JP5977311B2

JP5977311B2 - コイル固定部品を備えた固定子及び該固定子を備えた電動機

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Publication number: JP5977311B2
Application number: JP2014218202A
Authority: JP
Inventors: 達也妹尾; 貴視村上
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-10-27
Also published as: US9653957B2; CN205178694U; CN105553153A; DE102015013626A1; US20160118854A1; CN105553153B; JP2016086544A

Description

本発明は、コイルを固定子に対して固定するコイル固定部品を備えた固定子及びそのような固定子を備えた電動機に関する。

図７は、関連技術において単位コイルを固定子に取付ける工程を示す図である。固定子１００の固定子コア１０２は、円筒状の継鉄部１０４と、継鉄部１０４から半径方向内側に向かって突出する複数の歯部１０６と、歯部１０６を包囲するように固定子コア１０２に取付けられる単位コイル１０８と、を備えている。図７では、１つの単位コイル１０８のみが示されている。このような単位コイル１０８が歯部１０６の周りに配置される電動機の固定子１００においては、単位コイル１０８が歯部１０６から脱離するのを防止する手段を講じる必要がある。例えば、特許文献１には、歯部を包囲するように歯部に対して装着されるインシュレータによって単位コイルを係止する構成が開示されている。

特開２０１０−２４６２６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたインシュレータは、歯部の形状に適合するように寸法決めされる必要があり、歯部の形状が異なる固定子に対して共通のインシュレータを使用できない。また、インシュレータの構造も複雑であり、製造コストの増大につながる。
したがって、汎用性が高いコイル固定手段を備えた安価な固定子が求められている。

本願の１番目の発明によれば、継鉄部及び該継鉄部から突出する歯部を有する固定子コアと、前記歯部を包囲するように前記固定子コアに取付けられるコイルと、前記固定子コアの少なくとも一方の端部において、前記歯部の端面と、該端面に対向する前記コイルの内面との間に形成される空隙に配置されていて前記コイルを固定するコイル固定部品と、を備えた電動機の固定子であって、前記コイル固定部品は、前記歯部の前記端面とは反対側に突出していてコイルを係止する係止部と、前記係止部とは反対側に突出する突起と、を有しており、前記突起は、前記固定子コアに形成された挿入孔に挿入されており、前記係止部は、前記歯部の先端部側のみに設けられる、固定子が提供される。
本願の２番目の発明によれば、１番目の発明に係る固定子において、前記突起は、前記挿入孔の壁面から圧縮力を受けている。
本願の３番目の発明によれば、１番目又は２番目の発明に係る固定子を備えた電動機が提供される。
本願の４番目の発明によれば、電動機の固定子を製造する製造方法であって、コイルを固定するコイル固定部品を固定子コアに取付けることを含み、前記コイル固定部品は、前記コイルを係止する係止部と、前記係止部とは反対側に突出する突起と、を有しており、当該製造方法は、前記コイル固定部品の前記突起を前記固定子コアに形成された挿入孔に挿入した後、前記コイル固定部品を挿入方向に対して平行な軸の回りに回転させることによって、前記コイル固定部品を前記挿入孔に圧入することを含む、製造方法が提供される。

これら及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。

本発明によれば、簡素な形状でありながら、形状ないし寸法が異なる固定子コアに対しても適用できる共通のコイル固定部品を備えた固定子が提供される。したがって、固定子及び電動機の製造コストを削減できる。

一実施形態に係る固定子を示す部分拡大図である。コイル固定部品及び挿入孔を示す部分拡大図である。コイル固定部品の構成例を示す斜視図である。コイル固定部品を挿入孔に挿入する工程を説明する図である。コイル固定部品を挿入孔に挿入する工程を説明する図である。コイル固定部品を挿入孔に挿入する工程を説明する図である。コイル固定部品を挿入孔に挿入する工程を説明する図である。挿入孔が形成される位置を示す端面図である。挿入孔が形成される位置を示す端面図である。関連技術において単位コイルを固定子に取付ける工程を示す図である。コイル固定部品を挿入孔に挿入する工程を説明する図である。コイル固定部品を挿入孔に挿入する工程を説明する図である。コイル固定部品を挿入孔に挿入する工程を説明する図である。コイル固定部品を挿入孔に挿入する工程を説明する図である。コイル固定部品を挿入孔に挿入する工程を説明する図である。コイル固定部品を挿入孔に挿入する工程を説明する図である。コイル固定部品を挿入孔に挿入する工程を説明する図である。コイル固定部品を挿入孔に挿入する工程を説明する図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される構成要素は、本発明の理解を助けるために縮尺が適宜変更されている。また、同一又は対応する構成要素には、同一の参照符号が使用される。

電動機は、互いに協働する固定子及び可動子の電磁気的相互作用によって、電気エネルギを機械エネルギに変換する。固定子は、交流電流が供給されて回転磁界を生成する巻線を備えており、図示されない回動子は、固定子に対向する対向面に配列された磁石を備えている。

図１は、一実施形態に係る固定子を示す部分拡大図である。固定子１０は、電磁鋼板を図の軸線方向Ｏに積層して形成される固定子コア２と、固定子コア２の内周面に沿って周方向Ｃに配列される複数の単位コイル３と、単位コイル３を固定して単位コイル３が固定子コア２から脱離するのを防止するコイル固定部品４と、を備えている。固定子１０は、固定子１０の半径方向Ｒ内側に設けられる図示されない回動子に対して同心状に配置されている。図１には固定子１０の一部しか示されていないものの、固定子１０は、図１に示された構成を周方向Ｃに沿って連続的に備えている。

固定子コア２は、円筒状の継鉄部２１と、継鉄部２１から半径方向Ｒ内側に突出するように周方向Ｃにおいて所定間隔を空けて形成される複数の歯部２２と、を備えている。固定子コア２の形状は、図７を参照して説明した公知の固定子コアと同様である。固定子コア２は他の公知の構成を有していてもよい。固定子コア２は、積層コアではなく一体形成された固定子コアであってもよい。

単位コイル３は、固定子コア２の歯部２２を包囲するように固定子コア２に取付けられている。単位コイル３の内面と歯部２２の端面２２ａとの間に形成される空隙には、概ねＬ字の形状を有するコイル固定部品４が配置されている。単位コイル３は、コイル固定部品４によって半径方向Ｒ内側に移動しないように固定される。図示される実施形態においては、コイル固定部品４は、固定子１０の軸線方向Ｏの両端にそれぞれ設けられている。しかしながら、単位コイル３の固定作用を十分に実現できるのであれば、固定子１０の一方の端部のみにコイル固定部品４が設けられていてもよい。

図３は、コイル固定部品４の構成例を示す斜視図である。コイル固定部品４は、本体４１と、係止部４２と、突起４３と、を備えている。本体４１は概ね直方体の形状を有する部材であり、歯部２２の端面２２ａ（図２参照）に当接するように概ね平坦な底面４１ａと、単位コイル３の内面に対向するように位置する概ね平坦な頂面４１ｂと、底面４１ａ及び頂面４１ｂを互いに接続する側面４１ｃ、４１ｄと、端面４１ｅ、４１ｆと、を有している。

係止部４２は、本体４１の一方の端部において、本体４１の頂面４１ｂから底面４１ａとは反対側に突出するように形成されている。係止部４２は、単位コイル３が半径方向Ｒ内側に移動したときに、単位コイル３の側面が係止部４２に当接するように本体４１から突出しており、それにより、単位コイル３が固定子コア２から脱離するのを防止する。

突起４３は、例えば楕円柱の形状を有していて、本体４１から係止部４２とは反対側に突出している。図示されるコイル固定部品４は、係止部４２が延長形成される端面４１ｅとは反対側の端面４１ｆの近傍に形成されているものの、そのような配置に限定されない。突起４３は、固定子コア２に形成された挿入孔２３に挿入されるように寸法決めされており、この突起４３によってコイル固定部品４が位置決めされるようになっている。したがって、コイル固定部品４を固定子コア２に取付けたとき、本体４１と係止部４２のみが、固定子コア２の外部に露出する。

図２は、コイル固定部品４及び挿入孔２３を示す部分拡大図である。図２には、５つの歯部２２と、２つの歯部２２に対して取付けられたコイル固定部品４が示されている。挿入孔２３は歯部２２の基部の近傍に形成されていて、例えば軸線方向Ｏに対して垂直な方向において長方形の断面形状を有する。単位コイル３（図１参照）は、コイル固定部品４が取付けられた歯部２２に対して順次組み付けられ、コイル固定部品４の係止部４２によって半径方向Ｒ内側に移動しないように係止される。

図４Ａ及び図４Ｂは、コイル固定部品４の突起４３を挿入孔２３に挿入する際の挿入方向に対して垂直な断面図である。図４Ａに示されるように、挿入孔２３の断面形状は長方形であり、突起４３の断面形状は楕円である。突起４３及び挿入孔２３は、突起４３の長軸の寸法Ｄ１が挿入孔２３の横方向の寸法Ｄ２よりも大きくなるように寸法決めされている。すなわち、突起４３が挿入孔２３に圧入されるように、突起４３及び挿入孔２３が寸法決めされている。その結果、図４Ｂに示されるように、突起４３は、挿入孔２３の壁面から矢印の方向に圧縮力を受けるようになり、それによりコイル固定部品４が固定子コア２に対して強固に固定されるようになる。

図５Ａ及び図５Ｂは、コイル固定部品４を固定子コア２に取付ける別の態様を示す図である。図５Ａ及び図５Ｂは図４Ａ及び図４Ｂに対応する図である。前述した例と同様に、挿入孔２３の断面形状は長方形であり、突起４３の断面形状は楕円である。この場合、突起４３の長軸の寸法Ｄ１が挿入孔２３の横方向の寸法Ｄ２よりも小さく、かつ挿入孔２３の縦方向の寸法Ｄ４よりも大きくなるように、突起４３及び挿入孔２３が寸法決めされる。また、突起４３の短軸の寸法Ｄ３が挿入孔２３の縦方向の寸法Ｄ４よりも小さくなるように、突起４３及び挿入孔２３が寸法決めされる。

コイル固定部品４の突起４３は、図５Ａに示されるように、長軸が挿入孔２３の横方向に向けられるようにして挿入孔２３に挿入される。次いで、突起４３を挿入孔２３に挿入したまま、コイル固定部品４を挿入方向（図５Ａの紙面に対して垂直な方向）に対して平行な軸線回りに９０度回転させる。そうすると、図５Ｂに示されるように、突起４３の長軸が挿入孔２３の縦方向に整列されるようになる。突起４３の長軸の寸法Ｄ１は、挿入孔２３の縦方向の寸法Ｄ４よりも大きいので、突起４３は、図５Ｂに矢印で示されるように、挿入孔２３の壁面から圧縮力を受ける。したがって、突起４３、すなわちコイル固定部品４を固定子コア２（特に歯部２２）に対して所定位置に固定できるようになる。

図６Ａ及び図６Ｂは、挿入孔２３が形成される位置を示す端面図である。図６Ａの構成例では、挿入孔２３が歯部２２の基部の近傍に形成されているのに対し、図６Ｂの構成例では、挿入孔２３が、歯部２２の基部と先端部との中間位置に形成されている。図６Ａ及び図６Ｂにそれぞれ１つのみ示されたコイル固定部品４は、互いに同一の寸法及び形状を有している。すなわち、図６Ａは、図６Ｂよりも大きい縮尺で描かれている。

図６Ａに示される例の場合、コイル固定部品４の本体４１の長手方向の寸法は、歯部２２の突出長さと概ね一致している。したがって、挿入孔２３を歯部２２の基部の近傍に形成すれば、コイル固定部品４の係止部４２が歯部２２の先端部の位置に概ね配置されるようになる。

それに対し、図６Ｂに示される例の場合、コイル固定部品４の本体４１の長手方向の寸法は、歯部２２の長さの約半分である。したがって、挿入孔２３の位置を歯部２２の中間位置に形成することで、コイル固定部品４の係止部４２が歯部２２の先端の位置に概ね配置されるようになる。

前述した実施形態に係る固定子は次のような利点を有する。
（１）コイル固定部品４は、歯部２２の端面２２ａから突出するように延在する係止部４２を有する。それにより、単位コイル３が係止部４２によって所定位置に係止されるようになり、単位コイル３が固定子コア２から脱離するのを防止できる。コイル固定部品４は比較的簡素な構成を有しているので、製造コストを削減できる。
（２）各々のコイル固定部品４は、固定子コア２の少なくとも一方の端部に設けられる、他のコイル固定部品４から独立した部材である。したがって、固定子コア２の形状にかかわらず、特に歯部２２の幅方向の寸法又は軸線方向Ｏの寸法にかかわらず、共通のコイル固定部品４を種々の固定子１０に対して使用できる。それにより、固定子１０の製造コスト及び保守コストを削減できる。

（３）コイル固定部品４の突起４３を挿入孔２３に対して圧入することにより、コイル固定部品４を固定子コア２に取付けられる。したがって、特別な固定手段を必要とすることなく、コイル固定部品４を固定子コア２に対して容易に取付けられる。
（４）挿入孔２３が形成される位置を変更することによって、歯部２２に対するコイル固定部品４の取付位置を容易に変更できる。それにより、歯部２２の突出方向の寸法が異なる固定子コア２に対しても、共通のコイル固定部品４を使用できる。固定子１０の内側には回動子が配置されているので、コイル固定部品４及び単位コイル３が歯部２２の内側に突出しないように、歯部２２に対するコイル固定部品４の位置を容易に調整できることは有利である。特に、固定子コア２が電磁鋼板を積層することによって形成される場合、各々の電磁鋼板を打ち抜き加工する際に挿入孔２３の位置を変更することは容易である。

（５）断面形状が楕円である突起４３を有するコイル固定部品４を、断面形状が長方形である挿入孔２３に対して挿入する構成とすれば、突起４３を挿入孔２３に挿入した後に、コイル固定部品４を挿入方向に対して平行な軸線回りに回転させることによって、突起４３を挿入孔２３に対して容易に圧入できるようになる。複数の電磁鋼板を組立てて固定子コア２を形成するときに、各々の電磁鋼板に形成された挿入孔２３の位置が僅かにずれることがある。その結果として挿入孔２３の一部が閉塞されて寸法が小さくなり、突起４３を挿入孔２３に圧入するのが困難になることがある。しかしながら、本実施形態によれば、突起４３を挿入しやすい向きにして挿入孔２３に一旦挿入した後に、コイル固定部品４を回転させて突起４３を挿入孔２３内に固定する。それにより、挿入孔２３の寸法誤差が大きい場合であっても、コイル固定部品４を容易に取付けられるようになる。

図８Ａ〜図１１Ｂを参照して、コイル固定部品４を固定子コア２に取付ける別の態様を説明する。
図８Ａ及び図８Ｂは、図５Ａ及び図５Ｂに対応する図である。この場合、挿入孔２３の断面形状は楕円であり、突起４３の断面形状は長方形である。突起４３の長辺の寸法Ｄ１が挿入孔２３の長軸の寸法Ｄ２よりも小さく、かつ挿入孔２３の短軸の寸法Ｄ４よりも大きくなるように、突起４３及び挿入孔２３が寸法決めされる。また、突起４３の短辺の寸法Ｄ３が挿入孔２３の短軸の寸法Ｄ４よりも小さくなるように、突起４３及び挿入孔２３が寸法決めされる。図８Ａに示されるように、突起４３の長辺が挿入孔２３の長軸に対して概ね平行な方向を向くように、突起４３を挿入孔２３に挿入し、その後、図８Ｂに示されるように、突起４３を挿入孔２３において９０度回転させることによって、突起４３は、挿入孔２３に圧入される。突起４３は、図８Ｂに矢印で示されるように、挿入孔２３の壁面から圧縮力を受ける。したがって、突起４３、すなわちコイル固定部品４を固定子コア２に対して所定位置に固定できるようになる。

図９Ａ及び図９Ｂに示される例では、挿入孔２３の断面形状は長方形であり、突起４３の断面形状は三角形である。この場合、突起４３の斜辺の寸法Ｄ１が挿入孔２３の長辺の寸法Ｄ２よりも小さく、かつ突起４３の高さの寸法Ｄ３が挿入孔２３の短辺の寸法Ｄ４よりも大きくなるように、突起４３及び挿入孔２３が寸法決めされる。突起４３は、例えば図９Ａに示されるように、斜辺が挿入孔２３の長辺Ｄ２に対して平行な方向を向くように、挿入孔２３に挿入される。その後、図９Ｂに示されるように、突起４３の高さ方向が挿入孔２３の短辺に対して平行になるように、突起４３が回転される。それにより、突起４３は、矢印で示されるように、挿入孔２３の壁面から圧縮力を受ける。このようにして、コイル固定部品４を固定子コア２に対して所定位置に固定できるようになる。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示される例では、挿入孔２３の断面形状が、横方向において長尺である六角形であり、突起４３の断面形状が長方形である。この場合、突起４３の長辺の寸法Ｄ１が挿入孔２３の横方向の寸法Ｄ２よりも小さく、かつ縦方向の寸法Ｄ４よりも大きくなるように、突起４３及び挿入孔２３が寸法決めされる。また、突起４３の短辺の寸法Ｄ３は、挿入孔２３の縦方向の寸法Ｄ４よりも小さくなるように寸法決めされる。突起４３は、図１０Ａに示されるように、長辺が横方向を向くようにして挿入孔２３に挿入される。その後、図１０Ｂに示されるように、突起４３の長辺が縦方向を向くように突起４３を９０度回転させる。それにより、突起４３は、図１０Ｂに矢印で示されるように、挿入孔２３の壁面から圧縮力を受けるようになる。したがって、コイル固定部品４を固定子コア２に対して所定位置に固定できるようになる。

図１１Ａ及び図１１Ｂに示される例では、挿入孔２３及び突起４３の断面形状がそれぞれ楕円形である。突起４３の長軸の寸法Ｄ１は、挿入孔２３の長軸の寸法Ｄ２よりも小さく、かつ挿入孔２３の短軸の寸法Ｄ４よりも大きくなるように寸法決めされる。また、突起４３の短軸の寸法Ｄ３は、挿入孔２３の短軸の寸法Ｄ４よりも小さくなるように寸法決めされる。突起４３は、図１１Ａに示されるように、突起４３の長軸が挿入孔２３の長軸に対して概ね平行な方向を向くように、挿入孔２３に挿入される。その後、図１１Ｂに示されるように、突起４３の長軸が挿入孔２３の短軸に対して平行な方向を向くように、突起４３を回転させる。それにより、突起４３は、図１１Ｂに矢印で示されるように、挿入孔２３の壁面から圧縮力を受けるようになる。したがって、コイル固定部品４を固定子コア２に対して所定位置に固定できるようになる。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除又は置換することができるし、或いは公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

１０固定子
２固定子コア
２１継鉄部
２２歯部
２３挿入孔
３単位コイル（コイル）
４コイル固定部品
４１本体
４２係止部
４３突起

Claims

継鉄部及び該継鉄部から突出する歯部を有する固定子コアと、
前記歯部を包囲するように前記固定子コアに取付けられるコイルと、
前記固定子コアの少なくとも一方の端部において、前記歯部の端面と、該端面に対向する前記コイルの内面との間に形成される空隙に配置されていて前記コイルを固定するコイル固定部品と、を備えた電動機の固定子であって、
前記コイル固定部品は、前記歯部の前記端面とは反対側に突出していてコイルを係止する係止部と、前記係止部とは反対側に突出する突起と、を有しており、前記突起は、前記固定子コアに形成された挿入孔に挿入されており、
前記係止部は、前記歯部の先端部側のみに設けられる、固定子。
前記突起は、前記挿入孔の壁面から圧縮力を受けている、請求項１に記載の固定子。
請求項１又は２に記載の固定子を備えた電動機。
電動機の固定子を製造する製造方法であって、
コイルを固定するコイル固定部品を固定子コアに取付けることを含み、
前記コイル固定部品は、前記コイルを係止する係止部と、前記係止部とは反対側に突出する突起と、を有しており、
当該製造方法は、
前記コイル固定部品の前記突起を前記固定子コアに形成された挿入孔に挿入した後、前記コイル固定部品を挿入方向に対して平行な軸の回りに回転させることによって、前記コイル固定部品を前記挿入孔に圧入することを含む、製造方法。