JP2024040132A - 電動機のステータ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】絶縁紙及びキャップをティースに対して位置決めし、かつ/又は、結合する作業の容易化を図る。【解決手段】ステータは、複数のスロットと、複数のティース(3)で構成される。ステータは、各ティースについて、干渉結合によってティースの長手方向端部に固定され、径方向に互いに対向して離間した前方突起部(19)が設けられた、絶縁キャップ(14)を有する。導電性材料製の巻線(26)は、各ティースの両側に配置された半スロット、並びに、キャップの周りで、径方向に前方突出部の間に延在する。各半スロットは、第1のワイヤ部と各ティースとの間に介在する、C字形部、並びに、対応する半スロットの外側に、C字形部から長手方向に突出し、前方突起部のうちの1つの一部である、端部上に径方向に載置される、少なくとも1つのフラップ(36、35)を有する、折り畳み可能な絶縁材料製の、少なくとも1つのシート(29)を保持する。【選択図】図3
Description
本特許出願は、2022年9月12日に出願されたイタリア特許出願第102022000018504号の優先権を主張し、その全開示は参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、銅巻線を鉄心から絶縁するために、銅巻線の近傍に配置された絶縁シートを備える、電動機のステータに関する。
知られているように、電動機のステータは、複数のティースで構成することができる鉄心を有し、複数のティースは、それらの間に、一連のステータスロットを周方向に画定する。ティースの周りのスロット内に延在する銅巻線は、隣接する巻線及びコアの鉄から、電気的に絶縁されなければならない。
この絶縁を得るために、「絶縁紙」としても知られる、絶縁紙材料製の折り畳んだシートが使用される。詳細には、各スロットにおいて、各ティースの側面は、絶縁紙のそれぞれの帯状部によって覆われる。
絶縁紙は、各ティースに直接載置され、巻線によって直接固定することができ、あるいは、固定位置で、各ティースの両側にある軸方向端部に結合された、「キャップ」としても知られる2つの絶縁要素によって、固定することができる。
同時に、各ティースの両側にある軸方向端部において、2つのキャップの外面の周りに巻線が配置されるため、キャップは、コアの鉄からの電気絶縁として機能する。
これらの公知のソリューションでは、それぞれのティースに固定される紙の厚さを考慮に入れるために、キャップは比較的大型でなければならず、かつ比較的広い公差を有さなければならないため、絶縁紙の位置及び結合モードは、ほとんどの場合に満足のいくものではない。
それに対し、キャップの全体的な寸法を制限し、この寸法の縮小をよりよく利用して、銅巻線に利用できるスペースを増加させ、電動機の効率を最大限に活用するために、キャップの寸法及び公差は、10分の数ミリメートルでも縮小されるべきである。
更に、公知のソリューションでは、絶縁紙が設計位置に対して移動し、場合によっては、折り目がついたり破損したりして、巻線の絶縁に不具合が生じる得ることを防ぐために、キャップをティースの軸方向端部に結合するために行う作業は、特に注意深く行わなければならない。
したがって、こうした問題のために、絶縁紙及びキャップをティースに対して位置決めし、かつ/又は、結合する方法を変更し、かつ/又は、単純化する必要がある。
日本特許出願第2016036223号には、ティースの軸方向端部に配置される、プラスチック材料のキャップが開示されている。キャップのそれぞれは、絶縁紙の縁部に係合される、それぞれのスリットを画定するように、各ティースの一部に径方向に面する、一対の軸方向突起を有する。
本発明の目的は、上述した欠点を、簡単かつ経済的に解決することができる、電動機のステータを提供することである。
本発明によれば、長手方向軸線を中心に配置され、それらの間に周方向に沿って複数のスロットを画定する複数のティースで構成される、強磁性材料のコアを備える、電動機のステータが提供される。ステータは、それぞれのティースに、以下のものを備える。
・周方向に沿って各ティースの向かい合う側にある、2つの半スロット。
・それぞれが以下のものを備える、2つの絶縁要素。
a)各ティースの対応する長手方向端部に、長手方向に当接する、被覆部。
b)プラスチック材料製であり、固定位置で長手方向端部に結合された取付け部。
・各半スロットについて、対応する半スロットに収容されたC字形部を含む、折り畳み可能な絶縁材料の、それぞれのシート。
・C字形部の周り、及び絶縁要素の周りに巻回され、以下のものを備える、導電性材料製の、少なくとも1つの巻線。
a)前記半スロット内に配置される、第1のワイヤ部。
b)絶縁要素の周りに配置される、第2のワイヤ部。
各取付け部は、シートのいかなる部分も介在させることなく、各ティースの対応する長手方向端部に、干渉によって直接結合されることを特徴とする。
・周方向に沿って各ティースの向かい合う側にある、2つの半スロット。
・それぞれが以下のものを備える、2つの絶縁要素。
a)各ティースの対応する長手方向端部に、長手方向に当接する、被覆部。
b)プラスチック材料製であり、固定位置で長手方向端部に結合された取付け部。
・各半スロットについて、対応する半スロットに収容されたC字形部を含む、折り畳み可能な絶縁材料の、それぞれのシート。
・C字形部の周り、及び絶縁要素の周りに巻回され、以下のものを備える、導電性材料製の、少なくとも1つの巻線。
a)前記半スロット内に配置される、第1のワイヤ部。
b)絶縁要素の周りに配置される、第2のワイヤ部。
各取付け部は、シートのいかなる部分も介在させることなく、各ティースの対応する長手方向端部に、干渉によって直接結合されることを特徴とする。
本発明はまた、電動機のステータの製造方法に関し、本方法は、以下のステップを含む。
・絶縁要素の取付け部を、ティースの対応する長手方向端部に、シートのいかなる部分も介在させることなく、干渉によって直接結合することによって、絶縁要素の取付け部を、ティースの長手方向端部に固定するステップ。
・干渉によって、絶縁要素を固定した後、各シートを対応する半スロット内に導入して、位置決めするステップ。
・シートを導入して位置決めした後、巻線を画定するために、C字形部の周り及び絶縁要素の周りに、ワイヤを巻回するステップ。
・絶縁要素の取付け部を、ティースの対応する長手方向端部に、シートのいかなる部分も介在させることなく、干渉によって直接結合することによって、絶縁要素の取付け部を、ティースの長手方向端部に固定するステップ。
・干渉によって、絶縁要素を固定した後、各シートを対応する半スロット内に導入して、位置決めするステップ。
・シートを導入して位置決めした後、巻線を画定するために、C字形部の周り及び絶縁要素の周りに、ワイヤを巻回するステップ。
本発明の好ましい実施形態は、添付の従属請求項において定義される。
ここで、本発明の非限定的な実施形態を示す、添付の図面を参照して、本発明の説明を行う。
本発明による電動機のステータの、好ましい実施形態の斜視図である。
ステータの一部の、断面図である。
図1のステータの詳細を、別の視点から示す図である。
より明瞭にするために部品を取り除いた、図2の詳細を示す図である。
より明瞭にするために部品を取り除いた、図2の詳細を示す図である。
図3から図5の細部を拡大し、異なる視点から示す図である。
図3から図5の細部を拡大し、異なる視点から示す図である。
図5と同様であり、本発明の変形例を示す、分解図である。
図1において、参照番号1は、自動車を駆動するための、電動発電機として使用するのに適した電動機の、ステータを示す。いずれにせよ、この電動機のステータは、発電機として、かつ/又は、他の用途で使用することができる。
ステータ1は、長手方向軸線Aに沿って延在し、強磁性材料、例えば鉄製のコア2を備える。コア2は、複数のティース3からなり、複数のティース3は、軸線Aを中心とする円周方向Bに沿って、連続して互いに隣接して配置され、図2に示すように、方向Bに沿って、それらの間に一連のスロット4を画定する。スロット4及びティース3は、軸線Aに平行に延在し、軸線Aに沿って一定の面積及び形状を伴う、それぞれの断面を有する。
したがって、各ティース3は、方向Bに沿って互いに平行な、2つの半スロット4aを画定し、径方向外側部分6、径方向内側部分7、及び方向Bに沿って、より狭い中間部分8を含む。特に、方向Bに沿って、部分7は、軸線Aに平行な小さなスリットによって、互いに離間している。
図5を参照すると、各半スロット4aは、この特定の場合には、部分8に沿った面9a、部分6に沿った面9b、及び部分7に沿った面9cからなる、側面によって画定される。面9b及び9cは、面9aに対して横方向であり、面9aに接合されている。特に、面9aは径方向の平面上にある。一般的に言えば、各スロット4aの断面は、本明細書に示す実施例以外の形状を有することができる。
ティース3の両側にある軸方向端部は参照番号3aで示されており、例えば、「キャップ」として一般に知られ、参照番号14で示される、プラスチック材料製のそれぞれの絶縁要素に結合される。各キャップ14は、好ましくは手作業で、(プラスチック材料の変形によって、ティース3に固定されるように)干渉結合によって、固定位置で対応する端部3aに嵌合される、取付け部16を有する。より詳細には、この結合は、雌雄嵌合のように、端部3aを取付け部16に軸方向に挿入することによって得られる。
各キャップ14は、各ティース3の頭部表面に対して長手方向に載置される、被覆部17を更に備える(ティース3の頭部表面は、更に、軸線Aに垂直である)。取付け部16は、特に、被覆部17から半スロット4a内に、すなわち各ティース3の両側に長手方向に突出する、2つの接続壁18からなる。
特に、接続壁18は、半スロット4aの側面と同じ輪郭で成形されており、すなわちC字形である。より具体的には、各壁18は、中間リブ18a、並びに、リブ18aの縁部から突出する、2つの翼状部又はフランジ18b及び18cからなる。リブ18a、及びフランジ18b、及び18cは、それぞれ面9a、9b及び9cと接触する。
被覆部17は、長手方向にティース3の反対の側に、複数の前方突起部を保持する。これらの突起部の1つは、径方向内側にあり、特に各ティース3の部分7と長手方向に位置合わせされた、プレート19によって画定される。他の突起部は、径方向外側にあり、各ティース3の部分6と長手方向に位置合わせされ、プレート19から径方向に離間している、付属物22によって画定される。
プレート19は、方向Bに沿って互いに反対側にある、2つの側面部分20で終了する。基本的に、部分20はまた、フランジ18cの長手方向の延長部である。言い換えれば、各フランジ18c、及びプレート19の対応する側面部分20は、共に、径方向外側に向く、面21を画定する。
同様に、付属物22は、方向Bに沿って互いに反対側にあり、長手方向にフランジ18bのそれぞれの延長部を画定する、2つの側面部分23を備える。基本的に、各フランジ18b、及び付属物22の対応する側面部分23は、共に、径方向内側を向く、面24を画定する。
図8に示す好ましい変形例を考慮すると、半スロット4aにおいて、端部3aの外面は、取付け部16を収容する凹部16aを画定し、それにより、取付け部16を端部3a内に囲むことができる(したがって、取付け部16は、半スロット4aの面9a、9b、9cに対して突出しない)。特に、各接続壁18は、それぞれの凹部16aと係合する。
言い換えれば、面9a、9b、及び9cは、前述した凹部16aを画定するように、各端部3aにおいて、異なる段又は水平面で終了する。したがって、断面において、端部3aは、実質的に同じ形状を有するにもかかわらず、残りの部分、すなわち各ティース3の中央部分よりも小さい寸法を有する。
好ましくは、面21及び24が、各ティース3の面9c及び9bと同一平面上にあり、各接続壁18の中間リブ18aが、各ティース3の面9aと同一平面上にある外面25を有するように、凹部16aの深さは、接続壁18の厚さに等しい。
図4を参照すると、ステータ1は、例えば銅などの導電性材料製の、ティース3の部分8の周りに巻回された、複数の巻線26を更に備える。巻線26は、直線状であり、半スロット4a内に延在するワイヤ部26a、並びに、湾曲し、プレート19と付属物22との間で径方向に得られる空間内で、キャップ14の被覆部17の周りに延在する、ワイヤ部26bを備える。
ワイヤ部26aは、同じスロット4に配置された他の巻線26及び各ティース3から電気的に絶縁されるように、折り畳み可能な絶縁材料、一般には、(「絶縁紙」としても知られる)紙材料のシート29に巻回される(図2)。特に、各半スロット4aに対して、単一のシート29が設けられる。
図7を参照すると、シート29は、参照番号30で示されるC字形部を備え、前述した側面と同じ輪郭で半スロット4aの側面に面し、各ワイヤ部26aを各ティース3から絶縁する。特に、部分30は、(方向Bに沿って)面9aの前方に配置される中間帯状部30a、並びに、帯状部30aにそれぞれの折り線を画定し、面9b及び9cに(径方向に)面してそれぞれ配置される、2つの帯状部30b、及び30cからなる。
本発明によれば、キャップ14の取付け部16は、各ティース3の端部3aとシート29の部分30との間に介在する。言い換えれば、シート29は、キャップ14の外面上に載置され、したがって、キャップと各ティース3との間で係止、又は締め付けは行われない。したがって、巻線26を形成する前には、シート29の部分30は、半スロット4aの側面から離間している。
特に、各接続壁18の中間リブ18aは、各ティース3の面9aと、対応するシート29の中間帯状部30aとの間に配置されたままである。壁18のフランジ18b及び18cは、各ティース3の面9b及び9cと、シート29の帯状部30b及び30cとの間に配置されたままである。言い換えれば、シート29の帯状部30bは面24上に載置され、帯状部30cは面21上に載置される。
本発明の好ましい態様によれば、シート29は、符号35及び36で示される、2対のフラップを備える。これらのフラップは、対応する半スロット4aの部分30から長手方向の外側に突出し、被覆部17を通過し、付属物22及びプレート19の両端を画定する、側面部分23及び20に径方向に載置される(図6)。
特に、フラップ36及び35は、シート29の帯状部30c及び30bの長手方向延長部を画定し、中間帯状部30aを越えて、長手方向に突出する(図7)。
図6に示すように、フラップ36及び35は、対応する側面部分20、23の、長手方向幅全体を覆うような長さを有する。言い換えれば、特に、フラップ35及び36は、プレート19及び付属物22の端縁と同一平面上にある、それぞれの縁部40、41で長手方向に終了することができる。
各シート29の長手方向の両端には、好ましくは、フラップ35及び/又は36が設けられる。
本明細書に示す実施形態によれば、各フラップ36は、対応する半スロット4aから長手方向に離れるにつれて、(方向Bに沿って)徐々に広くなる幅を有する。具体的には、フラップ36の縁部39は、(各ティース3に平行ではなく)ティース3の径方向対称面に向かって広がる。特に、フラップ36は、径方向に見る場合、実質的に直角台形の形状を有する。
図3及び図7を参照すると、各シート29は、径方向に延在し、それらの端部で互いに重なり合う、2つの翼状部43及び44を備える。翼状部43及び44は、基本的に、スロット4の空間を2つの半スロット4aに分割し、方向Bに沿って、隣接する半スロット4aと係合するシート29の、翼状部43、44に載置される(図2)。翼状部43、44が、部分30に対して折り畳まれていることは明らかである。それらは、好都合には、部分30だけでなく、フラップ35及び/又は36にも、それぞれ折り線を画定する。言い換えれば、翼状部43及び44は、フラップ35、36、及び帯状部30b、30cの長さの合計に等しい長さを有する。翼状部43及び44の長さが、このように長いおかげで、フラップ35及び36は、巻線26を得るために行われるケーブル巻回作業中に、高い剛性又は形状安定性を有する。
上記のことから、キャップ14が干渉によって、かつシート29の介在なしに、半スロット4aの表面に直接結合されるため、比較的簡単な方法で、ティース3に対して、キャップ14及びシート29を位置決め及び/又は固定することができることは明らかである。各シート29は、各キャップ14が各ティース3の対応する端部3aに固定された後にのみ、各キャップ14の外面(すなわち、面21、24、及び25上)に置かれる。
特に、キャップ14をティース3の端部3aに固定するための作業は、シート29の位置決め及び固定を伴わないため、特段の注意や用心を必要とせず、例えば手動で行うことができる。各シート29を、それぞれの半スロット4aに導入して位置決めするために行われる作業は、実際には、好ましくは自動化された方法で、各キャップ14の位置決め及び固定を終了した後にのみ、行われる。
更に、各シート29の各部分30をそれぞれの半スロット4aに配置した後、巻線26を形成するためのワイヤ巻回作業中に、各キャップ14上の各シート29を固定位置に保持するために、作業者は、比較的簡単な作業を行わなければならない(翼状部43及び44が、開放位置で伸長される)。これに関して、前述した巻回中に、シート29を長手方向に、例えば各ティース3の軸方向両側に配置された、2つの当接部(図示せず)の間に変わらず保持するための補助として、(フラップ35及び36の長手方向端部にある)縁部40及び41、並びに/又は、翼状部43及び/又は44の長手方向縁部を使用することができる。あるいは、適切な保持システム、例えば、開放して保持されなければならない翼状部43及び44を利用して、巻回中にも変わらず紙を保持する、クランプを使用することができる。
ワイヤの巻回中に、シート29を変わらず静止状態に保持することが容易であり、かつ精度が高いことにより、巻回速度が増加し、したがってステータ1の製造時間が短縮される。
各ティース3及び対応するキャップ14の周りに、ワイヤを巻き付けた後、シート29は、巻線26自体によって、ティース3に対して固定される。この時点で、翼状部43及び44は、各半スロット4aに配置されたワイヤ部26aを絶縁するように、公知の技術を使用して、図3に示す位置に折り畳まれる。最後に、公知の技術を使用してステータ1を組み立てるために、シート29及び巻線26を有するティース3が、方向Bに沿って押し込まれる。
シート29のいかなる部分も介在させることなく、キャップ14をティース3の端部3aに結合するということにより、製造業者は、わずかに小さい寸法を有するキャップ14を、設計及び製造することが可能となる。実際に、各取付け部16のプラスチック材料が、干渉によって各ティース3の鉄に直接結合されるため、この結合は、公知のソリューションと比較して、より剛性であり、より精密である。この精密さのおかげで、キャップ14をより小さい公差(例えば、100分の1の精度で)で設計することができ、したがって、2つの接続壁18の厚さを更に低減することができる。この省スペース化を、有利には、半スロット4a内にある巻線26の導電性材料の体積を増加させるために使用することができ、その結果、電動機の効率が増加する。
半スロット4aで利用できる、巻線26のための体積の利点のために、図8の変形例では、更なる省スペース化が行われる。接続壁18は凹んでおり、したがって面9a、9b、及び9cに対して突出しない。更に、このソリューションでは、シート29が平坦な表面に載置されるため、シートの位置決めが改善される(反対に、図5のソリューションでは、シート29は、面9a、9b、及び9cに対して接続壁18によって画定された、異なる段又は水平面で、湾曲を形成しやすい)
最後に、上記のことから、添付の図面を参照して上述したステータ1には、添付の特許請求の範囲で定義される保護の範囲を超えることなく、明らかに変更及び変形を施すことができる。
特に、各スロット4の側面の特有の形状、並びに/又は、各キャップ14の形状及び寸法、並びに/又は、各スロット4内の絶縁シートの形状及び数、並びに/又は、各フラップ35及び36の数などは、単に実施例として上述したものとは、異なっていてもよい。
Claims (15)
- 長手方向軸線(A)を中心に配置され、それらの間に円周方向(B)に沿って複数のスロット(4)を画定する、複数のティース(3)で構成される、強磁性材料のコア(2)を備える、電動機のステータであって、前記ステータが、前記ティース(3)のそれぞれについて、
前記円周方向(B)に沿って、前記ティース(3)のそれぞれの向かい合う側にある、2つの半スロット(4a)と、
2つの絶縁要素(14)であって、それぞれが、
a)前記ティース(3)のそれぞれの、対応する長手方向端部に、長手方向に当接する、被覆部(17)と、
b)プラスチック材料製であり、固定位置で前記長手方向端部(3a)に結合される取付け部(16)を備える、絶縁要素(14)と、
前記半スロット(4a)のそれぞれについて、対応する前記半スロット(4a)内に収容されるC字形部(30)を含む、折り畳み可能な絶縁材料の、それぞれシート(29)と、
導電性材料製であり、前記C字形部(30)の周り、及び前記絶縁要素(14)の周りに巻回される、少なくとも1つの巻線(26)であって、
a)前記半スロット(4a)に配置される、第1のワイヤ部(26a)と、
b)前記絶縁要素(14)の周りに配置される、第2のワイヤ部(26b)で構成される、巻線(26)と、を備え、
各取付け部(16)が、前記シート(29)のいかなる部分も介在させることなく、前記ティース(3)のそれぞれの、対応する長手方向端部(3a)に、干渉によって直接結合されることを特徴とする、電動機のステータ。 - 前記取付け部(16)が、前記C字形部(30)と、前記ティース(3)のそれぞれの長手方向端部(3a)との間に介在する、請求項1に記載のステータ。
- 前記C字形部(30)が、前記取付け部(16)に直接載置される、請求項2に記載のステータ。
- 前記取付け部(16)のそれぞれが、前記被覆部(17)から、それぞれの半スロット(4a)内に長手方向に突出し、前記円周方向(B)に沿って、対応する前記ティース(3)の両側に配置される、2つの接続壁(18)からなる、請求項1に記載のステータ。
- 前記接続壁(18)が、前記半スロット(4a)の表面と同じ、C字形の輪郭で成形される、請求項4に記載のステータ。
- 前記接続壁(18)のそれぞれが、中間リブ(18a)、並びに、前記中間リブ(18a)のそれぞれの縁部から突出する、2つの翼状部(18b、18c)からなる、請求項4に記載のステータ。
- 前記半スロット(4a)において、前記長手方向端部(3a)が、凹部(16a)を伴う側面を有し、前記取付け部(16)が、前記凹部(16a)に囲まれる、請求項1に記載のステータ。
- 前記取付け部(16)のそれぞれが、前記半スロット(4a)の表面(9a、9b、9c)と同一平面にある、請求項7に記載のステータ。
- 前記絶縁要素(14)のそれぞれが、前記取付け部(16)の翼状部(18b、18c)の、長手方向の延長部として、前記被覆部(17)から突出する、少なくとも1つの前方突起部(19、22)を更に備え、
前記シート(29)のそれぞれが、前記C字形部(30)の一部から長手方向に突出し、前記前方突起部(19、22)上に径方向に配置される、少なくとも1つのフラップ(36、35)を備える、請求項3に記載のステータ。 - 前記フラップ(36、35)が、前記前方突起部(19、22)の長手方向の全幅を覆うような長さを有する、請求項9に記載のステータ。
- 前記シート(29)のそれぞれの、前記C字形部(30)が、
前記円周方向(B)に沿って、対応する前記半スロット(4a)の面(9a)の前方に配置された、中間帯状部(30a)と、
前記中間帯状部(30a)の、それぞれの折り線を画定し、対応する前記半スロット(4a)のそれぞれの更なる面(9b、9c)の前方に、径方向に面して配置される、2つの帯状部(30b、30c)を備え、
前記フラップ(36、35)が、前記2つの帯状部(30b、30c)の一方の、長手方向の延長部を画定する、請求項9に記載のステータ。 - 前記シート(29)のそれぞれが、その両側にある長手方向端部に、前記フラップ(35、36)を備える、請求項9に記載のステータ。
- 前記シート(29)のそれぞれが、同じスロット(4)に配置された巻線(26)を分離し、前記C字形部(30)及び前記フラップ(36、35)の折り線を画定する、少なくとも1つの折り畳み可能な翼状部(43、44)を更に備える、請求項9に記載のステータ。
- 請求項1から13のいずれか一項に記載の、電動機のステータの製造方法であって、
前記絶縁要素(14)の前記取付け部(16)を、前記ティース(3)の対応する前記長手方向端部(3a)に、干渉によって直接結合することによって、前記シート(29)のいかなる部分も介在させることなく、前記絶縁要素(14)を、前記ティース(3)の前記長手方向端部(3a)に固定するステップと、
干渉によって、前記絶縁要素(14)を固定した後、前記シート(29)のそれぞれを、対応する前記半スロット(4a)内に導入して、位置決めするステップと、
前記シート(29)を導入して位置決めした後に、前記巻線(29)を画定するために、前記C字形部(30)の周り、及び前記絶縁要素(14)の周りに、ワイヤを巻回するステップと、を含む、ステータの製造方法。 - 前記干渉結合が、各長手方向端部(3a)を、対応する前記取付け部(16)に、長手方向に挿入することによって行われる、請求項14に記載の方法。
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