JPWO2018008328A1

JPWO2018008328A1 - モータの固定子、モータの固定子の製造方法およびモータ

Info

Publication number: JPWO2018008328A1
Application number: JP2018525986A
Authority: JP
Inventors: 浩澁谷
Original assignee: Nisso Electric Corp
Current assignee: Nisso Electric Corp
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2019-01-24
Also published as: EP3484016A4; TWI744349B; US20190068010A1; US11050309B2; WO2018008328A1; CN109417314A; TW201817130A; EP3484016A1

Abstract

【課題】電機子巻線の巻き線工程を簡易化し、コギングトルクを低減する固定子およびその製造方法。
【解決手段】複数の歯１２１Ａを放射状に備え、一端が円弧状に連なったセグメント部１２１を方向性電磁鋼板２００から打ち抜き、セグメント部１２１を環状に連結し、環状に連結されたセグメント部１２１を積層して歯部１２０を形成し、電機子巻線１３０を歯１２１Ａの他端側から巻き線し、歯部１２０を、内周部に複数の凹部１１１を備え、モータの軸方向に積層された環状の継鉄部１１０に嵌めこむ。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの固定子、モータの固定子製造方法およびモータに関する。

従来から、物体の位置、方位、姿勢などを制御量として、目標値に追従するように自動で作動する機構を備えたサーボモータが知られている。またこのサーボモータは、位置や速度等を制御する用途に使われている（たとえば、特許文献１参照）。

中でも複雑な金型を用いて板材のプレス加工を行うプレス機では、複雑な加圧方法を可能にするために加圧部の動きをサーボモータで制御している。

また、このプレス機のような大型な力を必要とするサーボモータは、大型なモータが使用されており、大きなトルクが必要とされている。

図７は、従来のモータの構造を示す断面図である。
図７に示すように、継鉄１０より突出した複数の歯１１の間に形成されたスロット１２に電機子巻線１３を挿入されている（但し、説明のため図７の上部にある５つのスロット１２以外は、電機子巻線１３を省略してある）。

特開２００９ー５０１３８

しかし、大きなトルクを得るためにスロット数を増やした多スロットモータにおいて、電機子巻線をスロットに挿入する作業は非常に多くの時間を必要としてしまう問題があった。

図８は、スロットに挿入された電機子巻線を示す詳細図である。
例えば図８に示すように、電機子巻線１３をスロット１２に挿入する作業は、スロットの先端に形成された開口部１４から電機子巻線１３を挿入している。開口部１４は、狭くなっており電機子巻線１３を挿入する作業は非常に困難を要する。また、巻き線数を増やすためには隙間なく電機子巻線１３を巻く作業が必要となり、１つのスロットに巻線を手作業で行うと数時間も必要とされる場合もあった。

また多スロットモータの場合、スロット数が多いので作業量は更に増加し、１つのモータを完成させるのに数日もかかっていた。

この開口部１４は、スロット１２に電機子巻線１３を挿入する際に入り口として必要ではあるが、開口部１４を広くすると歯１１同士の間が広くなってしまう。そうすることで、モータに電流が流れた際に発生する磁気は通りやすい歯１１に集中し、電機子巻線１３および開口部１４の磁界は極端に弱くなってしまう。これにより、回転子１５が動いた際に磁気吸引力に差が生じることによってコギングトルクという現象が発生してしまう。このコギングトルクが発生してしまうと、騒音や振動の原因となってしまう問題があった。

歯１１の隙間の開口部１４がコギングトルクへの影響が強く、開口部１４を狭くすればするほどコギングトルクは小さくなるが、狭すぎると巻き線を行うことができなくなってしまうので解決には至らなかった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、電機子巻線１３の巻き線工程を簡易化し、コギングトルクを低減する固定子構造、固定子構造の製造方法およびモータを提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、モータの固定子において、内周部に複数の凹部を備え、かつ前記モータの軸方向に積層された環状の継鉄部と、前記複数の凹部に一端が収容される複数の歯を放射状に備え、他端が円弧状に連なったセグメント部が環状に連結され、かつ前記軸方向に積層された歯部と、前記歯に前記一端側から巻線された電機子巻線とを備えることを特徴とするモータの固定子が提供される。

これにより、モータの軸方向に積層された環状の継鉄部が、内周部に複数の凹部を備え、歯部が、複数の凹部に一端が収容される複数の歯を放射状に備え、他端が円弧状に連なったセグメント部が環状に連結され、かつ軸方向に積層され、電機子巻線が、歯の一端側から巻線される。

また、本発明では、モータの固定子の製造方法において、複数の歯を放射状に備え、他端が円弧状に連なったセグメント部を方向性電磁鋼板から打ち抜く工程と、前記セグメント部を環状に連結する工程と、環状に連結された前記セグメント部を積層して歯部を形成する工程と、電機子巻線を前記歯に巻き線する工程と、前記歯部を、内周部に複数の凹部を備え、軸方向に積層された環状の継鉄部に嵌めこむ工程とを備えることを特徴とするモータの固定子の製造方法が提供される。

これにより、複数の歯を放射状に備え、一端が円弧状に連なったセグメント部を方向性電磁鋼板から打ち抜き、セグメント部を環状に連結し、環状に連結されたセグメント部を積層して歯部を形成し、電機子巻線を歯の他端側から巻き線し、歯部を、内周部に複数の凹部を備え、軸方向に積層された環状の継鉄部に嵌めこむ。

また、本発明では、回転子と、歯が電機子巻線で巻き線された固定子とを備えたモータにおいて、内周部に複数の凹部を備え、かつ前記モータの軸方向に積層された環状の継鉄部と、前記複数の凹部に一端が収容される複数の歯を放射状に備え、他端が円弧状に連なったセグメント部が環状に連結され、かつ前記軸方向に積層された歯部と、前記歯の前記一端側から巻線された電機子巻線とを備える固定子を含むモータが提供される。

本発明のモータの固定子によれば、モータの軸方向に積層された環状の継鉄部が、内周部に複数の凹部を備え、歯部が、複数の凹部に一端が収容される複数の歯を放射状に備え、他端が円弧状に連なったセグメント部が環状に連結され、かつ軸方向に積層され、電機子巻線が、歯の一端側から巻線されるので、電機子巻線の巻き線工程を簡易化ができ、コギングトルクを低減することができる。

本実施の形態に係る固定子の構成を示す断面図である。歯部を構成するセグメントの詳細を示す正面図である。セグメント部を連結して歯部を積層する様子を示す正面図である。積層された歯部を示す断面図である。継鉄部を示す断面図である。固定子および回転子の示す断面図である。従来のモータの構造を示す断面図である。スロットに挿入された電機子巻線を示す詳細図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る固定子の構成を示す断面図である。

図１に示すように、固定子１００は、継鉄部１１０、歯部１２０、および電機子巻線１３０を備えている。本実施例では、歯１２１Ａを４８個としたものを例とする。

継鉄部１１０は、無方向性電磁鋼板を金型プレスを用いて外周を環状に打ち抜いて作成したものをモータ軸方向に接着剤等を使用して積層したものであり、継鉄部１１０の内周部には複数（本実施例では４８個）の凹部１１１を備えている。

歯部は複数の（本実施例では１６個）セグメント１２１が環状に連結されて構成されている。セグメント１２１は方向性電磁鋼板を金型プレスを用いて打ち抜いて形成されたものであり、放射状に複数の歯１２１Ａ（本実施例では３個）を備えている。継鉄部１１０に設けられた凹部１１１と歯１２１Ａの長手方向に対して、歯１２１Ａの一端は対称に形成されており、歯１２１Ａの一端の一部が凹部１１１に収容される形状をしている。歯１２１Ａの他端は、半円弧状を成して連結され「Ｅ」の形状をしている。

セグメント１２１は、継ぎ目１２２を介して環状に連結され、内周面は円状になる。また、環状に連結されたセグメント１２１は、モータ軸方向に接着剤等を使用して積層される。

歯部１２０には、各歯１２１Ａの間にスロット１２１Ｂが複数形成されており、スロット１２１Ｂには電機子巻線１３０が連続してモータ軸方向に巻線される。

従来の電機子巻線の巻線作業は、図８のように、狭い開口部１４から電機子巻線１３を挿入しなくてはならず、またモータに発生するトルクは電機子巻線１３の巻き数に比例するため、トルクを向上させるには隙間なく巻線する必要があった。

本実施例では、各歯１２１Ａが放射状に備えられており、スロット１２１Ｂの開口部１２１Ｃは開放的に形成されている。これにより、巻線作業が簡単に行えるようになる。

巻線作業を終えると、継鉄部１１０に設けられた凹部１１１に合わせて、歯１２１Ａをモータ軸方向に挿入し、固定子１００が組み立てられている。

図２は、歯部を構成するセグメントの詳細を示す正面図である。
図２に示すように、セグメント１２１は方向性電磁鋼板２００を金型プレスを用いて打ち抜いて形成されたものであり、放射状に複数の歯１２１Ａ（本実施例では３個）を備えている。

方向性電磁鋼板は、圧延方向にきわめて優れた磁気特性を有する鋼板であり、矢印２０１方向に磁束が流れやすくなっている。

モータに電流が流れると、放射状に設けられた歯１２１Ａの長手方向に沿って磁界１２３が発生するが、歯１２１Ａは、歯１２１Ａの長手方向に沿って方向性電磁鋼板の圧延方向が向けられているので、磁界が流れやすくなり、磁界が大きく取れるようになる。また、歯部１２０に発生する磁界の磁界損失を低減することができる。

また、１つ１つ歯１２１Ａ分割した形状で圧延方向に合わせて打ち抜き、放射状に組み立てる工程と比べると、本実施例では、あらかじめ３個の歯１２１Ａを連ねたセグメント１２１を環状に組み立てるだけなので環状に歯部１２０を配置する作業工程を大幅に短縮することができる。

また、本実施例では全体で４８個の歯１２１Ａであるので、１つの歯１２１Ａの角度は７．５度である。これは方向性電磁鋼板２００の圧延方向と比べて歯１２１Ａとの角度の差は７．５度となり、特性上磁界の通る向きにおいて問題にならない角度なので、歯部１２０に発生する磁界の磁界損失を低減させたまま歯部１２０を形成することができる。

また、トルクを向上させるためにスロット数を増やすと、歯１２１Ａの数の角度は小さくなり、圧延方向に近づくことになる。このため、トルクを向上させるスロット数の多いモータは、より方向性電磁鋼板の特性を活かすことが出来る。

また、セグメント１２１を形成する歯１２１Ａの数を増やして、セグメント１２１の連結する数を減らすこともできるが、歯１２１Ａの数を増やすと方向性電磁鋼板２００の圧延方向と比べて歯１２１Ａとの角度の差がセグメント１２１の両端部になるほど増加してしまう。そのためセグメント１２１が備える歯１２１Ａの数量は２〜３個であることが望ましい。

図３は、セグメント部を連結して歯部を積層する様子を示す正面図である。
図３（ａ）は、継ぎ目１２２を介してセグメント１２１を環状に連結した様子を表している。継ぎ目１２２は歯部１２０の内周部に均等に配置され、そのうち１つの継ぎ目１２２が内周円状の最上端にくるように配置されている。

図３は、（ｂ）は、継ぎ目１２２を介してセグメント１２１を環状に連結した様子を表している。継ぎ目１２２は歯部１２０の内周部に均等に配置され、図３（ａ）の状態から左に７．５度、または右に１５度ずらして配置してある。

歯部１２０は、セグメント１２１をモータ軸方向に接着剤等を使用して積層していくが、積層していく際に、図３（ａ）の上に図３（ｂ）を重ねるように、継ぎ目１２２が重ならないように積層していくのが望ましい。このように継ぎ目１２２をずらして接着して積層することにより、接合部が分散され強固な構造をとることができる。

上記のように、積層を繰り返していく度に継ぎ目１２２が重ならないように積層していき、全体的に継ぎ目１２２の位置が偏らないように配置および積層をしていくことが望ましい。

図４は、積層された歯部を示す断面図である。
図４に示すように、モータ軸方向に積層された歯部１２０は複数のセグメント１２１からなり、放射状に歯１２１Ａを備えている。

歯部１２０の積層が完了すると、歯１２１Ａのハイダに形成されたスロット１２１Ｂに電機子巻線１３０を巻線していく。スロット１２１Ｂは、外周面方向に向かって開口部１２１Ｃが開放されているので、電機子巻線１３０を巻線する巻線作業がしやすくなっている。

またモータに発生するトルクは電機子巻線１３の巻き数に比例するため、スロット１２１Ｂに隙間なく電機子巻線１３０を巻線していくことが望ましいが、開口部１２１Ｃが開放されているので、手作業でも容易に隙間なく電機子巻線１３０をスロット１２１Ｂに巻線していくことができる。これにより、モータに発生するトルクを向上することができる。

また、各セグメント１２１に備えられた歯１２１Ａは、前述したとおり方向性電磁鋼板で作成されており、歯１２１Ａの長手方向に圧延方向が沿うように向けられている。このセグメント１２１を環状に継ぎ目１２２を介して配置されているので、各歯１２１Ａの長手方向、つまり放射状に方向性電磁鋼板の圧延方向が向けられている。これにより、モータに電流が流れると、放射状に設けられた歯１２１Ａに沿って磁界が発生するので、磁界損失を低減することができる。

図５は、継鉄部を示す断面図である。
図５に示すように、継鉄部１１０の内周部には複数（本実施例では４８個）の凹部１１１を備えている。

継鉄部１１０に設けられた凹部１１１と歯１２１Ａの長手方向に対して、歯１２１Ａの一端は対称に形成されており、歯１２１Ａの一端の一部が凹部１１１に収容される形状をしている。継鉄部１１０に設けられた凹部１１１に歯１２１Ａの先端を合わせるようにして、電機子巻線１３０の巻線が完了した歯部１２０を継鉄部１１０に挿入する。これにより、歯部１２０が継鉄部１１０にしっかりと固定される。

継鉄部１１０は、モータに電流が流れた際に歯部１２０に発生する磁束の通路であり、磁束の方向は一定ではない。これにより、継鉄部１１０は無方向性電磁鋼板を使用し、金型プレスを用いて外周を環状に打ち抜いて作成したものをモータ軸方向に接着剤等を使用して積層する。

図６は、固定子および回転子の示す断面図である。
図６に示すように、固定子１００の内周側に回転子３００が備えられている。

回転子３００は、回転子鉄心３１０に複数の（本実施例では８個）の永久磁石３２０が所定間隔でモータ軸方向に向かって固定されている。

このように構成された回転子３００は、固定子１００の内周面とエアギャップ４００を介して対向している。

電機子巻線１３０に電流が流れると固定子１００に発生する磁気は、固定子１００の内周面は閉塞されているので、歯１２１Ａに集中せずに固定子１００の内周面に分散される。これにより、回転子３００が動いた際に生じる磁気吸引力の差が低減されコギングトルクを減少させることが出来る。

１０継鉄
１１歯
１２スロット
１３電機子巻線
１４開口部
１５回転子
１００固定子
１１０継鉄部
１１１凹部
１２０歯部
１２１セグメント
１２１Ａ歯
１２１Ｂスロット
１２１Ｃ開口部
１２２継ぎ目
１２３磁界
１３０電機子巻線
２００方向性電磁鋼板
２０１矢印
３００回転子
３１０回転子鉄心
３２０永久磁石
４００エアギャップ

Claims

モータの固定子において、
内周部に複数の凹部を備え、かつ前記モータの軸方向に積層された環状の継鉄部と、
前記複数の凹部に一端が収容される複数の歯を放射状に備え、他端が円弧状に連なったセグメント部が環状に連結され、かつ前記軸方向に積層された歯部と、
前記歯の前記一端側から巻線された電機子巻線と、
を備えることを特徴とするモータの固定子。
環状に連結された前記セグメントは、
積層時において前記軸方向に隣接する環状の前記セグメントに生じる継ぎ目が一致しないようにずらして配置され積層されることを特徴とする請求項１記載のモータの固定子。
前記継ぎ目は、
前記モータの前記軸方向に投影した際に、前記セグメント上で偏りなく均等に配置され積層されることを特徴とする請求項２記載のモータの固定子。
前記歯部の内周面は、
円状に連なり、前記歯と前記歯との間が閉塞されていることを特徴とする請求項１記載のモータの固定子。
前記セグメント部は、
前記歯の長手方向に磁束の流れやすい圧延方向を向けた方向性電磁鋼板からなることを特徴とする請求項１記載のモータの固定子。
前記継鉄部は、
全方向に向けて平均的に優れた磁気特性を有する無方向性電磁鋼板からなることを特徴とする請求項１記載のモータの固定子。
モータの固定子の製造方法において、
複数の歯を放射状に備え、一端が円弧状に連なったセグメント部を方向性電磁鋼板から打ち抜く工程と、
前記セグメント部を環状に連結する工程と、
環状に連結された前記セグメント部を積層して歯部を形成する工程と、
電機子巻線を前記歯の他端側から巻き線する工程と、
前記歯部を、内周部に複数の凹部を備え、軸方向に積層された環状の継鉄部に嵌めこむ工程と、
を備えることを特徴とするモータの固定子の製造方法。
回転子と、
歯が電機子巻線で巻き線された固定子と、
を備えたモータにおいて、
内周部に複数の凹部を備え、かつ前記モータの軸方向に積層された環状の継鉄部と、
前記複数の凹部に一端が収容される複数の歯を放射状に備え、他端が円弧状に連なったセグメント部が環状に連結され、かつ前記軸方向に積層された歯部と、
前記歯の前記一端側から巻線された電機子巻線と、
を備えるモータの固定子を含むモータ。