JP2013208021A - ステータコア - Google Patents

Abstract

【課題】実際に巻線を巻回できる領域を少しでも広く確保して巻線量を増やすことが可能なステータコアを提供する。
【解決手段】コア本体２１Ｂと、ティース部２１ａと、ティース部２１ａの径方向内端の鍔部２１ｃとを備え、ティース部２１ａをそれぞれ１個ずつ有するように周方向に分割された各分割コア２１Ａに、それぞれ、分割コア本体２１ｂと、ティース部２１ａと、鍔部２１ｃとが備わっており、ティース部２１ｃに巻回される巻線２３を収容するスロット２１ｓが、分割コア本体２１ｂとティース部２１ａと鍔部２１ｃとで画成され、分割コア本体２１ｂの径方向内側面２１ｇがティース部２１ａの中心線Ｓに対して直交するフラット面で構成されたステータコア２１において、スロット２１ｓを画成する分割コア本体２１ｂの径方向内側面２１ｇのうち、ティース部２１ｃの付け根に最も近い位置に、巻線２３の始線２３ａを収容する溝２１ｊが設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、モータ外周部にステータが設けられ、モータ中心部にロータが設けられたインナーロータ型のモータに使用されるステータコアに関するものである。

例えば、インナーロータ型のＩＰＭモータでは、モータ外周部に、コイル（巻線）が巻装されたステータ（固定子）が設けられ、モータ中心部に、永久磁石を備えたロータ（回転子）が設けられている。ステータは、各ティース部にインシュレータを介してコイルを巻回したステータコア（固定子鉄心）をステータハウジングの内周に固定することで構成されている。

この種のモータは、ティース部に巻回された巻線の密度（占積率）が高いほどモータ性能を高めることができる。そこで、ティース部に対する巻線量を多くしやすくするために、ティース部を含むステータコアを円周方向に分割したものがある（例えば、特許文献１参照）。
このようにすることで、分割された分割コア毎に巻線を巻回してから、ステータコアを円環状に組み立てことができるので、十分な巻線量を確保することが容易になり、占積率を高めることができる。また、分割コアを回転させることで巻線をティース部に巻回させることができるので、巻線作業の効率アップが図れる。

図１０は、従来の分割コアタイプのステータコアの一例における１個の分割コアの構成をモータ軸方向から見た断面図である。
この分割コア４２１Ａによって構成されるステータコア（全体は図示略）は、不図示のステータハウジングの内周に固定される円環状のコア本体４２０と、円周方向に等間隔に配されコア本体４２０から径方向内側に延出して形成された複数のティース部４２１ａと、各ティース部４２１ａの径方向内側の先端に周方向両側に延出して形成された鍔部４２１ｃとを備えるもので、ティース部４２１ａをそれぞれ１個ずつ有するように、円周方向に複数に等分割されている。

そして、分割された各分割コア４２１に、それぞれ、円環状に連結されることでコア本体４２０を構成する分割コア本体４２１ｂと、ティース部４２１ａと、鍔部４２１ｃと、が備わっている。また、ティース部４２１ａにインシュレータ（図示略）を介して巻回される巻線２３を収容するスロット４２１ｓが、分割コア本体４２１ｂとティース部４２１ａと鍔部４２１ｃとで画成されている。

この場合、分割コア本体４２１ｂの径方向外側面４２１ｆは、ステータハウジングの内周面に合わせて円弧面として構成され、分割コア本体４２１ｂの径方向内側面４２１ｇは、巻線機が複雑な動きをしなくても巻線ができるようにするために、ティース部４２１ａの幅方向の中心線Ｓに対して直交するフラット面で構成されている。また、分割コア本体４２１ｂの周方向両端には、凸形状の連結部４２１ｄと凹形状の連結部４２１ｅがそれぞれ設けられ、周方向に隣接する分割コア本体４２１ｂの凸形状の連結部４２１ｄと凹形状の連結部４２１ｅを嵌合することで、分割コア本体４２１ｂを環状に連結して、円環状のコア本体を構成できるようになっている。

また、鍔部４２１ｃの径方向内側面４２１ｈは、ロータ外径に対応させた円弧面状に形成され、スロット４２１ｓに面する径方向外側面４２１ｉは、ティース部４２１ａから周方向の離れる方向に行くほど径方向内側に向けて傾斜した傾斜面に形成されている。

国際公開第２００６／１２０９７５号

ところで、上記従来の分割コア４２１Ａでは、巻線２３を巻回する領域（巻線領域）が、ティース部４２１ａの幅方向の側面（周方向側面）と、分割コア本体４２１ｂの径方向内側面４２１ｇと、鍔部４２１ｃの径方向外側面と、で画成されるスロット４２１ｓの断面積に限定されることになるが、ティース部４２１ａの幅が飽和磁束密度を考慮する必要から小さくできないこと、また、分割コア本体４２１ｂの径方向内側面４２１ｇがフラット面で構成されていること等の関係から、スロット４２１ｓの大きさを更に拡大して巻線領域を増やすことが難しいという課題がある。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、スロットの寸法を決める分割コア本体の径方向内側面とティース部の幅方向側面と鍔部の径方向外側面の主寸法はほとんど変更せず、つまり、磁路に影響を与えることのないレベルで、実際に巻線を巻回できる領域を少しでも広く確保して、巻線量を増やすことができるようにし、それにより、モータ性能のアップを図れるようにしたステータコアを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、円環状のコア本体と、円周方向に等間隔に配され前記コア本体から径方向内側に延出して形成された複数のティース部と、各ティース部の径方向内側の先端に周方向両側に延出して形成された鍔部とを備え、前記ティース部をそれぞれ１個ずつ有するように円周方向に複数に分割された各分割コアに、それぞれ、円環状に連結されることで前記コア本体を構成する分割コア本体と、前記ティース部と、前記鍔部とが備わっており、前記ティース部にインシュレータを介して巻回される巻線を収容するスロットが、前記分割コア本体とティース部と鍔部とで画成され、前記分割コア本体の径方向内側面が前記ティース部の中心線に対して直交するフラット面で構成されているステータコアにおいて、前記スロットを画成する前記分割コア本体のフラット面で構成された径方向内側面及び前記鍔部の径方向外側面のうちの少なくともいずれかに、前記巻線の収容領域を広げる切欠が設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、ティース部の磁路に影響を与えずに、巻線領域を切欠を設けた分だけ広げることができ、巻線量を多くして占積率をアップすることができ、その結果、モータ性能のアップを図ることができる。

請求項２に記載した発明は、前記分割コア本体の径方向内側面のうち、前記ティース部の付け根に最も近い位置に、前記切欠として、前記巻線のうちの巻き始め端である始線を収容する溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステータコア。
このように構成することで、始線を分割コア本体の径方向内側面に形成した溝に逃がすことができ、始線の引き出し部が邪魔になって巻線時にデッドスペースが生じるのを防ぐことができる。従って、デッドスペースがなくなる分だけ巻線量を増やすことができて、モータ性能のアップに貢献することができる。

請求項３に記載した発明は、前記分割コア本体の径方向内側面に、前記切欠として、前記巻線のうちの径方向外側端の巻線を収容する凹部が設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、ステータコアの径方向外側端の巻線を、凹部に収容する分だけ径方向外側に位置をずらして巻くことができる。従って、凹部に該当する層の巻線量を少なくとも１巻き分だけ増やすことができ、その分だけモータ性能のアップに貢献することができる。

請求項４に記載した発明は、前記鍔部の径方向外側面に、前記切欠として、前記巻線のうちの径方向内側端の巻線を収容する凹部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のステータコア。
このように構成することで、ステータコアの径方向内側端の巻線を、凹部に収容する分だけ径方向内側に位置をずらして巻くことができる。従って、凹部に該当する層の巻線量を少なくとも１巻き分だけ増やすことができ、その分だけモータ性能のアップに貢献することができる。

請求項１に記載した発明によれば、スロットを画成する分割コア本体のフラット面で構成された径方向内側面及び鍔部の径方向外側面のうちの少なくともいずれかに、巻線の収容領域を広げる切欠を設けたので、ティース部の磁路に影響を与えずに、巻線領域を切欠を設けた分だけ広げることができ、巻線量を多くして占積率をアップすることができ、その結果、モータ性能のアップを図ることができる。例えば、巻線の直径が大きい場合（例えば、直径２ｍｍくらいの場合）、円形断面の巻線の重なり位置が、隣接する巻線層間によってステータコアの径方向に大きく（巻線の直径の半分くらい）ずれることになるが、巻線を切欠に収容することによって、その重なり位置を、巻線の直径相当の１ピッチ分だけ、ステータコアの径方向にずらすことができ、１巻き分だけ当該層における巻き付け回数を増やすことができる。

請求項２に記載した発明によれば、分割コア本体の径方向内側面のうち、ティース部の付け根に最も近い位置に、前記切欠として、巻線のうちの巻き始め端である始線を収容する溝を設けたので、始線を分割コア本体の径方向内側面に形成した溝に逃がすことができ、始線の引き出し部が邪魔になって巻線時にデッドスペースが生じるのを防ぐことができる。従って、デッドスペースがなくなる分だけ巻線量を増やすことができて、モータ性能のアップに貢献することができる。

請求項３に記載した発明によれば、分割コア本体の径方向内側面に、巻線のうちの径方向外側端の巻線を収容する凹部を設けたので、ステータコアの径方向外側端の巻線を、凹部に収容する分だけ径方向外側に位置をずらして巻くことができる。従って、凹部に該当する層の巻線量を少なくとも１巻き分だけ増やすことができ、その分だけモータ性能のアップに貢献することができる。例えば、２層目の巻線の位置に対応させて凹部を形成した場合、凹部がないときは２層目の巻線の径方向外側端の巻線の位置は、始線の巻き位置よりもステータコアの径方向内側になってしまっていたが、２層目の巻線のうち径方向外側端の巻線を凹部に収容することによって、当該径方向外側端の巻線の位置を始線の巻き位置よりも径方向外側にずらすことができる。従って、２層目の巻線量を少なくとも１巻き分だけ増やすことができ、その分だけモータ性能のアップに貢献することができる。

請求項４に記載した発明によれば、鍔部の径方向外側面に、巻線のうちの径方向内側端の巻線を収容する凹部を設けたので、ステータコアの径方向内側端の巻線を、凹部に収容する分だけ径方向内側に位置をずらして巻くことができる。従って、凹部に該当する層の巻線量を少なくとも１巻き分だけ増やすことができ、その分だけモータ性能のアップに貢献することができる。例えば、１層目の巻線の位置に対応させて凹部を形成した場合、１層目の巻線のうち径方向内側端の巻線を凹部に収容することによって、１層目の巻線量を少なくとも１巻き分だけ増やすことができ、その分だけモータ性能のアップに貢献することができる。

本発明の実施形態におけるステータコアを組み込んだＩＰＭモータを軸方向に沿って切った断面図である。 本発明の実施形態におけるステータコアの組み立て前の状態を示すモータ軸方向から見た断面図である。 本発明の実施形態におけるステータコアの組み立て状態を示すモータ軸方向から見た図である。 本発明の実施形態における分割コアを示し、（ａ）はモータ軸方向から見た断面図、（ｂ）は要部拡大図である。 本発明の実施形態における分割コアの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるステータコアを構成する分割コアにおける始線の処理を示す斜視図である。 本発明の実施形態に対する比較例の分割コアにおける始線の処理を示す斜視図である。 本発明の別の実施形態におけるステータコアを構成する分割コアの構成を示し、モータ軸方向から見た断面図である。 図８の変形例として示す分割コアの構成をモータ軸方向から見た断面図である。 従来の分割コアタイプのステータコアの一例における１個の分割コアの構成をモータ軸方向から見た断面図である。

（ＩＰＭモータ）
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は実施形態のステータコアを組み込んだＩＰＭモータを軸方向に沿って切った断面図、図２は同ステータコアの組み立て前の状態を示すモータ軸方向から見た断面図、同ステータコアの組み立て状態を示すモータ軸方向から見た図である。

このモータ１は、自動二輪車の原動機として利用されるＩＰＭモータ（埋込磁石同期モータ）であり、車両のボディＢＤに取り付けられる第１ハウジング２と、第１ハウジング２に合体された第２ハウジング３とを有する。第２ハウジング３の外側はカバー１５で覆われている。

（ステータ）
第１ハウジング２と第２ハウジング３の内部は密封空間とされ、その内部には、ロータ１０、ステータコア２１、バスバーユニット８などが収容されている。第２ハウジング３はステータハウジングとして機能するものであり、その内周に環状のステータコア２１が固定されている。ステータコア２１には、インシュレータ２２を介してコイル（巻線ともいう）２３が装着されており、このステータコア２１がステータハウジング（第２ハウジング３）に固定されることで、ステータ２０が構成されている。

（ロータ）
ロータ１０は、第１ハウジング２及び第２ハウジング３に軸受４、５を介して両端が回転自在に支持された回転軸６に、永久磁石の装着されたマグネットホルダ（符号省略）を一体に結合したものであり、回転軸６の先端が第１ハウジング２の中央貫通孔からシール７を介して突出し、この回転軸６の先端が車両の被駆動系に接続される。

（バスバーユニット）
バスバーユニット８は、樹脂モールド部材（符号省略）の内部に複数のバスバー９を埋設したもので、バスバー９の一端にコイル２３の引き出し端が接続され、バスバー９の他端が外部接続コネクタの端子として、樹脂モールド部材から外部に突出している。

（ステータコア）
本実施形態のステータコア２１は、図２及び図３に示すように、周方向に分割可能な分割コア方式のものである。図４は、ステータコア２１を構成する１個の分割コア２１Ａをモータ軸方向から見た断面図である。この分割コア２１Ａは、磁性材料から成る板材をステータコア２１の軸方向に複数枚積層して構成されたものである。

（分割コア）
図４に示す分割コア２１Ａによって構成されるステータコア２１（図２及び図３参照）は、ステータハウジング（第２ハウジング３）の内周に固定される円環状のコア本体２１Ｂと、円周方向に等間隔に配されコア本体２１Ｂから径方向内側に延出して形成された複数のティース部２１ａと、各ティース部２１ａの径方向内側の先端に周方向両側に延出して形成された鍔部２１ｃとを備えるもので、ティース部２１ａをそれぞれ１個ずつ有するように、円周方向に複数に等分割されている。

そして、分割された各分割コア２１Ａに、それぞれ、円環状に連結されることでコア本体２１Ｂを構成する分割コア本体２１ｂと、ティース部２１ａと、鍔部２１ｃと、が備わっている。また、ティース部２１ａはインシュレータ２２で覆われており、その上から巻線２３が巻回されることで、分割コアユニット２５が構成されている。巻線２３はスロット２１ｓに収容されており、スロット２１ｓは、分割コア本体２１ｂとティース部２１ａと鍔部２１ｃとで画成されている。コア本体２１Ｂは、ステータコア２１の環状の磁路を形成する部分であり、径方向の最小肉厚が、ティース部２１ａの幅をＬとした場合、その半分のＬ／２を確保できるように設定されている。

この場合、分割コア本体２１ｂの径方向外側面２１ｆは、ステータハウジング（第２ハウジング３）の内周面に合わせて円弧面として構成され、分割コア本体２１ｂの径方向内側面２１ｇは、巻線機が複雑な動きをしなくても巻線ができるようにするために、ティース部２１ａの幅方向の中心線Ｓに対して直交するフラット面で構成されている。また、分割コア本体２１ｂの周方向両端には、凸形状の連結部２１ｄと凹形状の連結部２１ｅがそれぞれ設けられ、周方向に隣接する分割コア本体２１ｂの凸形状の連結部２１ｄと凹形状の連結部２１ｅを嵌合することで、分割コア本体２１ｂを環状に連結して、円環状のコア本体２１Ｂを構成できるようになっている。

また、鍔部２１ｃの径方向内側面２１ｈは、ロータ外径に対応させた円弧面状に形成され、スロット２１ｓに面する径方向外側面２１ｉは、ティース部２１ａから周方向の離れる方向に行くほど径方向内側に向けて傾斜した傾斜面に形成されている。これにより、スロット２１ｓは、スロット底部からスロット開口側に向けて徐々にその開口幅が広がるように構成されている。

（分割コアの溝）
また、スロット２１ｓを画成する分割コア本体２１ｂのフラット面で構成された径方向内側面２１ｇのうち、ティース部２１ａの付け根に最も近い位置には、巻線２３のうちの巻き始め端である始線２３ａを収容するための溝（切欠）２１ｊが設けられている。この溝２１ｊは、分割コア２１Ａが薄板を積層して構成される関係で、図５（ａ）に示すように、分割コア２１Ａの軸方向寸法Ｈの全部にわたり形成されている。

（インシュレータ）
インシュレータ２２は、ティース部２１ａに巻線２３を巻回した際に、巻線２３と分割コア２１Ａとの間を絶縁できるように設けられており、ティース部２１ａを覆う部分２２ａと、分割コア本体２１ｂの径方向内側面２１ｇを覆う部分２２ｂと、鍔部２１ｃの径方向外側面２１ｉを覆う部分２２ｃとを備えている。また、インシュレータ２２は、分割コア本体２１ｂの径方向内側面２１ｇの溝２１ｊの内面を覆う溝状部分２２ｊも備えている。

（作用及び効果）
次に作用及び効果を説明する。
ティース部２１ａに巻線２３を巻回する場合は、図４及び図６に示すように、始線２３ａを溝２１ｊに収容した状態で巻回する。始線２３ａの引き出し部（電力入出用の端末部）は、ステータコア２１の軸方向に引き出されるが、このように始線２３ａを分割コア本体２１ｂの径方向内側面２１ｇに形成した溝２１ｊに逃がすことにより、図７に示す比較例のように、始線２３ａの引き出し部が邪魔になって巻線時にデッドスペースＤが生じるのを防ぐことができる。従って、デッドスペースがなくなる分だけ巻線量を増やすことができる。言い換えると、溝２１ｊに始線２３ａを収容することで、巻線領域を広げることができ、巻線量を多くして占積率をアップすることができ、その結果、モータ性能のアップを図ることができる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態においては、始線２３ａを逃がすための溝２１ｊを、分割コア本体２１ｂの径方向内側面２１ｇのティース部２１ａの付け根に最も近い位置に設けた場合を示したが、スロット２１ｓを画成する分割コア本体２１ｂの径方向内側面２１ｇ及び鍔部２１ｃの径方向外側面２１ｉのうちの少なくともいずれかに切欠を設けることでも、巻線の収容領域を広げることができる。

図８は、そのような切欠として、分割コア本体２１ｂの径方向内側面２１ｇに、巻線２３のうちの径方向外側端の巻線を収容する凹部２１ｋを設けると共に、鍔部２１ｃの径方向外側面２１ｉに、巻線２３のうちの径方向内側端の巻線を収容する凹部２１ｍを設けた、他の実施形態のステータコアを構成する分割コア１２１Ａを示している。

この場合の分割コア本体２１ｂの径方向内側面２１ｇの凹部２１ｋは、第２層目の巻線２３の位置に対応させて配置されており、元形状（フラット面形状）の位置２１ｕより凹んだ形に形成されている。また、鍔部２１ｃの径方向外側面２１ｉの凹部２１ｍは、第１層目の巻線２３の位置に対応させて配置されており、元形状である傾斜面の位置２１ｔを切り欠くことにより、分割コア本体２１ｂの径方向内側面２１ｇと略平行な面形状に形成されている。

このように構成した場合、ティース部２１ａの磁路に影響を与えずに、巻線領域を凹部２１ｋ、２１ｍ（切欠）を設けた分だけ広げることができ、巻線量を多くして占積率をアップすることができ、その結果、モータ性能のアップを図ることができる。

即ち、凹部２１ｋがないときは、図１０に示すように、２層目の巻線２３のうち径方向外側端の巻線２３ｋの位置は、始線２３ａの巻き位置よりもステータコア２１の径方向内側になってしまっていたが、２層目の巻線２３のうち径方向外側端の巻線２３ｂを凹部２１ｋに収容することによって、当該径方向外側端の巻線２３ｂの位置を始線２３ａの巻き位置よりも径方向外側にずらすことができる。従って、２層目の巻線量を少なくとも１巻き分だけ増やすことができ、モータ性能のアップに貢献することができる。

また、鍔部２１ｃの径方向外側面２１ｉに、１層目の巻線２３のうちの径方向内側端の巻線２３ｃを収容する凹部２１ｍを設けたことにより、ステータコアの径方向内側端の巻線２３ｃを、凹部２１ｍに収容する分だけ径方向内側に位置をずらして巻くことができる。従って、１層目の巻線量を少なくとも１巻き分だけ増やすことができ、その分だけモータ性能のアップに貢献することができる。

なお、図９に示す変形例の分割コア２２１Ａのように、鍔部２１ｃの径方向外側面２１ｉに湾曲状の凹部２１ｎ（切欠）を設けて、その凹部２１ｎに１層目の巻線２３のうちの径方向内側端の巻線２３ｃを収容するようにしてもよい。このように構成することで、上述の実施形態と同様の効果に加え、さらに、占積率を向上させることができる。

また、スロット２１ｓを画成する分割コア本体２１ｂのフラット面で構成された径方向内側面２１ｇ及び鍔部２１ｃの径方向外側面２１ｉのうちの任意の位置に、巻線２３の収容領域を広げる切欠（溝や凹部）を設けるようにしてもよい。

２１ ステータコア
２１Ａ，１２１Ａ，２２１Ａ 分割コア
２１Ｂ コア本体
２１ａ ティース部
２１ｂ 分割コア本体
２１ｃ 鍔部
２１ｇ 分割コア本体の径方向内側面
２１ｉ 鍔部の径方向外側面
２１ｊ 溝（切欠）
２１ｋ 凹部（切欠）
２１ｍ 凹部（切欠）
２１ｎ 凹部（切欠）
２２ インシュレータ
２３ 巻線（コイル）
２３ａ 始線

Claims (4)

1. 円環状のコア本体と、円周方向に等間隔に配され前記コア本体から径方向内側に延出して形成された複数のティース部と、各ティース部の径方向内側の先端に周方向両側に延出して形成された鍔部とを備え、前記ティース部をそれぞれ１個ずつ有するように円周方向に複数に分割された各分割コアに、それぞれ、円環状に連結されることで前記コア本体を構成する分割コア本体と、前記ティース部と、前記鍔部とが備わっており、前記ティース部にインシュレータを介して巻回される巻線を収容するスロットが、前記分割コア本体とティース部と鍔部とで画成され、前記分割コア本体の径方向内側面が前記ティース部の中心線に対して直交するフラット面で構成されているステータコアにおいて、
   前記スロットを画成する前記分割コア本体のフラット面で構成された径方向内側面及び前記鍔部の径方向外側面のうちの少なくともいずれかに、前記巻線の収容領域を広げる切欠が設けられていることを特徴とするステータコア。
2. 前記分割コア本体の径方向内側面のうち、前記ティース部の付け根に最も近い位置に、前記切欠として、前記巻線のうちの巻き始め端である始線を収容する溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステータコア。
3. 前記分割コア本体の径方向内側面に、前記切欠として、前記巻線のうちの径方向外側端の巻線を収容する凹部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のステータコア。
4. 前記鍔部の径方向外側面に、前記切欠として、前記巻線のうちの径方向内側端の巻線を収容する凹部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のステータコア。

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