WO2022045166A1

WO2022045166A1 - 固定子および電動機

Info

Publication number: WO2022045166A1
Application number: PCT/JP2021/031078
Authority: WO
Inventors: 齊藤哲丸
Original assignee: ファナック株式会社
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2022-03-03
Also published as: JP7473658B2; JPWO2022045166A1; DE112021003442T5; CN115997332A; US20230307967A1

Abstract

ハウジングに対して適切に固定子を配置し得る固定子および電動機を提供する。一実施形態の固定子（１０）は、ステータ鉄心（１２）と、ステータ鉄心（１２）に設けられ、ステータ鉄心（１２）の軸（ＡＸ）方向の両端面（１２Ｆ１、１２Ｆ２）の各々から軸（ＡＸ）方向に突出するコイル部（１４Ｘ）を有するコイル（１４）と、コイル部（１４Ｘ）を被覆する被覆樹脂（１６）と、を備える。ステータ鉄心（１２）の軸（ＡＸ）方向の両端面（１２Ｆ１、１２Ｆ２）の少なくとも一方は、被覆樹脂（１６）から一部が露出している。

Description

固定子および電動機

　本発明は、固定子および電動機に関する。

　特開２０１４－１１０７１６号公報には、固定子鉄心と、コイルと、カバーとを備えた固定子が開示されている。コイルは、固定子鉄心に設けられる。カバーは、コイル部（コイルエンド）を包囲する。コイル部は、固定子鉄心の軸線方向端面から突出する。

　ところで、特開２０１４－１１０７１６号公報のカバーのコストが高くなる傾向にある。このため、カバーを省く要請がある。しかし、特開２０１４－１１０７１６号公報の固定子のカバーが省かれると、電動機のハウジングに形成された挿入穴に固定子を挿入する場合に、固定子をハウジングに位置決めすることが困難になる。

　そこで、本発明は、ハウジングに対して適切に固定子を配置し得る固定子および電動機を提供することを目的とする。

　本発明の一態様は、固定子であって、ステータ鉄心と、前記ステータ鉄心に設けられ、前記ステータ鉄心の軸方向の両端面の各々から前記軸方向に突出するコイル部を有するコイルと、前記コイル部を被覆する被覆樹脂と、を備え、前記ステータ鉄心の軸方向の両端面の少なくとも一方は、前記被覆樹脂から一部が露出している。

　本発明の他の一態様は、ステータ鉄心と、前記ステータ鉄心に設けられ、前記ステータ鉄心の軸方向の両端面の各々から前記軸方向に突出するコイル部を有するコイルと、前記コイル部を被覆する被覆樹脂と、を有する固定子と、前記固定子が挿入される挿入穴を有するハウジングに固定された回転子とを備える電動機であって、前記ステータ鉄心の軸方向の両端面の少なくとも一方は、前記被覆樹脂から一部が露出し、前記ハウジングには、前記挿入穴に突出する突起が設けられ、前記被覆樹脂から露出する前記ステータ鉄心の端面に前記突起が接触することで、前記ハウジングに対する前記軸方向の前記固定子の位置が固定される。

　本発明の態様によれば、被覆樹脂から露出する端面を、ハウジングの挿入穴に固定子を挿入したときのストッパとすることができ、この結果、ハウジングに対して適切に固定子を配置することができる。

図１は、実施形態の固定子を示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ矢視断面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ矢視断面図である。図４は、電動機のハウジングに固定子を装着する様子を示す図である。図５は、変形例１の固定子を図２と同じ視点で示す図である。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ矢視断面図である。

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

　図１～図３を用いて、実施形態の固定子１０を説明する。図１は実施形態の固定子１０を示す斜視図である。図２は図１のＩＩ－ＩＩ矢視断面図である。図３は図２のＩＩＩ－ＩＩＩ矢視断面図である。固定子１０は、ステータ鉄心１２と、コイル１４と、被覆樹脂１６と、を有する。

　ステータ鉄心１２は、筒状に形成される。ステータ鉄心１２の軸ＡＸ方向の両端面のうち一方の端面１２Ｆ１と、他方の端面１２Ｆ２とは、ステータ鉄心１２の径方向に沿って延びている。

　端面１２Ｆ１の一部は、被覆樹脂１６から露出している。被覆樹脂１６から露出する端面１２Ｆ１の露出部分は、ステータ鉄心１２の外周面１２ＯＳと被覆樹脂１６の外周面１６ＯＳとの間である。一方、端面１２Ｆ２は、被覆樹脂１６に全体が覆われている。

　コイル１４は、ステータ鉄心１２に設けられる。コイル１４は、コイル部１４Ｘを有する。コイル部１４Ｘは、ステータ鉄心１２の軸方向の両端面１２Ｆ１、１２Ｆ２の各々からステータ鉄心１２の軸方向に沿って外側に突出する。コイル部１４Ｘは、一般的にはコイルエンドと呼ばれる。

　被覆樹脂１６は、コイル部１４Ｘを被覆する樹脂である。被覆樹脂１６は、硬化している。被覆樹脂１６は、例えばモールド成形により形成される。ステータ鉄心１２の径方向に沿った被覆樹脂１６の断面形状は、当該ステータ鉄心１２の径方向の断面形状と同じである。なお、図１～図３では、ステータ鉄心１２の径方向の断面形状が円形状である場合が例示されている。

　端面１２Ｆ１に接する被覆樹脂１６の外径はステータ鉄心１２の外径よりも小さい。つまり、端面１２Ｆ１に接する被覆樹脂１６は、ステータ鉄心１２の外周面１２ＯＳよりも内側に設けられる。付言すると、端面１２Ｆ１に接する被覆樹脂１６の外周面１６ＯＳと、ステータ鉄心１２の外周面１２ＯＳとの間には段差空間ＳＴ（図２）が形成される。

　端面１２Ｆ２に接する被覆樹脂１６の外径はステータ鉄心１２の外径と同じである。なお、端面１２Ｆ２に接する被覆樹脂１６の外径は、許容誤差範囲内においてステータ鉄心１２の外径と異なっていてもよい。

　次に、上記の固定子１０を備えた電動機５０に関して説明する。図４は、電動機５０のハウジング３０に固定子１０を装着する様子を示す図である。

　電動機５０は、上記の固定子１０と、ハウジング３０に固定された不図示の回転子とを備える。ハウジング３０は、固定子１０が挿入される挿入穴３０Ｈを有する。ハウジング３０には、挿入穴３０Ｈに突出する突起３２が設けられる。突起３２は、挿入穴３０Ｈに固定子１０が挿入された場合に、被覆樹脂１６から露出するステータ鉄心１２の端面１２Ｆ１の露出部分に接触する。

　電動機５０は、ハウジング３０の挿入穴３０Ｈに上記の固定子１０を挿入し、挿入した固定子１０をハウジング３０に装着することで製造される。

　ハウジング３０の挿入穴３０Ｈに上記の固定子１０を挿入する場合、まず、固定子１０を治具４０に載置する。図４の例では、ステータ鉄心１２の端面１２Ｆ２に接する被覆樹脂１６が治具４０の載置面に載置される。次に、治具４０に載置された固定子１０が、ステータ鉄心１２の端面１２Ｆ１からハウジング３０の挿入穴３０Ｈに挿入される。

　この挿入時に、ハウジング３０の突起３２は、端面１２Ｆ１に接する被覆樹脂１６の外周面１６ＯＳと、ステータ鉄心１２の外周面１２ＯＳとの間の段差空間ＳＴ（図２）を通る。その後、ハウジング３０の突起３２は、被覆樹脂１６から露出するステータ鉄心１２の端面１２Ｆ１の露出部分に接触する。これにより、電動機５０では、ハウジング３０に対する固定子１０の軸方向の位置が固定される。

　このように本実施形態の固定子１０は、被覆樹脂１６から露出するステータ鉄心１２の端面１２Ｆ１を、ハウジング３０の挿入穴３０Ｈに固定子１０を挿入したときのストッパとすることができる。したがって、ハウジング３０に対して適切に固定子１０を配置することができる。

　なお、ハウジング３０に固定子１０が装着された状態において、ステータ鉄心１２の端面１２Ｆ１に接する被覆樹脂１６と、端面１２Ｆ２に接する被覆樹脂１６とは、ハウジング３０と接する。これにより、被覆樹脂１６がハウジング３０と接しない場合に比べて放熱性を高めることができる。

［変形例］
　上記の実施形態は、以下のように変形してもよい。

（変形例１）
　図５は変形例１の固定子１０を図２と同じ視点で示す図である。図６は図５のＶＩ－ＶＩ矢視断面図である。

　本変形例では、ステータ鉄心１２の端面１２Ｆ１に接する被覆樹脂１６の外周面１６ＯＳに、切り欠き１６Ｘが設けられる。切り欠き１６Ｘは、被覆樹脂１６の軸ＡＸ方向の先端からステータ鉄心１２の端面１２Ｆ１まで延びている。

　図６に例示するように、切り欠き１６Ｘの数は、複数であってもよい。また、切り欠き１６Ｘの数は、１つであってもよい。切り欠き１６Ｘの数が複数である場合、複数の切り欠き１６Ｘは、ステータ鉄心１２の軸ＡＸ周り方向（周方向）に間隔をあけて配置される。

　ステータ鉄心１２の端面１２Ｆ１に接する被覆樹脂１６の外径はステータ鉄心１２の外径と同程度である。つまり、本変形例では、被覆樹脂１６から露出する端面１２Ｆ１の露出部分は、切り欠き１６Ｘの部分である。

　本変形例の固定子１０は、上記の実施形態と同様に、ステータ鉄心１２の端面１２Ｆ１からハウジング３０の挿入穴３０Ｈに挿入される。本変形例のハウジング３０には、切り欠き１６Ｘに対応した突起が形成される。この突起は、挿入穴３０Ｈに対する固定子１０の挿入時に、切り欠き１６Ｘを通り、被覆樹脂１６から露出するステータ鉄心１２の端面１２Ｆ１の露出部分に接触する。これにより、ハウジング３０に対する固定子１０の軸方向の位置が固定される。したがって、上記の実施形態と同様に、端面１２Ｆ１を、ハウジング３０の挿入穴３０Ｈに固定子１０を挿入したときのストッパとすることができる。この結果、本変形例であっても、ハウジング３０に対して適切に固定子１０を配置することができる。

　また、本変形例の場合、切り欠き１６Ｘによって、ステータ鉄心１２に対する軸ＡＸ周り方向の相対角度が予め決められた状態となるようにハウジング３０を案内することができる。

（変形例２）
　本変形例では、ハウジング３０に固定子１０が装着された状態において、端面１２Ｆ１に接する被覆樹脂１６は、電動機５０が規定温度に達したときにハウジング３０と接する。なお、電動機５０が規定温度に達していない場合、端面１２Ｆ１に接する被覆樹脂１６は、ハウジング３０と非接触である。具体的には次の手法が１つの例として挙げられる。

　ここで、被覆樹脂１６の外径は「Ｄ０」と定義し、ステータ鉄心１２の外径は「Ｄ１」と定義し、被覆樹脂１６の線膨張係数は「ｋ０」と定義し、ステータ鉄心１２の線膨張係数は「ｋ１」と定義する。また、電動機５０の温度は「ｔ」と定義し、室温は「ｔｒ」と定義する。このように定義した場合、規定温度時の被覆樹脂１６の外径Ｄ０ｔは下記の（１）式となり、規定温度時のステータ鉄心１２の外径Ｄ１ｔは下記の（２）式となる。

　Ｄ０ｔ＝Ｄ０＋Ｄ０×（ｔ－ｔｒ）×ｋ０・・（１）
　Ｄ１ｔ＝Ｄ１＋Ｄ１×（ｔ－ｔｒ）×ｋ１・・（２）

　規定温度時の被覆樹脂１６の外径Ｄ０ｔと、規定温度時のステータ鉄心１２の外径Ｄ１ｔとが等しい場合は、上記（１）式と（２）式とが等しい場合となる。したがって、上記の（１）式および（２）式から下記の（３）式が成り立つ。

　Ｄ０＝Ｄ１（１＋ｋ１（ｔ－ｔｒ））／（１＋ｋ０（ｔ－ｔｒ））・・（３）

　上記の（３）式に基づいて、電動機５０が規定温度に達したときに、端面１２Ｆ１に接する被覆樹脂１６がハウジング３０と接する状態にすることができる。なお、規定温度としては、例えば、定格運転時に生じる熱に応じて電動機５０が達する温度等が挙げられる。

　このように変形例２によれば、電動機５０が規定温度未満の場合には通気性を高めることができる。また、電動機５０が規定温度以上の場合には放熱性を高めることができる。

（変形例３）
　ステータ鉄心１２の端面１２Ｆ２に対して、被覆樹脂１６から露出する露出部分が設けられてもよい。これにより、ステータ鉄心１２の軸方向の両端面１２Ｆ１、１２Ｆ２のいずれが、ハウジング３０の挿入穴３０Ｈに挿入する側となっても、ハウジング３０に対して適切に固定子１０を配置することができる。

　なお、上記の実施形態では、ステータ鉄心１２の両端面１２Ｆ１、１２Ｆ２のうちの端面１２Ｆ１のみに対して、被覆樹脂１６から露出する露出部分が設けられている。上記の実施形態の場合、露出部分の有無に応じて、固定子１０の両端面１２Ｆ１、１２Ｆ２のうちどちらを、ハウジング３０の挿入穴３０Ｈに挿入すればよいかをオペレータに視覚的に把握させることができる。

［発明］
　上記の実施形態および変形例から把握しうる発明について、以下に第１の発明および第２の発明を記載する。

（第１の発明）
　第１の発明は、ステータ鉄心（１２）と、ステータ鉄心（１２）に設けられ、ステータ鉄心（１２）の軸（ＡＸ）方向の両端面（１２Ｆ１、１２Ｆ２）の各々から軸（ＡＸ）方向に突出するコイル部（１４Ｘ）を有するコイル（１４）と、コイル部（１４Ｘ）を被覆する被覆樹脂（１６）と、を備える固定子（１０）である。この固定子（１０）では、ステータ鉄心（１２）の軸（ＡＸ）方向の両端面（１２Ｆ１、１２Ｆ２）の少なくとも一方は、被覆樹脂（１６）から一部が露出している。

　これにより、被覆樹脂（１６）から露出する端面（１２Ｆ１）を、ハウジング（３０）の挿入穴（３０Ｈ）に固定子（１０）を挿入したときのストッパとすることができ、この結果、ハウジング（３０）に対して適切に固定子（１０）を配置することができる。

　ステータ鉄心（１２）の軸（ＡＸ）方向の両端面（１２Ｆ１、１２Ｆ２）の一方は、被覆樹脂（１６）から一部が露出し、ステータ鉄心（１２）の軸（ＡＸ）方向の両端面（１２Ｆ１、１２Ｆ２）の他方は、被覆樹脂（１６）に全体が覆われてもよい。これにより、露出部分の有無に応じて、固定子（１０）の軸方向の両端面のいずれが、ハウジング（３０）の挿入穴（３０Ｈ）に挿入する側となるかを、オペレータに対して視覚的に把握させることができる。

　ステータ鉄心（１２）の径方向に沿った被覆樹脂（１６）の断面形状は、ステータ鉄心（１２）の径方向の断面形状と同じであってもよい。これにより、被覆樹脂（１６）とステータ鉄心（１２）とを接触させることができる。

　各々のコイル部（１４Ｘ）を被覆する少なくとも一方の被覆樹脂（１６）は、ステータ鉄心（１２）の外周面（１２ＯＳ）よりも内側に設けられ、被覆樹脂（１６）から露出するステータ鉄心（１２）の端面（１２Ｆ１）の一部は、ステータ鉄心（１２）の外周面（１２ＯＳ）と被覆樹脂（１６）の外周面（１６ＯＳ）との間の領域であってもよい。これにより、ステータ鉄心（１２）の外周面（１２ＯＳ）と被覆樹脂（１６）の外周面（１６ＯＳ）との間の領域を、ハウジング（３０）の挿入穴（３０Ｈ）に固定子（１０）を挿入したときのストッパとすることができる。

　各々のコイル部（１４Ｘ）を被覆する少なくとも一方の被覆樹脂（１６）の外周面（１６ＯＳ）には、被覆樹脂（１６）の軸（ＡＸ）方向の先端から一部が露出するステータ鉄心（１２）の端面（１２Ｆ１）まで延びる少なくとも１つの切り欠き（１６Ｘ）が設けられ、被覆樹脂（１６）から露出するステータ鉄心（１２）の端面（１２Ｆ１）の一部は、切り欠き（１６Ｘ）が位置する領域であってもよい。これにより、切り欠き（１６Ｘ）が位置する領域を、ハウジング（３０）の挿入穴（３０Ｈ）に固定子（１０）を挿入したときのストッパとすることができる。また、切り欠き（１６Ｘ）によって、ステータ鉄心（１２）の軸（ＡＸ）周り方向の相対角度が予め決められた状態となるようにハウジング（３０）を案内することができる。

（第２の発明）
　第２の発明は、ステータ鉄心（１２）と、ステータ鉄心（１２）に設けられ、ステータ鉄心（１２）の軸（ＡＸ）方向の両端面（１２Ｆ１、１２Ｆ２）の各々から軸（ＡＸ）方向に突出するコイル部（１４Ｘ）を有するコイル（１４）と、コイル部（１４Ｘ）を被覆する被覆樹脂（１６）と、を有する固定子（１０）と、固定子（１０）が挿入される挿入穴（３０Ｈ）を有するハウジング（３０）に固定された回転子とを備える電動機（５０）である。この電動機（５０）では、ステータ鉄心（１２）の軸（ＡＸ）方向の両端面（１２Ｆ１、１２Ｆ２）の少なくとも一方は、被覆樹脂（１６）から一部が露出し、ハウジング（３０）には、挿入穴（３０Ｈ）に突出する突起（３２）が設けられ、被覆樹脂（１６）から露出するステータ鉄心（１２）の端面（１２Ｆ１）に突起（３２）が接触することで、ハウジング（３０）に対する軸（ＡＸ）方向の固定子（１０）の位置が固定される。

　軸（ＡＸ）方向に直交する方向におけるステータ鉄心（１２）の断面形状と被覆樹脂（１６）の断面形状とは同じであってもよい。これにより、被覆樹脂（１６）とステータ鉄心（１２）とを接触させることができる。

Claims

　ステータ鉄心（１２）と、
　前記ステータ鉄心に設けられ、前記ステータ鉄心の軸（ＡＸ）方向の両端面（１２Ｆ１、１２Ｆ２）の各々から前記軸方向に突出するコイル部（１４Ｘ）を有するコイル（１４）と、
　前記コイル部を被覆する被覆樹脂（１６）と、
　を備え、
　前記ステータ鉄心の軸方向の両端面の少なくとも一方は、前記被覆樹脂から一部が露出している、固定子（１０）。
　請求項１に記載の固定子であって、
　前記ステータ鉄心の軸方向の両端面の一方は、前記被覆樹脂から一部が露出し、前記ステータ鉄心の軸方向の両端面の他方は、前記被覆樹脂に全体が覆われる、固定子。
　請求項１または２に記載の固定子であって、
　前記ステータ鉄心の径方向に沿った前記被覆樹脂の断面形状は、前記ステータ鉄心の径方向の断面形状と同じである、固定子。
　請求項１～３のいずれか１項に記載の固定子であって、
　各々の前記コイル部を被覆する少なくとも一方の前記被覆樹脂は、前記ステータ鉄心の外周面（１２ＯＳ）よりも内側に設けられ、
　前記被覆樹脂から露出する前記ステータ鉄心の端面の前記一部は、前記ステータ鉄心の外周面と前記被覆樹脂の外周面（１６ＯＳ）との間の領域である、固定子。
　請求項１～３のいずれか１項に記載の固定子であって、
　各々の前記コイル部を被覆する少なくとも一方の前記被覆樹脂の外周面には、前記被覆樹脂の前記軸方向の先端から前記一部が露出する前記ステータ鉄心の端面まで延びる少なくとも１つの切り欠き（１６Ｘ）が設けられ、
　前記被覆樹脂から露出する前記ステータ鉄心の端面の前記一部は、前記切り欠きが位置する領域である、固定子。
　ステータ鉄心と、前記ステータ鉄心に設けられ、前記ステータ鉄心の軸方向の両端面の各々から前記軸方向に突出するコイル部を有するコイルと、前記コイル部を被覆する被覆樹脂と、を有する固定子（１０）と、前記固定子が挿入される挿入穴（３０Ｈ）を有するハウジング（３０）に固定された回転子とを備える電動機（５０）であって、
　前記ステータ鉄心の軸方向の両端面の少なくとも一方は、前記被覆樹脂から一部が露出し、
　前記ハウジングには、前記挿入穴に突出する突起（３２）が設けられ、
　前記被覆樹脂から露出する前記ステータ鉄心の端面に前記突起が接触することで、前記ハウジングに対する前記軸方向の前記固定子の位置が固定される、電動機。
　請求項６に記載の電動機であって、
　前記ステータ鉄心の軸方向の両端面の一方は、前記被覆樹脂から一部が露出し、前記ステータ鉄心の軸方向の両端面の他方は、前記被覆樹脂に全体が覆われる、電動機。
　請求項６または７に記載の電動機であって、
　前記軸方向に直交する方向における前記ステータ鉄心の断面形状と前記被覆樹脂の断面形状とは同じである、電動機。
　請求項６～８のいずれか１項に記載の電動機であって、
　各々の前記コイル部を被覆する少なくとも一方の前記被覆樹脂は、前記ステータ鉄心の外周面よりも内側に設けられ、
　前記被覆樹脂から露出する前記ステータ鉄心の端面の前記一部は、前記ステータ鉄心の外周面と前記被覆樹脂の外周面との間の領域である、電動機。
　請求項６～８のいずれか１項に記載の電動機であって、
　各々の前記コイル部を被覆する少なくとも一方の前記被覆樹脂の外周面には、前記被覆樹脂の前記軸方向の先端から前記一部が露出する前記ステータ鉄心の端面まで延びる少なくとも１つの切り欠きが設けられ、
　前記被覆樹脂から露出する前記ステータ鉄心の端面の前記一部は、前記切り欠きが位置する領域である、電動機。