JP4018474B2

JP4018474B2 - ステータ及び回転電動機

Info

Publication number: JP4018474B2
Application number: JP2002221618A
Authority: JP
Inventors: 博之鈴木; 一志杉島; 義人西川; 満彦松下
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-07-30
Also published as: JP2004064924A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コアシートを用いたステータ及びそのステータを用いた回転電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスモータ等の回転磁界型電動機において、例えば、特許第２８７５４９７号公報に示すようなステータコア（公報中では、ステータとしている）が用いられて構成されているものがある。
【０００３】
上記公報のステータコアは、磁性金属板材をプレス打ち抜き加工してなるコアシートを複数枚積層して構成されている。ステータコア（コアシート）は、リング状のアウタコア（外側コアシート部）と、略同幅で径方向に直線状に延び巻線を巻回するためのティース部（鉄芯部）が周方向に等間隔に複数個配設され内側端部にて周方向にリング状に連結されてなるインナコアとを備え、アウタコアの内周部とティース部の外側端部とが連結される。つまり、上記公報のようなステータコアにおいては、アウタコアとインナコアとを結合する前にインナコアのティース部に巻線を巻回することができ、しかもこの場合、ティース部の外側から巻線を巻回することができるので、巻線作業が容易で、巻線の占積率を向上することができるといった利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報では、インナコアのティース部は略同幅で径方向に直線状に延びる形状をなしているので、該ティース部とアウタコアとの結合部分では、互いの部材が滑らかに繋がっていない。そのため、この結合部分では、磁路が略直角状に屈曲するため、磁気抵抗が大きくなっている。その結果、モータ性能が低下するといった問題が生じていた。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、モータ性能を向上することができるコアシートを用いたステータ及びそのステータを用いた回転電動機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に記載の発明は、リング状をなし内周部に複数の第１結合部を有するアウタコアと、径方向に延び周方向に所定間隔を有して配置され巻線を巻回するためのティース部と該ティース部の径方向内側端部を周方向にリング状に連結してその内周部にロータ収容孔を形成する連結部と該ティース部の径方向外側端部における周方向中央部に設けられ前記第１結合部と結合する第２結合部とを有するインナコアとを結合し、それらアウタコア及びインナコアを軸方向に複数枚積層してステータコアを構成するコアシートとして以下のものを採用する。すなわち、コアシートを構成する前記アウタコア及び前記インナコアは、磁性金属板材の同一部分をプレス打ち抜き加工にて形成し、前記第１結合部は、前記アウタコアの径方向内側が開口しており同径方向内側に向かうほど周方向に対向する辺が互いに近接する台形状をなして構成されるとともに、前記第２結合部は、前記第１結合部に対応するように前記インナコアの径方向内側に向かうほど周方向に対向する辺が互いに近接する台形状をなして構成され、前記ティース部の前記第２結合部の径方向内側における周方向両側には、前記ティース部より周方向に拡幅となるように延出された拡幅部が形成されており、該拡幅部は、前記第１結合部と前記第２結合部とが互いに結合するとき、前記アウタコアの内周部に圧接される一方、前記連結部は、前記ティース部が前記インナコアの径方向内側に向かうほど拡幅となるように隣接するティース部の径方向内側端部間を連結し、その中央に他の部分より薄肉に形成された薄肉部が設けられている。
【００１０】
そして、請求項１に記載のステータは、前記コアシートを軸方向に複数枚積層してなるステータコアと、樹脂成形により形成され前記ステータコアに装着されるインシュレータと、前記ステータコアのティース部に前記インシュレータを介在させた状態で巻回される巻線と、を備える。
【００１１】
ここで、前記インシュレータは、前記ティース部間のスロット内周面を被覆し同アウタコアの内周部との絶縁を図るスロット内被覆部を有しており、このスロット内被覆部は、前記拡幅部を覆うことで同拡幅部にて支持されるとともに前記アウタコアの内周部に沿って周方向に延びるアウタ側被覆部を有している。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステータと、前記ステータにより回転されるロータと、を備えた回転電動機である。
（作用）
請求項１に記載の発明にて採用するコアシートでは、インナコアのティース部とアウタコアとの結合部分において、該ティース部には、該ティース部より周方向に拡幅となる拡幅部が形成される。つまり、ティース部より幅広の拡幅部をティース部及びアウタコアの少なくとも一方に設けたことにより、インナコアのティース部とアウタコアとの結合部分の磁路の曲がりが緩やかに改善され、磁気抵抗が低減される。そのため、このようなコアシートを用いたステータの特性が向上し、ひいては該ステータを用いた回転電動機の性能が向上する。
【００１４】
また、第１，第２結合部は、互いが結合するとティース部がアウタコア側に圧接する力が生じる。そのため、ティース部とアウタコアとが圧接することにより、この結合部分の磁気抵抗がより低減される。
【００１５】
また、アウタコア及びインナコアは、磁性金属板材の同一部分をプレス打ち抜き加工にて形成される。そのため、アウタコアとインナコアとの歪みの差が小さくなるので、互いを結合した際における両コアの軸ずれが小さく抑えられる。さらに、各ティース部間を連結する連結部には、その中央に他の部分より薄肉に形成された薄肉部が設けられている。この薄肉部により、隣接するティース部間の磁気抵抗が増加され、漏れ磁束を低減することができる。
【００１６】
したがって、このようなコアシートを軸方向に複数枚積層してなるステータコアと、樹脂成形により形成されステータコアに装着されるインシュレータと、ステータコアのティース部にインシュレータを介在させた状態で巻回される巻線とを備えて構成される請求項１に記載のステータによれば、磁気抵抗が低減されたコアシートを用いているので、ステータの特性が向上し、ひいては該ステータを用いた回転電動機の性能が向上する。
【００１７】
ここで、上記インシュレータは、ティース部間のスロット内周面を被覆し同アウタコアの内周部との絶縁を図るスロット内被覆部を有しており、このスロット内被覆部は、拡幅部を覆うことで同拡幅部にて支持されるとともにアウタコアの内周部に沿って周方向に延びるアウタ側被覆部を有している。そのため、アウタ側被覆部は拡幅部を覆うことで該拡幅部にて支持されることになるので、巻線の巻回時等にアウタ側被覆部に対して径方向外側に曲がるような力が作用した場合の割れを防止できる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、回転電動機は、請求項１に記載のステータと、ステータにより回転されるロータとを備えて構成される。つまり、特性が優れたステータを用いているので、回転電動機の性能が向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、ブラシレスモータ１の断面図である。円筒状のモータハウジング２の内周面２ａには、略円環状をなすステータ３が挿入され固定されている。ステータ３は、ステータコア４、インシュレータ５及び巻線６を備えている。
【００２０】
図２に示すように、ステータコア４は、磁性金属板材をプレス打ち抜き加工してなるコアシート１０を複数枚積層して構成される積層型のコアである。ステータコア４（コアシート１０）は、アウタコア１１とインナコア１２とから構成されている。
【００２１】
アウタコア１１は、リング状をなし、内周部１１ａにおいて周方向に等間隔（３０°間隔）に１２個の結合凹部１１ｂ（第１結合部）が形成されている。各結合凹部１１ｂは、径方向内側が開口しており、径方向内側に向かうほど周方向に対向する辺が互いに近接するような略台形状をなしている。又、各結合凹部１１ｂは、後述する各ティース部１２ａの幅（周方向幅）より若干小さく形成されている。
【００２２】
尚、各結合凹部１１ｂ間にも凹部１１ｃが形成されているが、これは、インナコア１２をプレス打ち抜き加工した時に形成されるものである。つまり、本実施形態では、アウタコア１１及びインナコア１２は、この凹部１１ｃの部分でアウタコア１１とインナコア１２とが分離するように、磁性金属板材の同一部分をプレス打ち抜き加工して形成されている。そして、アウタコア１１とインナコア１２とを結合する場合には、インナコア１２（ティース部１２ａ）の結合凸部１２ｅが本来の結合凹部１１ｂと結合するようにインナコア１２をアウタコア１１に対して打ち抜かれた位置（凹部１１ｃが形成された位置）から１５°回転させて結合凸部１２ｅと結合凹部１１ｂとを結合させるようになっている。このようにアウタコア１１及びインナコア１２を磁性金属板材の同一部分をプレス打ち抜き加工して形成すると、両コア１１，１２の歪みの差が小さくなるので、互いを結合した際における両コア１１，１２の軸ずれが小さく抑えられる。
【００２３】
インナコア１２は、略同幅で径方向に直線状に延び巻線６を巻回するためのティース部１２ａが周方向に等間隔（３０°間隔）に１２個配設され、各ティース部１２ａの内側端部間が連結部１２ｂにより周方向にリング状に連結され、更にその内周部にはロータ収容孔１２ｃが形成されてなる。各ティース部１２ａ間を連結する連結部１２ｂには、その中央に他の部分より薄肉に形成された薄肉部１２ｄが設けられている。この薄肉部１２ｄは、隣接するティース部１２ａ間の漏れ磁束を低減すべく磁気抵抗を増加させるために設けられている。
【００２４】
各ティース部１２ａの外側端部には、図２及び図３に示すように、前記アウタコア１１の結合凹部１１ｂに結合（嵌合）される結合凸部１２ｅ（第２結合部）がそれぞれ形成されている。各結合凸部１２ｅは、前記結合凹部１１ｂに対応するように、径方向内側に向かうほど周方向に対向する辺が互いに近接するような略台形状をなしている。そして、これら結合凸部１２ｅ及び前記結合凹部１１ｂは、互いに結合するとティース部１２ａを径方向外側に引っ張る方向（アウタコア１１に圧接する方向）に力が発生するように形成されている。
【００２５】
又、各ティース部１２ａの外側端部には、前記結合凸部１２ｅより径方向内側において、周方向の両方向にそれぞれ延びる拡幅部１２ｆが形成されている。各拡幅部１２ｆは、アウタコア１１の内周部１１ａに当接し、ティース部１２ａにおけるアウタコア１１との当接部分を拡大する。又、各拡幅部１２ｆは、径方向外側に進むに従い周方向に序々に拡幅となるように形成されている。このような拡幅部１２ｆを設けることにより、各ティース部１２ａとアウタコア１１との結合部分が極力滑らかに繋がるようになので、図３のＡ矢印にて示すように、拡幅部１２ｆにおける磁力線の曲がりが緩やかになる。つまり、この結合部分の磁路の曲がりが緩やかに改善されるので、磁気抵抗を低減できる。
【００２６】
又、上記したように、結合凸部１２ｅと結合凹部１１ｂとが結合するとティース部１２ａを径方向外側に引っ張る方向（アウタコア１１に圧接する方向）に力が発生するので、ティース部１２ａの当接部分がアウタコア１１の内周部１１ａに対して圧接する。そのため、このことによっても、各ティース部１２ａとアウタコア１１との結合部分における磁気抵抗が低減される。又、この場合、結合凸部１２ｅと結合凹部１１ｂとの結合によりティース部１２ａを径方向外側に引っ張る方向に力が発生するが、各拡幅部１２ｆにより各ティース部１２ａにおけるアウタコア１１との当接部分が拡大するので、その当接部分で前記引っ張り力を十分受け止めることができる。そのため、インナコア１２の内周部に設けたロータ収容孔１２ｃの変形を小さく抑えることができ、該収容孔１２ｃの軸ずれを防止できる。因みに、本実施形態では、各ティース部１２ａに設けられる各拡幅部１２ｆの周方向先端部間の幅は、該ティース部１２ａの幅より大きく、中心角が３６０°／２ｎ（ｎは、ティース部１２ａの数）、即ち１５°より小さい所定の範囲内に設定されている。
【００２７】
前記インシュレータ５は、樹脂成形により形成され、ステータコア４（インナコア１２）に装着され、各ティース部１２ａに巻回される巻線６と絶縁するものである。インシュレータ５は、軸方向両端からそれぞれ装着可能な２つの部品にて構成され、それぞれ各ティース部１２ａの軸方向端面を絶縁被覆する端面被覆部（図示略）と、各ティース部１２ａ間、即ちスロット１２ｇの内周面を絶縁被覆するスロット内被覆部５ａとを備えている。そして、そのスロット内被覆部５ａをステータコア４（インナコア１２）のスロット１２ｇ内に軸方向両端からそれぞれ挿入して、インシュレータ５がステータコア４（インナコア１２）を軸方向において挟むように装着される。尚、スロット内被覆部５ａはスロット１２ｇの内周面に対して微少な隙間を有しているため、該スロット内被覆部５ａのスロット１２ｇ内への挿入は容易となっている。
【００２８】
又、このスロット内被覆部５ａには、前記ティース部１２ａの拡幅部１２ｆ及び前記アウタコア１１の内周部１１ａの一部を覆うように該内周部１１ａに沿って周方向に延びるアウタ側被覆部５ｂが形成されている。アウタ側被覆部５ｂは、巻線６とアウタコア１１の内周部１１ａとを絶縁するために設けられている。又、アウタ側被覆部５ｂは、前記ティース部１２ａの拡幅部１２ｆにより支持されている。そのため、アウタ側被覆部５ｂは周方向に長く延びる形状をなしているが、巻線６の巻回時等にアウタ側被覆部５ｂに対して径方向外側に曲がるような力が作用しても、前記ティース部１２ａの拡幅部１２ｆにより支持されているので、割れることが防止されている。
【００２９】
このような構成のステータ３は、コアシート１０を軸方向に複数枚積層してアウタコア１１とインナコア１２とを構成し、そのアウタコア１１とインナコア１２とを結合する前に該インナコア１２にインシュレータ５を装着し、そのインナコア１２のティース部１２ａに巻線６を巻回し、その後、インナコア１２とアウタコア１１とが互いに結合されて完成される。そして、このようにしてなるステータ３の内側（即ち、ロータ収容孔１２ｃの内側）には、その外周面に周方向に異極となる８個のマグネット１６が固定されたロータ１５が回転可能に配設されている。ロータ１５は、ステータ３の巻線６に駆動電流を供給することにより該ステータ３に発生する回転磁界によって回転される。
【００３０】
次に、上記した本実施形態の特徴を以下に列挙する。
（１）本実施形態では、インナコア１２のティース部１２ａとアウタコア１１との結合部分において、該ティース部１２ａには、該ティース部１２ａより周方向に拡幅となる拡幅部１２ｆが形成されている。つまり、ティース部１２ａより幅広の拡幅部１２ｆを該ティース部１２ａに設けたことにより、インナコア１２のティース部１２ａとアウタコア１１との結合部分の磁路の曲がりが緩やかに改善されるので、磁気抵抗を低減することができる。そのため、このようなコアシート１０を用いたステータ３の特性が向上し、ひいては該ステータ３を用いたブラシレスモータ１の性能を向上することができる。特に、各拡幅部１２ｆは、径方向外側に進むに従い周方向に序々に拡幅となるように形成されているので、これらの効果が一層大きなものとなる。
【００３１】
（２）本実施形態では、アウタコア１１の結合凹部１１ｂ及びインナコア１２のティース部１２ａの結合凸部１２ｅは、互いが結合するとティース部１２ａがアウタコア１１側に圧接する力が生じるように形成されている。そのため、ティース部１２ａとアウタコア１１とが圧接することにより、この結合部分の磁気抵抗をより低減することができる。
【００３２】
（３）本実施形態では、アウタコア１１及びインナコア１２は、磁性金属板材の同一部分をプレス打ち抜き加工にて形成されている。そのため、アウタコア１１とインナコア１２との歪みの差が小さくなるので、互いを結合した際における両コア１１，１２の軸ずれを小さく抑えることができる。又、両コア１１，１２を形成するための磁性金属板材の材料取りがよい。
【００３３】
（４）本実施形態では、インシュレータ５は、ティース部１２ａ間のスロット１２ｇの内周面を被覆するスロット内被覆部５ａを有しており、このスロット内被覆部５ａは、アウタコア１１の内周部１１ａとの絶縁を図るべく該内周部１１ａに沿って周方向に延びるとともに拡幅部１２ｆをも覆うアウタ側被覆部５ｂを有している。そのため、アウタ側被覆部５ｂは拡幅部１２ｆを覆うことで該拡幅部１２ｆにて支持されることになるので、巻線６の巻回時等にアウタ側被覆部５ｂに対して径方向外側に曲がるような力が作用した場合の割れを防止することができる。尚、この拡幅部１２ｆがなければ、インシュレータ５のアウタ側被覆部５ｂが割れる頻度が高くなるので、本実施形態では、この点で優れている。
【００３４】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、インナコア１２のティース部１２ａに拡幅部１２ｆを設けたが、アウタコア１１側に設けてもよい。又、両方に設けてもよい。又、拡幅部１２ｆの形状はこれに限らず適宜変更してもよい。
【００３５】
○上記実施形態では、インナコア１２のティース部１２ａに結合凸部１２ｅを設け、アウタコア１１に結合凹部１１ｂを設けたが、これらを逆に設けてもよい。又、結合凸部１２ｅ及び結合凹部１１ｂの形状はこれに限らず適宜変更してもよい。又、結合凸部１２ｅ及び結合凹部１１ｂの結合によりティース部１２ａがアウタコア１１に圧接するような力が生じるように形成したが、特にこの力が生じない形状としてもよい。
【００３６】
○上記実施形態では、アウタコア１１及びインナコア１２を、磁性金属板材の同一部分をプレス打ち抜き加工して形成したが、同一部分でなくてもよい。両コア１１，１２を磁性金属板材の別の部分で形成したり、両コア１１，１２を別の磁性金属板材で形成してもよい。
【００３７】
○上記実施形態では、インナコア１２にティース部１２ａを等間隔に配置したが、その配置は等間隔でなくてもよく、適宜変更してもよい。又、ティース部１２ａの数も１２個以外であってもよい。
【００３８】
○上記実施形態では、ブラシレスモータ１のステータ３に実施したが、ブラシレスモータ以外の回転電動機、例えばインダクションモータのステータに実施してもよい。
【００３９】
上記各実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）前記アウタコアに設けられる第１結合部は、径方向内側が開口している結合凹部であり、
前記インナコアのティース部に設けられる第２結合部は、その結合凹部に嵌合する凸部である。
【００４０】
（ロ）前記結合凹部及び前記結合凸部は、径方向内側に向かうほど周方向に対向する辺が互いに近接するような略台形状をなしており、互いが結合すると前記ティース部が前記アウタコア側に圧接する力が生じるように形成されている。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、モータ性能を向上することができるコアシート、そのコアシートを用いたステータ及びそのステータを用いた回転電動機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の回転電動機を示す断面図である。
【図２】ステータコアの斜視図である。
【図３】ステータの要部拡大断面図である。
【符号の説明】
３…ステータ、４…ステータコア、５…インシュレータ、５ａ…スロット内被覆部、５ｂ…アウタ側被覆部、６…巻線、１０…コアシート、１１…アウタコア、１１ａ…内周部、１１ｂ…第１結合部としての結合凹部、１２…インナコア、１２ａ…ティース部、１２ｂ…連結部、１２ｅ…第２結合部としての結合凸部、１２ｆ…拡幅部、１２ｇ…スロット、１５…ロータ。

Claims

リング状をなし内周部に複数の第１結合部を有するアウタコアと、径方向に延び周方向に所定間隔を有して配置され巻線を巻回するためのティース部と該ティース部の径方向内側端部を周方向にリング状に連結してその内周部にロータ収容孔を形成する連結部と該ティース部の径方向外側端部における周方向中央部に設けられ前記第１結合部と結合する第２結合部とを有するインナコアとを結合し、それらアウタコア及びインナコアを軸方向に複数枚積層してステータコアを構成するコアシートのうち、前記アウタコア及び前記インナコアは、磁性金属板材の同一部分をプレス打ち抜き加工にて形成し、前記第１結合部は、前記アウタコアの径方向内側が開口しており同径方向内側に向かうほど周方向に対向する辺が互いに近接する台形状をなして構成されるとともに、前記第２結合部は、前記第１結合部に対応するように前記インナコアの径方向内側に向かうほど周方向に対向する辺が互いに近接する台形状をなして構成され、前記ティース部の前記第２結合部の径方向内側における周方向両側には、前記ティース部より周方向に拡幅となるように延出された拡幅部が形成されており、該拡幅部は、前記第１結合部と前記第２結合部とが互いに結合するとき、前記アウタコアの内周部に圧接される一方、前記連結部は、前記ティース部が前記インナコアの径方向内側に向かうほど拡幅となるように隣接するティース部の径方向内側端部間を連結し、その中央に他の部分より薄肉に形成された薄肉部が設けられているコアシートと、
前記コアシートを軸方向に複数枚積層してなるステータコアと、
樹脂成形により形成され前記ステータコアに装着されるインシュレータと、
前記ステータコアのティース部に前記インシュレータを介在させた状態で巻回される巻線と、を備え、
前記インシュレータは、前記ティース部間のスロット内周面を被覆し同アウタコアの内周部との絶縁を図るスロット内被覆部を有しており、このスロット内被覆部は、前記拡幅部を覆うことで同拡幅部にて支持されるとともに前記アウタコアの内周部に沿って周方向に延びるアウタ側被覆部を有していることを特徴とするステータ。
請求項１に記載のステータと、
前記ステータにより回転されるロータと、
を備えたことを特徴とする回転電動機。