JP6712095B2 - ステータおよびステータの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、ティース部およびステータヨーク部を別体としたアウターロータ型モータのステータ、およびその製造方法に関するものである。

アウターロータ型モータには、小型化、高出力化および高効率化に対する要求がある。これらの要求を満足するためには、モータのステータにおいて、コイルの占有面積を大きくする必要がある。従来のステータでは、磁束を結合する中心側のステータヨーク部と、コイルが巻かれる径方向外側のティース部とが、一体構造となっている（例えば、特許文献１）。そのため、ティース部に巻線を施す際には、ティース部の間に巻線を送り込むためのノズルを挿入する必要がある。ノズルが挿入される部分には巻線は施せないため、ノズルの分だけ、コイルの占有面積は小さくなる。

これに対して、特許文献２には、ステータヨーク部およびティース部を別体としたステータが記載されている。このステータは、ステータヨーク部、巻線が施されたコイルピース、コイルピースの鉄心となるティース部、および嵌め合いピンで構成されている。ティース部は、コイルピースとともに、２つの嵌め合いピンによって、ステータヨーク部に固定される。このステータにおいては、隣り合うコイルピースの巻線が接触するまで、コイルピースに対して巻線を施すことができるため、コイルの占有面積を大きくすることができる。

特開２００６−２３８５８０号公報 特開２０１１−１３０６０２号公報

しかしながら、ステータでは、電磁鋼板に嵌め合いピンを挿入するための穴を開けた場合、モータの鉄損が生じる。特許文献２に記載されたステータでは、ティース部において、嵌め合いピンを挿入するための穴が２つ設けられている。そのため、穴が設けられていない、または穴が１つの場合と比較して、モータの鉄損は増加する。また、嵌め合いピンが挿入されるための穴は、ティース部の端に設けられている。ティース部の端は、磁力線の密度が高い。したがって、ティース部の端に穴を設けた場合、磁力線が損なわれる量が多い。これらにより、モータの効率が低下する。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高効率のモータを提供することを目的とする。

この発明のステータは、ステータヨーク部および巻線が施されたティース部を別体としたアウターロータ型モータのステータである。この発明のステータでは、ステータヨーク部には、ティース部をステータヨーク部に固定するための第１の穴が設けられ、ティース部には、ティース部の中央部に、第２の穴が設けられる。また、この発明のステータでは、第２の穴の中心は、第１の穴の中心よりステータヨーク部の径方向の外側にあり、第１の穴および第２の穴に嵌め合いピンが配置される。

また、この発明によるステータの製造方法では、ティース部を固定する第１の穴が設けられているステータヨーク部を準備する工程と、第１の穴とずれた位置に設けられている第２の穴を有し、巻線が施されたティース部を準備する工程と、嵌め合いピンを第１の穴に挿入する工程とを備える。また、この発明によるステータの製造方法では、嵌め合いピンを、第２の穴に挿入するとともに、ティース部をステータヨーク部に押し付けて、ティース部をステータヨーク部に固定する工程とを備える。

このようにすることで、あらかじめ巻線が施されたティース部は、嵌め合いピンによって、ステータヨーク部に固定される。ティース部がステータヨーク部に固定される場合、隣接するティース部の間の隙間を非常に小さくすることができる。そのため、コイルの占有面積を大きくすることができる。また、ティース部には、ステータヨーク部に固定されるための穴が、中央部に１か所のみ設けられている。ティース部の中央部では、磁力線の密度が低い。そのため、モータの鉄損は増加しない。

これにより、高効率のモータを提供することができる。

この発明の実施の形態１によるステータを備えたアウターロータ型モータの模式図である。 ステータをハウジングに取り付けた図である。 コアおよびクランパを示した図である。 コアを構成するコアシートの平面図である。 コアシートが積層されたコア本体の側面図である。 コアにスロットセルおよびインシュレータが取り付けられた上面図である。 図６を矢印ＶＩＩから見た側面図である。 巻線が施されたコアの概略上面図である。 コアをクランパに取り付けた図である。

以下、この発明のステータの実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるステータを備えたアウターロータ型モータの模式的な断面図である。

アウターロータ型モータ１００において、ドーナツ型のハウジング１に、ステータ１０が取り付けられている。ステータ１０は、円環状で断面がＬ字形状のクランパ１１を備えている。クランパ１１には、複数のコア１２が取り付けられている。矢印Ａは、クランパ１１の径方向外側を示している。コア１２には、コア１２の矢印Ａの向きを軸に、巻線部１２ｃに巻線１３が施されている。

コア１２には、クランパ１１の径方向中心側に、第２の穴１２ｈが設けられている。また、クランパ１１には、第１の穴１１ｈが設けられている。コア１２の第２の穴１２ｈの中心１２ｐは、クランパ１１の第１の穴１１ｈの中心１１ｐに対して、矢印Ａで示したクランパ１１の径方向外側にずれている。コア１２は、クランパ１１に対して、第２の穴１２ｈおよび第１の穴１１ｈに配置される嵌め合いピン１４によって固定されている。クランパ１１はステータヨーク部を構成し、コア１２はティース部を構成する。

ハウジング１には、ロータ２０が取り付けられている。ロータ２０は、中心に回転軸２１を有する。回転軸２１は、ハウジング１に回転支持されている。また、ロータ２０は、円筒形のロータ本体２２を有する。ロータ本体２２の円筒部の内側には、磁石２３が設けられている。磁石２３は、コア１２と対向している。

図２は、ステータ１０をハウジング１に取り付けた図である。コア１２は、クランパ１１の外周に沿って全周にわたって取り付けられている。図２では、構造が見やすいように、コア１２の一部のみを示している。
クランパ１１は、ハウジング１に対して、位置決めピン３３および固定用ボルト３４によって取り付けられている。クランパ１１の内周部は、ハウジング１の内周よりも、クランパ１１の径方向外側になるように配置されている。

図３は、コアおよびクランパを示した図である。クランパ１１は段差を有し、段差における下段面１１ｄ上にコア１２が配置されている。巻線部１２ｃには巻線１３が施されたコア１２は、直方体に近い形状である。
コア１２は、クランパ１１に接する側に、根本側面１２ｓを有している。根本側面１２ｓは、上面から見た場合に円弧形状である。すなわち、根本側面１２ｓは曲面である。また、クランパ１１は、径方向外側に、円筒面である外周面１１ａを有している。コア１２は、根本側面１２ｓにおいて、クランパ１１の外周面１１ａに対して、２つの直線１２ｅで接している。

以下、図４〜図９および図２を用いて、実施の形態１におけるステータを、さらに説明する。

図４は、コア本体を構成するコアシート１２ｚの平面図である。コアシート１２ｚは、電磁鋼板で作製されている。コアシート１２ｚは、根本部１２ｂ、巻線部１２ｃ、および外周部１２ｄを有している。根本部１２ｂの中央部には、貫通穴である第２の穴１２ｈが設けられている。巻線部１２ｃは、長方形である。巻線部１２ｃは、根本部１２ｂおよび外周部１２ｄより、幅が狭く形成されている。
図５は、コア本体の側面図である。コア本体１２ｙは、電磁鋼板が重ねられ、図４において説明したコアシート１２ｚの形状に抜かれ、カシメが行われることで形成される。すなわち、コア本体１２ｙは、図４を用いて説明したコアシート１２ｚが積層されたものである。

図６は、コアに絶縁部材が取り付けられた後の上面図である。図７は、図６を矢印ＶＩＩから見た図である。
コア本体１２ｙの１つの面に、両端に垂直のフランジを有する絶縁体のインシュレータ３２が取り付けられる。インシュレータ３２において、インシュレータ３２が取り付けられた１つの面に対向する面に、同じく、インシュレータ３２が取り付けられる。インシュレータ３２には、周辺に４つの角３２ｃを有している。

コア本体１２ｙにおいて、インシュレータ３２が取り付けられていない側面には、シート状の絶縁体であるスロットセル３１が取り付けられる。スロットセル３１は、インシュレータ３２の角３２ｃに合わせて、折り曲げられる。折り曲げられたスロットセル３１には、折り返し部３１ａが設けられている。
折り返し部３１ａは、後述するように、さらに破線で示すように折り曲げられる。

図８は、巻線が施されたコアの概略上面図である。図８に示すように、コア本体１２ｙの巻線部１２ｃに巻線１３が施される。巻線１３には、耐熱エナメル電線を用いる。巻線１３は、スロットセル３１およびインシュレータ３２の外側に巻かれる。このようにすることにより、巻線１３は、コア本体１２ｙとの間の絶縁が確保される。また、スロットセル３１の折り返し部３１ａは、折り曲げられ、巻線１３を外側から覆っている。これにより、隣接するコア１２の巻線１３との間の絶縁が確保される。

図９は、コア１２をクランパ１１に取り付けた図である。図９に示すように、巻線１３が施されたコア１２を、クランパ１１に取り付ける。
まず、コア１２をクランパ１１の外周に配置する。この場合、クランパ１１には段差が設けられているので、クランパ１１の下段面１１ｄ上にコア１２を配置する。
クランパ１１には、あらかじめ、クランパ１１の下段面１１ｄに、コア１２の数に合わせて、第１の穴１１ｈを設けておく。この場合、第１の穴１１ｈの中心１１ｐは、第２の穴１２ｈの中心１２ｐより、クランパ１１の径方向の内側になるように配しておく。

次に、クランパ１１の第１の穴１１ｈに、嵌め合いピン１４を挿入する。
次に、コア１２の第２の穴１２ｈに、嵌め合いピン１４を挿入する。この場合、第２の穴１２ｈの中心１２ｐは、第１の穴１１ｈの中心１１ｐより、クランパ１１の径方向の外側にあるので、コア１２をクランパ１１に押し付けながら圧入する。
次に、コア１２を、嵌め合いピン１４によって、クランパ１１に取り付ける工程を、クランパ１１の全周にわたって行う。

次に、隣接するコア１２の上部を溶接する。これによって、溶接部４１が形成される。コア１２は、アウターロータの磁石２３から円周方向Ｂに反力を受けている。反力を受けたコア１２は、溶接部４１を介して、隣接するコア１２に反力による荷重を逃がすことができる。
次に、コア１２およびクランパ１１の間を、全周にわたって溶接する。これによって、溶接部４２が形成される。この溶接によって、嵌め合いピン１４の抜けが防止される。また、コア１２は、クランパ１１に対して、より強固に固定される。
なお、嵌め合いピン１４のみで、コア１２がクランパ１１に対して十分に固定されている場合には、以上２つの溶接は省略してもよい。
この後、コア１２が固定されたクランパ１１は、位置決めピン３３および固定用ボルト３４によって、ハウジング１に固定される（図２参照）。

コア１２には、あらかじめ巻線１３が施されている。したがって、コア１２をクランパ１１に固定する場合、隣接するコア１２の間の隙間を非常に小さくすることができる。そのため、コイルの占有面積を大きくすることができる。また、コア１２には、クランパ１１に固定されるための第２の穴１２ｈが、中央部に１つ設けられている。コア１２の中央部は、磁力線の密度が低いため、モータの鉄損は増加しない。これにより、モータの効率を高めることができる。

コア１２の穴１２ｈの中心１２ｐは、クランパ１１の第１の穴１１ｈの中心１１ｐに対して、クランパ１１の径方向外側にずらされている。したがって、コア１２は、クランパ１１に固定される場合に、クランパ１１に押し付けられている。また、コア１２の根本側面１２ｓの曲率半径Ｒ２は、クランパ１１の外周面１１ａの半径Ｒ１よりも小さい。そのため、コア１２の根本側面１２ｓは、クランパ１１の外周面１１ａに対して、２つの直線１２ｅで接する。このように、コア１２が、クランパ１１に対して、２つの直線１２ｅで接することによって、コア１２は嵌め合いピン１４の回りで回転することが抑制される。

コア１２の根本側面１２ｓの曲率半径Ｒ２は、クランパ１１の半径Ｒ１よりも小さい。また、コア１２は、クランパ１１に対して押し付けられている。このようにすることによって、コア１２は、クランパ１１の曲面に倣うため、コア１２の外周側の面は、真円度を確保することが可能となる。

このように、実施の形態１によるアウターロータ型モータ１００のステータ１０では、クランパ１１には、巻線１３が施されたコア１２をクランパ１１に固定するための第１の穴１１ｈが設けられ、コア１２には、コア１２の中央部に、第２の穴１２ｈが設けられている。第２の穴１２ｈの中心１２ｐは、第１の穴１１ｈの中心１１ｐよりクランパ１１の径方向の外側にあり、第１の穴１１ｈおよび第２の穴１２ｈに嵌め合いピン１４が配置されている。

このようにすることで、嵌め合いピン１４によって、あらかじめ巻線１３が施されたコア１２は、クランパ１１に固定される。コア１２がクランパ１１に固定される場合、隣接するコア１２の間の隙間を非常に小さくすることができる。そのため、コイルの占有面積を大きくすることができる。また、コア１２には、クランパ１１に固定されるための第２の穴１２ｈが、中央部に１つ設けられている。コア１２の中央部は、磁力線の密度が低いため、モータの鉄損は増加しない。

これにより、高効率のモータを提供することができる。

クランパ１１の径方向において、コア１２の根本側面１２ｓは、クランパ１１の外周面１１ａと接し、根本側面１２ｓは曲面であり、外周面１１ａは円筒面であり、根本側面１２ｓの曲率半径Ｒ２は、外周面１１ａの半径Ｒ１より小さい。これにより、コア１２は、嵌め合いピン１４の回りで回転することが抑制される。また、コア１２は、クランパ１１の曲面に倣うため、コア１２の外周側の面は、真円度を確保することが可能となる。

また、このように、実施の形態１によるアウターロータ型モータのステータの製造方法において、コア１２を固定する第１の穴１１ｈが設けられているクランパ１１を準備する工程と、第１の穴１１ｈとずれた位置に設けられている第２の穴１２ｈを有し、巻線１３が施されたコア１２を準備する工程とを備えている。さらに、実施の形態１によるステータの製造方法では、嵌め合いピン１４を第１の穴１１ｈに挿入する工程と、嵌め合いピン１４を第２の穴１２ｈに挿入するとともに、コア１２をクランパ１１に押し付けて、コア１２をクランパ１１に固定する工程とを備えている。

このようにすることで、コア１２は、クランパ１１に押し付けられながら固定される。これにより、コア１２は、嵌め合いピン１４の回りで回転することが抑制される。また、コア１２には、クランパ１１に固定されるための第２の穴１２ｈが、磁力線の密度の低い中央部に１つ設けられている。これにより、モータの鉄損は増加しない。

１０ ステータ、１１ クランパ（ステータヨーク部）、１１ａ 外周面、１１ｈ 第１の穴、１１ｐ 第１の穴の中心、１２ コア（ティース部）、１２ｈ 第２の穴、１２ｐ 第２の穴の中心、１２ｓ 根本側面、１３ 巻線、１４ 嵌め合いピン、１００ アウターロータ型モータ、Ｒ１ クランパの外周面の半径、Ｒ２ コアの根本側面の曲率半径。

Claims (3)

1. ステータヨーク部および巻線が施されたティース部を別体としたアウターロータ型モータのステータであって、
   前記ステータヨーク部には、前記ティース部を前記ステータヨーク部に固定するための第１の穴が設けられ、
   前記ティース部には、前記ティース部の中央部に、第２の穴が設けられ、
   前記第２の穴の中心は、前記第１の穴の中心より前記ステータヨーク部の径方向の外側にあり、
   前記第１の穴および前記第２の穴に嵌め合いピンが配置されるステータ。
2. 前記ステータヨーク部の径方向において、前記ティース部の根本側面は、前記ステータヨーク部の外周面と接し、
   前記根本側面は曲面であり、
   前記外周面は円筒面であり、
   前記根本側面の曲率半径は、前記外周面の半径より小さい請求項１に記載のステータ。
3. ティース部を固定する第１の穴が設けられているステータヨーク部を準備する工程と、
   前記第１の穴とずれた位置に設けられている第２の穴を有し、巻線が施された前記ティース部を準備する工程と、
   嵌め合いピンを前記第１の穴に挿入する工程と、
   前記嵌め合いピンを、前記第２の穴に挿入するとともに、前記ティース部を前記ステータヨーク部に押し付けて、前記ティース部を前記ステータヨーク部に固定する工程とを備えるステータの製造方法。

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