JP4568639B2 - ステータ - Google Patents

Description

本発明は、コイルが巻回される複数のティースと、周方向に分割され、前記各ティースに連結して環状に配設されるヨークとから構成されるステータに関する。

近年、電動機の分野において、高効率なＤＣブラシレスモータが広汎に使用されている。図５は、従来の３相４極６スロットのＤＣブラシレスモータ２の概略構成を示す。

ＤＣブラシレスモータ２は、中心部に回転軸４を有し、外周部に４個の永久磁石６が固定されたロータ８と、ロータ８の外周部に配設され、コイル１０が巻回された複数のティース１２をヨーク１４によって周方向に一体的に連結したステータ１６とを備える。なお、ステータ１６は、回転軸４の方向に複数の電磁鋼板を積層して構成される。

このように構成されるＤＣブラシレスモータ２は、コイル１０に三相交流電流を流してステータ１６に交番磁界を発生させ、この交番磁界と永久磁石６の磁界とによって発生する反発力を利用してロータ８を回転させる。

ところで、前記のステータ１６は、ティース１２及びヨーク１４が一体となった複雑な構造であるため、１枚の電磁鋼板から形成されるステータ１６の歩留まりが悪く、高価となる不具合がある。

そこで、図６に示すように、ティース１８とヨーク２０とを分割するとともに、ヨーク２０を周方向に分割し、これらを連結してステータ２２とした従来技術が開発されている（特許文献１、２参照）。この場合、ティース１８及びヨーク２０の形状が単純化されるため、１枚の電磁鋼板からティース１８及びヨーク２０を高い歩留まりで形成することができる。

また、特許文献２に開示された従来技術では、ティース１８及びヨーク２０の連結部分における磁気抵抗及び鉄損の増大を回避するため、ヨーク２０を各ティース１８の位置で分割するとともに、ティース１８及びヨーク２０間の接合線２４の方向が磁束の方向と略直行するように設定している。

さらに、特許文献１、２では、矢印で示す時間の方向に合わせてティース１８及びヨーク２０を構成する電磁鋼板の磁化容易方向を設定している。

特開２００４−５６９０６号公報 特開２００４−２３６４９５号公報

ところで、ティース１８及びヨーク２０を分割してステータ２２とする場合、接合線２４における磁束の漏洩を可能な限り少なくするため、ティース１８及びヨーク２０を隙間なく強固に連結する必要がある。この場合、特許文献１では、ティース１８に突起２６を設け、この突起２６をヨーク２０に係合させることにより、相互の連結強度を確保している。

しかしながら、突起２６をティース１８及びヨーク２０の接合線２４の部分に設けているため、突起２６の周辺で磁束の方向が乱れ、磁気抵抗及び鉄損が増大してしまう不具合が発生する。

本発明は、前記の不具合に鑑みてなされたもので、磁気抵抗及び鉄損を低減し、効率的に回転トルクを発生させることのできるステータを提供することを目的とする。

本発明のステータは、コイルが巻回される複数のティースと、周方向に分割され、前記各ティースに連結して環状に配設されるヨークとから構成されるステータにおいて、前記ティースは、前記コイルが巻回される部位から当該ステータの径方向に向かって二辺の間隔が徐々に幅狭となる直線状の接合部と、前記接合部の外径側の端部から当該ステータの周方向両側に突出する係合部とを備え、前記接合部に前記ヨークの端部が接合するとともに、前記係合部に前記ヨークの端部が係合し、前記接合部は、一辺の長さが前記コイルが巻回される部位における前記ティースの幅と、前記ヨークの幅とのいずれか狭い幅の方に合わせた長さに設定されることを特徴とする。

この場合、コイルに通電することで発生した磁束は、ティースとヨークとの接合部を介して円滑に流れる。また、ティースとヨークとは、磁束に殆ど影響を与えることのないステータの径方向端部側に形成された係合部により強固に連結される。

本発明のステータでは、コイルによって発生した磁束がティースとヨークとの接合部を介して円滑に流れるとともに、ティース及びヨークを強固に連結する係合部が磁束に影響を与えることのない部位に形成されているため、磁気抵抗及び鉄損を低減して効率的に回転トルクを発生させることができる。

図１は、本実施形態に係るインナーロータ型のステータ３０の構成図である。

ステータ３０は、図２に示すように、スロット３２を介して円周状に配設される複数のティース３４と、ティース３４を連結して環状に配設される複数のヨーク３６とから構成される。連結されたティース３４及びヨーク３６は、電動機の軸線方向に積層されてステータ３０となる。また、積層されたティース３４には、図３に示すように、絶縁部材からなるボビン４０に巻回されたコイル３８が装着される。

ティース３４には、一端部に鍔状部４２が形成され、コイル３８が巻回される中間部４４が略平行に延在した後、ステータ３０の径方向外方に向かって徐々に幅狭となる直線状の接合部４６が形成され、他端部にステータ３０の周方向両側に突出する係合部４８が形成される。なお、鍔状部４２は、隣接して配設されるティース３４間に所定の磁気ギャップ５０を形成する。

一方、ヨーク３６には、ティース３４の接合部４６に接合する接合部５２と、ティース３４の係合部４８に係合する係合部５４とが両端部に形成される。

ティース３４及びヨーク３６が接合される接合部４６、５２の長さは、図２の円で示すように、ティース３４の中間部４４の幅とヨーク３６の幅とのいずれか狭い方の幅に合わせて設定される。なお、図２に示すステータ３０では、ヨーク３６の幅に合わせて接合部４６、５２の長さが設定されている。また、接合部４６、５２の延在方向は、ティース３４の延在方向と、ヨーク３６の延在方向とを略二等分した方向に設定される。

本実施形態のステータ３０は、基本的にには以上のように構成されるものであり、次に、ステータ３０の組立手順及びその作用効果について説明する。

先ず、図４に示すように、電磁鋼板５６を矢印方向に圧延した後、圧延方向に対して長手方向を一致させた状態でティース３４及びヨーク３６を打ち抜く。なお、電磁鋼板５６に形成された孔部５８は、ティース３４及びヨーク３６を打ち抜く際の位置決めに利用される。

この場合、電磁鋼板５６の比透磁率は、圧延方向に大きくなる傾向があるため、ティース３４及びヨーク３６の磁気抵抗及び鉄損は、長手方向が小さくなる。また、ティース３４及びヨーク３６は、いずれも長尺な形状からなるため、これらを長手方向に沿って電磁鋼板５６に配置して打ち抜くことにより、電磁鋼板５６を有効に活用し、高い歩留まりでティース３４及びヨーク３６を量産することができる。

電磁鋼板５６から打ち抜かれたティース３４及びヨーク３６は、所定枚数が積層される。そして、ボビン４０の外周部にコイル３８を巻回した後、図３に示すように、ボビン４０を積層状態のティース３４の係合部４８側から中間部４４に装着する。すなわち、ティース３４は、端部の係合部４８側が中間部４４よりも幅狭となっているため、ボビン４０の外周部にコイル３８を巻回した後、ティース３４に装着することができる。従って、コイル３８の巻回作業を極めて容易に行うことができる。

中間部４４にコイル３８が装着されたティース３４は、積層状態のヨーク３６と連結され、ステータ３０が組み立てられる。すなわち、ティース３４の接合部４６に対してヨーク３６の接合部５２が接合され、また、ティース３４の係合部４８に対してヨーク３６の係合部５４が係合される。そして、係合部４８、５４間の部位がステータ３０の外周側から溶接接合されることで、ステータ３０の製造が完了する。

以上のようにして製造されたステータ３０は、永久磁石６０を介して中央部に図示しないロータが組み付けられることにより、電動機が完成する。

このようにして製造された電動機において、コイル３８に三相交流電流を通電すると、図２の矢印に示すように、ティース３４、ヨーク３６及び永久磁石６０間で磁束が流れ、コイル３８による磁界と永久磁石６０の磁界とによって発生する反発力によってロータが回転する。

この場合、発生した磁束は、ティース３４及びヨーク３６間の直線状の接合部４６、５２と直交する方向に流れ、図２に示す円の外側であるティース３４及びヨーク３６がかしめ固定されている係合部４８の部分を流れることが殆どない。また、ティース３４及びヨーク３６は、二重矢印で示すように、磁束の流れ方向に沿って磁化容易方向が設定されている。従って、磁束は、磁気抵抗及び鉄損が極めて小さい状態で効率的に流れることになる。

さらに、本実施形態では、組み立てられたステータ３０を構成するティース３４及びヨーク３６の係合部４８、５４を溶接によって強固に接合している。この場合、溶接接合されている係合部４８、５４が図２に示す円の外側であるため、ティース３４、ヨーク３６間の磁束の流れが係合部４８、５４及びその溶接部位によって乱されることがない。従って、磁気抵抗及び鉄損が十分に低減された状態で磁束を流し、ロータを十分な回転トルクで回転させることができる。

さらにまた、ティース３４に巻回されるコイル３８は、ティース３４をヨーク３６に組み付ける前の状態で中間部４４に巻回させることができる。この場合、ティース３４間のスロット３２の空間を有効に活用し、十分な巻線占積率を実現することができる。一方、コイル３８の巻回数に合わせてスロット３２を設定すれば、ステータ３０の小型化を達成することができる。

なお、上述した実施形態では、インナーロータ型のステータ３０について説明したが、ステータの外周部にロータが配設されるアウターロータ型のステータにも適用できることは勿論である。

本実施形態のステータの構成図である。 本実施形態のステータの一部平面図である。 本実施形態のステータを構成するティースにコイルを装着する処理の説明図である。 本実施形態のステータを構成するティース及びヨークの切り出し方法の説明図である。 従来技術に係るＤＣブラシレスモータの構成図である。 従来技術に係るステータの構成図である。

符号の説明

３０…ステータ ３２…スロット
３４…ティース ３６…ヨーク
３８…コイル ４０…ボビン
４２…鍔状部 ４４…中間部
４６、５２…接合部 ４８、５４…係合部
５０…磁気ギャップ ５６…電磁鋼板

Claims (4)

1. コイルが巻回される複数のティースと、周方向に分割され、前記各ティースに連結して環状に配設されるヨークとから構成されるステータにおいて、
   前記ティースは、前記コイルが巻回される部位から当該ステータの径方向に向かって二辺の間隔が徐々に幅狭となる直線状の接合部と、前記接合部の外径側の端部から当該ステータの周方向両側に突出する係合部とを備え、前記接合部に前記ヨークの端部が接合するとともに、前記係合部に前記ヨークの端部が係合し、
   前記接合部は、一辺の長さが前記コイルが巻回される部位における前記ティースの幅と、前記ヨークの幅とのいずれか狭い幅の方に合わせた長さに設定されることを特徴とするステータ。
2. 請求項１記載のステータにおいて、
   前記ティース及び前記ヨークは、前記係合部において溶接接合されることを特徴とするステータ。
3. 請求項１記載のステータにおいて、
   前記接合部は、前記コイルが巻回される前記ティースの部位の延在方向と、前記ヨークの延在方向とを略二等分する方向に設定されることを特徴とするステータ。
4. 請求項１記載のステータにおいて、
   前記ティース及び前記ヨークは、それぞれの延在方向に電磁鋼板の磁化容易方向が設定されることを特徴とするステータ。

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