JP2008278628A - 分割ステータおよび分割ステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの占積率を高め、モータの出力を向上させる。
【解決手段】円環状に連結されてステータを構成する分割ステータであって、径方向に延在するティース部の外周端にバックヨーク部、内周端に鍔部が設けられ、これらティース部とバックヨーク部と鍔部に囲まれたコイル収容用のスロット部が設けられている分割ステータのコアと、前記スロット部の底面および両側面に被覆された絶縁樹脂層と、前記ティ−ス部にコイル状に巻き付けられて、前記スロット部内に収容される断面六角形の巻線とを備え、前記スロット部の底面の前記絶縁樹脂層には、前記巻線の頂角部が嵌合される断面三角形の位置決め溝がコイルの軸線方向に連続的に形成され、前記位置決め溝で位置決め保持される最内周の１断面の巻線を土台として外周側の２段目以上の巻線が整列巻きされている。
【選択図】図２

Description

本発明は分割ステータおよび分割ステータの製造方法に関し、コイルの占積率を高め、モータ特性を向上させるものである。

従来、モータにおいて、ロータの外周に配置されるステータに、巻き線のしやすさ等の理由から、リング状のステータを所定角度に分割して円環状に並べた分割ステータが用いられている。
コアに巻線を直接巻き付ける場合、コアのスロット部を絶縁樹脂層（インシュレータ）で被覆し、該絶縁樹脂層の外周に巻線を巻き付けている。モータの特性は、コイルの占積率に大きく影響するため、コアに巻き付けるコイルの占積率を高めることが望まれている。
一方、モータの小型化の要求も強いが、出力性能を維持して小型化しようとすると巻線に流れる電流を大きくする必要があり、発熱量も増大してしまう。コイルの占積率を高めると、巻き線に流れる電流を大きくする必要がないため発熱減少に有効であると共に、熱伝導率の高い銅の密度も高くなり、放熱性を向上させることができる。

コイルの占積率を高めるために、巻線の断面を六角形とし、巻線の配置を最密構造になるよう配列されているものが提供されている。
例えば、特開２００４−３４３９９０号公報（特許文献１）の電機子１は、図１１に示すように、回転軸２にコア３を軸着し、該コア３の表面全体を絶縁性を有する酸化皮膜で被覆している。該コア３は、外周壁３ａと、外周壁３ａから内方に突出しているティース部３ｂと、該ティース部３ｂが中心で連結している基部３ｃとを備え、隣接するティース部３ｂの間にコイルスロット３ｄを設け、該コイルスロット３ｄに線材４ａの束４を収容している。

前記線材４ａの断面形状は正六角形とし、コイルスロット３ｄの内周面３ｅを線材４ａの束が挿入可能な形状としている。前記コイルスロット３ｄに挿入された線材４ａの束４は、コア３の両端面に配置されたパターン基板５と接続し、コイルを構成している。

特開２００５−２２９７０３号公報

しかしながら、コイルスロット３ｄは線材４ａの束４を挿入可能な大きさに設定する必要があり、線材４ａの束４の断面積よりもコイルスロット３ｄの断面積を大としなければならず、線材４ａとコイルスロット３ｄの内周面３ｅとを全ての面で接触させることは難しい。

従って、束４を構成する線材４ａとコイルスロット３ｄの内周面３ｅとの間に隙間が発生し、コイルスロット３ｄ内のコイルの占積率が低下するため、高出力や小型化を要求されるモータにおいては、所望のモータ特性を達成することができない。
さらに、コイルを構成するために、コア３の両端にパターン基板５を配置しなければならず、電機子１全体が大型化してしまうと共に、部品点数が増加する問題がある。
また、束４と基板５を接続し、かつ、線材４ａ間の絶縁も確保しなければならないため、モータを形成するのは困難である。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、円環状に連結されてステータを構成する分割ステータにおいて、コイルを巻き付ける絶縁樹脂層の形状を工夫することで、コイルの占積率を高め、モータの特性を向上させることを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、円環状に配置されてステータを構成する分割ステータであって、
ステータ径方向に延在するティース部の外周端にバックヨーク部、内周端に鍔部が設けられ、これらティース部とバックヨーク部と鍔部に囲まれたコイル収容用のスロット部が設けられている分割ステータのコアと、
前記ティース部外周面からなるスロット部の底面および前記バックヨークと鍔部の対向面からなるスロット部の側周面に被覆された絶縁樹脂層と、
前記スロット部底面の絶縁樹脂層に、巻き付けられている断面六角形の巻線を備え、
前記スロット部の底面の前記絶縁樹脂層は、前記巻線の頂角部が嵌合される断面三角形の位置決め溝を有し、
前記位置決め溝で位置決め保持される最内周の１段目の巻線を土台として外周側の２段目以上の巻線が整列巻きされていることを特徴とする分割ステータを提供している。

前記構成とすると、断面六角形の巻線の頂角部が絶縁樹脂層の位置決め溝に嵌合されるので、最内周に巻き付けられた１段目の巻線を位置決め保持しながら巻き付けることができる。さらに、２段目以降のコイルは１段目の巻線の頂角部間に巻いていくことで位置決めしながら巻き付けることができる。よって、巻線を確実に整列巻きすることができると共に、巻線と絶縁樹脂層との隙間を減らすことができ、占積率を高めることができるため、モータの出力を向上させることが可能となる。

また、巻線の断面を六角形としているので、最密構造で巻線を配列することができ、巻線を隙間なく整列巻きすることができ、コイルの占積率を高めることができる。

前記ティース部はステータ軸直角方向の断面が矩形状で、該ティース部に被覆されて前記スロット部の底面を形成する前記絶縁樹脂層には、少なくとも４隅の角部に前記位置決め溝が設けられているのが好ましい。
前記構成とすると、巻線を巻く際に最も巻線に張力が負荷される角部に位置決め溝を設けているので、巻線が該角部で強固に位置決めされ、１段目の巻線を確実に位置決めしながらスロット部に巻き付けることができる。
なお、前記４隅のみでなく全体に位置決め溝を設けてもよいし、各辺に部分的に設けてもよい。

前記バックヨーク部側および鍔部側の前記スロット部の両側面の前記絶縁樹脂層には、断面台形の支持部が設けられ、各段のコア軸方向両端の巻線が前記支持部に支持されているのが好ましい。
前記スロット部の両側部とはバックヨーク部の内周面側と鍔部の外周面側を指す。
前記構成とすると、スロット部の底面だけでなく、前記スロット部の両側面においても絶縁樹脂層と巻線とを隙間なく配置することができ、コイルの占積率を高めることができる。
また、各段の軸方向両端の巻線を、前記スロット部の両側面でも位置決めしているため、より確実に位置決めしてスロット部に巻線を巻き付けていくことができ、隙間を無くすことでコイルの占積率を高めることができる

前記絶縁樹脂層で被覆されたスロット部の底面には、前記鍔部側に段部が設けられ、該段部に前記２段目の巻線が支持されているのが好ましい。
前記構成とすると、前記段部を設けて磁束が通過する金属部分を増やすことで、鍔部を通過する磁束が飽和状態となって漏れ磁束が発生することを防止し、モータの出力を向上させることができる。

前記分割ステータの製造方法であって、
前記スロット部の絶縁樹脂層の位置決め溝に内嵌させながら前記巻線を巻き付けて１段目のコイル列を形成し、ついで、２段目以上の巻線を前記１段目の巻線の外周側に整列巻きしていくことを特徴とする分割ステータの製造方法を提供している。

前記構成とすると、１段目の巻線を絶縁樹脂に位置決めしながら巻き付けることができると共に、２列目以上の巻線も位置決めしながら巻き付けることができるため、巻線の整列巻きを精度よく、かつ、容易に行うことができる。

前述したように、本発明によれば、巻線と絶縁樹脂層との隙間を無くすことができると共に、巻線を隙間なく整列巻きすることができ、占積率を高めることができるため、モータ特性を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図８は本発明の第１実施形態を示す。
本発明の分割ステータ１０は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、コア１１と、コア１１を覆う絶縁樹脂層１２と、コア１１に絶縁樹脂層１２を介して整列巻きで巻き付けられる断面六角形の巻線１３とを備えている。前記分割ステータ１０は円環状に連結されてステータ２０を構成すると共に、該ステータ２０は円柱形状のロータ３０の周囲に配置されてモータ４０となる。

前記巻線１３は、図２(Ａ)に示すように、コイルの軸線方向Ｐ１に隣接配置している一方、径方向Ｐ２に積層して整列巻きされている。
図３は、前記巻線１３の整列巻きを示した概念図である。前記巻線１３は、単芯線１３ａにエナメル層１３ｂを被覆した丸線を６角形状のダイスあるいはローラーで塑性加工しているか、または、単芯線１３ａの丸銅線を６角形状のダイスあるいはローラーで塑性加工した後エナメル層１３ｂを被覆して形成している。

前記巻線１３は、対向する頂角部１３ｃを径方向Ｐ２に配置すると共に、対向する辺１３ｄ、１３ｄを軸線方向Ｐ１に配置して整列させ、径方向Ｐ２に前記巻線１３を積層している。前記軸線方向Ｐ１に隣接している巻線１３の頂角部１３ｃ、１３ｃの間に径方向Ｐ２に積層する巻線１３の頂角部１３ｃを嵌合する。

軸線方向Ｐ１に隣接する巻線１３、１３間の隙間Ｓは巻線１３の幅Ｄの２〜４％が好ましい。巻線１３線の幅Ｄは０．６ｍｍ以上１．０ｍｍ未満とし、エナメル層１３ｂの厚さは３０〜５０μｍとする。

前記コア１１は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、径方向Ｐ２に延在し巻線１３を巻き付ける軸直角方向の断面が矩形状のティース部１１ａと、該ティース部１１ａの外周端に設けられているバックヨーク部１１ｂと、該ティース部１１ａの内周端に設けられている鍔部１１ｃとを備えており、該鍔部１１ｃは前記ロータ３０と対向する。

前記ティース部１１ａ、バックヨーク部１１ｂおよび鍔部１１ｃに囲まれた空間をコイル収容用のスロット部１４としている。前記スロット部１４の底面１４ａはティース部１１ａの外周面１１ｄからなると共に、スロット部１４の側周面１４ｂは、対向している前記バックヨーク部１１ｂの側周面１１ｅと鍔部１１ｃの側周面１１ｆとからなる。

前記スロット部底面１４ａを形成するティース部１１ａの外周面１１ｄには、前記鍔部１１ｃ側において側周面１１ｆに向けて高くなる段部１１ｇが突出している。該段部１１ｇの段差面１１ｈは前記ティース部１１ａの外周面１１ｄと平行であり、段部１１ｇの高さは後述する２段目の巻線を巻き付ける高さとしている。
前記コア１１は圧粉磁性体材料を加圧、圧縮した後に加熱処理することにより一体成形している。

前記絶縁樹脂層１２は、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ティース部１１ａの外周面１１ｄに被覆される矩形筒状のティース当接部１２ａを備え、該ティース当接部１２ａの外周端からはバックヨーク当接部１２ｂ、内周端からは鍔当接部１２ｃがつば状に突設している。前記バックヨーク当接部１２ｂは前記バックヨーク部１１ｂの側周面１１ｅに当接して被覆する一方、前記鍔当接部１２ｃは前記鍔部１１ｃの内周面１１ｆに当接して被覆する。

前記コア１１の段部１１ｇと対向する位置に、該段部１１ｇに沿って形成された段当接部１２ｄが突出しており、前記コア１１の段部１１ｇを内嵌して被覆する。前記絶縁樹脂層１２の厚さは０．２ｍｍとする。

前記ティース当接部１２ａの４隅の角部１２ｅには、前記巻線１３の頂角部１３ｃが嵌合される断面三角形の位置決め溝１２ｆを、コイルの軸線方向Ｐ１に連続的に形成している。
前記バックヨーク当接部１２ａの内周面１２ｇと鍔当接部１２ｃの内周面１２ｈとは対向しており、該内周面１２ｇ、１２ｈの角部１２ｉには巻線１３の辺１３ｄを支持する階段状の支持部１２ｊを設けている。

前記絶縁樹脂層１２は周方向の軸線で２つに分割して分割絶縁樹脂層１２Ａ、１２Ｂとなる。一方の前記分割絶縁樹脂層１２Ａのティース当接部１２ａの分割した端部からは上下一対の突起部１２ｋが突出している一方、他方の分割絶縁樹脂層１２Ｂのティース当部１２ａの分割した端部には前記突起部１２ｋが嵌合する一対の切欠部１２ｌを設けており、前記突起部１２ｋが前記切欠部１２ｌに嵌合して分割絶縁樹脂層１２Ａ、１２Ｂが一体化する。

前記巻線１３は、図２（Ａ）に示すように、前記絶縁樹脂層１２を被覆したコア１１のスロット部底面１４ａに巻き付けており、最内周に配列した巻線１３を１段目の巻線１３ｅとすると共に、１段目の巻線１３ｅに積層して配列している巻線１３を２段目の巻線１３ｆとする。

前記１段目の巻線１３ｅは、前記スロット部底面１４ａに設けられている前記位置決め溝１２ｆに前記巻線１３の頂角部１３ｃを嵌合させて配列していくと共に、前記２段目の巻線１３ｆは１段目の巻線１３ｅの頂角部１３ｃ間に２段目の巻線１３ｆの頂角部１３ｃを嵌合する。前記段部１１ｈを内嵌した前記絶縁樹脂層１２の段部当接部１２ｄでは前記１段目の巻線１３ｅが延長配置している２段目の巻線１３ｆを支持している。

各段の前記バックヨーク当接部１２ａ側および鍔当接部１２ｃ側の軸方向Ｐ１両端に配置される巻線１３ｇ、１３ｈを、前記スロット部１４の側周面１４ｂに設けられた階段状の支持部１２ｊに載置し支持している。

次に分割ステータの製造方法を示す。
図６（Ａ）（Ｂ）は第１工程を示し、前記コア１１に前記分割絶縁樹脂層１２Ａ、１２Ｂを両側から挟み込んで組み付ける。
前記ティース部１１ａを前記ティース当接部１２ａに内嵌させると共に、前記鍔当接部１２ｃおよび前記バックヨーク当接部１２ｂを前記鍔部１１ｃおよび前記バックヨーク部１１ｂの内周面１１ｆ、１１ｅに当接させ、前記分割絶縁樹脂層１２Ａ、１２Ｂの突起部１２ｋを切欠部１２ｌに挿入し、前記絶縁樹脂層１２をコア１１に被覆する。

図７は第２工程を示し、前記絶縁樹脂層１２を被覆した前記コア１１に巻線１３を巻き付けていく。前記巻線１３の頂角部１３ｃを前記スロット部底面１４ａに設けられている位置決め溝１２ｆに嵌合させながら、鍔部１１ｃ側からバックヨーク部１１ｂ側に向けてコイルの軸線方向Ｐ１に巻線１３を巻き付け、１段目のコイル列を形成する。

図８は第３工程を示し、１段目の巻線１３ｅを形成した後、巻線１３の巻き方向を折り返し、バックヨーク部１１ｂ側から鍔部１１ｃ側に向けて軸方向Ｐ１に巻線を巻き付け、２段目の巻線１３ｆを前記１段目の巻線１３ｅの外周側に整列巻きしていく。

１段目の巻線１３ｅの頂角部１３ｃ、１３ｃ間に頂角部１３ｃを嵌合して、バックヨーク部１１ｂ側から鍔部１１ｃ側に向けて、コイルの軸線方向Ｐ１に２段目の巻線１３ｆを巻き付けていく。
前記２段目の巻線１３ｆを巻き付けていくと、２段目の巻線１３ｆの頂角部１３ｃ、１３ｃが段当接部１２ｄに設けられている位置決め溝１２ｆに嵌合する。

前記構成とすると、巻線１３と絶縁樹脂層１２との隙間を無くすことができると共に、巻線１３を隙間なく整列巻きすることができるため、占積率を高めることができ、モータの出力を向上させることが可能になる。

図９（Ａ）（Ｂ）は本発明の第２実施形態を示す。
本実施形態の分割ステータ５０は、位置決め溝５２ｆ、支持部５２ｊを、コア５１に直接設けており、絶縁樹脂層５４をコア１１のスロット部１４に塗装する構成を第１実施形態と相違させている。
前記構成とすると、コア１１のスロット部１４に絶縁樹脂層５４を塗装するので、部品点数を削減することができると共に、コストを削減することができる。
なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。

図１０は本発明の第３実施形態を示す。
本実施形態の分割ステータ６０は、コア６２の位置決め溝６２ｆおよび支持部６２ｊを、ティース当接部１２ａの角部１２ｅを含む両側面と鍔当接部１２ｃおよびバックヨーク当接部１２ｂの角部１２ｉを含む両側面に設けている構成を第１実施形態と相違させている。

前記構成とすると、ティース当接部１２ａ、鍔当接部１２ｃおよびバックヨーク当接部１２ｂの両側面にも位置決め溝６２ｆおよび支持部６２ｊを設けているので、前記巻線１３を確実に位置決めすることができ、精度よく整列巻きすることができると共に、巻線１３の巻き付け作業を容易とすることができる。
なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。

なお、本発明は、前記実施形態は限定されず、本発明の特許請求の範囲内の種々の形態が含まれるものである。

本発明の第１実施形態を示す図であり、（Ａ）は分割ステータを用いたモータを示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の分割ステータを示す斜視図である。 （Ａ）は第１実施形態での巻線を分割ステータに巻き付けた状態を示す要部を拡大した断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の要部を拡大した図であり、（Ｃ）は（Ａ）の他の要部を拡大した図である。 整列巻きした巻線を示した断面図である。 （Ａ）は分割ステータのコアを示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の平面図であり、（Ｃ）は右側面図である。 （Ａ）は絶縁樹脂層を示す分割斜視図であり、（Ｂ）は平面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の分割ステータの製造方法の第１工程を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）はＢ−Ｂ線断面図の要部を拡大した図である。 本発明の分割ステータの製造方法の第２工程を示す図である。 本発明の分割ステータの製造方法の第３工程を示す図である。 第２実施形態を示す図であり、（Ａ）はコアの斜視図であり、（Ｂ）は位置決め溝に絶縁樹脂層を塗布し、巻線を巻き付けた状態の要部拡大図である。 第３実施形態を示す図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１０ 分割ステータ
１１ コア
１１ａ ティース部
１１ｂ バックヨーク部、
１１ｃ 鍔部
１１ｄ ティース部の外周面
１１ｇ 段部
１２ 絶縁樹脂層
１２ｆ 位置決め溝
１３ 巻線
１３ｃ 頂角部
１３ｅ １段目の巻線
１３ｆ ２段目の巻線
１４ スロット部
１４ａ 底面
１４ｂ 側周面
２０ ステータ

Claims (5)

1. 円環状に配置されてステータを構成する分割ステータであって、
   ステータ径方向に延在するティース部の外周端にバックヨーク部、内周端に鍔部が設けられ、これらティース部とバックヨーク部と鍔部に囲まれたコイル収容用のスロット部が設けられている分割ステータのコアと、
   前記ティース部外周面からなるスロット部の底面および前記バックヨークと鍔部の対向面からなるスロット部の側周面に被覆された絶縁樹脂層と、
   前記スロット部底面の絶縁樹脂層に、巻き付けられている断面六角形の巻線を備え、
   前記スロット部の底面の前記絶縁樹脂層は、前記巻線の頂角部が嵌合される断面三角形の位置決め溝を有し、
   前記位置決め溝で位置決め保持される最内周の１段目の巻線を土台として外周側の２段目以上の巻線が整列巻きされていることを特徴とする分割ステータ。
2. 前記ティース部はステータ軸直角方向の断面が矩形状で、該ティース部に被覆されて前記スロット部の底面を形成する前記絶縁樹脂層には、少なくとも４隅の角部に前記位置決め溝が設けられている請求項１に記載の分割ステータ。
3. 前記バックヨーク部側および鍔部側の前記スロット部の両側面の前記絶縁樹脂層には、支持部が設けられ、各段のコア軸方向両端の巻線が前記支持部に支持されている請求項１または請求項２に記載の分割ステータ。
4. 前記絶縁樹脂層で被覆されたスロット部の底面には、前記鍔部側に段部が設けられ、該段部に前記２段目の巻線が支持されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の分割ステータ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の分割ステータの製造方法であって、
   前記スロット部の絶縁樹脂層の位置決め溝に内嵌させながら前記巻線を巻き付けて１段目のコイル列を形成し、ついで、２段目以上の巻線を前記１段目の巻線の外周側に整列巻きしていくことを特徴とする分割ステータの製造方法。

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