JP7348029B2

JP7348029B2 - ステータおよびモータ

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Publication number: JP7348029B2
Application number: JP2019198075A
Authority: JP
Inventors: 達也妹尾
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2023-09-20
Anticipated expiration: 2039-10-31
Also published as: CN213279320U; DE102020006661A1; US20210135528A1; US11588365B2; JP2021072705A; CN112751439A

Description

本発明は、ステータおよびモータに関する。

ステータは、ステータコアと、ステータコアの軸芯側に突出する複数のティースと、複数のティースの各々に設けられるコイルとを有する。下記の特許文献１には、ティースの突出先端側から筒状のコイルボビンが挿入されることでティースにコイルが取り付けられた集中巻モータが開示されている。

特開２０１３－１５３６１５号公報

上記の特許文献１の集中巻モータでは、隣り合う一方のティースと他方のティースとの間の隙間に、一方のティースに取り付けられた第１のコイルと、他方のティースに取り付けられた第２のコイルとが存在する。

第１のコイルと第２のコイルとを絶縁するため、ティースが延びる方向に沿って、第１のコイルと第２のコイルとの間に間隙を設ける必要がある。したがって、隣り合う一方のティースと他方のティースとの間の隙間にコイルが占める割合（占積率）は低下する傾向にある。また、ステータコアの周方向における、隣り合う一方のティースと他方のティースとの間の隙間の長さが短くなるほど、占積率の低下の程度が大きくなる傾向にある。

そこで、本発明は、占積率の低下を抑制し得るステータおよびモータを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、ステータコアと、前記ステータコアの周方向に沿って間隔をあけて前記ステータコアに設けられ、前記ステータコアから前記ステータコアの軸芯側に突出する複数のティースと、複数の前記ティースの各々に設けられるコイルと、を有するステータであって、複数の前記コイルは、前記ティースの根元側に設けられる複数の外側コイルと、前記ティースの先端側に設けられる複数の内側コイルとを含み、複数の前記外側コイルと複数の前記内側コイルとは、前記ステータコアの周方向に沿って交互に配置され、複数の前記外側コイルの各々のコイル巻線は非固定の状態であり、複数の前記内側コイルの各々のコイル巻線は固定された状態である。

本発明の第２の態様は、上記のステータと、ロータと、を備えるモータである。

本発明の態様によれば、ティースが延びる方向に沿ってコイル間の間隙を設ける必要がなくなり、占積率の低下を抑制することができる。

実施形態のモータの一部を示す斜視図である。図１のモータにおけるロータを省略した図である。モータの回転軸の方向から見たステータの一部を示す図である。

本発明について、好適な実施形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

〔実施形態〕
図１および図２を用いて、実施形態のモータ１０を説明する。モータ１０は、ステータ１２と、ロータ１４とを備える。

ステータ１２は、ロータ１４を回転させるための力を発生するものである。ステータ１２は、ステータコア２０と、複数のティース２２と、複数のコイル２４とを有する。

ステータコア２０は、管状に形成される。ステータコア２０は、複数のコア片を周方向に接合することで管状に形成されてもよい。

複数のティース２２は、ステータコア２０の周方向に間隔をあけてステータコア２０に設けられる。複数のティース２２の各々は、管状のステータコア２０の内周面からステータコア２０の軸芯側に突出する。なお、ステータコア２０の軸芯は、モータ１０の回転軸Ａｘと一致する。

複数のコイル２４の各々は、１つのティース２２に設けられる。つまり、複数のコイル２４と、複数のティース２２とは一対一の関係にある。コイル２４のコイル巻線（コイルワイヤ）は、断面が円状の丸線であってもよく、断面が矩形状の平角線であってもよい。

ロータ１４は、ステータ１２で発生する力に応じて回転するものである。ロータ１４は、ロータコア３０と、ロータシャフト３２とを備える。

ロータコア３０は、管状のステータコア２０の貫通孔内に、ステータコア２０の内周面と隙間を隔てて配置される。ロータシャフト３２は、ロータコア３０からステータコア２０の軸芯に沿ってステータコア２０の外側に延びている。なお、ロータシャフト３２の軸芯は、モータ１０の回転軸Ａｘと一致する。

図３を用いて、ステータ１２をさらに詳しく説明する。本実施形態のステータ１２では、複数のティース２２は、複数の台形状ティース２２Ｘと、複数の矩形状ティース２２Ｙとを含む。

複数の台形状ティース２２Ｘの各々は、ステータコア２０の軸芯に沿った方向から見た場合の形状が台形のティース２２である。複数の矩形状ティース２２Ｙの各々は、ステータコア２０の軸芯に沿った方向から見た場合の形状が矩形のティース２２である。複数の台形状ティース２２Ｘと複数の矩形状ティース２２Ｙとは、ステータコア２０の周方向に沿って交互に配置される。

また、本実施形態のステータ１２では、複数のコイル２４は、複数の外側コイル２４Ｘと、複数の内側コイル２４Ｙとを含む。

複数の外側コイル２４Ｘの各々は、１つの台形状ティース２２Ｘの根元側に設けられるコイル２４であり、複数の内側コイル２４Ｙの各々は、１つの矩形状ティース２２Ｙの先端側に設けられるコイル２４である。複数の外側コイル２４Ｘと複数の内側コイル２４Ｙとは、ステータコア２０の周方向に沿って交互に配置される。

複数の外側コイル２４Ｘの各々のコイル巻線は、非固定の状態である。非固定の状態とは、ボビンなどの巻芯に巻回されていない状態、かつ、自己融着型コイル巻線に用いられる融着材が付されていない状態を意味する。つまり、複数の外側コイル２４Ｘの各々は、巻芯および融着材をもたない。複数の外側コイル２４Ｘの各々は、融着材をもたないコイル巻線を用いて空洞が形成されるように巻回され、形成された空洞を通じて台形状ティース２２Ｘに挿通されることで、台形状ティース２２Ｘの根元側に設けられる。

複数の内側コイル２４Ｙの各々のコイル巻線は、固定された状態である。固定された状態とは、巻芯に巻回された状態、または、融着材で固着された状態を意味する。つまり、複数の内側コイル２４Ｙの各々は、巻芯および融着材のいずれかをもつ。矩形状ティース２２Ｙに対して内側コイル２４Ｙを設ける方法は、特に限定されない。例えば、内側コイル２４Ｙは、矩形状ティース２２Ｙに嵌合可能な絶縁性の巻芯に巻回され、巻回された巻芯が矩形状ティース２２Ｙに嵌合されることで、矩形状ティース２２Ｙの先端側に設けられる。また例えば、内側コイル２４Ｙは、巻回された自己融着型コイル巻線同士が融着材で固着する状態において矩形状ティース２２Ｙに嵌合可能に形成され、矩形状ティース２２Ｙに嵌合されることで、矩形状ティース２２Ｙの先端側に設けられてもよい。

このように、複数の外側コイル２４Ｘの各々は、コイル巻線が非固定の状態でティース２２の根元側に設けられる一方、複数の内側コイル２４Ｙの各々は、コイル巻線が固定された状態でティース２２の先端側に設けられる。

これにより、隣り合う一方のティース２２と他方のティース２２との間の隙間に、ティース２２が延びる方向に沿って外側コイル２４Ｘと内側コイル２４Ｙとのコイル間の間隙を設ける必要がなくなり、占積率の低下を抑制することができる。

また、内側コイル２４Ｙのコイル巻線が固定された状態であるため、外側コイル２４Ｘのコイル巻線が非固定の状態であっても、ティース２２からはみ出る、あるいは、ティース２２から外れることを防止することができる。

また、コイル巻線が固定された内側コイル２４Ｙにより、コイル巻線が非固定の状態である外側コイル２４Ｘを成形させることができる。したがって、外側コイル２４Ｘを巻回するための巻芯を省くことが可能であり、部品点数を抑えることができる。

また、内側コイル２４Ｙ（または外側コイル２４Ｘ）をティース２２に挿入するときに、そのティース２２の隣りのティース２２に挿入された外側コイル２４Ｘ（または内側コイル２４Ｙ）と干渉して挿入困難になることはない。したがって、外側コイル２４Ｘおよび内側コイル２４Ｙをティース２２に挿入し易い。

本実施形態では、ティース２２は、複数の台形状ティース２２Ｘと、複数の矩形状ティース２２Ｙとを含み、複数の外側コイル２４Ｘの各々は、台形状ティース２２Ｘに設けられ、複数の内側コイル２４Ｙの各々は、矩形状ティース２２Ｙに設けられる。

これにより、複数のティース２２の各々が矩形状ティース２２Ｙのみである場合に比べて、コイル２４に対する放熱性を向上させることができる。また、一般的に、巻芯にコイル巻線を巻回して台形状ティース２２Ｘの形状に合わせたコイル２４を成形することは困難となる。これに対し、本実施形態のステータ１２では、上記のように、台形状ティース２２Ｘの形状に合わせて外側コイル２４Ｘが成形されなくても、内側コイル２４Ｙによって外側コイル２４Ｘを成形させることができる。したがって、占積率の低下を抑制することができる。

複数の外側コイル２４Ｘおよび内側コイル２４Ｙの各々には、絶縁紙２６が設けられる。複数の絶縁紙２６の各々は、ステータコア２０の軸芯に沿った方向から見た場合、１つのコイル２４の４つの側面のうち、ステータコア２０の軸芯側のコイル表面以外の側面を被覆しており、概ね「Π」の字状の形状を有する。

換言すると、複数の絶縁紙２６の各々は、台形状ティース２２Ｘ側のコイル側面と、矩形状ティース２２Ｙ側のコイル側面と、ステータコア２０側のコイル表面とを被覆し、ステータコア２０の軸芯側のコイル側面を被覆しない。つまり、複数の絶縁紙２６の各々は、１つのコイル２４（外側コイル２４Ｘまたは内側コイル２４Ｙ）の周側面のうち、ステータコア２０の軸芯側のコイル表面以外を被覆する。

これにより、１つのコイル２４の周側面全体を被覆する場合に比べて、ステータコア２０の周方向に隣り合う台形状ティース２２Ｘと矩形状ティース２２Ｙとの間の隙間に設けられる絶縁紙２６が重ならない。すなわち、隣り合う台形状ティース２２Ｘと矩形状ティース２２Ｙとの間の隙間に配置される１つの外側コイル２４Ｘに対する絶縁紙２６と、当該隙間に配置される１つの内側コイル２４Ｙに対する絶縁紙２６とが互いに接することなく設けられる。したがって、１つのコイル２４の周側面全体を被覆する場合に比べて、ステータコア２０の周方向に隣り合う台形状ティース２２Ｘと矩形状ティース２２Ｙとの間の隙間に占めるコイル２４の密度が高まり易くなる。なお、コイル２４の周側面は、ステータコア２０の軸芯に沿った方向のコイル２４の両端側に位置する一対のコイルエンド以外に位置するコイル部分の表面である。

〔変形例〕
上記の実施形態における複数のティース２２のうち、複数の台形状ティース２２Ｘはなくてもよい。つまり、複数のティース２２の各々が矩形状ティース２２Ｙであってもよい。このようにしても、上記の実施形態と同様に、ティース２２が延びる方向に沿ってコイル間の間隙を設ける必要がなく、占積率の低下を抑制することができる。

また、複数の外側コイル２４Ｘおよび複数の内側コイル２４Ｙの各々は、ティース２２に対して含浸材により固定されてもよい。これにより、構造強化を図ることができる。なお、含浸材は、自己融着型コイル巻線に用いられる融着材とは別のものであり、融着材とは異なる成分を含む。含浸材として、ワニスなどが挙げられる。

なお、ティース２２に対して含浸材によりコイル２４を固定する固定方法の一例として、溶融状態（液体）の含浸材で満たされた槽内にステータ１２を入れた後に取り出し、取り出したステータ１２に付された溶融状態の含浸材を乾燥させる固定方法が挙げられる。このような固定方法を用いて、複数の外側コイル２４Ｘおよび複数の内側コイル２４Ｙの各々を、ティース２２に固定する硬化状態（固体）の含浸材（被膜）を形成することができる。

ティース２２に対してコイル２４を固定する固定方法の更なる一例として、コイル２４をティース２２に挿入した状態でステータ１２の内部に樹脂を充填し硬化させる方法が挙げられる。充填した後に硬化可能な樹脂として、熱硬化性のエポキシ樹脂が挙げられる。

〔実施形態から得られる発明〕
上記の実施形態および変形例から把握し得る発明について、以下に記載する。

（第１の発明）
第１の発明は、ステータコア（２０）と、ステータコア（２０）の周方向に沿って間隔をあけてステータコア（２０）に設けられ、ステータコア（２０）からステータコア（２０）の軸芯側に突出する複数のティース（２２）と、複数のティース（２２）の各々に設けられるコイル（２４）と、を有するステータ（１２）である。複数のコイル（２４）は、ティース（２２）の根元側に設けられる複数の外側コイル（２４Ｘ）と、ティース（２２）の先端側に設けられる複数の内側コイル（２４Ｙ）とを含み、複数の外側コイル（２４Ｘ）と複数の内側コイル（２４Ｙ）とは、ステータコア（２０）の周方向に沿って交互に配置され、複数の外側コイル（２４Ｘ）の各々のコイル巻線は非固定の状態であり、複数の内側コイル（２４Ｙ）の各々のコイル巻線は固定された状態である。

これにより、ティース（２２）が延びる方向に沿ってコイル間の間隙を設ける必要がなくなり、占積率の低下を抑制することができる。

複数の外側コイル（２４Ｘ）および複数の内側コイル（２４Ｙ）の各々は、ティース（２２）に対して含浸材により固定されてもよい。これにより、構造強化を図ることができる。

複数のティース（２２）は、ステータコア（２０）の軸芯に沿った方向から見た場合の形状が台形の複数の台形状ティース（２２Ｘ）と、ステータコア（２０）の軸芯に沿った方向から見た場合の形状が矩形の複数の矩形状ティース（２２Ｙ）とを含み、複数の台形状ティース（２２Ｘ）と複数の矩形状ティース（２２Ｙ）とは、ステータコア（２０）の周方向に沿って交互に配置され、複数の外側コイル（２４Ｘ）の各々は、台形状ティース（２２Ｘ）に設けられ、複数の内側コイル（２４Ｙ）の各々は、矩形状ティース（２２Ｙ）に設けられてもよい。

これにより、複数のティース（２２）の各々が矩形状ティース（２２Ｙ）のみである場合に比べて、コイル（２４）に対する放熱性を向上させることができる。また、台形状ティース（２２Ｘ）の形状に合わせて外側コイル（２４Ｘ）が成形されなくても、内側コイル（２４Ｙ）によって外側コイル（２４Ｘ）を成形させることができる。したがって、占積率の低下を抑制することができる。

（第２の発明）
第２の発明は、上記のステータ（１２）と、ロータ（１４）と、を備えるモータ（１０）である。このモータ（１０）では、上記のステータ（１２）が備えられるため、占積率の低下を抑制することができる。

１０…モータ１２…ステータ
１４…ロータ２０…ステータコア
２２…ティース２２Ｘ…台形状ティース
２２Ｙ…矩形状ティース２４…コイル
２４Ｘ…外側コイル２４Ｙ…内側コイル
２６…絶縁紙３０…ロータコア
３２…ロータシャフト

Claims

ステータコアと、
前記ステータコアの周方向に沿って間隔をあけて前記ステータコアに設けられ、前記ステータコアから前記ステータコアの軸芯側に突出する複数のティースと、
複数の前記ティースの各々に設けられるコイルと、
を有するステータであって、
複数の前記コイルは、前記ティースの根元側に設けられる複数の外側コイルと、前記ティースの先端側に設けられる複数の内側コイルとを含み、
複数の前記外側コイルと複数の前記内側コイルとは、前記ステータコアの周方向に沿って交互に配置され、
複数の前記外側コイルの各々のコイル巻線は非固定の状態であり、複数の前記内側コイルの各々のコイル巻線は固定された状態であり、
前記ティースの間に配される前記外側コイルと前記内側コイルとは絶縁部材を介して離間している、ステータ。
請求項１に記載のステータであって、
複数の前記外側コイルおよび複数の前記内側コイルの各々は、前記ティースに対して含浸材または樹脂により固定される、ステータ。
請求項１または２に記載のステータであって、
複数の前記ティースは、前記ステータコアの軸芯に沿った方向から見た場合の形状が台形の複数の台形状ティースと、前記ステータコアの軸芯に沿った方向から見た場合の形状が矩形の複数の矩形状ティースとを含み、
複数の前記台形状ティースと複数の前記矩形状ティースとは、前記ステータコアの周方向に沿って交互に配置され、
複数の前記外側コイルの各々は、前記台形状ティースに設けられ、複数の前記内側コイルの各々は、前記矩形状ティースに設けられる、ステータ。
請求項１～３のいずれか１項に記載のステータと、ロータと、を備えるモータ。