JP5062398B2 - Axial air gap type motor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ステータとロータとがロータ出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向的に配置されるアキシャルエアギャップ型電動機に関し、さらに詳しく言えば、固定子鉄心の外周を絶縁するインシュレータの構造に関する。 The present invention relates to an axial air gap type electric motor in which a stator and a rotor are opposed to each other with a predetermined gap along the axial direction of a rotor output shaft, and more specifically, an insulator for insulating an outer periphery of a stator core. Concerning structure.
アキシャルエアギャップ型電動機は、ステータ(固定子)の一方または両方の側面にロータ(回転子)を所定の空隙をもって対向的に配置してなる電動機であって、インナーロータ型などのラジアルギャップ型電動機に比べて回転軸方向の厚さを薄くする、すなわち扁平にすることができるという特徴がある。 An axial air gap type electric motor is an electric motor in which a rotor (rotor) is arranged oppositely with a predetermined gap on one or both sides of a stator (stator), and is a radial gap type electric motor such as an inner rotor type. Compared to the above, there is a feature that the thickness in the direction of the rotation axis can be reduced, that is, flattened.
ところで、アキシャルエアギャップ型電動機は、特許文献1ではステータが扇状のコアメンバーを複数個環状につなぎ合わせることにより形成されている。これによれば、1つのコアメンバーに巻線を予め巻回しておき、それらを環状につなぎ合わせて結線するだけで簡単にステータを形成することができる。
By the way, the axial air gap type electric motor is formed by connecting a plurality of fan-shaped core members in a ring shape in
各コアメンバーは、固定子鉄心と、同固定子鉄心の外周をティース面を残して絶縁被覆するインシュレータとを備えており、インシュレータを介して固定子鉄心の巻線部にコイルが多重に巻回されている。 Each core member has a stator core and an insulator for insulatingly covering the outer periphery of the stator core leaving a tooth surface, and a plurality of coils are wound around the winding portion of the stator core via the insulator. Has been.
この固定子鉄心は、一般的に電磁鋼板を半径方向に沿って台形状に積層した積層体からなり、その固定子鉄心の外周にインサート成型などによってインシュレータを一体的に設けるようにしている。 This stator core is generally composed of a laminate in which electromagnetic steel plates are stacked in a trapezoidal shape along the radial direction, and an insulator is integrally provided on the outer periphery of the stator core by insert molding or the like.
しかしながら、この電磁鋼板の積層体を固定子鉄心に用いたコアメンバーには、次のような問題があった。すなわち、アキシャルエアギャップ型電動機は、コイルの巻回部が断面三角形または台形であり、鋭角となる角部が存在するため、インシュレータにコイルを巻き付けた場合、コイルの巻き付け力が固定子鉄心の角部に応力集中する。 However, the core member using the laminated body of electromagnetic steel sheets for the stator core has the following problems. That is, in the axial air gap type electric motor, the winding part of the coil has a triangular or trapezoidal cross section, and there are acute corners. Therefore, when the coil is wound around the insulator, the coil winding force is applied to the corner of the stator core. Stress concentrates on the part.
また、特許文献1のように、固定子鉄心のティース面の端部にスキューを設けたタイプでは、スキューを設けていないタイプと比べて、より鋭角となる角部を含む断面三角形となるため、この角部に特に大きな応力が集中する。これにより、角部に対向するインシュレータに亀裂などを生じるおそれがあった。さらには、高出力タイプの電動機には、太線のコイルが巻回されるこのため、角部における応力集中がより大きい。
In addition, as in
また、従来より電磁鋼板の周縁には、切断時にバリが形成され、このバリを残した状態でインシュレータが一体形成されていることが多い。そのため、バリに応力集中することで、さらに亀裂などを生じやすかった。さらには、コイルに通電を繰り返すと、固定子鉄心は熱サイクルによって膨張収縮を繰り返すため、亀裂がより顕著に現れやすくなる。 Further, conventionally, burrs are formed on the periphery of the electromagnetic steel sheet at the time of cutting, and the insulator is often integrally formed with the burrs remaining. For this reason, cracks and the like were more likely to occur by concentrating stress on the burr. Furthermore, if the coil is repeatedly energized, the stator core repeatedly expands and contracts due to the thermal cycle, so that cracks are more likely to appear.
そこで、角部に係る応力を効果的に分散させる方法として、例えば特許文献2に示すように、インシュレータの角部を円弧状に面取りする方法もある。しかしながら、特許文献2に記載の方法は、面取りの中心が固定子鉄心の角部にあるため、巻き付け力をある程度しか分散できず、バリに応力が集中するのを根本的に解決するには至らない。
Therefore, as a method for effectively dispersing the stress relating to the corner, there is also a method of chamfering the corner of the insulator in an arc shape as shown in
そこで、本発明は上述した課題を解決するため、固定子鉄心の角部にコイルの巻き付け力が集中しないインシュレータ構造を有するコアメンバーを環状に連結してなるステータを備えたアキシャルエアギャップ型電動機を提供することにある。 Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention provides an axial air gap type electric motor including a stator in which a core member having an insulator structure in which a coil winding force is not concentrated on a corner portion of a stator core is annularly connected. It is to provide.
上述した課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、固定子鉄心の巻線部がインシュレータによって被覆された複数のコアメンバーを有し、上記各コアメンバーがロータ出力軸の軸線を中心に環状に配置されてなるステータを有するアキシャルエアギャップ型電動機において、上記固定子鉄心にはスキューが設けられており、上記インシュレータは、上記巻線部の外周を被覆する巻線被覆部のうち、半径方向の外周面側の上壁部の肉厚が、円周方向の両端側から中央に向かうにつれて漸次厚くなるように形成されており、上記上壁部の外周面は、その頂部が上記固定子鉄心の半径方向の最外層部の幅の1/2となる位置から上記スキューが設けられている側にずれて配置されていることを特徴としている。
To solve the problems described above, the invention described in 請 Motomeko 1 has a plurality of cores member winding portion of the stator core is covered by the insulator, each core member the axis of the rotor output shaft In an axial air gap type electric motor having a stator arranged annularly at the center, the stator iron core is provided with a skew, and the insulator is a coil covering portion that covers an outer periphery of the winding portion. The thickness of the upper wall portion on the outer peripheral surface side in the radial direction is formed so as to gradually increase from the both end sides in the circumferential direction toward the center, and the outer peripheral surface of the upper wall portion has the top portion described above. The stator core is characterized by being shifted from a position that is ½ of the width of the outermost layer portion in the radial direction of the stator core to the side where the skew is provided .
請求項2に記載の発明は、上記請求項1において、上記インシュレータはさらに、上記上壁部と側壁部の角部の外周を覆う部分が円弧状に形成されていることを特徴としている。
The invention according to
本発明には、請求項3に記載の製造方法も含まれる。すなわち、固定子鉄心の巻線部がインシュレータによって被覆された複数のコアメンバーを有し、上記各コアメンバーがロータ出力軸の軸線を中心に環状に配置されるアキシャルエアギャップ型電動機の製造方法において、上記インシュレータは、上記固定子鉄心のティース面を残すように、その外周に金型内での樹脂流し込みによるインサート成型によって一体的に形成されており、上記インサート成型時に溶融樹脂を金型内に流し込むゲート位置が上記固定子鉄心の半径方向の内側に設けられていることを特徴としている。
The manufacturing method according to
本発明によれば、巻線部の外周を被覆する被覆面のうち、半径方向の外周面側の上壁部の肉厚を円周方向の両端側から中央に向かうにつれて漸次厚くしたことにより、コイルの角部に係る応力集中する位置を固定子鉄心の角部からずらすことができ、バリなどがあってもインシュレータに亀裂が生じるのを効果的に抑えることができる。 According to the present invention, among the covering surfaces covering the outer periphery of the winding portion, the thickness of the upper wall portion on the radial outer peripheral surface side is gradually increased from the both ends in the circumferential direction toward the center, The stress concentration position on the corner portion of the coil can be shifted from the corner portion of the stator core, and even if there is a burr or the like, the occurrence of cracks in the insulator can be effectively suppressed.
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るアキシャルエアギャップ型電動機を模式的に示した断面図であり、図2はステータコアを連結した状態の正面図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an axial air gap type electric motor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view of a state where stator cores are connected.
図1に示すように、このアキシャルエアギャップ型電動機1は、円盤状に形成されたステータ2と、同ステータ2の両側面に所定の空隙(ギャップ)をもって対向的に配置される一対のロータ3,3とを備えている。各ロータ3,3は回転駆動力を出力するロータ出力軸4に同軸的に固定されている。
As shown in FIG. 1, this axial air gap type
なお、ステータ2およびロータ3はブラケット内に収納されている。この例において、ステータ2の外周面に一体成型された合成樹脂材6がブラケットの外周壁を兼ねており、その両端に図示しない蓋部材が取り付けられている。なお、蓋部材を用いずにロータ3,3を直にファンなどに取り付けるようにしてもよい。
Note that the
本発明において、ロータ3,3はステータ2を挟んで左右両側に配置されているが、いずれか一方のみであってもよく、本発明においてロータの構成はアキシャルエアギャップ型電動機1を構成するのに必要な機能を備えていればよく、仕様に応じて任意に変更可能である。
In the present invention, the
ステータ2の中心部には軸受部5が配置されている。この例において、軸受部5は一対のラジアルボールベアリング5a,5bを有し、その内輪はロータ出力軸4に圧入嵌めされ、外輪側はステータ2の合成樹脂材6の中央に形成された凹部に埋設されている。本発明において軸受部5の構成は任意であってよい。
A
また、各ロータ3,3は同一のロータ出力軸4を共有しているが、各ロータ3,3毎にロータ出力軸を有する2出力軸タイプであってもよい。さらには、ロータ出力軸4を持たずにステータ2に対してロータ3,3をラジアルボールベアリングを介して直に支持させるシャフトレス型としてもよい。
The
図2に示すように、ステータ2にはロータ出力軸4の回転軸線を中心軸として環状に配置された複数個(この例では9個(9スロット))のコアメンバー21a〜21iが含まれている。各コアメンバー21a〜21iは同一構成のため、ここではコアメンバー21aを例にとって説明する。
As shown in FIG. 2, the
図3を併せて参照して、コアメンバー21aは、半径方向から見てH字状に形成された複数枚の電磁鋼板を半径方向に沿って積層してなる積層体からなり、半径方向の内側から外側に向かうにつれて円周方向の幅が漸次広くなる立体台形状に形成されている。
Referring also to FIG. 3, the
これにより、コアメンバー21aは、左右一対のフランジ状のティース面22,22を有するボビン状に形成され、中央に形成された固定子鉄心23の巻線部24にコイル(図示しない)が巻回される。
Thereby, the
固定子鉄心23は、絶縁樹脂からなるインシュレータ30によってティース面22,22を残して全体が覆われている。インシュレータ30は、ティース面22,22に沿って半径方向に延びる巻枠板としてのフランジ部31,31と、固定子鉄心23の巻線部24を覆う巻線被覆部32と備えている。
The
この例において、固定子鉄心23のティース面22の両端には、図2に示すように、コギングトルクを低減するため、それぞれ円周方向の端面には所定角度傾けられたスキューが形成されている。
In this example, the ends of the
各フランジ部31,31には、各コアメンバー21a〜21i同士を相互に連結するための連結手段が設けられている。連結手段として、フランジ部31,31の円周方向の一方の上端部には、各コアメンバー21a〜21i同士をロータ出力軸4の軸線を中心として環状に連結するためのフック部41,41が設けられ、他方の上端部には、同フック41,41が係止される係止軸42,42が設けられている。
Each
また、フランジ部31,31の円周方向の他方の下端部には、各コアメンバー21a〜21i同士をより確実に環状に連結するための連結ガイド手段としての係止凸部43が設けられ、他方の下端部には係止凸部43の受け手側としての係止凹部44が設けられている。
Moreover, the latching
連結手段としてのフック部41および係止軸42や、連結ガイド手段としての係止凸部43および係止凹部44は、本発明においてあくまで任意的事項であり、その位置や形状は、仕様に応じて任意に変更可能である。
The
図4(a)に示すように、インシュレータ30は、金型内でのインサート成型により固定子鉄心23の外周に一体形成されており、その巻線被覆部32は、固定子鉄心23の巻線部24の外周を覆うように、この例では断面三角形状に形成されている。
As shown in FIG. 4A, the
この巻線被覆部32は、固定子鉄心23の巻線部の各角部24a〜24cに対向する面が、それぞれ円弧状に面取りされていることが好ましい。これによれば、コイルを角部24a〜24cにフィットさせて巻回することにより、応力集中を緩和することができる。
As for this coil | winding coating |
巻線被覆部32のうち、半径方向の外側面の上壁部33は、その肉厚が他の巻線被覆部32の肉厚よりも厚く形成されており、かつ、円周方向の両端側から中央に向かうにつれて漸次厚くなるように形成されている。
Of the winding covering
これによれば、上壁部33の肉厚を厚くし、かつ、中央に向かってその厚みが増すように形成したことにより、図5に示すように、巻付応力Fのベクトル成分F1,F2のうち、ベクトル成分F1の向きを外周側に向けることができるため、巻付応力Fを小さくできるとともに、巻付応力Fの向きを固定子鉄心23の巻線部24の角部24aから遠ざけることができる。
According to this, the thickness of the
巻付応力Fを角部24aから遠ざけることにより、インシュレータ30が固定子鉄心23の鋭角部分に押し付けられる力を小さくすることができる。したがって、インシュレータ30に亀裂が生じることを防止できる。
By keeping the winding stress F away from the
本実施例のように、固定子鉄心23にスキューが設けられている場合、より好ましい態様として、頂部Tは、幅Wの1/2となる位置とスキューが設けられている側の角部(この例では角部24a)との間にずれて配置されていることが好ましい。これによれば、スキューが設けられている側のより鋭角の角部24aに係る応力をより小さくすることができる。
When skew is provided in the
なお、本実施例において、固定子鉄心23は、複数枚の電磁鋼板をH字状に打ち抜き積層しているため、電磁鋼板の縁に打抜方向にバリを生じることが考えられるが、仮に固定子鉄心23にバリが残ったままインシュレータ30を一体成型しても、インシュレータ30に亀裂などが発生することを防止できる。
In the present embodiment, the
なお、図示しないが、固定子鉄心23にスキューが設けられていない場合には、角部24aと角部24bは同じ角度となるため、頂部Tの位置が固定子鉄心23の半径方向の最外層部の幅Wの1/2となる位置(W/2)に設けられていることが好ましい。
Although not shown, when the
この例において、上壁部33は円弧面状に形成されているが、これ以外に凸部を形成するだけでもよく、また、図4(b)に示すように、上壁部33の一部に一対の凸部34,34を設けてもよく、同様にコイルの巻き付け力を分散させる効果が得られる。
In this example, the
ここで、各凸部34,34は、固定子鉄心23の半径方向の最外層部の中央を挟んで左右対称となる位置に配置しても、左右非対称となる位置に配置してもよい。これにより、円弧面とした時と同じ作用効果が奏される。
Here, each
ところで、巻線被覆部32を含むインシュレータ30は、金型内に樹脂の流し込んでインサート成型によって固定子鉄心23に一体的に成型されている。そこで、本発明においては、インサート成型時に溶融樹脂を金型内に流し込むゲート位置が、固定子鉄心23の半径方向の内側(上壁部33とは逆方向)に設けられている。
By the way, the
この例において、ゲート位置は各フランジ部31,31の半径方向の内径寄りの中央から軸方向に向かって設けられており(図3の矢印A1方向)、溶融樹脂は金型内のフランジ部31,31の内側から外側に向かって移動するようになっている。なお、ゲート位置はフランジ部31に限らず、角部24cの対向部(図3の矢印A2)であってもよい。
In this example, the gate position is provided from the center near the inner diameter in the radial direction of each
巻線部24において、溶融樹脂は、まず角部24cを覆うように流れたのち、巻線部24の側面に沿って外周側に向かって流れて行く。次に、溶融樹脂は、各角部24a,24bに沿って流れてゆきながら、巻線部24の外側面を両側から進み、最後に頂部T近傍でぶつかり接合する。以上により、巻線被覆部32が形成される。
In the winding
これによれば、巻線被覆部32の上壁部33は、他の部分と比べて厚く、かつ、円弧状に形成するようになっているため、溶融樹脂が金型内を固定子鉄心23の内径側から外径側に向かって移動してゆくにつれ、金型空間が広く、温度が落ち始めた溶融樹脂を確実に外側面側に移動させることができる。そして、二手に分かれた溶融樹脂の接合部を巻線被覆部32の最も厚い上層部33としたことにより、強度が不足するのを防止できる。
According to this, since the
この例において、固定子鉄心23は電磁鋼板の積層体からなるが、例えば鋳造品や粉体成型などによって一体成型されたものであってもよく、本発明のインシュレータ構造を採用することにより、コイルの巻き付け力を効果的に分散させることができ、ひいてはステータ2の安全性、信頼性向上に繋がる。
In this example, the
1 アキシャルエアギャップ型電動機
2 ステータ
3,3 ロータ
4 ロータ出力軸
21a〜21i ステータコア
22 ティース面
23 固定子鉄心
24 巻線部
24a〜24c 角部
30 インシュレータ
31 フランジ部
32 巻線被覆部
33 外周面
34 凸部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記固定子鉄心にはスキューが設けられており、上記インシュレータは、上記巻線部の外周を被覆する巻線被覆部のうち、半径方向の外周面側の上壁部の肉厚が、円周方向の両端側から中央に向かうにつれて漸次厚くなるように形成されており、上記上壁部の外周面は、その頂部が上記固定子鉄心の半径方向の最外層部の幅の1/2となる位置から上記スキューが設けられている側にずれて配置されていることを特徴とするアキシャルエアギャップ型電動機。 In an axial air gap type electric motor having a stator in which a winding portion of a stator core has a plurality of core members covered with an insulator, and each of the core members is annularly arranged around the axis of a rotor output shaft.
The stator iron core is provided with a skew, and the insulator includes a winding covering portion that covers an outer periphery of the winding portion. The outer peripheral surface of the upper wall portion is ½ of the width of the outermost layer portion in the radial direction of the stator core. An axial air gap type electric motor, wherein the electric air gap type electric motor is arranged so as to be shifted from a position to a side where the skew is provided .
上記インシュレータは、上記固定子鉄心のティース面を残すように、その外周に金型内での樹脂流し込みによるインサート成型によって一体的に形成されており、上記インサート成型時に溶融樹脂を金型内に流し込むゲート位置が上記固定子鉄心の半径方向の内側に設けられていることを特徴とするアキシャルエアギャップ型電動機の製造方法。 In the method of manufacturing an axial air gap type electric motor in which the winding portion of the stator core has a plurality of core members covered with an insulator, and each of the core members is annularly arranged around the axis of the rotor output shaft.
The insulator is integrally formed on the outer periphery of the insulator by insert molding by pouring resin in the mold so as to leave the teeth surface of the stator core, and the molten resin is poured into the mold at the time of the insert molding. A method for manufacturing an axial air gap type electric motor, wherein a gate position is provided on an inner side in a radial direction of the stator core.
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