JP4856999B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータコアを圧粉鉄心で形成するモータに関するものである。

ロータやステータコアを圧粉鉄心と積層鋼板で形成したモータは、例えば、特開2004−１５３９７７号公報（特許文献１）に記載されている。圧粉鉄心はモールド成型できるので、ロータやステータコアを任意の形状に形成することができる。

特開２００４−１５３９７７号公報

（１）ステータコアの積層鉄心は鋼板を打ち抜いて積層するので、鋼板の歩留まりが悪く、界磁コイルの占積率も低下する。また磁歪による電磁振動も大きい。また、積層鉄心は磁束密度を高くとることが、界磁コイルに供給する電源の周波数が高くなると鉄損が急激に増加する。
（２）圧粉鉄心は積層鉄心に比較すると磁束密度が小さいので、高磁束密度の部分には使用が不向きである。このためヨーク部のように体積の大きい部分には使用可能である。圧粉鉄心は添加されている樹脂バインダが鉄粉粒子の絶縁になるので、高周波による過電流損や鉄損の増加が少ない。また、圧粉鉄心は成型ができるので材料の歩留まりが良く、任意の形状に形成でき、取り付け用の支持部も一緒に形成できる。
（３）ステータコアには、多数のティース部が隣接して並ぶので、界磁コイルの巻装では作業性がない。

本発明は、上述した積層鉄心，圧粉鉄心の長所・短所やステータコア，界磁コイルに関する問題点を対処して、ステータコアの磁気特性が良く、使用する材料の歩留まりが良く、巻装の作業性がよく、プレス製造設備の小型化ができるモータを提供することを目的とする。

本発明は、複数の分割ステータコアブロックを環状に配置して形成したモータにおいて、分割ステータコアブロックは、積層鋼板で形成され、かつティース部とヨーク部を有する分割ステータコアと、ティース部に巻装される界磁コイルを有し、ヨーク部を連結して複数の分割ステータコアブロックを一体化する連結ヨークを圧粉鉄心で形成したことを特徴とする。

本発明によれば、ステータコアの磁気特性が良く、使用する材料の歩留まりが良く、巻装の作業性が良いモータを提供できる。

本発明の実施例について、図面を引用して説明する。

まず、図１〜図７に沿って第１の実施例を述べる。

図１に示す永久磁石モータのステータ１は内側にロータ（図示せず）が置かれる、いわゆるインナロータタイプである。ロータは、外周に多数の永久磁石の界磁磁極を有する。

ステータ１は、環状に配置したステータコアブロック２と、環状の連結ヨーク４を有する。

ステータコアブロック２は、図５に示すステータコア片５を重ねた積層ステータコア６と、この積層ステータコア６に設けたスロット絶縁体７（図１，図２，図５に示す）と、このスロット絶縁体７の上側に巻装した界磁コイル８を有する。

ステータコア片５は、図３に示すようにティース部２１，ヨーク部２２，ティース先端拡大部２３を有し、ヨーク部２２の外周に突出するダブテール２４が設けられている。

ステータコア片５は、鋼板をプレス製造設備で打ち抜いて形成する。このステータコア片５は環状のステータコアを分割した形状である。このため、環状のステータコアに比べ、打ち抜かれた鋼板の残材が少なく、使用する鋼板の歩留まりが良くなる。

また、ステータコア片５は環状のステータコアに比べ、大きさが小さいので、プレス製造設備を小型化でき、打ち抜きスピードを高速化することができる。

スロット絶縁体７は積層ステータコア６のティース部２１の外周を絶縁被覆する。このスロット絶縁体７は、一体に樹脂モールド成型する。または一体成型せずに樹脂モールド成型されたスロット絶縁体７を積層ステータコア６に装着することも可能である。

積層ステータコア６には、スロット絶縁体７の上からティース部２１に界磁コイル８が集中巻きにより巻装される。この巻装は、個々の積層ステータコア６を巻装機にセットして行うことができるので巻き易く、列を整えて隙間なく巻くことができる。

従来のステータコアは、環状の一体なる構造であるので、隣り合うティース間の隙間が狭く、特殊な巻線機を必要とし、巻線時間も長くかかった。列を整えた整列巻も出来なかった。

本発明の実施例によれば、界磁コイルの巻線に特殊な巻線機を必要とせず、巻線時間が早く、整列巻が行われ、界磁コイルの占積率も高まる。

また、従来のステータコアでは、隣り合うティース間の隙間は界磁コイルの巻線を挿入するのに必要で、しかも余り狭くすることはできない。本発明の実施例では隣り合うティース間の隙間から界磁コイルの巻線を挿入しないので、隙間の幅を小さくできる。このため、ティースによる磁界が形良く形成される。

次にステータコアブロックの連結一体化について図４，図５，図６，図７を引用して説明する。

ステータコアブロックの連結一体化は、図６，図７に示す成型用金型で行われる。成型用金型３１は、下部の成型用金型３２と上部の成型用金型３３を有する。

下部の成型用金型３２は、積層ステータコア６のティース部２１の内周を押える円柱の内径押え部３４，外側支持部３５，内径押え部３４と外側支持部３５の間に設けた円形の溝部３６を有する。上部の成型用金型３３は、天板部３７と外側支持部３８を有する。

下部の成型用金型３２の外側支持部３５は、内周側にヨーク部２２を下から支持するヨーク挟持突起３９を有する。ヨーク挟持突起３９はリング形状をしている。また外側支持部３５は外周壁部４０を有する。外周壁部４０は上端に嵌合段部４１を有する。

上部の成型用金型３３の外側支持部３８は、内周側にヨーク部２２を上から押え付けるヨーク挟持突起４２を有する。このヨーク挟持突起４２もリング形状をしている。また外側支持部３８は外周壁部４３を有する。外周壁部４３は上端に嵌合段部４４を有する。

下部の成型用金型３２と上部の成型用金型３３を抱き合わせることにより、下部の成型用金型３２の嵌合段部４１と上部の成型用金型３３の嵌合段部４４とが嵌合するようになっている。

下部成型用金型３２の外周壁部４０の内周と、上部成型用金型３３の外周壁部４３の内周は、ダブテール２４の外径よりも径大である。ヨーク挟持突起３９（下部成型用金型
３２側）の外周端から外周壁部４０側およびヨーク挟持突起４２(上部成型用金型３３側)の外周端から外周壁部４３側は、ヨーク部２２から離間するように形成されている。つまり、外周壁部４０，４３とヨーク部２２との間には、空間４５ができるのである。

上部の成型用金型３３は、圧粉鉄心の混練物を注入するゲート４６を有する。このゲート４６は、空間４５に連通している。圧粉鉄心は、鉄粉の粒子と樹脂バインダの混ぜ物である。樹脂バインダは熱硬化性樹脂を用いる。

ステータコアブロック２は、下部成型用金型３２内に図４に示すように挿入配置される。内径押え部３４の周り等ピッチで設けた案内突起４７にティース部２１の両側端を沿わせて挿入することにより、ステータコアブロック２は等間隔に置かれる。

ステータコアブロック２は、ヨーク部２２の下面がヨーク挟持突起３９に当接して支持される。ステータコアブロック２の下側のスロット絶縁体７は溝部３６の底から浮いた状態に置かれる。

上部成型用金型３３を図６に示すように下部成型用金型３２に被せる。上部成型用金型３３の嵌合段部４４が下部成型用金型３２の嵌合段部４１に嵌合して上下部成型用金型は中心が合わさって揺ぎ無く結合される。

上部成型用金型３３のヨーク挟持突起４２は、ヨーク部２２の上面に当接する。上下部成型用金型は締結手段（図示せず）で強く締結されるので、ヨーク部２２はヨーク挟持突起３９，４２で挟持された状態に置かれる。

空間４５は、前述したように、ヨーク部２２と外周壁部４０，４３との間に形成される。ゲート４６より、圧粉鉄心の混練物を注入する。圧粉鉄心の混練物で空間４５は埋まる。上下部成型用金型の嵌合段部４１，４４の嵌合，ヨーク挟持突起３９，４２によるヨーク部２２の挟持により、ヨーク部２２との当接面に隙間がないので高圧注入される混練物の洩れは生じない。混練物の圧力により、ステータコアブロック２は内径押え部３４に向けて押圧される。これにより個々のステータコアブロック２の中心精度が向上する。

圧粉鉄心の混練物が十分に充填されたら上下部成型用金型を加熱して圧粉鉄心に含まれる樹脂バインダの熱硬化を行う。これにより、空間４５に充填された圧粉鉄心による連結ヨーク４が形成される。

このようにして、個々のステータコアブロック２はモールド成型された連結ヨーク４により連結されて一体化されたステータ１が形成される。ステータ１は、上部成型用金型を下部成型用金型から外し、下部成型用金型から離型される。ステータ１は連結ヨーク４で連結されているので、バラバラにならない。

個々のステータコアブロック２は、ヨーク部２２の外周を連結ヨーク４で囲って連結される。これに加え、ヨーク部２２の外周に設けたダブテール２４が連結ヨーク４と結合するので、更に丈夫な連結構造になる。また、ヨーク部２２の外周側両側面は、連結ヨーク４が被さるので、ステータコア片５の積厚方向の押えと、連結ヨーク４の連結構造の補強にもなる。

図３に示すようにステータコア片５の磁束密度は、ティース部２１が１.６Ｔ 、ヨーク部２２が１.０Ｔ 、ティース先端拡大部２３が２.１Ｔ である。磁束密度は、ヨーク部
２２が一番低い。

連結ヨーク４を形成する圧粉鉄心は、ステータコア片５の積層鋼板に比べ、磁気特性では磁束密度が低い。このため、磁束密度の磁気特性が低い連結ヨーク４でもヨーク部の磁路機能を十分に担うことができる。

これにより、連結ヨーク４を用いてもステータコアの磁気特性を良好に保つことができる。またステータコアは、ヨーク部の外周を連結ヨーク４で囲う構成を有するので、積層鋼板だけで構成するものに比べ、電磁振動が低減される。

圧粉鉄心の混練物を注入する際に、混練物の圧力により、ステータコアブロック２は内径押え部３４に向けて押圧される。これとともに、隣合うステータコアブロック２はヨーク部の両側端面が互いに押圧された接合状態で連結ヨーク４により連結されるので、接合箇所の磁気抵抗を小さくできる。

また、連結ヨーク４はステータの支持部４７を有する。支持部４７は圧粉鉄心により連結ヨーク４と一体に成型されるので、積層鋼板で一体に形成するものに比べ材料の無駄がない。

ステータコアブロック２の内径押え部３４への押圧は、ステータコアブロック２を押圧棒等の押圧部材で直に押圧するようにすることも可能である。

上記実施例は、インナロータタイプの永久磁石モータであるが、本発明は図８（第２の実施例）に示すアウタロータタイプの永久磁石モータにも適用できる。

アウタロータタイプの実施例では、連結ヨーク４はステータコアブロック２の内周側に配置される。ロータ（図示せず）は、ステータコアブロック２の外周側に配置される。

また、ステータコアの積層板としてアモルファス磁性体を用いることも可能である。アモルファス磁性体は、磁気抵抗が小さく、高周波の電力を供給するインバータモータに好適である。

アモルファス磁性体は、厚さが通常０.０２５mm で硬度が通常使用される珪素鋼板に比較して数倍と硬く、強度も数倍高いが脆い。また、アモルファス磁性体の積層鋼板は、脆いので、積層鋼板を互いに結合するノッチが設けられない。アモルファス磁性体では、積層鋼板の表面にバインダ樹脂を施し、積層後に加圧加熱により接着している。

このように硬く脆いアモルファス磁性体の積層鋼板は、例えばダブテール突起をダブテール溝に圧入する構造を採用すると、アモルファス磁性体は剥離したり欠落破損が生じやすい。

しかし、本発明の実施例のような圧粉鉄心の連結ヨークで個々のステータコアブロックを一体モールド成型の連結構成にすることにより、アモルファス磁性体で作られた積層鋼板の剥離や欠落破損を無くすことができる。また、モールド成型であるので、アモルファス磁性体で作られたヨーク部と連結ヨークとの間に間隙が生じなく、磁気抵抗を小さくすることができる。

また、圧粉鉄心のモールドでは、注入に加圧力が必要なのでインジェクション方式ではなくコンプレッション方式を採用するのが望ましい。

加熱温度はアモルファス磁性体の加工による磁気歪がとれる３００〜３５０℃にするのが望ましい。この加熱温度にスロット絶縁体の耐熱温度がもたないときは、スロット絶縁体や界磁コイルを設けないで、アモルファス磁性体の積層鋼板と連結ヨークとの一体モールド成型を行う。その後にスロット絶縁体の装着や界磁コイルの巻装を行ってステータコアブロックにする。

また、アモルファス磁性体と圧粉鉄心の飽和磁束密度はほぼ同じ位か若干圧粉鉄心のほうが低い。ヨーク部ではアモルファス磁性体よりも圧粉鉄心の方が断面積は大きくてもバランスがとれ、材料費の無駄にならない。

また、アモルファス磁性体で作られた積層鋼板のヨーク部の周囲は、圧粉鉄心の連結ヨークで囲われるので、剥離や欠落破損が生じにくい丈夫なモータを提供できる。

本発明の第１の実施例に係わるもので、インナロータタイプのステータを正面から見た図。 本発明の第１の実施例に係わるもので、ステータコアブロックの単体を示す図。 本発明の第１の実施例に係わるもので、ステータコア片の単体を示す図。 本発明の第１の実施例に係わるもので、ステータコアブロックのティース先端拡大部が下部成型用金型の内径押え部に押圧している状態を示す図。 本発明の第１の実施例に係わるもので上下部成型用金型内に収まったステータコアブロックを連結する連結ヨークをモールド成型するところを示す図。 本発明の第１の実施例に係わるもので、上下部成型用金型内に収まったステータコアブロックが連結ヨークで連結される前の状態を示す図。 本発明の第１の実施例に係わるもので、上下部成型用金型が分離された状態を示す図。 本発明の第２の実施例に係わるもので、アウタロータタイプのステータを正面から見た図。

符号の説明

２…ステータコアブロック、４…連結ヨーク、８…界磁コイル、２１…ティース部、
２２…ヨーク部。

Claims (4)

1. 複数の分割ステータコアブロックを環状に配置して形成したモータにおいて、
   前記分割ステータコアブロックは、積層鋼板で形成され、かつティース部とヨーク部を有する分割ステータコアと、前記ティース部に巻装される界磁コイルを有し、
   前記ヨーク部を連結して前記複数の分割ステータコアブロックを一体化する連結ヨークを圧粉鉄心で形成し、
   前記ヨーク部の外周側に前記連結ヨークを配置し、
   前記ヨーク部の外周側のみであって積厚方向の両側面を、前記連結ヨークが被さるように囲い、
   前記分割ステータコアブロックの内周側にロータを配置したことを特徴とするモータ。
2. 請求項１記載のモータにおいて、
   前記ヨーク部は、前記連結ヨークに埋設されるダブテールを前記ティース部の反対側に有することを特徴とするモータ。
3. 請求項１または２記載のモータにおいて、
   前記ヨーク部の両側端は、隣接する前記分割ステータコアブロックのヨーク部の側端と当接することを特徴とするモータ。
4. 永久磁石の界磁磁極が設けられているロータと、積層鋼板で形成された複数の分割ステータコアブロックが組み合わされたステータコア部材と、前記分割ステータコアブロックを形成するティース部およびヨーク部と、前記ティース部に巻装された界磁コイルと、個々の前記ヨーク部を連結して前記複数の分割ステータコアブロックを一体化する環状の連結ヨークとを有し、前記連結ヨークを圧粉鉄心で形成し、前記ヨーク部の外周側に前記連結ヨークを配置し、前記ヨーク部の外周側のみであって積厚方向の両側面を、前記連結ヨークが被さるように囲い、前記分割ステータコアブロックの内周側にロータを配置したことを特徴とする永久磁石モータ。

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