JP4195705B2 - ステータとこれを有する電気モーター - Google Patents

Description

本発明はステータ及びこれを有する電気モーターに関するもので、より詳しくはコアを切曲して製造する工程が単純で、コアの切曲に使用される金型数が少なくて製造原価を節減することができ、製造時間が短くて作業生産性を向上させることが可能であるステータ及びこれを有する電気モーターに関するものである。

一般的に電気モーター(以下、モーターという)は電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する装置であり、これは供給される電源の種類、始動方式の種類、回転子の種類、フレーム、ブラケット等外被構造の種類によって多様に分類され、それらは全て絶縁の方式、ベアリング(ｂｅａｒｉｎｇ)方式、出力、回転数、電圧、周波数などによって細分化される。

このような多様な電気モーター中電源が供給される種類によって直流、交流モーターで区分され、上記直流モーターは電流を交番して供給するよう具備されるブラッシュの有無によってブラシュレス直流モーター(ｂｒｕｓｈｌ ｄｃ ｍｏｔｏｒ)とブラッシュの機械的な接触がないブラッシュリース直流モーター(ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ｄｃ ｍｏｔｅｒ)と分類される。

また、上記ブラシュリース電気モーターはステータコアの存在可否によって分類すると、一般的にコップ(円筒)構造を有するコア型(ｃｏｒｅ ｔｙｐｅ)(またはラジアル型(ｒａｄｉａｌ ｔｙｐｅ))とコアレス型（ｃｏｒｅｌｅｓsｔｙｐｅ）(またはエキシアル型(ａｘｉａｌ ｔｙｐｅ))と分類される。

ここで、上記コア型電気モーターは、内周方向に延長されるコアにコイルが捲線されたステータとその内部中心に円筒状永久磁石を配置するローターを備えて内部配置されたローターが回転されるインナーローター型(ｉｎｎｅｒ ｒｏｔｏｒ ｔｙｐｅ)と、外周方向に延長されるコアにコイルが捲線されたステータとその外側に環状永久磁石を配置するローターを備えて外部配置されたローターが回転されるアウッターローター型(ｏｕｔｅｒ ｒｏｔｏｒ ｔｙｐｅ)と分類される。

一方、インナーローター型電気モーターでは、ステータのコアに具備される複数個のティース(ｔｅｅｔｈ)にコイルを捲線する過程において、ティースともう一つのティース間を連結する連結線が必然的に発生される。

例えば、９個のティースを有するステータの内部中心にローターを配置したインナーローター型３相モーターにおいて、Ｕ状のコイルは一番目、四番目、七番目ティースに捲かれ、Ｖ相のコイルは二番目、五番目、八番目ティースに捲かれ、Ｗ相のコイルは三番目、六番目、九番目ティースに捲かれるようになる。すなわち、一つのティースでの捲きの終わったコイルは２個のティースを越えて位置されたティースに捲かれるようになるのである。

そのため、一つのティースでの捲き終わったコイルの終端から次のティースでの捲きの始まるコイルの始端までを連結する線を連結線とし、このような連結線が一つのティースから他のティースに直接渡るようにするとコイル捲線作業の妨害をもたらすようになり、断線等の原因となるので、上記コアにはティースとティース間の連結線を支持する連結線支持部を具備すべきである。

このような連結線支持部を具備する従来のステータ１０は図７ａ及び図７ｂに示すように、複数個のティース１３が内周方向に等間隔を置いて突出形成されたコアプレート１４を厚さ方向に複数個積層したコア１０ａを具備し、最上層のコアプレート１４の上部面には上記ティース１３の間毎に配置される連結線支持部１９ａを上方に突出形成した合成樹脂リング１９を装着し、上記連結線支持部１９ａの上端は外側に切曲形成した。これによって、上記ティース１３に捲かれてなるコイル１２のコイル捲線部１２ａの間を結線する連結線１２ｂは上記連結線支持部１９ａにかかって支持されるのである。

しかし、このような従来のステータコア１０ａはコアプレート１４の最上部に別途の合成樹脂リング１９を付加的に取り付ける構成なので、組み立て部品数が多くなって組み立て工程が複雑で且つ製造原価を上昇させ、モーターの小型化を阻害した。

また、特開平２００４-２４２４０５号には、多数個の金属製コアプレートを積層して環状コアバックと多数個のティースを具備するステータコアが開示されている。

上記ステータコア２０の最上部に積層されるコアプレート２２には図８に示すように、内側から上方に直角で切曲された後、上記コアプレート２２の外側に突出されないように外側に水平に切曲される連結線支承部２２ａを具備した。

しかし、このような従来のステータコア２０に具備される連結線支持部２２ａは図５ｂに示すように、切曲構造上、最上部のコアプレート２２に金型加工された水平な切開片を垂直に１次で切曲し、これをほぼ水平に２次で切曲した後、上記コアプレート２２の上部面と平行するよう３次で仕上げしなければならないので、連結線支持部２２ｂを切曲する工程が複雑で製造時間が長くなり、これによって、作業生産性を低下させるようになり、切曲の際使用される金型数が多くなって製造原価を上昇させるようになる。

従って、本発明は上記のような従来の問題点を解消するために提案されたものとして、その目的は切曲工程が単純で、切曲に使用される金型数が少なくて製造原価を節減することができ、製造時間が短くて作業生産性を向上させることができるステータ及びこれを有する電気モーターを提供することにある。

上記のような目的を果たすために、本発明は、厚さ方向に複数個のコアプレートが積層されて具備されるコアと、上記コァの内周面に等間隔を置いて形成された複数個のティースに捲線される少なくとも一つのコイルを有するステータにおいて、上記複数個のコアプレートのいずれか一つの外周面に、外側から内側に折り上げられた突起部を複数個具備し、上記ティース間毎に配置される突起部に上記ティース毎に捲線されるコイルのコイル捲線部を連結する連結線がかかって支持されることを特徴とするステータを提供する。

好ましくは、上記突起部は先端一部に外周方向に２次で切曲された２次切曲部を具備する。

好ましくは、上記突起部はコアプレートの表面に対して直交する垂直軸に対して外周方向に一定角度傾くか、内周方向に一定角度斜めに具備される。

好ましくは、上記突起部の先端はコアの外径内に位置される。

好ましくは、上記突起部と対応するコアプレートの外部面には通り抜ける連結線の厚さよりほぼ大きい大きさの深みを有する上記突起部の厚さとほぼ同一な大きさの深みを有する陥没部を具備する。

好ましくは、上記突起部と対応するコアプレートの内部面には内周方向に一定の長さ突出される磁束補強部を具備する。

また、本発明は、複数個のコアプレートが積層されるコアを備え、上記複数個のコアプレートのいずれか一つの外周面に外側から内側に折り上げられた突起部を複数個具備し、上記コアの内周面に等間隔を置いて形成された複数個のティース毎に捲線される少なくとも一つのコイルを備えて上記ティース間毎に配置される突起部に上記コイルのコイル捲線部を連結する連結線がかかって支持されるステータ、上記コアと向い合う内部面にマグネットを有するローター、及び上記ステータに対して上記ローターの回転が可能になるよう上記ステータとローターの間に具備される軸系部、を含む電気モーターを提供する。

好ましくは、上記突起部は先端一部に外周方向に２次で切曲された２次切曲部を具備する。

好ましくは、上記突起部はコアプレートの表面に対して直交する垂直軸に対して外周方向に一定角度傾くか、内周方向に一定角度傾くように具備される。

好ましくは、上記突起部の先端はコアの外径内に位置される。

好ましくは、上記突起部と対応するコアプレートの外部面には通り抜ける連結線の厚さよりほぼ大きい大きさの深みを有する陥没部を具備する。

好ましくは、上記突起部と対応するコアプレートの内部面には内周方向に一定長さ突出される磁束補強部を具備する。

本発明によれば、コアを構成するように上下積層される複数個のコアプレートのいずれか一つの外周面に外側から内側に折り上げられた突起部をコイルが捲線されるティース間毎に具備することにより、上記ティース毎に捲線されるコイルのコイル捲線部を連結する連結線がかかって支持される構造及び切曲工程が単純なので、切曲に使用される金型数が従来に比べて少なくなり製造原価を節減することができ、製造時間を短縮して作業効率を向上させることができる。

図１は本発明によるステータに具備されるコアを示す詳細図であり、図２は本発明によるステータを示す詳細図である。

本発明のステータ５０は図１と２に示すように、環状のコア５１とこれに捲線される少なくとも一つのコイル５５を含んで構成される。

上記コア５１は薄い厚さの金属板を環状で切断加工した複数個のコアプレート５２を厚さ方向(Ｙ)に少なくとも２つ以上積層して具備される。

上記コア５１を構成する各コアプレート５２の内側には内周方向に一定長さ延長される突出部５２ａを円周方向に一定間隔を置いて複数個具備する。

これによって、上記コアプレート５２の積層によって構成されるコア５１の内部に上記コイル５５が多数回捲線されてコイル捲線部５５ａを形成するティース５３を複数個具備することができるのである。

そして、上記コイル５５は複数個のコアプレート５２を積層して構成されたコア５１のティース５３に複数回捲線されてコイル捲線部５５ａを形成し、上記ティース５３に捲線されたコイル捲線部５５ａのコイルは隣接する他のティースに捲線された他のコイル捲線部のコイルと連結させる連結線５５ｂを媒介にして断線のない一連のコイルを具備するようになるのである。

また、上記コア５１を構成するよう厚さ方向に積層される複数個のコアプレート５２のいずれか一つの外周面には半径方向に開口されるように切開された切開片５６ａを複数個具備する。

上記切開片５６ａは先端が最上層のコアプレート５２より高く位置されるように外側から内側に折り上げられたことにより、上記ティース５３毎にコイル５５が捲線されたコイル捲線部５５ａの間を連結する連結線５５ｂがかかって支持される突起部５６を構成するようになるのである。

このような突起部５６は図２と３に示すように、上記コア５１を構成する最上層のコアプレート５２に形成された切開片５６ａを外側から内側に上方に折り上げて具備されることもできるが、ここに限定されるのものではない。

図４ａに示すように、最下層のコアプレート５２に具備されることができ、最上層と最下層の間に積層される任意のコアプレート５２に具備されることもできる。

そして、上記突起部５６は切開片５６ａの先端一部に外周方向に切曲された２次切曲部５６ｂを具備しても良い。このような場合、上記突起部５６ａにかかって支持される連結線５５ｂが上記突起部５６ａ上端を超えて離脱されることを防止しコイル捲線作業をより円滑に行い、捲線作業後連結線５５ｂの離脱を最大限抑制することができるのである。

一方、上記突起部５６に形成される２次切曲部５６ｂは図４ｂ及び図４ｃに示すように、上記コアプレート５２と平行して、切曲の始まる部位が折れ曲がるように形成される。

また、上記突起部５６は上記コアプレート５２の表面に対して直交する垂直軸（Ｙ）と並んで垂直に具備され得るが、図３に示すように上記垂直軸（Ｙ）に対して外周方向に一定角度(α)で傾くように具備される。このような場合、上記突起部５６ａにかかって支持される連結線５５ｂが上記突起部５６ａ上端に超えて離脱されることを防止しコイル捲線作業をより円滑に行い、捲線作業後連結線５５ｂの離脱を最大限抑制することができるのである。

この時、上記突起部５６は上記垂直軸（Ｙ）に対して内周方向で一定角度で傾くよう具備することもでき、その傾斜度は上記連結線５５ｂの離脱が発生されないよう０度以上９０度以下にすることが望ましい。

そして、上記突起部５６と対応するコアプレート５２の外部面には通り抜けるコイルの厚さよりほぼ大きい深さを有する陥没部５７を具備することが望ましい。このような場合、上記突起部５６は陥没部５７に位置されてコア５１の外周面に突出されないので、上記コア５１の外径が拡大されてステータ５０の嵩が大きくなることを防止し、モーターの小型化を図ることができるのである。

また、上記コアプレート５２の外周方向に切曲される突起部５６の上端は上記コア５１の外径内に位置されることが望ましい。

上記突起部５６と対応するコアプレート５２の内部面には図１と２に示すように、内周方向に一定長さ突出される突出部５６ａを具備してコア５１の内部面に磁束補強部５８を具備する。このような場合、上記突起部５６によって磁束の流れる通路が細くなっただけに磁束通路を補強することができるので、モーター駆動時上記コアのティースから発生される磁束は磁束補強部５８を通して円滑に流れることができ、これによってモーターの駆動特性を向上させることができるのである。

一方、図５ａは本発明のステータに具備される突起部を切曲する作業図として、示すように、薄板のコアプレート５２の外側に半径方向にスリット加工された切開片５６ａを具備し、上記切開片５６ａの先端を上方に折り上げる１回の切曲工程によってコイル５５の連結線５５ｂがかかって支持される突起部５６を具備することができるのである。

このような場合、上記のように突起部５６を切曲する工程は、図５ｂに示すように、切曲構造上、最上部のコアプレート２２の内側にスリット加工された水平な切開片２２ａを垂直に１次で切曲し、上記切開片２２ａを外側に垂直部２２ｂが残留するように水平に２次で切曲した後、上記切開片２２ａをコアプレート２２の上部面と平行するように３次で仕上げる切曲工程によって行われる従来の切曲工程に比べ工程数が単純で、金型数が少ないためコア５１を製造する費用を節減することができるのである。

図６は本発明によるステータを具備する電気モーターを示した縦端面図として、示すように、本発明の電気モーター１００はステータ５０、ローター６０及び軸系部７０を含んで構成される。

上記ステータ５０は複数個のコアプレート５２が積層されたコア５１と、上記コア５１の内部面に複数個具備されるティース５３毎に捲線されるコイル５５及び上記コア５１が固定され上記軸系部７０のスリーブ７３が設けられる固定ベース５９から構成され上記ローター６０の外側に固定配置される固定構造物である。

そして、上記ティース５３毎に捲線されるコイル５５のコイル捲線部５５ａの間を連結する連結線５５ｂはコイル捲線中に断線されたり、コイル捲線作業を邪魔しないように上記複数個のコアプレート５２のいずれか一つの外周面に外側から内側に折り上げられた突起部５６にかかって支持される。

また、上記固定ベース５９は本体中央に上記軸系部７０が固定される固定孔５９ａを具備し、内部面に上記コア５１の外周面に接して固定される。

上記ローター６０は上記コア５１の外側空間に回転可能になるよう配置される回転構造物であり、このようなローター６０はハーブ６１及びマグネット６３を含んで上記コア５１の内部中心に配置される回転構造物である。

そして、上記ハーブ６１は上記軸系部７０のシャフト７１が本体中央に貫通形成された軸孔６１ｃに挿入され固定されるボス部６１ａと、上記コア５１の内周面と対応する外部面にマグネット６３が装着されるスカート部６１ｂから構成される。

上記軸系部７０は上記ステータ５０と上記ローター６０の間に具備されて電源印加によるモーター駆動の際、上記ステータ５０に対してローター６０を回転可能に支持する軸支持構造物である。

このような軸系部７０は上記ローターの回転中心であるシャフト７１と、上記シャフト７１が回転可能に組み立てされ、上記固定ベース５９が固定孔５９ａに固定される円筒状スリーブ７３及び上記シャフト７１とスリーブ７３の境界面に具備されるベアリング部７５から構成される。

ここで、上記ベアリング部７５は図６に示すように、固定部材であるスリーブ７３の内部面と上記シャフト７１の外部面の間に流体動圧を発生させ得るように注入された空気やオイルのような流体が満たされる動圧溝を上記シャフト７１の外部面またはスリーブ７３の内部面に少なくとも一つ以上ヘリングボーンまたはスパイラル状で形成することもできるが、これに限定されるものではない。

上記ベアリング部７５は回転部材であるシャフト７１を固定部材であるスリーブ７３に回転可能に軸持できるように内、外輪を有するローラーベアリングまたはボールベアリングのようなベアリング部材に具備されることもできる。

そして、上記スリーブ７３の上端には上記シャフト７１から外周方向に延長されたフランジ部７１ａの上部面に下部面が接して上記シャフト７１の外部離脱を防止するストッパリング７６を具備する。

本発明は特定した実施例に係わり図示し説明したが、本発明の特許請求範囲により設けられる本発明の精神や分野を外れない限度内において本発明が多様に改造及び変化されることは当業界において通常の知識を有する者であれば容易に想到することを明かしておく。

本発明によるステータに具備されるコアを示す詳細図である。 本発明によるステータを示す詳細図である。 本発明によるステータに具備されるコアの部分詳細図である。 本発明によるステータに具備される突起部の異なる実施例を示す部分詳細図である。 本発明によるステータに具備される突起部の異なる実施例を示す部分詳細図である。 本発明によるステータに具備される突起部の異なる実施例を示す部分詳細図である。 本発明によるステータに具備される突起部の切曲工程図である。 従来ステータに具備される連結線支持部の切曲工程図である。 本発明によるステータを有する電気モーターの終端面図である。 従来技術によるステータを示す平面図である。 従来技術によるステータを示す断面図である。 従来技術によるステータに具備される連結線支持部を示す詳細図である。

符号の説明

５０ ステータ
５１ コア（ｃｏｒｅ）
５２ コアプレート
５３ ティース
５５ コイル
５５ａ コイル捲線部
５６ 突起部
５６ａ 切開片
５６ｂ ２次切曲部
５７ 陥没部
５８ 磁束補強部
５９ 固定ベース
６０ ローター
６１ ハーブ
６３ マグネット
７０ 軸系部
７１ シャフト
７３ スリーブ
７５ ベアリング
１００ 電気モーター

Claims (12)

1. 厚さ方向に複数個のコアプレートが積層されて具備されるコアと、上記コア内の内周面に等間隔を置いて形成された複数個のティースに捲線される少なくとも一つのコイルを有するステータにおいて、
   上記複数個のコアプレートのいずれか一つの外周面に外側から内側に折り上げられた突起部を複数個具備し、上記ティース間毎に配置される突起部に上記ティース毎に捲線されるコイルのコイル捲線部を連結する連結線がかかって支持され、上記突起部と対応するコアプレートの外部面にはコイルの厚さよりほぼ大きい深みの陥没部を具備し、上記突起部と対応するコアプレートの内部面には内周方向に一定長さ突出される磁束補強部を具備することを特徴とするステータ。
2. 上記突起部は先端一部に外周方向に２次で切曲された２次切曲部を具備することを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 上記突起部はコアプレートの表面に対して直交する垂直軸に対し外周方向に一定角度傾くことを特徴とする請求項１に記載のステータ。
4. 上記突起部はコアプレートの表面に対して直交する垂直軸に対し内周方向に一定角度傾くように具備されることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
5. 上記突起部の先端はコアの外径内に位置されることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
6. 複数個のコアプレートが積層されるコアを備え、上記複数個のコアプレートのいずれか一つの外周面に外側から内側に折り上げられた突起部を複数個具備し、上記コアの内周面に等間隔を置いて形成された複数個のティース毎に捲線される少なくとも一つのコイルを備えて上記ティース毎に配置される突起部に上記コイルのコイル捲線部を連結する連結線がかかって支持されるステータ、
   上記コアと向い合う内部面にマグネットを有するローター、及び
   上記ステータに対して上記ローターの回転が可能になるよう上記ステータとローター間に具備される軸系部、を含み、
   上記突起部と対応するコアプレートの外部面にはコイルの厚さよりほぼ大きい深みを有する陷沒部を具備し、上記突起部と対応するコアプレートの内部面には内周方向に一定の長さ突出される磁束補強部を具備することを特徴とする電気モーター。
7. 上記突起部は先端一部に外周方向に２次で切曲された２次切曲部を具備することを特徴とする請求項６に記載の電気モーター。
8. 上記突起部はコアプレートの表面に対して直交する垂直軸に対し外周方向に一定角度傾くことを特徴とする請求項６に記載の電気モーター。
9. 上記突起部はコアプレートの表面に対して直交する垂直軸に対し内周方向に一定角度傾くように具備されることを特徴とする請求項６に記載の電気モーター。
10. 上記突起部の先端はコアの外径内に位置されることを特徴とする請求項６に記載の電気モーター。
11. 上記突起部と対応するコアプレートの外部面にはコイルの厚さよりほぼ大きい深みを有する陷沒部を具備することを特徴とする請求項６に記載の電気モーター。
12. 上記突起部と対応するコアプレートの内部面には内周方向に一定の長さ突出される磁束補強部を具備することを特徴とする請求項６に記載の電気モーター。

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