JP4868187B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、ステータの中心にロータが同軸的に配置されるインナーロータ型の電動機に関し、さらに詳しく言えば、ステータの外径はそのままに、ロータを大径化して高出力化した電動機に関する。

一般的なインナーロータ型電動機は、環状のヨーク部の内周面から中心に向かって複数のティース部が一体的に突設された円筒状のステータコアの少なくともティース面を残すようにティース部を覆うインシュレータを有するステータと、ステータの中心に同軸的に配置されるロータとを備えている。

この種のインナーロータ型の電動機を高出力、高効率化する方法の１つとしては、ロータの大径化が上げられるが、ロータを大径化した場合、従来は必然的にステータも大径化するため全体が大型化してしまう。

そこで、ステータの外形寸法を変えずにロータを大型化する１つの方法として、ステータコアのヨーク部の半径方向の厚さを減らして、内径を拡大する方法がある。しかしながら、ステータコアのヨーク部の厚さを減らしてステータコアを薄肉化した場合、ステータへ巻線を巻回する過程で、以下のような問題が生じる。

すなわち、例えば特許文献１に示すように、従来のステータコアは、ヨーク部の半径方向の厚さが厚く、ヨーク部の外周面がインシュレータの外径寸法よりも外側に張り出すように若干大径となるように形成されていた。

そこで、特許文献１の図１８に示すように、ステータコアに巻線を巻回する際、このステータコアの外側に張り出した部分を位置合わせ用の基準面として巻線機側に設けられた座金に接触させて位置合わせを行っていた。

したがって、ステータコアを薄肉化した場合、この基準面がなくなり、巻線時に位置合わせができなくなる。なお、ステータコアの外周面を保持して固定することも考えられるが、ステータコアは比較的剛性が低いため、外周面を保持することは通常行われていない。

特開平５−１９１９４１号公報

そこで、本発明は上述した課題を解決するため、ステータコアを薄肉化して、ロータを大径化し、高出力化を図るとともに、ステータの巻線時の位置合わせを高精度で行うことができる電動機を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１に記載の発明は、環状のヨーク部の内周面から中心に向かって複数のティース部が一体的に突設するように打ち抜かれた電磁鋼板の複数枚を積層してなるステータコアおよび上記ステータコアの少なくともティース面を残すように上記ティース部を覆うインシュレータと、同インシュレータを介して上記ティース部に巻回される巻線とを有するステータと、上記ステータの中心に同軸的に配置されるロータとを備える電動機において、上記インシュレータは、上記ステータコアの端面側から上記ティース部に沿って延在するスリーブと、上記スリーブの一端に一体的に形成され、上記ステータコアの端面を覆うフランジとを有し、上記ステータコアは、上記ヨーク部の外周面が上記インシュレータのフランジの外周面と同一であって、上記フランジのうちの所定の隣接する上記ティース部の間の外径側には、上記ステータコアの端面の一部を露出させるための切欠部が設けられており、
上記切欠部により露出された上記ステータコア端面の一部が、上記ステータコアに巻線を巻回する巻線機のステータコア取付治具に対する位置決め面として用いられることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、上記切欠部は、所定の間隔をもって少なくとも３箇所設けられていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２において、上記インシュレータは、少なくとも３分割されたインシュレータメンバを有し、上記インシュレータメンバ同士を互いに組み合わせることで環状に形成されるとともに、上記インシュレータメンバの上記フランジの突き合わせ面に上記切欠部が設けられていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、上記請求項３において、上記インシュレータメンバは、ティース毎に分割されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、上記請求項１ないし５のいずれか１項において、上記ステータコアの外径をφ１、上記ステータコアの内径をφ２としたとき、上記ステータコアの内外径比（φ２／φ１）が７０％以上であることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、インシュレータは、インシュレータのフランジの一部にステータコアの端面の一部を露出させるための切欠部を設けたことにより、切欠部に巻線装置の位置決め手段を当接させることで、確実に位置決めを行うことができる。さらには、ステータコアの薄肉化に伴いロータを大型化でき、ひいては電動機の高出力化を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、切欠部を所定の間隔をもって少なくとも３箇所設けることにより、ステータコアの端面を用いて位置合わせすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、少なくとも３分割されたインシュレータメンバのフランジの突き合わせ面に切欠部が設けられていることにより、インシュレータメンバを組み合わせ作業と同時に切欠部を形成することができ、製作コストや組み立てコストを減らすことができる。

請求項４に記載の発明によれば、インシュレータメンバは、ティース毎に分割されていることにより、インシュレータメンバの共通化を図ってよりコストを減らすことができる。さらには、分割されているためメンテナンスもしやすくなる。

請求項５に記載の発明によれば、ステータの外径をφ１、ステータの内径をφ２としたとき、ステータの内外径比（φ２／φ１）を７０％以上としたことにより、ステータの外径寸法を変えずに、ロータの径を大型化でき、所定サイズでのトルクを最大限に活用することができる。

本発明の一実施形態に係るインナーロータ型電動機の模式的な断面図。 上記電動機のステータの斜視図。 上記ステータの平面図。 第１インシュレータメンバの（ａ）正面側斜視図，（ｂ）背面側斜視図および（ｃ）平面図。 第２インシュレータメンバの（ａ）正面側斜視図，（ｂ）背面側斜視図および（ｃ）平面図。 巻線機の固定治具の（ａ）平面図および（ｂ）Ａ−Ａ線断面図。 位置合わせ手順を説明するための説明図。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこの限りではない。図１に示すように、この電動機（モータ）１は、回転出力軸２１を有するロータ２と、同ロータ２の外周に同軸的に配置されるステータ３とを含むインナーロータ型の電動機である。

ロータ２およびステータ３は、樹脂一体成形により形成された樹脂製のブラケット１０内に収納されている。ロータ２の回転軸２１は、ブラケット１０内の軸受部１１，１２によって２点で軸受され、その一端がブラケット１０の外へ引き出されている。

本発明において、ロータ２は、永久磁石付きのロータであってもよいし、それ以外のロータ、例えばかご形や巻線型などインナーロータ型のロータの基本構成を備えていればよく、その具体的な構成は任意であってよい。

図２を併せて参照して、ステータ３は、環状に形成されたヨーク部３１の内周面側からロータ２の磁極面に向かって複数のティース部（磁極歯）３２ａ〜３２ｌが突設されたステータコア３０を備えている。

ステータコア３０は、ヨーク部３１と各ティース部３２ａ〜３２ｌとが環状に形成された状態で電磁鋼板から打ち抜かれると同時に積層して形成されている。この例において、ティース部３２ａ〜３２ｌは、１２個設けられているが、ティース部３２ａ〜３２ｌの数は仕様により任意である。

図３を併せて参照して、ステータコア３０は、ステータコア３０の外径をφ１、内径をφ２としたとき、その内外径比（φ２／φ１）が７０％以上となるように設計されている。この例において、ステータコア３０は、ヨーク部３１の半径方向の厚さが３．０ｍｍであり、ステータコア３０の外径φ１は１００ｍｍであり、内径φ２は７１．５ｍｍであり、内外径比は７１．５％に設計されている。

これによれば、ステータコア３０の内外径比（φ２／φ１）を７０％以上とすることにより、ステータに対するロータの径をより大きくすることができ、ステータ３を大径化せずに高出力および高効率化を図ることができる。

ステータコア３０には、インシュレータ４が一体的に取り付けられている。インシュレータ４は、その外周がステータコア３０の外周とほぼ同一となるように形成されている。すなわち、ステータ２を上（軸方向の端面側）から見て、少なくともステータコア３０のヨーク部３１がインシュレータ４の投影面積の中に含まれるようになっている。

図２に示すように、各ティース部３２ａ〜３２ｌは、先端のティース面３２１を残すように、その外周がインシュレータ４によって覆われている。この例において、インシュレータ４は、各ティース部３２ａ〜３２ｌ毎に分割して形成された絶縁性合成樹脂の成型品からなり、それらを組み合わせることによって各ティース部３２ａ〜３２ｌの外周が覆われている。

この例において、インシュレータ４は各ティース部３２ａ〜３２ｌ毎に１２箇所設けられているが、いずれも同一形状であるため、以下においてはティース部３２ａのインシュレータを例にとって説明する。

インシュレータ４は、ステータコア３０の上端側（図２では上端側）から取り付けられる第１インシュレータメンバ４ａと、ステータコア３０の下端側（図２では下端側）から取り付けられる第２インシュレータメンバ４ｂとからなる２ピース構成である。

図４を参照して、第１インシュレータメンバ４ａは、ステータコア３０の上端面から各ティース部３２ａ〜３２ｌに沿って差し込まれる第１スリーブ４１ａと、第１スリーブ４１ａの一端（図４（ａ）では上端）に一体的に形成される第１フランジ４２ａとを備えている。

第１スリーブ４１ａは、ヨーク部３１の内周面からティース部３２ａの巻線部を経てティース面３２１の裏面に至るまでを覆い隠す断面コ字状に形成されており、ティース部３２ａの軸線方向の長さの半分よりも若干長く形成されている。

この例において、第１スリーブ４１ａの先端は、他の部分よりも若干薄く形成されており、後述する第２インシュレータメンバ４ｂの第２スリーブ４１ｂの先端と重なり合って、第１インシュレータメンバ４ａと第２インシュレータメンバ４ｂとが係合するようになっている。

第１フランジ４２ａは、ステータコア３０のヨーク部３１の上端面の一部を覆い隠すように扇状に形成されている。第１フランジ４２ａは、ステータコア３０の上端面と当接することで、ステータコア３０の上端面から各ティース部３２ａ〜３２ｌに沿って差し込まれる第１スリーブ４１ａのストッパとしての役割も兼ねている。

図４（ｃ）に示すように、第１フランジ４２ａの円周方向の一端（図４（ｃ）では左端）には、ステータコア３０の上端面の一部を露出させるため切欠部４３が設けられている。切欠部４３は、この例において、第１フランジ部４２ａの一端側から中央に向かってＬ字状に切り欠かれているが、この限りではない。

すなわち、ステータコア３０の上端面の一部を露出するため、軸方向に沿って貫通した構造であれば、例えば貫通孔などであってもよい。さらには、隣接するインシュレータの第１フランジ部４２ａ同士を付き合わせたときに、その間に隙間を形成するように設けてもよい。

切欠部４３によって露出されたステータコア３０に巻線が触れないようにするため、第１フランジ部４２ａには、切欠部４３に沿ってＬ字状の保護壁４４が立設されている。この例において、保護壁４４は渡り線処理をする際のガイドも兼ねている。

第１フランジ４２ａにはさらに、巻線５の渡り線処理をするためのガイド板４５が立設されている。ガイド板４５はフランジ部４２ａに沿って弓形状に形成されており、上端部には、端子ピンＰ（図２参照）が立設される端子孔４５１が設けられている。

第１フランジ４２ａの半径方向の外周面には、ステータコア３０を巻線機に取り付けて巻線を施す際、巻線機側に設けられた図示しない位置決めピンをヨーク部３０の外周に形成されたガイド溝３３（図２参照）に沿って合致させる際に、第１フランジ４２ａが位置決めピンに干渉しないようにするための切欠溝４６が設けられている。

次に，図５（ａ）〜（ｃ）を参照して、第２インシュレータメンバ４ｂは、ステータコア３０の下端面から各ティース部３２ａ〜３２ｌに沿って差し込まれる第２スリーブ４１ｂと、第２スリーブ４１ｂの一端（図５（ａ）では上端）に一体的に形成される第２フランジ４２ｂとを備えている。

第２スリーブ４１ｂは、ヨーク部３１の内周面からティース部３２ａの巻線部を経てティース面３２１の裏面に至るまでを覆い隠す断面コ字状に形成されており、ティース部３２ａの軸線方向の長さの半分よりも若干長く形成されている。

この例において、第２スリーブ４１ｂの先端は、他の部分よりも若干薄く形成されており、上述した第１インシュレータメンバ４ａの第１スリーブ４１ａの先端と重なり合って第１インシュレータメンバ４ａと第２インシュレータメンバ４ｂとが係合するようになっている。

第２フランジ４２ｂは、ステータコア３０のヨーク部３１の下端面の一部を覆い隠すように扇状に形成されている。第２フランジ４２ｂは、ステータコア３０の下端面から各ティース部３２ａ〜３２ｌに沿って差し込まれる第２スリーブ４１ｂのストッパとしての役割も兼ねている。

第２フランジ４２ｂにはさらに、巻線５の渡り線を処理するためのガイド板４７が立設されている。ガイド板４７は第２フランジ４２ｂに沿って扇状に形成されており、軸線方向に沿って２箇所の切欠溝４７１，４７２が設けられている。第２フランジ４２ｂの外周面にも第１フランジ４２ａと同等の切欠溝４６が設けられている。

第１および第２インシュレータメンバ４ａ，４ｂをステータコア３０に取り付けたのち、ステータコア３０を図示しない巻線機に取り付けてステータコア３０の各ティース部３２ａ〜３２ｌに巻線を巻回する。その際、専用の取付治具にステータコア３０を設置して行われる。

図６（ａ）および（ｂ）に示すように、取付治具６は金属製で円盤状を呈し、中央にはステータコア３０が差し込まれる支持孔６１が設けられている。支持孔６１は、ステータコア３０の外径とほぼ同径か、若干大径に形成されており、ここにステータコア３０が同軸的に差し込まれる。

支持孔６１の内周面には、上述した第１インシュレータメンバ４ａの切欠部４３によって露出されたステータコア３０の位置決め面に当接するボス６２が、切欠部４３の数に合わせて、この例では３０°間隔で１２箇所設けられている。

これによれば、図７に示すように、ステータコア３０を第１インシュレータメンバ４ａ側を下にした状態で取付治具６の支持孔６１内に差し込んで、各ボス６２を切欠部４３に合致させることにより、ボス６２とステータコア３０の端面とが当接してステータコア３０が支持されるため、ステータコア３０を取付治具６に対してほぼ垂直に高精度で支持することができる。

このように巻線機内でステータコア３０をほぼ垂直に支持できるため、巻線を巻回する図示しないノズルとティース部との接触を防止することができる。さらには、スロットオープニング（隣接するティース部スリット状の隙間）を狭くすることができ、巻線スペースが広がり、結果、巻線の占積率が向上し、電動機１を高効率化できる。

なお、ステータコア３０と巻線機の相対的な位置決めは、前述の通りガイド溝３３により行われるが、上記ボス６２と切欠部４３とで相対的な位置決めを行うようにしてもよい。

この例において、インシュレータ４は、各端面毎に各ティース３２ａ〜３２ｌ毎にそれぞれ１２分割（合計２４ピース）されており、それらが軸方向を中心に互いに環状に組み合わされているが、各端面毎に一体成形されていてもよいし、２分割や３分割されていてもよく、ステータコア３０の端面の一部を少なくとも３箇所露出するような構成であれば、これら各種変形例も本発明に含まれる。

図２に示されているステータ３は、ステータコア３０にインシュレータ４を介してコイル５が巻回された状態となっているが、実際のステータ３は、インシュレータ４を取り付けた後、コイル５が巻回され、全体をインサート成形によって樹脂で一体化して形成されている。

１ 電動機
２ ロータ
２１ 出力軸
３ ステータ
３０ ステータコア
３１ ヨーク部
３２ａ〜３２ｌ ティース部
４ インシュレータ
４ａ 第１インシュレータメンバ
４１ａ 第１スリーブ
４２ａ 第１フランジ
４３ 切欠部
４ｂ 第２インシュレータメンバ
４１ｂ 第２スリーブ
４２ｂ 第２フランジ
６ 取付治具
Ｐ 端子ピン

Claims (5)

1. 環状のヨーク部の内周面から中心に向かって複数のティース部が一体的に突設するように打ち抜かれた電磁鋼板の複数枚を積層してなるステータコアおよび上記ステータコアの少なくともティース面を残すように上記ティース部を覆うインシュレータと、同インシュレータを介して上記ティース部に巻回される巻線とを有するステータと、上記ステータの中心に同軸的に配置されるロータとを備える電動機において、
   上記インシュレータは、上記ステータコアの端面側から上記ティース部に沿って延在するスリーブと、上記スリーブの一端に一体的に形成され、上記ステータコアの端面を覆うフランジとを有し、
   上記ステータコアは、上記ヨーク部の外周面が上記インシュレータのフランジの外周面と同一であって、
   上記フランジのうちの所定の隣接する上記ティース部の間の外径側には、上記ステータコアの端面の一部を露出させるための切欠部が設けられており、
   上記切欠部により露出された上記ステータコア端面の一部が、上記ステータコアに巻線を巻回する巻線機のステータコア取付治具に対する位置決め面として用いられることを特徴とする電動機。
2. 上記切欠部は、所定の間隔をもって少なくとも３箇所設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 上記インシュレータは、少なくとも３分割されたインシュレータメンバを有し、上記インシュレータメンバ同士を互いに組み合わせることで環状に形成されるとともに、上記インシュレータメンバの上記フランジの突き合わせ面に上記切欠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に記載の電動機。
4. 上記インシュレータメンバは、ティース毎に分割されていることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
5. 上記ステータコアの外径をφ１、上記ステータコアの内径をφ２としたとき、上記ステータコアの内外径比（φ２／φ１）が７０％以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電動機。

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