KR20070058487A

KR20070058487A - 고정자 및 이를 적용한 모터, 및 이 고정자의 제조방법

Info

Publication number: KR20070058487A
Application number: KR1020077005423A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 모리오카; 야스아키 마츠시타; 요시히로 기라; 신야 다무라
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2007-06-08
Also published as: CN101164218A; US7626304B2; US20080315710A1; CN101164218B; KR100898202B1; DE112006000063T5; JPWO2007043224A1; TW200715685A; WO2007043224A1

Abstract

복수의 분할 고정자(12)를 환상으로 결합한 고정자로써, 이 분할 고정자는, 티스부(16a)와 요크부(16b)를 구비하고, 티스부 단위마다 분할하여 전자 강판을 적층하여 이루어지는 분할적층 철심(16)과, 이 분할적층 철심에 제공된 절연체(13a, 13b, 14a, 14b)와, 이 분할 적층 철심에 절연체를 통해 감긴 집중 권선(15)을 구비한다. 여기서, 분할 적층 철심은, 절연체와 집중 권선에 의해 유지된다.

Description

고정자 및 이를 적용한 모터, 및 이 고정자의 제조방법{STATOR AND MOTOR, TO WHICH THE STATOR IS APPLIED, AND METHOD OF MANUFACTURING THE STATOR}

본 발명은, 전자 강판의 적층에 기인하는 손실을 저감한 고정자 및 이를 적용한 모터의 구조, 및 이 고정자의 제조방법에 관한 것이다.

주로 산업기기 등에 사용되는 모터에 있어서는, 소비전력 삭감을 위해, 소형으로 고효율의 모터가 요망되고 있다. 그 때문에 고정자 철심을 티스 단위(teeth unit)로 분할하고, 그 분할 철심에 집중 권선함으로써 슬롯 권선의 점적률(space factor)을 높여, 권선 단부의 공간 절약화를 도모한 소형 고효율의 모터가 주류가 되고 있다.

전자 강판을 펀칭한 분할 철심 시트를 소정량 적층하고, 이 분할 고정자 철심을 얻기 위해, 분할 철심 시트를 적층 고정하는 공법으로서, 하기의 공법이 알려져 있다. 분할 철심 시트를 적층하고, 그 내외주면을 적층방향으로 레이저 용접하는 공법(제1 공법), 분할 철심 시트의 적층방향으로 하프 블랭킹한 볼록부와 오목부를 끼워 맞춰 상하의 코어를 코킹 연결하는 다월 코킹 방식(dowel caulking method) 또는 PAC(Press Auto Clamp) 방식이라 불리는 공법(제2 공법) 및, 분할 철심 시트로서 접착 철심용 전자 강판을 이용하여, 가압 및 가열(가열압착)에 의해 적층 고정하는 공법(제3 공법)이다. 이 제3 공법은, 일본국 특허 출원 특개평 11-162722호 공보에 개시되어 있다.

제1 공법에서는, 특히 회전자의 영구자석과의 대향면에서 와전류 손실(eddy current loss)이 발생하고, 모터 효율이 저하하는 문제가 있다. 이 와전류 손실을 저감하기 위해, 분할 철심 시트를 적층 후, 수지 일체 성형하는 방법이 제안되어 있고, 일본국 특허 출원 특개 2000-333388호 공보에 개시되어 있다. 또한, 제2 공법에 있어서도, 하프 블랭킹한 요철부의 끼워맞춤부에서, 와전류 손실이 발생한다.

또한, 제3 공법에 있어서는, 전술의 와전류 손실을 저감할 수 있다. 그러나, 다른 공법에 이용하는 일반적인 전자 강판이, 무기계(inorganic) 코팅인데 대해, 접착 철심용 전자 강판의 접착 코팅의 막 두께가 접착 강도를 확보하기 위해 두꺼워져, 단위 적층 길이당의 철량 즉 철심의 점적률이 저하한다. 또, 이 접착 철심용 전자 강판은, 일반적인 무기계 코팅의 전자 강판에 비해 비용이 비싸기 때문에, 분할 고정자 철심으로서 비용이 상승하게 되는 과제도 있다.

이와 같이 종래의 고정자 및 그 공법에 있어서는, 분할 철심 시트를 적층 고정하는 공법에 과제가 있다. 즉, 레이저 용접 공법이나 다월 코킹 방식으로 얻어진 적층 철심은 와전류 손실이 크고, 접착 적층 공법으로 얻어진 적층 철심은 철심의 점적률이 낮아, 비용이 비싸다.

또한, 분할 철심 시트를 펀칭 다이로 펀칭한 직후에 금형 내에서 적층 고착하지 않고 취출하면, 철심이 흩어진 상태로 배출되게 되어, 철심의 방향이나 표리를 맞추거나 하지 않으면 안 되어, 적층을 위한 갖춤 작업에 막대한 노력이 든다는 과제도 있다.

본 발명의 고정자는, 하기의 구성을 갖는다. 복수의 분할 고정자를 환상으로 결합한 고정자로서, 이 분할 고정자는, 티스부와 요크부를 구비하고, 티스부 단위마다 분할하여 전자 강판을 적층하여 이루어지는 분할 적층 철심과, 이 분할 적층 철심에 제공된 절연체와, 이 분할 적층 철심에 절연체를 통해 감긴 집중 권선을 구비한다. 여기서, 분할 적층 철심은, 절연체와 집중 권선에 의해 유지된다.

또한, 본 발명은 이 고정자를 적용한 모터를 더 포함한다. 또, 본 발명은, 하기 단계를 갖는 이 고정자의 제조방법을 더 포함하고, 이 제조방법은 하기의 단계를 갖는다.

프레스 상형과 프레스 하형으로 전자 강판 시트를 연속적으로 펀칭하고, 분할 철심 시트를 얻는 단계와, 이 분할 철심 시트를 레일로 안내하고 연속적으로 배출하는 단계와, 막대형상의 지그를 통해 분할 철심 시트의 소정량을 취출하는 단계와, 소정량의 분할 철심 시트를 감싸도록 절연체를 장착하는 단계와, 분할 철심 시트를 철심 유지 지그로 유지하고, 집중 권선을 감는 단계와, 철심 유지 지그를 떼어 분할 고정자를 얻는 단계와, 분할 고정자를 환상으로 결합하는 단계를 포함한다.

이 구성 및 이 제조방법에 의해, 와전류 손실을 증가시키는 일 없이, 또한 철심의 점적률을 낮게 하는 일 없이, 고정자 및 이를 적용한 모터의 고효율화와 소형화 및 저가격을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 모터의 단면도이다.

도 2는 도 1에 나타내는 모터의 고정자의 요부 설명도이다.

도 3은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 고정자의 요부 설명도이다.

도 4는 도 3에 나타내는 고정자의 분할 적층 철심의 제조방법 설명도이다.

*부호의 설명*

1 회전자 3 회전자 철심

4 영구자석 11, 21 고정자

12, 22 분할 고정자 13a, 13b, 14a, 14b 절연체

15, 25 집중 권선 16, 26 분할 적층 철심

16a, 26a 티스부 16b, 26b 요크부

23a, 23b, 24a, 24b 절연체

26e 분할 적층 철심의 오목부

32 전자 강판 시트 33 프레스 상형

34 프레스 하형 35 레일

36 막대형상의 지그 46 분할 철심 시트

46e 분할 철심 시트의 오목부

이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 이용하여 설명한다.

(실시형태 1)

도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 모터의 단면도이다. 본 실시형태에 나타내는 모터는, 일례로서, 이너 로터형(inner rotor type)의 8극 12 슬롯 타입의 모터를 나타내고 있다. 도 1에 있어서, 고정자(11)는, 12개의 분할 고정자(12)를 환상으로 연결하여 구성된다. 각 분할 고정자(12)의 요크부(16b)의 접합면에는, 한쪽의 면에 오목부(16d)를, 다른쪽의 면에는 볼록부(16e)를 갖고, 위치 결정과 강도의 확보가 이루어진다.

각 분할 고정자(12)의 티스부(16a)에는, 연결 전에 절연체(13a, 13b)를 통해, 집중 권선(15)이 감긴다.

한편, 회전자(1)는, 회전자 철심(3)의 외주에 8극(N극 및 S극을 1쌍으로 하여 4쌍)의 영구자석(4)이 고착되어 있다. 회전자 철심(3)의 중앙에는 회전축(2)이 압입 등의 방법으로 고착되어 있다. 회전축(2)은 축받이(도시하지 않음)로 회전 자재로 지지되어 있다. 영구자석(4)의 외주는, 수지 테이프 또는 비자성체의 금속 박판(도시하지 않음)으로 보강되어 있다. 그리고, 회전자(1)의 영구자석(4)과 고정자(11)의 티스부(16a)의 선단은, 소정의 공극을 통해 대향하고 있다.

도 2는, 도 1에 나타내는 고정자(11)의 요부 설명도이다. 분할 고정자(12)는, 하기 대로 구성된다. 전자 강판을 소정의 형상으로 펀칭한 분할 철심 시트를 소정량 적층하여 분할 적층 철심(16)을 얻는다. 이 분할 적층 철심(16)은, 후술대로 철심 유지 지그로 유지되는데, 각 분할 철심 시트 간은 고착되어 있지 않은 상태이다. 이 분할 적층 철심(16)의 티스부(16a) 양측면에 절연체(13a, 13b)가, 적층 방향의 양단면에 절연체(14a, 14b)가, 각각 압입 장착된다. 이들 절연체(13a, 13b, 14a, 14b)는, 분할 적층 철심(16)을 감싸도록 배치되게 된다. 이 상태로 권선기(도시하지 않음)에 의해 소정의 집중 감기를 행하여, 분할 고정자(12)가 완성된다.

이 권선의 단말은, 절연체(14a) 또는 절연체(14b)에 설치된 중계단자(도시하지 않음)에 접속되고, 분할 고정자(12)를 환상으로 연결한 후에 소정의 결선이 이루어진다.

각 분할 철심 시트 간은 고착되어 있지 않지만, 감싸도록 배치된 절연체(13a, 13b, 14a, 14b)를 통해 집중 권선(15)으로 유지되기 때문에, 분할 철심 시트가 흩어지게 되는 일은 없다. 종래와 같이, 각 분할 철심 시트 간을 레이저 용접이나 하프 블랭킹한 요철의 끼워맞춤부를 필요로 하지 않기 때문에, 와전류 손실이 증가하는 일은 없다. 또한 접착 철심용 전자 강판을 사용할 필요가 없기 때문에, 철심의 점적률이 낮아지는 일은 없다. 본 실시형태1의 고정자를 적용한 모터는, 고효율화, 소형화 및 저가격화를 실현할 수 있다.

(실시형태 2)

도 3은, 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 고정자(21)의 요부 설명도이다. 본 실시형태에 있어서의 분할 적층 철심(26)은, 그 요크부 외주에 오목부(26e)를 구비한다. 이 오목부(26e)는, 프레스 금형으로 전자 강판 시트를 펀칭한 분할 철심 시트를 연속적으로 배출하고, 소정량의 취출로부터 감기 작업까지를 용이화하는 것이다. 이 이외의 기본적 구성은, 실시형태 1과 마찬가지다.

전자 강판을 소정의 형상으로 펀칭한 분할 철심 시트를 소정량 적층하여 분할 적층 철심(26)을 얻는다. 이 분할 적층 철심(26)은, 후술대로 철심 유지 지그로 유지되는데, 각 분할 철심 시트 간은 고착되어 있지 않은 상태이다. 이 분할 적층 철심(26)의 티스부(26a) 양측면에 절연체(23a, 23b)가, 적층방향의 양단면에 절연체(24a, 24b)가, 각각 압입 장착된다. 이들 절연체(23a, 23b, 24a, 24b)는, 분할 적층 철심(26)을 감싸도록 배치되게 된다. 이 상태로 권선기(도시하지 않음)에 의해 소정의 집중 감기를 행하여, 분할 고정자(22)가 완성한다.

또, 이 권선의 단말은, 절연체(24a) 또는 절연체(24b)에 설치된 중계단자(도시하지 않음)에 접속되고, 분할 고정자(22)를 환상으로 연결한 후에 소정의 결선이 이루어진다.

각 분할 철심 시트 간은 고착되어 있지 않지만, 감싸도록 배치된 절연체(23a, 23b, 24a, 24b)를 통해 집중 권선(25)으로 유지되기 때문에, 분할 철심 시트가 흩어지게 되는 일은 없다. 종래와 같이, 각 분할 철심 시트 간을 레이저 용접이나 하프 블랭킹한 요철의 끼워맞춤부를 필요로 하지 않기 때문에, 와전류 손실이 증가하는 일은 없다. 또한 접착 철심용 전자 강판을 사용할 필요가 없기 때문에, 철심의 점적률이 낮아지는 일은 없다. 본 실시형태 2의 고정자를 적용한 모터는, 고효율화, 소형화, 및 저가격화를 실현할 수 있다.

도 4는, 본 실시형태 2에 있어서의 고정자의 분할 적층 철심의 제조방법의 설명도이다. 전자 강판 시트(32)가 프레스 하형(34) 상에 공급되고, 프레스 상형(33)의 상하운동에 의해, 소정 형상의 분할 철심 시트(46)가 연속적으로 펀칭된다. 펀칭된 분할 철심 시트(46)는, 프레스 하형(34)의 펀칭부(34a)로부터 외부로 연속하여 설치된 레일(35)에 분할 철심 시트(46)의 오목부(46e)가 통하도록 하여 안내 되고, 연속적으로 순차 배출된다.

또, 분할 철심 시트(46)에 설치된 오목부(46e)는, 개구부를 갖는 대략 원형이고, 그 개구부는 대략 원형의 직경보다 작게 설정되어 있다.

여기서, 막대형상의 지그(36)를 레일(35) 단부에 맞닿게 하고, 오목부(46e)를 통해 소정량을 취출하여 분할 적층 철심(26)을 구성한다. 이 막대형상의 지그(36)의 단면형상을 오목부(46e)의 개구부보다 크게 설정함으로써, 막대형상의 지그(36)에 결합된 분할 철심 시트(46)를 레일(35)로부터 취출한 상태에 있어서, 분할 철심 시트(46)가 막대형상의 지그(36)로부터 탈락하는 일은 없다.

다음으로, 집중 권선(25)과 분할 적층 철심(26)을 절연하기 위해, 분할 적층 철심(26)의 티스부(26a)의 내벽을 따르도록 절연체(23a, 23b)를 장착하면서, 또 절연체(23a, 23b)를 끼워넣도록 절연체(24a, 24b)를 분할 적층 철심(26)의 양단으로 부터 압입한다. 이 단계에서도 막대형상의 지그(36)에 의해 분할 철심 시트(46)가 탈락하는 일은 없고, 막대형상의 지그(36)를 기준으로 하여 분할 철심 시트(46)를 용이하게 정렬할 수 있다.

다음의 권선 단계에서는, 분할 적층 철심(26)에 있어서, 절연체(23a, 23b, 24a, 24b)가 배설되어 있지 않은 면을 철심 유지 지그(도시하지 않음)로 유지하고, 절연을 실시한 분할 적층 철심(26)의 티스부(26a)에 집중 권선(25)을 실시한 후, 이 지그를 떼면 집중 권선(25)을 구비한 분할 고정자(22)가 된다.

이 분할 고정자(22)를 12개 환상으로 배치하여 서로의 분할면을 접합 고착한 후, 집중 권선(25)의 단부를 소정의 결선 처리를 하여 고정자(21)가 완성한다. 접 합부의 고착방법으로는, 예를 들면 종래 공법의 레이저 용접이나 접착제에 의한 고착이어도 된다. 이러한 철심 외주부에서의 레이저 용접은, 자속으로의 영향도 적고, 와전류 손실을 최소한으로 할 수 있다.

또, 자기손실을 최소한으로 하기 위해, 오목부(46e)는 자극 중앙의 외주부에 설치하고, 막대형상의 지그가 통할 수 있는 필요 최저한의 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 고정자의 외주에 프레임 등의 환상 구조물을 압입 또는 수축 끼워맞춤해도 되고, 또 이 환상 구조물과 고정자가 회전의 반력으로 움직이는 것을 방지하기 위해 외부로부터 핀을 오목부(46e)에 박아도 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 와전류 손실을 증가시키는 일 없이, 또한 철심의 점적률을 낮게 하는 일 없이, 고정자 및 이를 적용한 모터의 고효율화와 소형화 및 저가격을 실현할 수 있다. 특히, 산업용 소형 모터로서의 이용에 유용하다.

Claims

복수의 분할 고정자를 환상으로 결합한 고정자로써,

상기 분할 고정자는,

티스부(teeth portion)와 요크부(yoke portion)를 구비하고, 상기 티스부 단위마다 분할하여 전자 강판을 적층하여 이루어지는 분할 적층 철심과,

상기 분할 적층 철심에 제공된 절연체와,

상기 분할 적층 철심에 상기 절연체를 통해 감긴 집중 권선을 구비하고,

상기 분할 적층 철심은 상기 절연체와 상기 집중 권선에 의해 유지되는, 고정자.
청구항 1에 있어서,

상기 절연체는 상기 분할 적층 철심의 적층방향의 양단면과 상기 요크부의 양측면에 구비되고, 상기 분할 적층 철심을 감싸도록 배치되는, 고정자.
청구항 1에 있어서,

상기 분할 적층 철심은 상기 요크부의 외주에 오목부를 구비하고, 상기 오목부의 개구부는 내부보다 좁은, 고정자.
모터로써,

영구자석을 구비한 회전자와,

상기 영구자석에 소정의 공극을 통해 대향하는 고정자로 이루어지고,

상기 고정자는 복수의 분할 고정자를 환상으로 결합하여 구성되고,

상기 분할 고정자는,

티스부와 요크부를 구비하고, 상기 티스부 단위마다 분할하여 전자 강판을 적층하여 이루어지는 분할 적층 철심과,

상기 분할 적층 철심에 제공된 절연체와,

상기 분할 적층 철심에 상기 절연체를 통해 감긴 집중 권선을 구비하고,

상기 분할 적층 철심은 상기 절연체와 상기 집중 권선에 의해 유지되는, 모터.
청구항 4에 있어서,

상기 절연체는 상기 분할 적층 철심의 적층방향의 양단면과 상기 요크부의 양측면에 구비되고, 상기 분할 적층 철심을 감싸도록 배치되는, 모터.
청구항 4에 있어서,

상기 분할 적층 철심은 상기 요크부의 외주에 오목부를 구비하고, 상기 오목부의 개구부는 내부보다 좁은, 모터.
복수의 분할 고정자를 결합하여 이루어지는 고정자의 제조방법으로써,

상기 분할 고정자는,

티스부와 요크부를 구비하고, 상기 티스부 단위마다 분할하여 전자 강판을 적층하여 이루어지는 분할 적층 철심과,

상기 분할 적층 철심에 제공된 절연체와,

상기 분할 적층 철심에 상기 절연체를 통해 감긴 집중 권선을 구비하고,

상기 고정자의 제조방법은,

프레스 상형과 프레스 하형으로 전자 강판 시트를 연속적으로 펀칭하고, 분할 철심 시트를 얻는 단계와,

상기 분할 철심 시트를 레일로 안내하여 연속적으로 배출하는 단계와,

막대형상의 지그를 통해 상기 분할 철심 시트의 소정량을 취출하는 단계와,

상기 소정량의 분할 철심 시트를 감싸도록 상기 절연체를 장착하는 단계와,

상기 분할 철심 시트를 철심 유지 지그로 유지하고, 집중 권선을 감는 단계와,

상기 철심 유지 지그를 떼어 상기 분할 고정자를 얻는 단계와,

상기 분할 고정자를 환상으로 결합하는 단계를 포함하는, 고정자의 제조방법.
청구항 7에 있어서,

상기 분할 철심 시트는 상기 요크부의 외주에 개구부가 내부보다 좁은 오목부를 구비하고,

상기 막대형상의 지그의 단면은 상기 오목부의 개구부보다 큰, 고정자의 제조방법.