形状に突成され、該連結突条21aに対応して、前記連結部11の両方端面には、断面矩形状に窪んだ連結溝11aが切削形成される。

また、他の実施例として、図4に示されたように、前記ヨークプレート21の連結突条21aは、ヨーク20の高さに沿って長く形成されるが、その形状を断面十字状に連結突条21a-1、21aを形成し、このような連結突条21a-1、21aに対応するように連結部11の両方端の連結溝11a-1、11aも断面十字状に切削形成して使用することもできる。

また、その他の実施例として、図5に示されたように、前記ヨークプレート21の両方端に段状の段差突条21bを切削形成し、これに対応する連結部11の両方端にも段状の段差突条11bを切削形成して使用することもできる。

以下、このように構成された本発明に係るモータの固定子組立体の製造方法について説明する。

図8及び図9に示されたように、先ず、厚さ1mm以内の薄い珪素鋼板(si-steel)をブランキング加工して複数のヨークプレート21を形成し、該ヨークプレート21を積層してヨーク20を構成する。

その後、所定金型に磁性粉末材料(iron powder)を充填し、該充填された磁性粉末材料を所定圧力及び温度で加圧加熱してポール10を成形する。

次いで、所定金型に絶縁物を注入して前記ポール10の外周面に挿合するためのボビン体30を成形し、前記ポール10をボビン体30に挿合し、前記ポール10の左右両方端に夫々ヨーク20を圧入して係合する。

このとき、前記ポール10に前記ボビン体30を挿合する前に、ボビン体30の外周面にコイル40を巻くこともできるが、この場合は、図7に示されたように、複数のボビン体30を巻線機Gに順次挿入して複数のボビン体30にコイル40を同時に巻き得るという利点がある。

また、前記ポール10に前記ボビン体30を挿合した後、ボビン体30の外周面にコイル40を巻くこともできるが、この場合は、前記ボビン体30にコイル40を巻くとき、コイル40の張力により発生するボビン体30の変形を防止し得るという利点がある。

以下、本発明に係るモータの固定子組立体の第2実施の形態について説明する。

まず、1mm以内の薄い珪素鋼板(si-steel)をブランキング加工して複数のヨークプレート21を形成し、該ヨークプレート21を積層してヨーク20を構成する。

その後、所定金型に絶縁物を注入してボビン体30を成形し、該ボビン体30を金型に入れて、ボビン体30の内部に磁性粉末(iron powder)を充填する。

次いで、前記充填された磁性粉末を所定圧力及び温度で加圧加熱して前記ボビン体30の内部にポール10を成形し、前記ボビン体30が被されたポール10の両方端にヨーク20を係合する。

このとき、前記ボビン体30の内部にポール10を成形する前に、前記ボビン体30の外周面にコイル40を巻く段階を行うこともできるが、この場合は、複数のボビン体30を巻線機Gに順次挿入して複数のボビン体30にコイル40を同時に巻き得るといる利点がある。

また、前記ボビン体30の内部にポール10を成形した後、ボビン体30の外周面にコイル40を巻く段階を行うことができるが、この場合は、前記ボビン体30にコイル40を巻くとき、コイル40の張力により発生するボビン体30の変形を防止し得るという利点がある。

以下、本発明の第3実施の形態について説明する。

その後、所定金型に絶縁物を注入してボビン体30を成形し、前記ヨーク20及びボビン体30を所定金型に配置する。

次いで、前記ボビン体30の内部に磁性粉末(iron powder)を充填し、該充填された磁性粉末を所定圧力及び温度で加圧加熱してポール10を成形することで、前記ポール10及び金型の内部に配置されたヨーク20が一体に結合される。

その後、金型を除去すれば完成された製品が製造される。

このとき、前記ヨーク及びボビン体を金型に配置する前に、前記ボビン体の外周面にコイルを巻くことができるが、この場合は、複数のボビン体30を巻線機Gに順次挿入して複数のボビン体30にコイル40を同時に巻き得るという利点がある。

また、前記ボビン体の内部に成形されたポールがヨークに結合された後に金型を除去してから、前記ボビン体の外周面にコイルを巻くことができるが、この場合は、前記ボビン体30にコイル40を巻くとき、コイル40の張力により発生するボビン体30の変形を防止し得るという利点がある。

一方、図6に示されたように、前記ヨークプレート21を形成する過程においては、所定長さ及び幅を有する珪素鋼板(si-steel)を、複数のパンチが連結されたパンチング機構で一回加工することで、複数枚のヨークプレート21を形成する。よって、一つのパンチでヨークプレート21を一枚ずつ製造する場合より時間が非常に短縮される。

また、前記ポールを成形する過程においては、磁性粉末材料をプレスした後、300〜500℃程度の温度でキュアリング(curing)を行うことで、磁性粉末材料が相互結合されて前記ポールが構成される。

ここで、キュアリング(curing)は、焼結(sintering)とは多少異なり、焼結は、粉末体を加圧した後、融点に近い温度で加熱して結合させるため、かなり高い熱により結合されるので材料の性質が変わることがあるが、キュアリングは、粉末体をプレスした後、約300〜500℃で加熱して結合させるため、焼結に比べて相対的に低い熱により加熱することで材料の性質が変わらない。

本発明に係るモータの固定子組立体を示した分解斜視図である。本発明に係るモータの固定子組立体を示した横断面図である。図2のA部拡大図である。図2のA部の他の実施形態図である。図2のA部の又他の実施形態図である。本発明に係るヨークの製造方法を示した鋼板の平面図である。本発明の複数のボビン体にコイルを巻く方法を示した概略説明図である。 (A)(B)は本発明に係るモータの固定子組立体の製造方法を示した工程順序図である。 (A)(B)は本発明に係るモータの固定子組立体の製造方法を示した工程順序図である。従来のモータの積層方式固定子組立体の構成を示した斜視図である。図10の平面図である。従来のモータの粉末冶金方式固定子組立体の構成を示した斜視図である。図12の横断面図である。

符号の説明

10…ポール(pole)
11…連結部(connecting part)
11a…連結溝(connecting groove)
13…ガイド部(guide part)
20…ヨーク(yoke)
21a…連結突条(connecting projection)
21…ヨークプレート(yoke plate)
30…ボビン体(bobbin)
40…コイル(coil)

Claims

複数の鉄片シートが積層して形成された複数のヨークと、
それらヨーク間に係合され、磁性物質によって成形されたポールと、
該ポールの外側に被されて、誘導磁気を発生するコイルが巻かれるボビン体と、
を含むモータの固定子組立体において、
前記ポールは、
円弧状に形成されて磁束を集めるガイド部と、
前記ガイド部の後方に延長形成されて前記ボビン体が挿合される首部と、
前記首部の後方に延長形成されて前記ヨークに挿合される連結部とから構成され、
前記ボビン体が、前記ポールのガイド部と首部の両方を囲むように、前記ポールに挿入されることを特徴とするモータの固定子組立体。
前記ポールは、鉄粉により成形されることを特徴とする請求項1記載のモータの固定子組立体。
前記ガイド部の内面は、円弧状に形成されることで、回転子をガイドしながら該回転子の磁束を集めることを特徴とする請求項1記載のモータの固定子組立体。
前記ポールの首部は、前記ボビン体に挿入することができるように、挿入方向の垂直断面の寸法が、前記ガイド部の前記挿入方向の垂直断面の寸法よりも短く形成されることを特徴とする請求項1記載のモータの固定子組立体。
前記ポールの連結部は、円弧状を有し、両方側には連結溝が切削形成されることを特徴とする請求項1記載のモータの固定子組立体。
前記ボビン体は、前記ポールのガイド部の外側に係合される内羽と、該内羽から後方に延長して前記ポールの首部に被されることでコイルが巻かれるボディーと、該ボディーの両方側に突成されてコイルを支持する外羽とから構成されることを特徴とする請求項1記載のモータの固定子組立体。
前記ボビン体の内羽は、前記ガイド部と類似した円弧状に形成され、該ガイド部が挿入される空間が開放形成されることを特徴とする請求項6記載のモータの固定子組立体。
前記ボビン体のボディーは、その内側に、前記ポールの首部が挿入されるように貫通孔が形成され、その外側には、誘導磁気を発生するコイルが所定回数巻かれることを特徴とする請求項6記載のモータの固定子組立体。
前記ボビン体のボディーは、その外側壁面にコイルが巻かれる巻線溝が形成されることを特徴とする請求項8記載のモータの固定子組立体。
前記ボビン体の外羽は、前記コイルとヨーク間を絶縁するため、前記ボディーの両方側円周方向に、前記ヨークと同様な高さに突成されることを特徴とする請求項6記載のモータの固定子組立体。
前記ボビン体は、コイルとポール間を絶縁するため、絶縁物質により成形されることを特徴とする請求項1記載のモータの固定子組立体。
前記絶縁物質はエポキシであることを特徴とする請求項11記載のモータの固定子組立体。
前記ヨークは、両方端が前記連結部に係合され、内部に所定曲率半径を有するように屈曲されて、複数のヨークプレートが前記連結部の高さだけ積層されて形成されることを特徴とする請求項1記載のモータの固定子組立体。
前記ヨークと前記連結部との間には、それらヨークと連結部とが係合される連結突条及び連結溝がヨーク及び連結部の高さと同様に形成されることを特徴とする請求項1〜13の何れか一項に記載のモータの固定子組立体。
前記ヨークの連結突条は、断面矩形状に突出され、その連結突条が係合されるように、前記ポールの両方端には連結溝が切削形成されることを特徴とする請求項14記載のモータの固定子組立体。
前記ヨークの連結突条は、それらヨークの全高にわたって突成され、これに相応する前記連結部の連結溝も同様に連結部の全高にわたって切削形成されることを特徴とする請求項14記載のモータの固定子組立体。
前記ヨークの両方端には、段状の段差突条が形成され、これに対応する前記ポールの連結部の両方端には、前記段差突条が挿合される連結溝が切削形成されることを特徴とする請求項1記載のモータの固定子組立体。