JPWO2014091516A1 - 電動機用樹脂ボビン、電動機 - Google Patents
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Abstract
電動機の固定子1に環状に配置される固定子歯部に装着される樹脂製のボビン10は、巻線を巻回する歯部13と、歯部13を支える枠部11と、巻回された巻線を保持し、歯部13の端部に設けられる前縁部14と、から構成される。そして、歯部13は、固定子歯部と接する面、又は、固定子歯部と接する面の裏面に、電動機の回転軸の回転方向に沿って複数の凹溝18を有し、凹溝18は、電動機の回転軸に対して略垂直方向に延在していることを特徴とする。このような構成とすることにより、着磁工程の際、巻線を介して加わる大きな負荷力による歯部13の破損を防止することができる。
Description
この電動機は、固定子、回転子などの構成要素をハウジング内に組み込んだ後に、固定子のコイルに直流電流を印加して回転子の永久磁石を着磁する。ところが、コイルに印加される電流が大きいことに起因して、巻き回されているコイルを介してボビンに引張力が作用することにより、ボビンの歯部と称される部分の根元に亀裂が入り、又は、破断するなど破損することがある(特許文献1)。磁気特性の高い永久磁石は電動機の小型化及び電動機の高効率化に寄与するが、磁気特性の高い永久磁石を着磁するには大きな電流をコイルに印加する必要があるため、歯部の破損は顕著となる。そこで特許文献1は、歯部の肉厚を厚くすることで、歯部の根元の破損を防ぐことを提案している。
そこで本発明は、着磁工程の際に生じるコイルを介した負荷が加わっても、歯部の破損を防止できるボビンを備える電動機の固定子を提供することを目的とする。
そして、ボビン歯部は、固定子歯部と接する面、又は、固定子歯部と接する面の裏面に、電動機の回転方向に沿って複数の凹部を有し、凹部は電動機の回転軸に対して略垂直方向に延在していることを特徴とする。
そうすることによって、樹脂が肉厚になる部分を減らすことができるので、ボイドの発生を抑制することができ、ボビン歯部の強度を向上させることができる。
そうすることによって、強化繊維を用いた場合、その強化繊維が一方向に配向されやすくなるので、強化繊維による強度向上の利益を受けやすくすることができる。
そうすることによって、射出成形する際の樹脂の流動を良くすることができる。
また、本発明の電動機用樹脂ボビンは、R部を凹溝の底面の一部、あるいは、底面の全長にわたって設けることが好ましい。
肉厚をほぼ等しくすることによって、射出成形する際の樹脂の流動が乱れることを抑制することができる。
そうすることによって、射出成形する際の樹脂流動が安定的に行われるので、ボイドの発生を抑止するとともに強化繊維を一方向に配向しやすくできる。
そうすることによって、射出成形する際の樹脂流動が安定的に行われるので、ボイドの発生を抑止するとともに強化繊維を一方向に配向しやすくできる。
そうすることによって、射出成形する際の樹脂流動が安定的に行われるので、ボイドの発生を抑止するとともに強化繊維を一方向に配向しやすくできる。
ゲートを固定子歯部から極力離すことで、固定子歯部に到達したときの樹脂流れが整うので、強化繊維をより均一に配向させることができる。そうすることにより、固定子歯部の引張及び曲げ強度をさらに高くすることができる。
そうすることによって、着磁工程の際に生じる、コーナからコイルに加わる力を軽減し、コイルの外周に形成される被覆層が剥離するのを防止し、それによって、コイル間の短絡を防止することができる。
そうすることによって、射出成形する際の樹脂流動が安定的に行われるので、ボイドの発生を抑止するとともに強化繊維の配向を一方向にしやすくすることができる。
そうすることによって、樹脂が肉厚になる部分を減らすことができるので、ボイドの発生を抑制することができ、ボビン歯部の強度を向上させることができる。
本実施形態にかかる固定子1は、図6に示すように、その内部に設けられる永久磁石を備えた回転子4とともに電動機を構成する。固定子1は、鉄心2と、鉄心2の軸方向の両端部に設けられる一対のボビン10と、鉄心2の固定子歯部にボビン10を介して巻き回されるコイル15と、を備える。コイル15は、固定子1の歯部13を介して集中巻き回されている。
鉄心2は、複数の固定子歯部が中心に向けて突出するリング状の電磁鋼板を軸方向に多数枚積層することで形成されている。鉄心2は、コイル15に電流を流すと励磁され、回転子4の永久磁石に磁界を及ぼす。
ボビン10は、強化繊維を含む樹脂(繊維強化樹脂)からなり、図1,図2に示すように、薄肉円筒状の枠部11と、枠部11の一方の軸方向端部の内周から枠部11の中心に向けて突き出した複数の歯部13と、が射出成形により一体的に形成されている。なお、ボビン10において、歯部13が設けられる軸方向端部を下とし、その逆側を上と定義する。
歯部13は、枠部11の周方向に等間隔で複数配置されており、ボビン10は各々の歯部13は、枠部11の中心に向けて延びる歯部13の先端から上方に向けて立ち上がる前縁部14を備えている。歯部13はコイル15を巻き回す領域を特定させるために、前縁部14よりも幅が小さく作製されている。また、歯部13の下面には、ピン17が形成されている。ピン17は、鉄心2との位置決めする部分であり、通常は、溶融樹脂が吐出されるゲートに対応する。
歯部13は、鉄心2と対向する側が、くし歯状をなしている部分がある。このような形態にすることが歯部13の特徴であるが、この点については後述する。なお、歯部13において、鉄心2と対向する側を裏、その逆を表と定義する。
前縁部14は、コイル15を巻き回すのが容易なように、上端の幅が小さくなる台形状をなしている。
ボビン10を構成する樹脂には、例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)やポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ナイロン(PA)等を使用し、強化繊維には、例えば、ガラスファイバー(GF)、カーボンファイバー(CF)を使用することができる。なお、以下では、樹脂と強化繊維を含む樹脂を単に「樹脂」という場合がある。
コイル15は、鉄心2の固定子歯部とボビン10の歯部13の周囲に集中巻きされている。コイル15に電流を供給すると誘導磁界が発生し、鉄心2の磁極歯部に磁極が生じる。コイル15は、周囲を絶縁材料からなる薄い被覆層で覆われている導電性のワイヤからなる。被覆層は、例えば、ポリウレタンやポリエステルから形成されている。
前述したように、着磁工程の際に歯部13がコイル15を介して負荷を受けるが、この負荷は主に歯部13に引張および曲げ応力として働く。したがって、歯部13の引張および曲げ強度を向上させることが、歯部13の破損を防止するのに有効であり、本実施形態は、いわゆる配向層を利用することで歯部13の強度を向上させる。以下、詳述する。
また、歯部13は図示しない固定子歯部と歯部23で接し、歯部23と対向する面が固定子歯部と接する面の裏面25をなす。
また、底面19から裏面25までで特定される基部13A厚さt1、最端部の凹溝18と最端部の凹溝18に隣接する歯部13の側面との厚さt3、隣接する凹溝18との間の厚さt4、および、凹溝18の幅w1を2.0mm以下にすれば、歯部13は、大部分をいわゆる配向層から構成することができる。
このとき、複数設けられている梁13Cの厚さt4は、全て略等しくすることが好ましい。そうすることにより、射出成形する際の樹脂流動が安定的に行われるので、ボイドの発生を抑止するとともに強化繊維を一方向に配向しやすくできる。
また、厚さt3は厚さt4より大きくするか、あるいは、略等しくすることが好ましい。そうすることにより、射出成形する際の樹脂流動が安定的に行われるので、ボイドの発生を抑止するとともに強化繊維を一方向に配向しやすくできる。
なお、凹溝18は基部13Aの表裏を貫通しておらず、基部13Aは中実である。また、基部13Aの表側の幅方向の両コーナ16はR形状とされている。
また、梁13Bおよび梁13Cの断面形状は矩形に限らず、他の形態、例えば台形や半円形としてもよい。
t1 底面19と裏面25との間の厚さ
(基部13Aの厚さ(上下方向))
t2 底面19と歯部23との間の厚さ
(梁13B,Cの厚さ(上下方向))
t3 最端部の凹溝18と最端部の凹溝18に隣接する歯部13の側面との厚さ
(梁13Bの厚さ(幅方向,隣接する凹溝18の間の肉厚))
t4 隣接する凹溝18との間の厚さ
(梁13Cの厚さ(幅方向))
t5 前縁部14の厚さ
なお、本実施形態は、歯部13の裏側がくし歯状をなしているが、くし歯状に形成するのが目的ではなく、あくまで配向層、つまり強化繊維が配向された領域が占める比率を高くすることを目的とするものである。
本実施形態の効果を確認するために、ボビン10の歯部13の引張強度を測定した。具体的には、図4(a)に示すように、径方向外側から内側に向けて歯部13と前縁部14の繋ぎR部付け根に荷重を加えることで、歯部13の破断応力を測定した。図4(b)に測定結果を示している。なお、図4(b)の試料1〜5の内訳は以下の通りであるが、試料1は、歯部の裏側をくし歯状にはせず平坦とする以外は試料2〜5と同形状、同寸法のボビン(従来例)であり、試料2〜5は歯部13の裏側をくし歯状にした図1に示すボビン10(本実施形態)である。ただし、試料2〜5は射出成形時の保圧を変化させたボビンであり、射出ゲートを前縁部14の先端(試料1は、歯部の下面)に設けたボビンである。なお、保圧の値は、試料1を100とした場合の相対値を示している。
<試料>
試料1:従来例(PBT+GF40重量%,保圧100)
試料2:本実施形態(PBT+GF40重量%,保圧100)
試料3:本実施形態(PBT+GF40重量%,保圧180)
試料4:本実施形態(PBT+GF40重量%,保圧150)
試料5:本実施形態(PBT+GF40重量%,保圧70)
PBT:ポリブチレンテレフタレート GF:ガラスファイバ
以上説明したボビン10は、ゲートGの位置をピン17に設定する例を示したが、図5に示すように、ゲートGの位置を前縁部24の先端にすることができる。すなわち、溶融樹脂は狭いゲートから噴流となって金型のキャビティに吐出されるため、ゲートの近くでは溶融樹脂の流れに乱れが生じ、その結果、強化繊維は配向し難い。しかし、ゲートから離れると樹脂流れも整うので、強化繊維は配向しやすい。
例えば、図8(a)に示すように、歯部13を以上説明したボビン10と上下を反転させ、梁13B、13Cを表側に、また、基部13Aを裏側に配置することもできる。さらに、図8(b)に示すように、以上説明したボビン10の梁13B、13Cの先端(図中、下端)に基部13Aと同様に中実な部分を設けることもできる。また、図9(a),(b)に示すように、基部13Aの裏側に向けて突出する複数の柱22を設けてもよい。この場合、図9(c)に示すように、複数の柱22の周囲の肉厚を薄くする。図8、図9のいずれの形態であっても、梁13B、13C、又は、柱22を設けることによる構造上の強度向上効果と、強化繊維で配向される領域を増やすことによる強度向上効果とを享受できる。
また、梁13B、13Cを設ける位置は、歯部13の長手方向の全域である必要はなく、着磁の際に生ずる引張及び曲げ応力の分布に対応して設ければよい。また、設ける梁の幅や数は、樹脂ボビンの大きさによって適宜変更することができる。
なお、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
2 鉄心
10,20 樹脂ボビン
11 コア
13,23 歯部
13A 基部
13B,13C 梁
14,24 前縁部
15 コイル
16 コーナ
17 ピン
18 凹溝
19 底面
21 R部
22 柱
G ゲート
そして、ボビン歯部は、固定子歯部と接する面に、電動機の回転方向に沿って複数の凹部を有し、凹部は電動機の回転軸に対して略垂直方向に延在していることを特徴とする。
そうすることによって、樹脂が肉厚になる部分を減らすことができるので、ボイドの発生を抑制することができ、ボビン歯部の強度を向上させることができる。
肉厚を略一定とすることによって、射出成形する際の樹脂の流動が乱れることを抑制することができる。
そうすることによって、射出成形する際の樹脂流動が安定的に行われるので、ボイドの発生を抑止するとともに強化繊維を一方向に配向しやすくできる。
そうすることによって、射出成形する際の樹脂流動が安定的に行われるので、ボイドの発生を抑止するとともに強化繊維を一方向に配向しやすくできる。
そうすることによって、射出成形する際の樹脂流動が安定的に行われるので、ボイドの発生を抑止するとともに強化繊維を一方向に配向しやすくできる。
そうすることによって、射出成形する際の樹脂流動が安定的に行われるので、ボイドの発生を抑止するとともに強化繊維の配向を一方向にしやすくすることができる。
Claims (12)
- 電動機の固定子に環状に配置される固定子歯部に装着される樹脂製のボビンにおいて、
前記ボビンは、
巻線を巻回するボビン歯部と、
前記ボビン歯部を支える枠部と、
巻回された前記巻線を保持し、前記ボビン歯部の端部に設けられる前縁部と、から構成され、
前記ボビン歯部は、
前記固定子歯部と接する面、又は、前記固定子歯部と接する面の裏面に、前記電動機の回転軸の回転方向に沿って複数の凹溝を有し、
前記凹溝は、前記電動機の回転軸に対して略垂直方向に延在している、
ことを特徴とする電動機用樹脂ボビン。 - 前記電動機用樹脂ボビンは、強化繊維を含む絶縁性樹脂から構成され、
射出成形により一体的に形成されている、
請求項1に記載の電動機用樹脂性ボビン。 - 前記凹溝の底面は、
前記ボビン歯部から前記前縁部へかけ、その一部にR部を有する、
請求項1又は2に記載の電動機用樹脂ボビン。 - 隣接する前記凹溝の間の肉厚が略等しい、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の電動機用樹脂ボビン。 - 前記凹溝の底面と前記固定子歯部と接する面との間の肉厚、又は、前記凹溝の底面と前記固定子歯部と接する面の裏面との間の肉厚が、略等しい、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の電動機用樹脂ボビン。 - 隣接する前記凹溝の間の肉厚と、前記凹溝の底面と前記固定子歯部と接する面との間の肉厚が、略等しいか、
又は、
隣接する前記凹溝の間の肉厚と、前記凹溝の底面と前記固定子歯部と接する面の裏面との間の肉厚が、略等しい、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の電動機用樹脂ボビン。 - 隣接する前記凹溝の間の肉厚と、前記凹溝の内、最端部の凹溝と前記最端部の凹溝に隣接する前記ボビン歯部の側面との間の肉厚は、隣接する前記凹溝の間の前記肉厚より大きいか、又は、略等しい、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の電動機用樹脂ボビン。 - 前記電動機用樹脂ボビンにおいて、射出成形のための射出ゲートは、
前記前縁部の先端部に設けられている、
請求項1〜7のいずれか一項に記載の電動機用樹脂ボビン。 - 前記ボビン歯部の表側の両コーナがR形状をなす、
請求項1〜8のいずれか一項に記載の電動機用樹脂ボビン。 - 前記凹溝の底面と前記固定子歯部と接する面との間の肉厚、又は、前記凹溝の底面と前記固定子歯部と接する面の裏面との間の肉厚、
及び、前記前縁部の肉厚は、略等しい、
請求項1〜9のいずれか一項に記載の電動機用樹脂ボビン。 - 電動機の固定子に環状に配置される固定子歯部に装着される樹脂製のボビンにおいて、
前記ボビンは、
巻線を巻回するボビン歯部と、
前記ボビン歯部を支える枠部と、
巻回された前記巻線を保持し、前記ボビン歯部の端部に設けられる前縁部と、から構成され、
前記ボビン歯部は、
前記固定子歯部と接する面、又は、前記固定子歯部と接する面の裏面に
前記電動機の回転軸に対して略平行な複数の柱が立設する凹溝が形成される、
ことを特徴とする電動機用樹脂ボビン。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載の樹脂ボビンを用いることを特徴とする電動機。
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