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発明の名称 ステータコア、それを用いたモータ及びその製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−82282(P2007−82282A)
公開日 平成19年3月29日(2007.3.29)
出願番号 特願2005−263576(P2005−263576)
出願日 平成17年9月12日(2005.9.12)
代理人 【識別番号】100075258
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二
発明者 遠藤 康浩 / 水谷 良治 / 立松 和高
要約 課題
ステータコアにおける巻線の占積率を高め、モータの出力を従来よりも向上させる。

解決手段
透磁性材料を主材とするティース21と、ティース21の周囲に設けられた巻線スロット部21bに装着された巻線と、を備え、巻線スロット部21bをその延伸方向に沿って凹形状に加工することによって上記課題を解決することができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
透磁性材料を主材とするティースと、前記ティースの周囲に設けられた巻線スロット部に装着された巻線と、を備えるステータコアであって、
前記巻線スロット部は、その延伸方向に沿って凹形状に加工されていることを特徴とするステータコア。
【請求項2】
請求項1に記載のステータコアにおいて、
前記巻線スロット部の互いに対向する2面が凹形状に加工されていることを特徴とするステータコア。
【請求項3】
請求項1又は2に記載のステータコアにおいて、
前記巻線は、前記凹形状に加工された面に沿って装着されていることを特徴とするステータコア。
【請求項4】
透磁性材料を主材とするティースと、前記ティースの周囲に設けられた巻線スロット部に装着された巻線と、を備えるステータコアであって、
前記巻線スロット部にその延伸方向に沿って延伸された少なくとも1つの溝が設けられていることを特徴とするステータコア。
【請求項5】
請求項4に記載のステータコアにおいて、
前記溝は、前記巻線スロット部の外周の曲率が変化する箇所の近傍に設けられていることを特徴とするステータコア。
【請求項6】
請求項4又は5に記載のステータコアにおいて、
前記溝は、前記巻線の直径よりも深く形成されていることを特徴とするステータコア。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか1つに記載のステータコアにおいて、
前記ティースの少なくとも一部は磁性粉末体を圧縮成形して構成されていることを特徴するステータコア。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれか1つに記載のステータコアを複数含み、
前記巻線に流される電流によって発生される磁界と電磁気的に相互作用することによって回転するロータを備えることを特徴とするモータ。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、巻線の占積率を高めたステータコア、それを用いたモータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
モータは、一般的に、ロータとステータとを備える。ステータは、モータの内部に磁界を発生させるため励磁用の巻線が装着されたステータコアを含む。図10にステータコアの延伸方向に直交する断面図を示す。図10に示すように、従来のステータコア10は、ティース12、絶縁膜14及び巻線16から構成される。ティース12は、電磁鋼板等の高透磁性材料から構成される。ティース12の外表面には絶縁膜14が形成される。ティース12の外周には、絶縁膜14を介して、励磁用の巻線16が巻きつけられる。高透磁性材料は一般的に導電性材料であるので、ティース12と巻線16との間に電流が流れないようにするためにティース12の外表面は絶縁膜14によって被覆される。
【0003】
通常、ステータコアは、電磁鋼板を積層した積層コアとされるが、磁性粉末を圧縮成形して形成される場合もある(特許文献1)。また、ティース12の周囲にできるだけ巻線16を沿わせて巻き付けることによってステータコア10の巻線スロットの空間における巻線16の占積率を高めるために、ティース12には大きな曲率(R)を有する端部12a,12bが設けられることが多い(特許文献2)。
【0004】
【特許文献1】特開2004−242443号公報
【特許文献2】特開2004−364402号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、図10に示すように、ティース12に大きな曲率(R)を有する端部12a,12bを設けたとしても、端部12aと端部12bとの間の直線部分12cにおいては、巻線16の弾性によってティース12と巻線16との間に隙間が生ずる。この隙間は、ステータコア10の巻線スロット部の空間における巻線16の占積率を低下させる。その結果、モータの内部に発生される磁力を高めることができず、モータの出力が抑制されてしまう原因となる。
【0006】
また、巻線16は、ボビン等の巻き取り治具に巻き付けられた状態で供給され、巻き取り治具から引き出されながらティース12の周囲に巻き付けられる。このとき、巻き取り治具に巻き付けられていた巻線16には巻き癖が付いており、ティース12に巻線16を巻き付けたとしても巻き癖によってティース12と巻線16との密着性が悪くなり、ステータコア10の巻線スロット部の空間における巻線16の占積率を低下する場合がある。これも、モータの内部に発生される磁力を減少させ、モータの出力を低下させてしまう原因となる。
【0007】
そこで、本発明は、ステータコアのティースの形状を工夫することによって、巻線の占積率を高くしたステータコア、それを用いたモータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、透磁性材料を主材とするティースと、前記ティースの周囲に設けられた巻線スロット部に装着された巻線と、を備えるステータコアであって、前記巻線スロット部は、その延伸方向に沿って凹形状に加工されていることを特徴とする。
【0009】
前記ティースは、一般的に鍔部から突出するように設けられた前記巻線スロット部を有する。前記巻線スロット部の延伸方向、すなわち鍔部からの突出方向、に沿って延伸するように凹形状に加工された面を設ける。前記巻線スロット部に前記巻線を巻きつける際に、前記巻線スロット部の凹形状に向けて前記巻線を押し付けながら巻き付けることによって、前記巻線スロットの外周の形状に沿って前記巻線を塑性変形させつつ装着することが可能となる。
【0010】
また、前記巻線スロット部の互いに対向する2面が凹形状に加工されていることが好適である。このように、前記巻線スロット部における互いに対向する2面を凹形状に加工することによって、前記巻線を前記ティースに巻き付ける際に、前記ティースを挟んで対向する2方向から前記巻線スロットの凹形状の面に向けて前記巻線を同時にプレスして塑性変形させることができる。これによって、前記巻線を効率良く塑性変形させながら前記ティースに装着することができる。
【0011】
また、本発明は、透磁性材料を主材とするティースと、前記ティースの周囲に設けられた巻線スロット部に装着された巻線と、を備えるステータコアであって、前記巻線スロット部は、その延伸方向に沿って延伸された少なくとも1つの溝を備えることを特徴とする。
【0012】
前記ティースは、一般的に鍔部から突出するように設けられた前記巻線スロット部を有する。前記溝は、前記巻線スロット部の延伸方向、すなわち突出方向、に沿って延伸するように設けられる。前記巻線スロットに設けられた前記溝に前記巻線を押し込むようにプレスしながら前記ティースに前記巻線を巻き付けることによって、前記巻線スロット部の外周の形状に沿って密着するように前記巻線を装着することが可能となる。
【0013】
このとき、前記溝は、前記巻線スロット部の外周の曲率が変化する箇所の近傍に設けられていることが好ましい。例えば、前記ティースが曲率を持たせた2つの端部及びそれらの端部同士を接続する直線部を有する場合、前記溝は、前記端部と前記直線部との境界部に前記巻線スロット部の延伸方向に沿って延伸させるように設けられることが好ましい。また、前記溝は、前記巻線の直径よりも深く形成されていることが好ましい。例えば、前記溝を半円形の断面を有する形状とする場合、前記溝の半径を前記巻線の直径以上にすることが好ましい。
【0014】
前記溝に対して巻線を押し込むことによって、前記巻線スロット部の外周の曲率が変化する箇所の近傍において前記巻線の曲がりの曲率を変化させながら前記ティースに前記巻線を巻き付けることが可能となる。これによって、前記巻線を前記巻線スロット部の外周の形状に沿って密着させるように装着することが可能となる。
【0015】
ここで、前記ティースの少なくとも一部は磁性粉末体を圧縮成形して構成することが好適である。これによって、前記ティースを容易に形成することができる。また、前記ティースに前記凹形状や前記溝を形成することによって、インシュレータに前記凹形状や前記溝を形成した場合よりも前記巻線スロット部における絶縁部の占積率を低下させることができ、前記巻線スロット部における前記巻線の占積率を高めることができる。
【0016】
また、本発明におけるステータコアをモータに適用することによって、モータの内部に発生される磁界を従来よりも強くさせ、モータの出力を従来よりも向上させることができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、ステータコアにおける巻線の占積率を高めることができる。それに伴って、モータの出力を従来よりも向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
図1に本発明の実施の形態におけるモータ100の内部の平面断面図を示す。本発明の実施の形態におけるモータ100は、図1に示すように、ステータ102及びロータ104を含んで構成される。ロータ104は、回転軸34に軸受等を介して装着され、回転軸34を中心軸として回転可能に配置される。
【0019】
ステータ102は、ロータ104の周囲を取り囲むように配置されたインナーコア32、インナーコア32の外周に沿って略等間隔に配置された複数のステータコア20、ステータコア20の外周を取り囲むように配置されたアウターコア30、を含んで構成される。図1では、9個のステータコア20がインナーコア32とアウターコア30との間に40°毎に配置されている。ステータコア20、インナーコア32及びアウターコア30は、それぞれ透磁性の高い磁性材料を主材料として構成される。
【0020】
各ステータコア20には、巻線22が巻き付けられている。巻線22に電流を流すことによってステータ102の内部に磁界を発生させる。この磁界との電磁気的な相互作用によってロータ104が回転軸34を中心に回転させられる。
【0021】
本実施の形態におけるステータコア20は、図2に示すように、ティース21を含んで構成される。ティース21は、ステータコア20に巻かれた巻線22によって発生される磁場をステータ102の内部に効率的に導くために設けられる。
【0022】
ティース21は、例えば、透磁率の高い電磁鋼板等の高透磁性材料によって構成することができる。具体的には、図3に示すように、変形した扇形状に打ち抜かれた電磁鋼板等の高透磁性板26を複数積層することによって形成することができる。扇形状の高透磁性板26の先端部と後端部とにはT字型に張り出した鍔部26a,26bが設けられる。高透磁性板26を積層してティース21を構成した場合、鍔部26a,26bから突出して設けられた接続部26cが巻線22を巻き付けるための巻線スロット部となる。
【0023】
なお、高透磁性板26を積層する際には、各高透磁性板26間をまたがって渦電流が流れないように各高透磁性板26間を電気的に絶縁することが好ましい。例えば、高透磁性板26間に絶縁性の樹脂層を挟み込むことが好適である。
【0024】
また、ティース21は、高透磁性材料である磁性粉末体を圧縮成形して構成することもできる。磁性粉末体としては、燐酸塩被覆等の絶縁処理を外表面に施した粒径50〜500μm程度の鉄粉を用いることができる。このように、絶縁被覆された磁性粉末体を押し固めて形状を加工することによって、精度良くティース21の外形を形成することができると共に、ティース21の内部での渦電流の発生を抑制することができる。
【0025】
図4に、本実施の形態におけるティース21の斜視図を示す。図4に示すように、T字状に張り出した鍔部21aから巻線22が巻かれる巻線スロット部21bが突出した構造を備える。図4では、巻線スロット部21bの断面形状を明確に示すために巻線スロット部21bの延伸方向に直交する方向にティース21を切断して示している。巻線スロット部21bの胴部の少なくとも一部は巻線スロット部21bの延伸方向に沿って凹形状の面に加工される。本実施の形態におけるティース21では、互いに対向する2つの側面Aが巻線スロット部21bの延伸方向に沿って延伸された凹形状に加工されている。
【0026】
例えば、図3に示した高透磁性板26の鍔部26a,26bの間を繋ぐ接続部26cの幅Wを少しずつ変化させて積層することによって巻線スロット部21bの側面Aを巻線スロット部21bの延伸方向に沿って凹形状にすることができる。また、高透磁性材料である磁性粉末体を圧縮成形してティース21を形成する場合、ティース21の型における巻線スロット部21bに相当する部分を巻線スロット部21bの延伸方向に沿って凸形状の面にしておくことによって、巻線スロット部21bの側面Aを巻線スロット部21bの延伸方向に沿って凹形状にすることができる。ここで、側面Aの凹部の深さは、ティース21に巻かれる巻線22をティース21の側面に沿って塑性変形させることができる程度にすることが好ましい。
【0027】
図5に、ティース21の巻線スロット部21bの延伸方向に直交する断面図を示す。図5に示すように、巻線22とティース21とを電気的に絶縁するために、ティース21の外周には樹脂等の絶縁体が電着塗装される。これによって、ティース21の表面に密着性の高い絶縁膜27を形成することができる。絶縁膜27は、少なくとも巻線スロット部21bの外周面に形成することが好ましい。
【0028】
ティース21の巻線スロット部21bに巻線22を巻き付ける際には、図5に示すように、ティース21の凹形状の側面Aに巻線22を押し付けるようにプレスしつつ、絶縁膜27で被覆されたティース21の周囲に巻線22を巻き付ける。例えば、ティース21の側面Aの凹形状に沿う凸形状を有するプレス治具を用いて、巻線22をティース21の凹形状の側面Aに打ち付けながら巻線22を巻き付ける。
【0029】
このとき、巻線スロット部21bの互いに対向する2面を共に凹形状に加工することによって、ティース21を挟んで対向する2方向から同時に巻線スロット部21bの凹形状の側面Aに向けて巻線22を打ち付けながら塑性変形させることができる。これによって、巻線22を効率良く塑性変形させながらティース21に装着することができる。
【0030】
プレスをしないで巻線22を装着した場合、巻線22の弾性又は巻き癖によって、図5の点線で示すように、ティース21の側面Aと巻線22との間に隙間が発生する。一方、プレスを行うことによって、図5の実線で示すように、巻線22の弾性及び巻き癖によらず、ティース21の側面Aに沿うように巻線22を塑性変形させながら巻き付けることが可能となる。これによって、巻線スロット部の空間に対する巻線22の占積率を従来よりも高めることができる。その結果、モータの出力も従来よりも向上させることができる。
【0031】
このとき、ティース21の側面Aを平坦又は凸形状とすると、膨らんで巻き付けられた巻線22をティース21の側面Aに向けて押し付けたとしても、巻線22をティース21の側面Aに沿うように十分に塑性変形させることができず、巻線22の占積率を高めることができない。
【0032】
また、図6に、本実施の形態の別例としてティース40の斜視図を示す。図6に示すように、ティース40は、鍔部40aから突出した巻線スロット部40bの延伸方向に沿って延伸された溝42を備える。なお、図6では、巻線スロット部40bの断面形状を明確に示すために巻線スロット部40bの延伸方向に直交する方向にティース40を切断して示している。
【0033】
ティース40の巻線スロット部40bの上下端部は丸みを帯びた半円形の断面形状を有し、その上下端部が平坦状の側面によって接続された略楕円の断面形状を有する。ティース40の外周面には、巻線スロット部40bの延伸方向に沿って延設された溝42が設けられる。具体的には、ティース21の上下端の頂線に沿って溝42a,42bがそれぞれ設けられる。また、曲率を持たせた上下端部と側面との境界部に巻線スロット部40bの延伸方向に沿って溝42c,42dが設けられる。溝42a〜42dは総て設けることが好適であるが、少なくとも1つを設ければ本発明の作用・効果を奏することができる。なお、溝42の幅及び深さは、ティース21に巻かれる巻線22の直径よりも大きくすることが好ましい。
【0034】
図7に、ティース40の巻線スロット部40bの延伸方向に直交する断面図を示す。図7に示すように、巻線22とティース40とを電気的に絶縁するために、ティース40の外周には樹脂等の絶縁体が電着塗装される。これによって、ティース40の表面に密着性の高い絶縁膜27を形成することができる。絶縁膜27は、少なくとも巻線スロット部40bの外周面に形成することが好ましい。
【0035】
ティース40の巻線スロット部40bに巻線22を巻き付ける際には、図7に示すように、ティース40の溝42に対して巻線22を押し込み、巻線22の曲がりの曲率を変化させながらティース40に巻線22を巻き付ける。例えば、ティース40の溝42の凹形状に合った凸形状のプレス治具を用いて、巻線22を溝42に押し込みながら巻線22を巻き付ける。これによって、巻線22の弾性及び巻き癖によらず、巻線スロット部40bの周囲の曲率が変化する位置において巻線22を塑性変形させ、巻線22の曲げ曲率を巻線スロット40bの曲率に併せつつ巻線22をティース40に巻き付けることが可能となる。したがって、巻線22をティース40の巻線スロット40bの周囲に沿わせて密着させるように装着することができる。
【0036】
これによって、巻線スロット部の空間に対する巻線22の占積率を従来よりも高めることができる。その結果、モータの出力も従来よりも向上させることができる。
【0037】
また、本実施の形態では、図1に示したように、ステータ102をインナーコア32、ステータコア20及びアウターコア30の3つの部材に分割できる構成としたがこれに限定されるものではない。
【0038】
例えば、インナーコア32、ステータコア20及びアウターコア30を一体に形成してもよい。さらに、図8に示すように、インナーコア32を備えない構成としてもよい。この場合、圧縮コア部ステータコア20の巻線スロット部の先端をロータ104の周方向へ張り出させた鍔部形状とすることが好ましい。
【0039】
さらに、図9に示すように、アウターコア30を周方向に分割して楔形状の分割要素30aとする構成としてもよい。分割要素30aは、軸方向一端30b側が周長L1を有し、軸方向他端30cが周長L1よりも短い周長L2を有する。分割要素30aは、円筒状のハウジング内等に隣り合うステータコア30aの軸方向一端30bと軸方向他端30cとが互いに組み合わされるように配置されて円筒状に組上げられる。このようにアウターコア30を周方向に分割することによって、組み付けが容易となり、モータ出力を高く維持しつつ、コギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の実施の形態におけるモータの構成を示す平面図である。
【図2】本発明の実施の形態におけるステータコアの構成を示す斜視図である。
【図3】ステータコアのティースを構成する電磁鋼板を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態におけるティースの形状を説明する図である。
【図5】本発明の実施の形態におけるティースへの巻線の装着を説明する図である。
【図6】本発明の実施の形態におけるティースの形状の別例を説明する図である。
【図7】本発明の実施の形態におけるティースへの巻線の装着を説明する図である。
【図8】本発明の実施の形態におけるステータの別例を示す図である。
【図9】本発明の実施の形態におけるステータの別例を示す図である。
【図10】従来のステータコアの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【0041】
10 ステータコア、12 ティース、12a,12b 端部、12c 直線部分、14 絶縁膜、16 巻線、20 ステータコア、21 ティース、21a 鍔部、21b 巻線スロット部、22 巻線、26 高透磁性板、26a,26b 鍔部、26c 接続部、27 絶縁膜、30 アウターコア、32 インナーコア、34 回転軸、40 ティース、40a 鍔部、40b 巻線スロット部、42(42a〜42d) 溝、100 モータ、102 ステータ、104 ロータ。




 

 


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