JP7436266B2

JP7436266B2 - 固定子及び電動機

Info

Publication number: JP7436266B2
Application number: JP2020066471A
Authority: JP
Inventors: 直哉日▲高▼
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2040-04-02
Also published as: JP2021164352A

Description

本発明は、固定子及び電動機に関する。

特許文献１には、「コイルと、該コイルを支持する固定子鉄心と、該固定子鉄心の軸線方向端面から突出する該コイルのコイルエンド部分を覆うように該固定子鉄心に取り付けられるエンドカバーと、該コイルと該固定子鉄心と該エンドカバーとの間の空間を充填する樹脂充填材とを具備する電動機において、前記固定子鉄心と前記エンドカバーとに設けられ、相補的な嵌め合いにより前記固定子鉄心と前記エンドカバーとを互いに結合する嵌合部を具備することを特徴とする電動機」が記載されている。

また、特許文献１には、「固定子鉄心とエンドカバーとに嵌合部を設けて、固定子鉄心とエンドカバーとを互いに結合しているので、結合部分に隙間が発生し難い。そのため、固定子鉄心とエンドカバーとの間の空間にモールド樹脂（樹脂充填材）を注入して充填した場合においても、モールド樹脂の漏洩を防止することができる。」等の効果が記載されている。

特開２０１０－０６８６９９号公報

しかし、エンドカバー（エンドリング）の材質が、固定子鉄心（固定子コア）の材質とは異なるアルミニウムである場合、熱膨張率の差に起因して、樹脂充填材（モールド樹脂）の充填時（モールド注型時）に加わる熱により、エンドカバーと固定子鉄心との嵌め合いが緩む。そのため、エンドカバーと固定子鉄心との締め代を大きくする必要があり、エンドカバーが変形する（歪む）可能性が高い。その結果、最終加工に影響が出て、加工時間が長くなる。また、モールド樹脂（充填材）が漏洩しやすくなる。

本発明は、加工時間を短縮することができると共に、充填材の漏洩を抑制することができる固定子、及びそれを備える電動機を提供する。

本開示の一態様は、所定の肉厚を有する略円筒形状の固定子コア主部と、前記固定子コア主部の軸方向の端面に連続するように設けられ、前記固定子コア主部と外径が略同一で且つ前記固定子コア主部よりも内径が大きい略円輪状の固定子コア従部と、を有する固定子コアと、前記固定子コア主部の内周側に取り付けられ、前記固定子コア主部の軸方向の端面からコイルエンド部分がはみ出すコイルと、前記固定子コアと外径が略同一で、前記固定子コアに軸方向で連続することで前記コイルエンド部分を囲うエンドリング主部と、前記エンドリング主部における前記固定子コアの側に連続するように設けられ、前記エンドリング主部よりも外径が小さく前記固定子コア従部の内周側に配置されるエンドリング従部と、を有するエンドリングと、前記エンドリングの内側に充填されて、前記コイルエンド部分を覆う充填材と、を備える固定子である。

本開示の一態様によれば、加工時間を短縮することができると共に、充填材の漏洩を抑制することができる固定子、及びそれを備える電動機を提供することができる。

一実施形態に係る固定子の模式的な断面図である。円輪状の磁性鋼板の積層構造を示す固定子コアの一部分の斜視図である。円輪状の磁性鋼板の積層構造を示す固定子コアの一部分の拡大斜視図である。エンドリングを示す図であり、左半分が側面図であり、右半分が断面図である。加工前のエンドリングを示す図であり、左半分が側面図であり、右半分が断面図である。製造途中の固定子の模式的な断面図であり、モールド樹脂を充填する前の状態を示す。製造途中の固定子の模式的な断面図であり、モールド樹脂を充填した後で、且つ、エンドリングを加工する前の状態を示す。製造途中の固定子の模式的な断面図であり、エンドリングを加工している状態を示す。固定子コアを構成する円輪状の磁性鋼板の変形例を示す図であり、左半分が側面図であり、右半分が断面図である。エンドリングの変形例を示す図であり、左半分が側面図であり、右半分が断面図である。

以下、図面を参照して一実施形態に係る固定子１及び電動機（符号省略）について説明する。

まず、図１～図４を用いて、固定子１及び電動機（符号省略）の構成について説明する。図１は、固定子１の模式的な断面図である。図２Ａは、円輪状の磁性鋼板１１１，１２１の積層構造を示す固定子コア１０の一部分の斜視図である。図２Ｂは、円輪状の磁性鋼板１１１，１２１の積層構造を示す固定子コア１０の一部分の拡大斜視図である。図３は、エンドリング３０を示す図であり、左半分が側面図であり、右半分が断面図である。図４は、加工前のエンドリング３０を示す図であり、左半分が側面図であり、右半分が断面図である。

図１に示す固定子１は、当該固定子１の内側に配置される回転子（図示省略）と共に、電動機（符号省略）を構成する。具体的には、固定子１は、固定子コア１０と、コイル２０と、エンドリング３０と、充填材としてのモールド樹脂４０と、を備える。

図１、図２Ａ及び図２Ｂに示す固定子コア１０は、複数の円輪状の磁性鋼板１１１，１２１が軸方向Ｄ１に積層され、接合されることで構成される。複数の磁性鋼板１１１が軸方向Ｄ１に積層されることにより、所定の肉厚を有する略円筒形状の固定子コア主部１１は、構成される。「略円筒形状」は、全体視で円筒形状であることを意味し、例えば、ティース（歯）の間にスロットがあってもよいことを意味する。

複数の磁性鋼板１２１は、磁性鋼板１１１に対して軸方向Ｄ１に積層され、接合されることで、固定子コア主部１１の軸方向Ｄ１の端面に連続するように設けられている。これにより、略円輪状の固定子コア従部１２は、構成される。固定子コア従部１２は、固定子コア主部１１の外径ＲＡ１と略同一の外径ＲＢ１（ＲＢ１≒ＲＡ１）を有し、且つ固定子コア主部１１の内径ＲＡ２よりも大きい内径ＲＢ２を有する（ＲＢ２＞ＲＡ２）。「略同一」とは、完全同一のみならず、本発明の効果を奏する範囲で異なっていてもよいことを意味する。「略円輪状」は、全体視で円輪状であることを意味し、例えば、内周側が円周壁ではない形状や、固定子コア従部１２の軸方向Ｄ１の端部が平面状ではない形状があってもよいことを意味する。

すなわち、固定子コア１０は、固定子コア主部１１と、固定子コア従部１２と、を有する。固定子コア１０は、固定子コア従部１２により、固定子コア１０の外周側（径方向Ｄ２の外側）の部分が軸方向Ｄ１の外側に突出する段差構造を、有する。

図１に示すように、コイル２０は、固定子コア主部１１の内周側（径方向Ｄ２の内側）に取り付けられている。固定子コア主部１１の軸方向Ｄ１の端面から軸方向Ｄ１の外側に向かって、コイルエンド部分２０ａは、はみ出している

図１、図３及び図４に示すように、エンドリング３０は、固定子コア１０の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する材質（例えば、アルミニウム）からなる。具体的には、エンドリング３０は、エンドリング主部３１と、エンドリング従部３２と、を有する。エンドリング主部３１は、固定子コア１０の外径ＲＴ１（≒ＲＡ１≒ＲＢ１）と略同一の外径ＲＣ１を有している。「略同一」とは、完全同一のみならず、本発明の効果を奏する範囲で異なっていてもよいことを意味する。エンドリング主部３１は、固定子コア１０に軸方向Ｄ１で連続することでコイルエンド部分２０ａを囲う。エンドリング主部３１の外径は、加工前の状態では大きく（ＲＤ１＞ＲＣ１。図４参照）、外周を削る加工によって固定子コア１０の外径ＲＴ１と略同一になる（ＲＣ１≒ＲＴ１。図３参照）。削る加工によって除去される部分を「除去部分３３」という。図４では、除去部分３３をクロスハッチングで示す。

エンドリング従部３２は、エンドリング主部３１における固定子コア１０の側（軸方向Ｄ１の内側）に連続するように設けられる。エンドリング従部３２は、エンドリング主部３１の外径ＲＣ１よりも小さい外径ＲＥ１を有し（ＲＥ１＜ＲＣ１）、固定子コア従部１２の内周側に配置される。エンドリング主部３１の内径ＲＣ２とエンドリング従部３２の内径ＲＥ２とは同一である（ＲＣ２＝ＲＥ２）。エンドリング３０は、エンドリング従部３２により、エンドリング３０の内周側（径方向Ｄ２の内側）の部分が軸方向Ｄ１の内側に突出する段差構造を、有する。

図１に示すモールド樹脂４０は、エンドリング３０の内側に充填されて、コイルエンド部分２０ａを覆う充填材である。

次に、図５～図７を用いて、固定子１の製造手順について説明する。図５は、製造途中の固定子１の模式的な断面図であり、モールド樹脂４０を充填する前の状態を示す。図６は、製造途中の固定子１の模式的な断面図であり、モールド樹脂４０を充填した後で、且つ、エンドリング３０を加工する前の状態を示す。図７は、製造途中の固定子１の模式的な断面図であり、エンドリング３０を加工している状態を示す。

まず、図５に示すように、固定子コア１０における固定子コア主部１１の内周側に、コイル２０が取り付けられる。また、固定子コア１０における固定子コア従部１２の内周側に、加工前のエンドリング３０（図４参照）におけるエンドリング従部３２は、配置される。この場合、エンドリング３０の外径ＲＤ１は、固定子コア１０の外径ＲＴ１よりも大きい。

次に、図６に示すように、固定子コア１０の内周側に軸方向Ｄ１に沿って治具Ｊを通して配置してから、エンドリング３０の内側にモールド樹脂４０を充填して、モールド樹脂４０でコイルエンド部分２０ａを覆う。

その後、図７に示すように、治具Ｊ（図６参照）を外してから製造途中の固定子１を加工機（図示省略）にセットして、エンドリング３０におけるエンドリング主部３１の除去部分３３を工具Ｔで削って、除去する。これにより、エンドリング３０におけるエンドリング主部３１の外径ＲＣ１は、固定子コア１０の外径ＲＴ１と略同一になる。以上の工程により、固定子１は製造される。

固定子１は、所定の肉厚を有する略円筒形状の固定子コア主部１１と、固定子コア主部１１の軸方向Ｄ１の端面に連続するように設けられ、固定子コア主部１１と外径が略同一で且つ固定子コア主部１１よりも内径が大きい略円輪状の固定子コア従部１２と、を有する固定子コア１０と、固定子コア主部１１の内周側に取り付けられ、固定子コア主部１１の軸方向Ｄ１の端面からコイルエンド部分２０ａがはみ出すコイル２０と、固定子コア１０と外径が略同一で、固定子コア１０に軸方向Ｄ１で連続することでコイルエンド部分２０ａを囲うエンドリング主部３１と、エンドリング主部３１における固定子コア１０の側に連続するように設けられ、エンドリング主部３１よりも外径が小さく固定子コア従部１２の内周側に配置されるエンドリング従部３２と、を有するエンドリング３０と、エンドリング３０の内側に充填されて、コイルエンド部分２０ａを覆うモールド樹脂４０と、を備える。

本実施形態の固定子１によれば、エンドリング３０におけるエンドリング従部３２が、固定子コア１０における固定子コア従部１２の内周側に配置されるので、エンドリング３０と固定子コア１０との間に隙間が発生し難く、エンドリング３０と固定子コア１０との間から、充填材であるモールド樹脂４０が漏洩することを抑制できる。これにより、モールド樹脂４０の漏洩による影響を受け難いので、加工時間を短縮することができる。

また、固定子１において、エンドリング３０は、固定子コア１０よりも熱膨張率が大きいことが好ましい。

これにより、エンドリング３０の材質が、固定子コア１０の材質と異なる場合であっても、エンドリング３０の熱膨張率が固定子コア１０の熱膨張率よりも大きい。そのため、モールド樹脂４０をエンドリング３０の内側に充填する際に加わる熱によって、エンドリング３０は、固定子コア１０における固定子コア従部１２と比較して、より膨張する。これにより、エンドリング３０と固定子コア１０との間に隙間は、より発生し難い。このため、エンドリング３０と固定子コア１０との締め代（エンドリング３０におけるエンドリング従部３２の軸方向Ｄ１の長さ、及び固定子コア１０における固定子コア従部１２の軸方向Ｄ１の長さ）を小さくすることができる。そのため、エンドリング３０が変形する（歪む）可能性を低くでき、最終加工に影響が出にくい。その結果、加工時間を短縮することができる。

また、本実施形態の固定子１によれば、エンドリング３０におけるエンドリング従部３２は、固定子コア１０における固定子コア従部１２の内周側に配置される。そのため、エンドリング３０と固定子コア１０との接触面積が大きくなるので、加工時のエンドリング３０の回り止め機能が高くなり、その結果、加工時間を短縮することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更及び変形が可能である。

固定子１の固定子コア１０においては、磁性鋼板１１１に対して軸方向Ｄ１に複数の磁性鋼板１２１が積層されることで、固定子コア主部１１の軸方向Ｄ１の端面に連続するように、固定子コア従部１２は設けられているが、これに制限されない。図８に示すように、削り出し等で一体に構成された鋼材１２２によって、固定子コア主部１１の軸方向Ｄ１の端面を構成する一部分と、固定子コア従部１２とが、一体的に構成されていてもよい。

固定子１において、固定子コア１０における固定子コア従部１２は、樹脂又は鋼以外の金属で構成されていてもよい。

前記実施形態の固定子１においては、エンドリング３０は、一体に構成されている（図３参照）が、これに制限されない。図９に示すように、エンドリング３０は、相対的に軸方向Ｄ１に長い内側のリング３０ａと、相対的に軸方向Ｄ１に短い外側のリング３０ｂと、が嵌め合わされることで、構成されていてもよい。このように構成されるエンドリング３０においては、エンドリング従部は、内側のリング３０ａの一部により構成される。

１固定子
１０固定子コア
１１固定子コア主部
１２固定子コア従部
１１１磁性鋼板
１２１磁性鋼板
１２２鋼材
２０コイル
２０ａコイルエンド部分
３０エンドリング
３０ａ，３０ｂリング
３１エンドリング主部
３２エンドリング従部
４０モールド樹脂（充填材）
Ｄ１軸方向
Ｊ治具
Ｔ工具

Claims

所定の肉厚を有する略円筒形状の固定子コア主部と、前記固定子コア主部の軸方向の端面に連続するように設けられ、前記固定子コア主部と外径が略同一で且つ前記固定子コア主部よりも内径が大きい略円輪状の固定子コア従部と、を有する固定子コアと、
前記固定子コア主部の内周側に取り付けられ、前記固定子コア主部の軸方向の端面からコイルエンド部分がはみ出すコイルと、
前記固定子コアと外径が略同一で、前記固定子コアに軸方向で連続することで前記コイルエンド部分を囲うエンドリング主部と、前記エンドリング主部における前記固定子コアの側に連続するように設けられ、前記エンドリング主部よりも外径が小さく前記固定子コア従部の内周側に配置されるエンドリング従部と、を有するエンドリングと、
前記エンドリングの内側に充填されて、前記コイルエンド部分を覆う充填材と、を備える、固定子。
前記エンドリングは、前記固定子コアよりも熱膨張率が大きい、請求項１に記載の固定子。
請求項１又は２に記載の固定子と、
前記固定子の内側に配置される回転子と、を備える電動機。