JP7211883B2 - ステータおよびモータ - Google Patents

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Description

本開示は、ステータおよびモータに関する
従来、ステータとしては、複数の分割コアを接合面で結合することにより構成された環状のステータコアを備えたインナーロータ形のステータがある(例えば、特開2002-95192号公報(特許文献1)参照)。このステータの複数の分割コアは、周方向に延びるヨーク部と、そのヨーク部から径方向内側に延びるティース部とをそれぞれ有する。
特開2002-95192号公報
上記従来のステータでは、分割コアのヨーク部の周方向の一方に凸部を設けると共に周方向の他方に凹部を設け、隣接する分割コア同士を一方の分割コアの凸部を他方の分割コアの凹部に嵌め合わせることにより、複数の分割コアを環状に組み立てている。
しかしながら、上記ステータでは、分割コア同士を締結する力を確保するため、分割コアの接合部分の外周端を積層方向に溶着しなければならないという問題がある。
本開示では、分割コア同士を溶着することなく、分割コア間の締結力を確保できるステータおよびそのステータを備えるモータを提案する。
本開示のステータは、
環状に配置された複数の分割コアを有するステータコアを備え、
上記分割コアは、ヨーク部と、上記ヨーク部から上記ステータコアの径方向に突出するティース部とを有し、
互いに隣接する上記分割コアの上記ヨーク部同士が連結された接合面側に、上記ステータコアの上端面から下端面に亘って上記ステータコアの軸方向に沿って嵌合部が設けられ、
上記嵌合部は、上記ヨーク部の上記ステータコアの周方向の一方側に設けられた凸部と、上記ヨーク部の上記周方向の他方側に設けられた凹部とを有すると共に、
上記ヨーク部の上記凸部および/または上記凹部の周囲部にカシメが設けられ、上記分割コア同士が締結されていることを特徴とする。
本開示によれば、互いに隣接する分割コアのヨーク部同士が連結された接合面側に、ステータコアの上端面から下端面に亘ってステータコアの軸方向に沿って嵌合部を設け、その嵌合部にカシメを設けることによって、嵌合部が塑性変形することで、嵌合部に加工上の寸法ばらつきが生じても分割コア間の締結力を向上できる。したがって、分割コア同士を溶着することなく、分割コア間の締結力を確保できる。また、嵌合部が小さい形状であっても、分割コア間の締結力を確保できるので、嵌合部における接触部分の長さを短くして漏れ磁束を低減でき、このステータを備えるモータの効率を向上できる。
また、本開示の1つの態様に係るステータでは、
上記ステータコアの上端面または下端面の少なくとも一方において上記嵌合部に上記カシメを設けている。
本開示によれば、ステータコアの上端面または下端面の少なくとも一方において嵌合部にカシメを設けることによって、分割コア間の締結力を簡単に向上できる。また、カシメによる歪は、ステータコアの上端側または下端側の少なくとも一方に留まるので、カシメの歪による鉄損の影響は少ない。
また、本開示の1つの態様に係るステータでは、
上記カシメは、互いに隣接する上記分割コアに跨がって設けられている。
本開示によれば、互いに隣接する分割コアに跨がってカシメを設けることによって、互いに隣接する分割コアそれぞれの嵌合部を構成する部分に亘って塑性変形するので、分割コア間の締結力をさらに向上できる。
また、本開示の1つの態様に係るステータでは、
上記カシメは、互いに隣接する上記分割コアに上記ステータコアの径方向に跨がって設けられている。
本開示によれば、互いに隣接する分割コアにステータコアの径方向に跨がってカシメを設けることによって、互いに隣接する分割コアそれぞれの嵌合部を構成する部分に径方向に亘って塑性変形するので、分割コア間の締結力をさらに向上できる。
また、本開示の1つの態様に係るステータでは、
記凸部と上記凹部のそれぞれは、上記接合面側の一端から夫々延びる互いに平行な2つの直線部と、該2つの直線部の他端間を接続する円弧部とを有する。
本開示によれば、接合面側の一端から夫々延びる互いに平行な2つの直線部と、該2つの直線部の他端間を接続する円弧部とを有する凸部と凹部によって、互いに隣接する分割コア同士を容易に結合できる。
また、本開示のモータは、
上記のいずれか1つのステータと、
上記ステータの径方向に対向するように配置されたロータと
を備えることを特徴とする。
本開示によれば、ステータの漏れ磁束を低減でき、効率を向上できる。
本開示によれば、分割コア同士を溶着することなく、分割コア間の締結力を確保できるステータコアを備えたステータを製造できる。
本開示の第1実施形態のステータを備えたモータの断面図である。 図1のII-II線から見たモータの断面図である。 上記ステータコアの平面図である。 上記ステータコアを構成する分割コアの平面図である。 上記分割コアを連結させた状態を示す平面図である。 第1例の分割コアの嵌合部を含む要部の拡大図である。 第2例の分割コアの嵌合部を含む要部の拡大図である。 第3例の分割コアの嵌合部を含む要部の拡大図である。 第4例の分割コアの嵌合部を含む要部の拡大図である。 第5例の分割コアの嵌合部を含む要部の拡大図である。 第6例の分割コアの嵌合部を含む要部の拡大図である。 上記ステータコアの磁束分布を示す図である。 本開示の第2実施形態のステータのステータコアを構成する分割コアの平面図である。
以下、実施形態を説明する。なお、図面において、同一の参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等の図面上の寸法は、図面の明瞭化と簡略化のために実際の尺度から適宜変更されており、実際の相対寸法を表してはいない。
〔第1実施形態〕
図1は、本開示の第1実施形態のステータ1を備えたモータ100の断面図であり、図2のI-I線から見たモータ100の断面を示す。また、図2は図1のII-II線から見たモータ100の断面図である。
図1に示すように、このモータ100は、いわゆるアウターロータ型のモータ100であり、環状のステータ1と、ステータ1の径方向外側に対向するように配置されたロータ2とを備える。このモータ100は、シャフト3を介して、図示しないファン等の部材を回転駆動する。
図1,図2に示すように、ロータ2は、モールド樹脂20と、複数のバックヨーク21と、複数の磁石22とを備える。
モールド樹脂20は、カップ状に形成され、ステータ1のステータコア10を覆う。モールド樹脂20は、連結部材23を介してシャフト3に固定されている。この実施形態では、モールド樹脂20にBMC(Bulk Molding Compound)を用いている。
バックヨーク21および磁石22は、モールド樹脂20により一体にモールドされている。この第1実施形態では、8つのバックヨーク21が環状に配列されている。バックヨーク21の径方向内側に8つの磁石22が環状に配列されている。周方向に隣り合う磁石22,22の磁性が異なっている。
ステータ1は、ステータコア10と、インシュレータ11と、コイル12とを備える。
ステータコア10は、積層された複数の電磁鋼板で構成されている。ステータコア10は、環状のステータヨーク30と、このステータヨーク30の外周面から径方向外側に突出する複数のティース部31とを有する。この第1実施形態では、12個のティース部31が周方向に間隔をあけて配列されている。
インシュレータ11は、ステータコア10の各ティース部31に取り付けられている。インシュレータ11は、樹脂等の絶縁性材料からなる。
コイル12は、ステータコア10のティース部31に、インシュレータ11を介して集中巻きで巻回されている。コイル12に電流を流してステータコア10に電磁力を発生させ、この電磁力によってロータ2をシャフト3とともに回転させる。
モールド樹脂部13は、ステータコア10、インシュレータ11およびコイル12を一体にモールドしている。モールド樹脂部13は、例えば、BMC(Bulk Molding Compound)から構成されている。
モールド樹脂部13は、軸受14を介してシャフト3を支持している。モールド樹脂部13には、モータ100を図示しない他の部材に取り付けるための取付台15が設けられている。また、取付台15には、カバー16が取り付けられている。カバー16は、ロータ2を覆って、ごみや水などの侵入を防止している。カバー16は、モールド樹脂によって軸受ハウジング17を一体にモールドすることにより形成されている。カバー16は、軸受18を介してシャフト3を支持している。
図3は、ステータコア10の平面図である。図3に示すように、ステータコア10は、環状に配置された複数の分割コア40を有する。分割コア40は、径方向内側のヨーク部41と、このヨーク部41から径方向外側に突出するティース部31とを有する。
12個の分割コア40を環状に配列し、隣り合う分割コア40のヨーク部41同士を連結してステータコア10を形成している。
図4は、ステータコア10を構成する分割コア40の平面図であり、図4に示すように、分割コア40のヨーク部41は、ステータコア10の周方向一方の接合面43側に、分割コア40の上端面から下端面に亘ってステータコア10の軸方向に沿って設けられた凸部41aと、上記周方向他方の接合面43側に、分割コア40の上端面から下端面に亘ってステータコア10の軸方向に沿って設けられた凹部41bとを有する。
平面視において、ヨーク部41の凸部41aは、接合面43側の一端から夫々延びる互いに平行な2つの直線部L11,L12と、その2つの直線部L11,L12の他端間を接続する円弧部C11とを有する。円弧部C11は、凸部41aの先端側(接合面43と反対の側)が膨らむように設けられている。
直線部L11,L12は、ヨーク部41の周方向一方側の接合面43に対して夫々90degの角度を成している。
また、ヨーク部41の凹部41bは、接合面43側の一端から夫々延びる互いに平行な2つの直線部L21,L22と、その2つの直線部L21,L22の他端間を接続する円弧部C21とを有する。円弧部C21は、凹部41bの接合面43と反対の側が膨らむように設けられている。
直線部L21,L22は、ヨーク部41の周方向他方側の接合面43に対して夫々90degの角度を成している。
また、分割コア40のヨーク部41側にカシメ47が設けられていると共に、ティース部31の径方向外側にカシメ48が設けられている。このカシメ47,48によって、分割コア40を構成する複数の電磁鋼板を一体に固定している。
図5は、2つの分割コア40を連結させた状態を示す平面図であり、図5において、L1は、各分割コア40の径方向における中心線である。図5に示すように、隣り合う分割コア40のヨーク部41,41において、一方の分割コア40のヨーク部41の凸部41aと、他方の分割コア40のヨーク部41の凹部41bとが嵌まり合って、隣り合うヨーク部41同士が結合される。ヨーク部41の凸部41aと凹部41bで嵌合部42を構成している。
ここで、嵌合部42は、一方の分割コア40のヨーク部41の凸部41aと、他方の分割コア40のヨーク部41において凹部41bを形成している凹部41bの周縁部分とを含む。
分割コア40のヨーク部41の接合面43において、ステータコア10の径方向外側の端と径方向内側の端との間の中心P1(図5に示す仮想円VCと接合面43との交点)よりも径方向内側に嵌合部42の端が位置する。仮想円VCは、ステータコア10の中心O1を中心とする円であって、かつ、各分割コア40のヨーク部41の接合面43の中心P1を通る円である。ヨーク部41の接合面43に沿った平面は、ステータコア10の中心O1を通る。
一方、全ての分割コア40のティース部31において、隣り合うティース部31,31の外周部は、互いに分離されている。
このようにして、隣り合うヨーク部41同士を連結して、連結された12個のヨーク部41でステータヨーク30を構成する。
なお、各分割コア40は、隣り合うヨーク部41同士を連結する前に、ティース部31をインシュレータ11(図1,図2に示す)で覆って、インシュレータ11で覆われたティース部31にコイル12(図1に示す)を巻回する。
上記第1実施形態のステータ1では、分割コア40のヨーク部41に設けられた嵌合部42は、接合面43に直交する方向に延びている。
ここで、図6~図11の第1例~第6例に示すように、ステータコア10の上端面および下端面の嵌合部42にカシメ44A~44Gのうちのいずれかを設ける。これにより、嵌合部42が塑性変形することで、分割コア40間の締結力を向上できる。また、嵌合部42が小さい形状であっても、カシメ44A~44Gにより分割コア40間の締結力を確保できるので、嵌合部42における接触部分の長さを短くして、漏れ磁束を小さくすることができる。また、カシメ44A~44Gによる歪は、ステータコア10の上端側および下端側に留まるので、カシメ44A~44Gの歪による鉄損の影響は少ない。
図6は、第1例の分割コア40の嵌合部42を含む要部の拡大図を示しており、図6に示すように、ヨーク部41の嵌合部42の凸部41aに、長手方向がステータコア10の周方向に沿うように、太い線状のカシメ44Aを設けている。
図7は、第2例の分割コア40の嵌合部42を含む要部の拡大図を示しており、図7に示すように、ヨーク部41の嵌合部42の凸部41aに、円形状のカシメ44Bを設けている。
図8は、第3例の分割コア40の嵌合部42を含む要部の拡大図を示しており、図8に示すように、隣接する一方のヨーク部41の凸部41aの先端部分と、隣接する他方のヨーク部41に跨がって、長手方向がステータコア10の周方向に沿うように、太い線状のカシメ44Cを設けている。
図9は、第4例の分割コア40の嵌合部42を含む要部の拡大図を示しており、図9に示すように、隣接する一方のヨーク部41の凸部41aと、その凸部41aの径方向両側かつ隣接する他方のヨーク部41に跨がって、長手方向が径方向に沿うように、太い線状のカシメ44Dを設けている。
図10は、第5例の分割コア40の嵌合部を含む要部の拡大図を示しており、図10に示すように、隣接する一方のヨーク部41の凸部41aに、長手方向が径方向に沿うように、太い線状のカシメ44Eを設けている。
図11は、第6例の分割コア40の嵌合部42を含む要部の拡大図を示しており、図11に示すように、隣接する一方のヨーク部41の凹部41bの径方向両側に、長手方向がステータコア10の周方向に沿うように、太い線状のカシメ44F,44Gを設けている。
図12は、シミュレーションにより求めたステータコア10の磁束分布を示している。なお、図12において、ロータ2は、図2の構成と異なり、シミュレーション用の構成をしている。
図12に示すように、分割コア40の嵌合部42における磁束密度は、分割コア40の接合面43における嵌合部42よりも径方向外側の領域の磁束密度よりも低い。したがって、嵌合部42による漏れ磁束を低減できる。
上記構成のステータ1によれば、互いに隣接する分割コア40のヨーク部41同士が連結された接合面43に嵌合部42を設け、その嵌合部42にカシメ44A~44Gを設けることによって、嵌合部42が塑性変形することで、嵌合部42に加工上の寸法ばらつきが生じても、分割コア40間の締結力を向上できる。したがって、分割コア40同士を溶着することなく、分割コア40間の締結力を確保できる。また、嵌合部42が小さい形状であっても、分割コア40間の締結力を確保できるので、嵌合部42における接触部分の長さを短くして漏れ磁束を低減でき、モータ100の効率を向上できる。
また、図6~図11に示すように、ステータコア10の上端面および下端面において嵌合部42にカシメ44A~44Gを設けることによって、分割コア40間の締結力を簡単に向上できる。
また、図8,図9に示すように、互いに隣接する分割コア40に跨がってカシメ44C,44Dを設けることによって、互いに隣接する分割コア40それぞれの嵌合部42を構成する部分に亘って塑性変形するので、分割コア40間の締結力をさらに向上できる。
また、図9に示すように、互いに隣接する分割コア40にステータコア10の径方向に跨がってカシメ44Dを設けることによって、互いに隣接する分割コア40それぞれの嵌合部42を構成する部分に径方向に亘って塑性変形するので、分割コア40間の締結力をさらに向上できる。
また、嵌合部42の凸部41aは、接合面43側の一端から夫々延びる互いに平行な2つの直線部L11,L12と、該2つの直線部L11,L12の他端間を接続する円弧部C11とを有する形状とし、嵌合部42の凹部41bは、接合面43側の一端から夫々延びる互いに平行な2つの直線部L21,L22と、該2つの直線部L21,L22の他端間を接続する円弧部C21とを有する形状とすることによって、互いに隣接する分割コア40の一方の分割コア40の凸部41aを、ステータコア10の周方向から他方の分割コア40の凹部41bに挿入することができ、分割コア40同士を容易に結合できる。
また、上記構成のモータ100によれば、ステータ1の漏れ磁束を低減でき、効率を向上できる。
上記第1実施形態では、平面視において、嵌合部42の凸部41aと凹部41bの部分を、ステータコア10の中心O1を中心としかつヨーク部41の接合面43の中心P1を通る仮想円VCよりもステータコア10の径方向内側に設けたが、ヨーク部の接合面における位置に関わらず、接合面に嵌合部が設けられたものであればよい。
また、上記第1実施形態では、嵌合部42の凸部41aは、接合面43側の一端から夫々延びる互いに平行な2つの直線部L11,L12と、該2つの直線部L11,L12の他端間を接続する円弧部C11とを有する形状とし、嵌合部42の凹部41bは、接合面43側の一端から夫々延びる互いに平行な2つの直線部L21,L22と、該2つの直線部L21,L22の他端間を接続する円弧部C21とを有する形状としたが、嵌合部42の凸部と凹部の形状は、これに限らない。例えば、嵌合部の凸部および凹部の互いに平行な2つの直線部のうちの一方を曲線部としてもよいし、2つの直線部の代わりに両方が曲線部としてよく、また円弧部の代わりに多角形部としてもよい。
〔第2実施形態〕
図13は、本開示の第2実施形態のステータのステータコアを構成する分割コア140の平面図である。この第2実施形態のステータの分割コア140は、ヨーク部141の凸部141aと凹部141bで構成された嵌合部142を除いて第1実施形態のステータ1の分割コア40と同一の構成をしており、図1,図2を援用する。
図13に示すように、分割コア140のヨーク部141は、ステータコア10の周方向の一方側に設けられた凸部141aと、上記周方向の他方側に設けられた凹部141bとを有する。
平面視において、ヨーク部141の凸部141aは、接合面143側の一端から夫々延びる互いに平行な2つの直線部L31,L32と、その2つの直線部L31,L32の他端間を接続する円弧部C31とを有する。円弧部C31は、凸部141aの先端側(接合面143と反対の側)が膨らむように設けられている。
直線部L31は、ヨーク部141の上記周方向の一方側の接合面143に対して85degの角度を成している。また、直線部L32は、ヨーク部141の上記周方向の一方側の接合面143に対して95degの角度を成している。
また、ヨーク部141の凹部141bは、接合面143側の一端から夫々延びる互いに平行な2つの直線部L41,L42と、その2つの直線部L41,L42の他端間を接続する円弧部C41とを有する。円弧部C41は、凹部141bの接合面143と反対の側が膨らむように設けられている。
直線部L41は、ヨーク部141の上記周方向の他方側の接合面143に対して95degの角度を成している。また、直線部L42は、ヨーク部141の上記周方向の一方側の接合面143に対して85degの角度を成している。
分割コア140のヨーク部141側にカシメ147が設けられていると共に、ティース部131の径方向外側にカシメ148が設けられている。このカシメ147,148によって、分割コア40を構成する複数の電磁鋼板を一体に固定している。
上記第2実施形態のステータは、第1実施形態のステータ1と同様の効果を有する。
また、上記第2実施形態のステータでは、分割コア140のヨーク部141に設けられた嵌合部142は、接合面143に直交する方向に対して斜め外向きに延びている。これにより、分割コア140に対して接合面143に直交する方向に働く力に対して、嵌合部142の嵌め合いが外れにくくなるので、分割コア140間の結合力を保つことができる。
上記第1,第2実施形態では、アウターロータ型のステータ1およびそのステータ1を備えるモータ100について説明したが、インナーロータ型のステータおよびそのステータを備えるモータにこの発明を適用してもよい。
上記第1,第2実施形態では、環状に配列された分割コア40,140のヨーク部41,141を嵌合部42,142により連結したが、嵌合部の形状はこれに限らず、互いに隣接する分割コアのヨーク部同士が連結される接合面側に、ステータコアの上端面から下端面に亘ってステータコアの軸方向に沿って設けられた嵌め合い構造であればよい。
さらに、分割コアのヨーク部の接合面において、ステータコアの径方向外側の端と径方向内側の端との間の中心よりも径方向内側に嵌合部の端が位置していることが好ましい。この場合、嵌合部の接合面と反対の側の一部は、ステータコアの中心を中心とする仮想円であってかつ接合面における径方向外側の端と径方向内側の端との間の中心を通る仮想円よりも径方向外側に位置してもよい。
本開示の具体的な実施の形態について説明したが、本開示は上記第1,第2実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々変更して実施することができる。
1…ステータ
2…ロータ
3…シャフト
10…ステータコア
11…インシュレータ
12…コイル
13…モールド樹脂部
14…軸受
15…取付台
16…カバー
17…軸受ハウジング
18…軸受
20…モールド樹脂
21…バックヨーク
22…磁石
23…連結部材
30…ステータヨーク
31,131…ティース部
40,140…分割コア
41,141…ヨーク部
41a,141a…凸部
41b,141b…凹部
42,142…嵌合部
43,143…接合面
44A~44G…カシメ
47,48,147,148…カシメ
50…上インシュレータ部
60…下インシュレータ部
100…モータ
L11,L12,L21,L22,L31,L32,L41,L42…直線部
C11,C21,C31,C41…円弧部

Claims (6)

  1. アウターロータ型のモータのステータ(1)であって、
    環状に配置された複数の分割コア(40,140)を有するステータコア(10)を備え、
    上記分割コア(40,140)は、ヨーク部(41,141)と、上記ヨーク部(41,141)から上記ステータコア(10)の径方向に突出するティース部(31,131)とを有し、
    互いに隣接する上記分割コア(40,140)の上記ヨーク部(41,141)同士が連結された接合面(43,143)側に、上記ステータコア(10)の上端面から下端面に亘って上記ステータコア(10)の軸方向に沿って嵌合部(42,142)が設けられ、
    上記嵌合部(42,142)は、上記ヨーク部(41,141)の上記ステータコア(10)の周方向の一方側に設けられた凸部(41a)と、上記ヨーク部(41,141)の上記周方向の他方側に設けられた凹部(41b)とを有すると共に、
    上記ヨーク部(41,141)の上記凹部(41b,141b)の周囲部および/または上記凸部(41a,141a)にカシメ(44A~44G)が設けられていることによって、上記分割コア(40,140)同士が締結され
    上記接合面(43,143)は、上記嵌合部(42,142)と、上記嵌合部(42,142)よりも径方向外側の領域と、上記嵌合部(42,142)よりも径方向内側の領域とを有し、
    上記嵌合部(42,142)よりも径方向外側の領域は、上記嵌合部(42,142)よりも径方向内側の領域に比べて、径方向の長さが大きいことを特徴とするステータ(1)。
  2. 請求項1に記載のステータ(1)において、
    上記ステータコア(10)の上端面または下端面の少なくとも一方において上記嵌合部(42,142)に上記カシメ(44A~44G)を設けていることを特徴とするステータ(1)。
  3. 請求項1または2に記載のステータ(1)において、
    上記カシメ(44A~44G)は、互いに隣接する上記分割コア(40,140)に跨がって設けられていることを特徴とするステータ(1)。
  4. 請求項1から3までのいずれか1つに記載されたステータ(1)において、
    上記カシメ(44A~44G)は、互いに隣接する上記分割コア(40,140)に上記ステータコア(10)の径方向に跨がって設けられていることを特徴とするステータ(1)。
  5. 請求項1から4までのいずれか1つに記載のステータ(1)において、
    上記凸部(41a)と上記凹部(41b)のそれぞれは、上記接合面(43,143)側の一端から夫々延びる互いに平行な2つの直線部(L11,L12,L21,L22,L31,L32,L41,L42)と、該2つの直線部(L11,L12,L21,L22,L31,L32,L41,L42)の他端間を接続する円弧部(C11,C21,C31,C41)とを有することを特徴とするステータ(1)。
  6. 請求項1から5までのいずれか1つに記載のステータ(1)と、
    上記ステータ(1)の径方向に対向するように配置されたロータ(2)と
    を備えることを特徴とするモータ(100)。
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