JP6734238B2 - ステータ構造およびブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータ構造およびブラシレスモータに関する。

従来、モータの鉄心として機能するステータコアを形成する手段として、金属材料からなる複数の薄帯を接着剤で接合しながら積層する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１１−３１２６０４号公報

しかしながら、従来の技術では、ステータコアにおける薄帯の体積が接着剤により相対的に小さくなることから、ステータコアの磁気特性が低下するという課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ステータコアの磁気特性を向上させることができるステータ構造およびブラシレスモータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るステータ構造は、ステータコアと、第１インシュレータおよび第２インシュレータと、複数のコイルと、複数のピンと、を備える。前記ステータコアは、磁性材料の薄帯が積層して構成され、環状の本体部から径方向に延在する複数のティースを有する。前記第１インシュレータおよび前記第２インシュレータは、樹脂製であり、軸方向における前記ステータコアの両側を覆う。前記複数のコイルは、前記第１インシュレータおよび前記第２インシュレータを介して前記複数のティースの延在部にそれぞれ巻回される。前記複数のピンは、前記第１インシュレータおよび前記第２インシュレータの少なくとも一方と一体的に形成され、前記第１インシュレータと前記第２インシュレータとを結合する。前記ステータコアは、複数の前記磁性材料の薄帯が互いに固定されずに単純に積層されて構成される。前記第１インシュレータおよび前記第２インシュレータの一方には、前記複数のティースの前記延在部が嵌まり込む溝部が形成される。前記第１インシュレータおよび前記第２インシュレータのもう一方には、前記溝部の外側から前記溝部を形成する前記インシュレータの互いに対向する側壁に嵌合する嵌合部が形成される。前記ステータコアの軸方向の全高は前記側壁の軸方向の高さよりも低く、前記嵌合部の内側に設けられた凸部が前記ステータコアの軸方向の端面を押圧する。

本発明の一態様によれば、ステータコアの磁気特性を向上させることができる。

図１は、実施形態に係るステータ構造の構成を示す斜視図である。 図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面斜視図である。 図３は、実施形態に係るステータ構造の組立工程を説明するための図（１）である。 図４は、実施形態に係るステータ構造の組立工程を説明するための図（２）である。 図５は、実施形態に係るステータ構造の組立工程を説明するための図（３）である。

以下、実施形態に係るステータ構造およびブラシレスモータについて図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態によりステータ構造およびブラシレスモータの用途が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（ステータ構造の構成）
最初に、実施形態に係るステータ構造１の詳細について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係るステータ構造１の構成を示す斜視図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面斜視図である。

図１に示すように、ステータ構造１は、略円筒形状を有する本体部２と、かかる本体部２から径方向に向かって延在する複数の延在部３とを有する。そして、ステータ構造１には、かかる複数の延在部３により、中央部に円孔部４が形成される。

そして、かかる円孔部４に、図示しないロータが回転軸Ｒを軸に回転自在な状態で配置されることにより、インナーロータ型のブラシレスモータが構成される。

ステータ構造１は、ステータコア１０と、第１インシュレータ２０と、第２インシュレータ３０と、図示しない複数のコイルと、複数のピン４０と、を備える。

ステータコア１０は、本体部１１と、複数のティース１２とを有する。なお、本体部１１は、ステータ構造１の本体部２に対応する部位であり、ティース１２は、ステータ構造１の延在部３に対応する部位である。また、ステータコア１０は、図２に示すように、金属製の複数の薄帯１０ａが積層して構成される。

第１インシュレータ２０と第２インシュレータ３０とは、回転軸Ｒと平行な方向（以下、軸方向とも呼称する。）におけるステータコア１０の両側を覆うように配置される。第１インシュレータ２０と第２インシュレータ３０とは、それぞれ絶縁性樹脂を射出成形することによって形成される。

図示しない複数のコイルは、ステータ構造１の延在部３にそれぞれ巻回される。すなわち、複数のコイルは、第１インシュレータ２０および第２インシュレータ３０を介して、複数のティース１２の延在部１２ａ（図３の（ｂ）参照）にそれぞれ巻回される。

複数のピン４０は、たとえば、ステータ構造１における本体部２の内周側や延在部３の先端側などに、軸方向に沿って複数設けられる。かかる複数のピン４０は、第２インシュレータ３０を射出成形する際に、かかる第２インシュレータ３０と一体的に成形される。たとえば、第２インシュレータ３０と同じ材料とすることで一体部品として射出成形され、またはインサート成形により、第２インシュレータ３０と複数のピンとが一体的に成形されることが考えられる。インサート成形によりピンを一体に形成する場合、ピン４０は金属材料でも構わない。

ここで、実施形態では、かかる複数のピン４０を第１インシュレータ２０に固定することにより、第１インシュレータ２０と第２インシュレータ３０とが結合される。これにより、図２に示すように、第１インシュレータ２０と第２インシュレータ３０とで、複数の薄帯１０ａが挟み込まれて保持される。

すなわち、実施形態に係るステータ構造１では、複数の薄帯１０ａを接着剤なしで保持できることから、ステータコア１０をすべて薄帯１０ａで構成することができる。したがって、実施形態によれば、ステータコア１０の磁気特性を向上させることができる。

また、実施形態では、薄帯１０ａをアモルファス金属材料もしくはナノ結晶軟磁性材料で構成するとよい。ここで、アモルファス金属材料もしくはナノ結晶軟磁性材料の薄帯１０ａでステータコア１０を構成した場合、電磁鋼板に比べて薄帯１０ａの厚さを薄くすることができることから、高速回転時の鉄損をさらに抑制することができる。

一方で、アモルファス金属材料もしくはナノ結晶軟磁性材料を用いた場合、電磁鋼板のように溶接やカシメ固着などの手段で複数の薄帯１０ａを一体に保持することができない。しかしながら、実施形態では、アモルファス金属材料もしくはナノ結晶軟磁性材料で薄帯１０ａを構成する場合でも、溶接やカシメ固着などの手段を用いることなくステータコア１０を構成することができる。

したがって、実施形態によれば、薄帯１０ａをアモルファス金属材料もしくはナノ結晶軟磁性材料で構成することにより、高速回転時の鉄損をさらに抑制することができる。なお、かかるアモルファス金属材料もしくはナノ結晶軟磁性材料は、たとえば、Ｃｏ系材料やＦｅ系材料などを用いるとよい。また薄帯１０ａの厚さは、たとえば２５μｍ程度にするとよい。

（ステータ構造の組立工程）
つづいて、実施形態に係るステータ構造１の組立工程について、図３〜図５を参照しながら説明する。図３は、実施形態に係るステータ構造１の組立工程を説明するための図（１）である。

図３の（ａ）〜（ｃ）に示すように、ステータ構造１は、第１インシュレータ２０と、ステータコア１０と、第２インシュレータ３０とが、回転軸Ｒを中心にして、上から順に積層して組み立てられる。

図３の（ａ）に示すように、第１インシュレータ２０は、環状の本体部２１を有する。また、かかる本体部２１の内周部から下方に突出する側壁２２と、本体部２１の内周部から径方向に内側に延在する複数の延在部２３と、かかる延在部２３の縁部から下方に突出する側壁２４とが設けられる。また、ピン４０の位置に対応する本体部２１の内周側や延在部２３の先端側などに、複数の切欠部２５が形成される。

図３の（ｂ）に示すように、ステータコア１０は、環状の本体部１１を有する。また、かかる本体部１１の内周部から径方向に内側に延在するティース１２が複数設けられる。かかるティース１２は、平面視で略Ｙ字形状であり、本体部１１の内周部から径方向に内側に延在する延在部１２ａと、かかる延在部１２ａの先端部から周方向に両側に突出する凸部１２ｂとを有する。

図３の（ｃ）に示すように、第２インシュレータ３０は、環状の本体部３１を有する。また、かかる本体部３１の内周部から径方向に内側に延在する複数の延在部３２と、本体部３１の内周部および延在部３２の縁部から上方に突出する側壁３３とを有する。なお、かかる側壁３３に複数のピン４０が上方に突出するように埋め込まれる。

そして、ステータ構造１の組立工程では、ステータコア１０のティース１２を、第１インシュレータ２０の延在部２３と第２インシュレータ３０の延在部３２とで上下から挟み込む。この挟み込み工程の詳細について、図４を参照しながら説明する。

図４は、実施形態に係るステータ構造１の組立工程を説明するための図（２）である。なお、図４は、図２に示したステータ構造１の延在部３における断面を示している。図４の（ａ）に示すように、挟み込み工程では、まず、所定の治具１００に第２インシュレータ３０をセットする。

次に、第２インシュレータ３０上に、複数の薄帯１０ａを積み重ねる。ここで、図４の（ａ）に示すように、第２インシュレータ３０の延在部３２と側壁３３とで形成される溝部３４に、薄帯１０ａを挿入しながら積み重ねる。

ここで、実施形態では、溝部３４が、図４の（ａ）に示すように、開口に向かうにしたがい幅が広くなるように形成されるとよい。これにより、薄帯１０ａを溝部３４に挿入する際に、薄帯１０ａの位置が周方向に多少ずれていたとしても、問題なく薄帯１０ａを溝部３４に挿入することができる。したがって、実施形態によれば、ステータ構造１の組立作業性を向上させることができる。

このようにして薄帯１０ａを積み重ねた後、第１インシュレータ２０を、第２インシュレータ３０の上から覆いかぶせて、積層された薄帯１０ａを挟み込む。この際、第１インシュレータ２０の延在部２３と側壁２４とで形成される嵌合部２６を、第２インシュレータ３０の溝部３４の外側から、かかる溝部３４に嵌合させる。

ここで、実施形態では、嵌合部２６が、図４の（ａ）に示すように、開口に向かうにしたがい幅が広くなるように形成されるとよい。これにより、図４の（ｂ）に示すように、力１０１で第１インシュレータ２０を押圧した場合、治具１００を基点に、第１インシュレータ２０と第２インシュレータ３０とを介して、薄帯１０ａが両側の側方からの力１０２で押圧される。

このように両側から押圧されることにより、周方向に位置がずれていた薄帯１０ａの位置を揃えることができる。したがって、実施形態によれば、ステータ構造１の組立作業性をさらに向上させることができる。

さらに、力１０１で上方から押圧することにより、第１インシュレータ２０と第２インシュレータ３０とで、複数の薄帯１０ａを隙間無く積層させることができる。なお、実施形態では、嵌合部２６における延在部２３の内壁に凸部２７を設けていることから、力１０１を効率よく薄帯１０ａの積層体に伝えることができる。

最後に、治具１００を取り外す。なお、治具１００を取り外すことにより、薄帯１０ａの積層体の側方において力１０２は加わらなくなるが、すでに力１０１で薄帯１０ａの積層体は一体に保持されているので、特に問題は無い。

つづいて、第１インシュレータ２０にピン４０を固定する工程について、図５を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係るステータ構造１の組立工程を説明するための図（３）である。

図５に示すように、第１インシュレータ２０と第２インシュレータ３０とでステータコア１０を挟み込んだ時点では、ピン４０の先端部４０ａが第１インシュレータ２０に形成される切欠部２５から外方に突出している。

ここで、実施形態では、かかる先端部４０ａを溶着することにより、ピン４０を第１インシュレータ２０に固定する。かかる溶着方法としては、たとえば、赤外線溶着や超音波溶着などを用いることができる。

最後に、ここまで組み立てたステータ構造１の延在部３に所定のターン数の巻線を巻回することにより、ステータ構造１が得られる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、実施形態では、第２インシュレータ３０と複数のピン４０とが一体的に形成された例について示したが、第１インシュレータ２０と複数のピン４０とが一体的に形成されていてもよい。また、第１インシュレータ２０と第２インシュレータ３０との両方が、複数のピン４０と一体的に形成されていてもよい。

また、実施形態では、第１インシュレータ２０に嵌合部２６が形成され、第２インシュレータ３０に溝部３４が形成された例について示したが、第１インシュレータ２０に溝部を形成し、第２インシュレータ３０に嵌合部を形成してもよい。

また、実施形態では、治具１００を基点に力１０２を薄帯１０ａの側方に加えた例について示したが、たとえば、第１インシュレータ２０の強度を高めることにより、治具１００ではなく第１インシュレータ２０を基点に力１０２を薄帯１０ａの側方に加えることができる。

さらに、実施形態では、インナーロータ型のブラシレスモータに本発明を適用した場合について示したが、アウターロータ型のブラシレスモータに本発明を適用してもよい。

以上のように、実施形態に係るステータ構造１は、ステータコア１０と、第１インシュレータ２０および第２インシュレータ３０と、複数のコイルと、複数のピン４０と、を備える。ステータコア１０は、磁性材料の薄帯１０ａが積層して構成され、環状の本体部１１から径方向に延在する複数のティース１２を有する。第１インシュレータ２０および第２インシュレータ３０は、樹脂製であり、軸方向におけるステータコア１０の両側を覆う。複数のコイルは、第１インシュレータ２０および第２インシュレータ３０を介して複数のティース１２の延在部１２ａにそれぞれ巻回される。複数のピン４０は、第１インシュレータ２０および第２インシュレータ３０の少なくとも一方と一体的に形成され、第１インシュレータ２０と第２インシュレータ３０とを結合する。これにより、ステータコア１０の磁気特性を向上させることができる。

また、実施形態に係るステータ構造１において、第１インシュレータ２０および第２インシュレータ３０の一方には、複数のティース１２の延在部１２ａが嵌まり込む溝部３４が形成され、溝部３４は、開口に向かうにしたがい幅が広くなるように形成される。これにより、ステータ構造１の組立作業性を向上させることができる。

また、実施形態に係るステータ構造１において、第１インシュレータ２０および第２インシュレータ３０のもう一方には、溝部３４の外側から溝部３４に嵌合する嵌合部２６が形成され、ステータコア１０の薄帯１０ａは、嵌合部２６が溝部３４の外側から嵌合する際に、嵌合部２６から溝部３４を介して側面が押圧される。これにより、ステータ構造１の組立作業性をさらに向上させることができる。

また、実施形態に係るステータ構造１において、薄帯１０ａは、アモルファス金属材料もしくはナノ結晶軟磁性材料で構成される。これにより、高速回転時の鉄損をさらに抑制することができる。

また、実施形態に係るブラシレスモータは、上述のステータ構造１と、ステータ構造１の内側に回転自在な状態で配置されたロータと、を備える。これにより、ステータコア１０の磁気特性を向上させたブラシレスモータを実現することができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ ステータ構造，１０ ステータコア，１０ａ 薄帯，１１ 本体部，１２ ティース，１２ａ 延在部，２０ 第１インシュレータ，２６ 嵌合部，３０ 第２インシュレータ，３４ 溝部，４０ ピン

Claims (5)

1. 磁性材料の薄帯が積層して構成され、環状の本体部から径方向に延在する複数のティースを有するステータコアと、
   軸方向における前記ステータコアの両側を覆う樹脂製の第１インシュレータおよび第２インシュレータと、
   前記第１インシュレータおよび前記第２インシュレータを介して前記複数のティースの延在部にそれぞれ巻回される複数のコイルと、
   前記第１インシュレータおよび前記第２インシュレータの少なくとも一方と一体的に形成され、前記第１インシュレータと前記第２インシュレータとを結合する複数のピンと、
   を備え、
   前記ステータコアは、複数の前記磁性材料の薄帯が互いに固定されずに単純に積層されて構成され、
   前記第１インシュレータおよび前記第２インシュレータの一方には、前記複数のティースの前記延在部が嵌まり込む溝部が形成され、
   前記第１インシュレータおよび前記第２インシュレータのもう一方には、前記溝部の外側から前記溝部を形成する前記インシュレータの互いに対向する側壁に嵌合する嵌合部が形成され、
   前記ステータコアの軸方向の全高は前記側壁の軸方向の高さよりも低く、前記嵌合部の内側に設けられた凸部が前記ステータコアの軸方向の端面を押圧する、
   ステータ構造。
2. 前記溝部は、軸方向に向けて開く開口に向かうにしたがい幅が広くなるように形成される、請求項１に記載のステータ構造。
3. 前記ステータコアの前記薄帯は、前記嵌合部が前記溝部の外側から嵌合する際に、前記嵌合部から前記溝部を介して側面が押圧される、請求項２に記載のステータ構造。
4. 前記薄帯は、アモルファス金属材料もしくはナノ結晶軟磁性材料で構成される、請求項１〜３のいずれか一つに記載のステータ構造。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載のステータ構造と、
   前記ステータ構造の内側に回転自在な状態で配置されたロータと、
   を備える、ブラシレスモータ。

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