JP2017147855A

JP2017147855A - 電動機のステータ

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Publication number: JP2017147855A
Application number: JP2016028018A
Authority: JP
Inventors: 真一木下; Shinichi Kinoshita
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2036-02-17
Also published as: CN107093932A; US10367390B2; JP6438421B2; CN206595798U; DE102017102747A1; CN107093932B; US20170237309A1

Abstract

【課題】絶縁部材のずれを防止し、絶縁部材を所定位置に安定して位置決めすることが求められている。【解決手段】ステータ１０は、スロット３０が形成されたステータコア１２と、ステータコア１２に巻回されたコイル１４、１６であって、コイル辺、および、スロット３０の外部に配置されるコイル端１４ｂ、１６ｂを有する、コイル１４、１６と、スロットに設置される絶縁部材１８、２０とを備える。絶縁部材１８、２０は、スロット３０の壁面と第１のコイル辺との間に配置され、該壁面と該第１のコイル辺とを電気的に絶縁するコイル辺絶縁部と、コイル辺絶縁部と一体に形成され、スロット３０の外部に配置されたコイル端絶縁部４０、４６とを備える。コイル端絶縁部は、第１のコイル端１４ｂと第２のコイル端１６ｂとの間に配置され、該第１のコイル端１４ｂと該第２のコイル端１６ｂとを電気的に絶縁する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機のステータに関する。

ステータのステータコアにはコイルが巻回され、該コイルは、ステータコアに形成されたスロット内に収容される。従来、スロットの壁面とコイルとの間、または、異なる系統（例えば、Ｕ線、Ｖ線、Ｗ線）のコイルの間を絶縁するために、絶縁部材を用いることが知られている（例えば、特許文献１および２）。

特開２００４−０７２８９９号公報特開２０１２−０３４４５３号公報

上述のような電動機において、従来、絶縁部材のずれを防止し、絶縁部材を所定位置に安定して位置決めすることが求められている。

電動機のステータは、複数のスロットが形成されたステータコアと、ステータコアに巻回されたコイルであって、１つのスロットに収容されたコイル辺、および、スロットの外部に配置されるコイル端を有する、コイルと、複数のスロットに１つずつ設置される複数の絶縁部材とを備える。

絶縁部材の各々は、該絶縁部材が設置された第１のスロットの壁面と、該第１のスロットに収容された第１のコイル辺との間に配置され、該壁面と該第１のコイル辺とを電気的に絶縁するコイル辺絶縁部と、コイル辺絶縁部と一体に形成され、第１のスロットの外部に配置されたコイル端絶縁部とを備える。

コイル端絶縁部は、第１のコイル辺を有する第１のコイルの第１のコイル端と、該第１のスロットとは別の第２のスロットに収容された第２のコイル辺を有する第２のコイルの第２のコイル端との間に配置され、該第１のコイル端と該第２のコイル端とを電気的に絶縁する。

絶縁部材は、継ぎ目のない単一部材であってもよい。互いに隣り合う２つの絶縁部材のコイル端絶縁部は、互いに重なり合うように配置されてもよい。互いに隣り合う２つの絶縁部材のコイル端絶縁部を互いに結合する結合部をさらに備えてもよい。本発明の他の態様において、電動機は、上述のステータを備える。

一実施形態に係るステータを、径方向内側から見た図である。図１に示すステータを、軸方向上側から見た図である。図１に示す絶縁部材の斜視図である。図１に示す他の絶縁部材の斜視図である。他の実施形態に係るステータを、径方向内側から見た図である。図５に示す結合部を説明するための図であって、１つの結合部を図５中の矢印Ｖから見た図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において、同様の要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

まず、図１〜図４を参照して、一実施形態に係るステータ１０について説明する。ステータ１０は、筒状であって、該ステータ１０の径方向内側に回転可能に支持されたロータ（図示せず）とともに、電動機を構成する。

本実施形態の説明において、軸方向とは、ステータ１０の中心軸線に沿う方向（図中の矢印Ａに沿う方向）を示し、径方向とは、ステータ１０の中心軸線を中心とした円の半径方向を示し、径方向とは、該円の円周方向を示す。また、便宜上、図中の矢印Ａの方向を、軸方向上方とする。

ステータ１０は、ステータコア１２、コイル１４、コイル１６、絶縁部材１８、絶縁部材２０、絶縁部材２２、絶縁部材２４を備える。ステータコア１２は、環状のバックヨーク２６（図２）と、該バックヨーク２６から径方向内方へ突出する複数の歯部２８を有する。歯部２８の径方向内側の端部には、該歯部２８から周方向両側へ向かって突出する突部２８ａが形成されている。

ステータコア１２には、周方向に並ぶ複数のスロット３０が形成されている。なお、図１および図２においては、複数のスロット３０のうち、計６個のスロット３０ａ〜３０ｆが図示されている。

スロット３０の各々は、径方向内側へ向かって開口している。具体的には、スロット３０の各々は、バックヨーク２６の内壁面３２と、１つの歯部２８の周方向一方の側壁面３４と、該１つの歯部２８と周方向一方側で隣接する他の歯部２８の周方向他方の側壁面３６と、互いに対面する２つの突部２８ａの内壁面２８ｂとによって、画定されている。

コイル１４および１６は、ステータコア１２に巻回されている。本実施形態においては、コイル１４とコイル１６とは、３相交流のうち互いに異なる交流信号を伝送する、異なる系統の伝送線（例えば、Ｕ線とＶ線、Ｖ線とＷ線、または、Ｕ線とＷ線）である。図１および図２においては、コイル１４は、スロット３０ａ、３０ｂ、および３０ｃをそれぞれ通過するように、配線されている。

コイル１４は、スロット３０ａ、３０ｂ、および３０ｃの各々に収容されるコイル辺１４ａと、該コイル辺１４ａに接続され、ステータコア１２の軸方向両側においてスロット３０ａ、３０ｂ、および３０ｃの外部へ延出するコイル端１４ｂとを有する。なお、図１においては、スロット３０ａ、３０ｂ、および３０ｃから軸方向上側に延出するコイル端１４ｂのみが図示されている。

一方、コイル１６は、スロット３０ｄ、３０ｅ、および３０ｆをそれぞれ通過するように、配線されている。コイル１６は、スロット３０ｄ、３０ｅ、および３０ｆの各々に収容されるコイル辺１６ａと、該コイル辺１６ａに接続され、ステータコア１２の軸方向両側においてスロット３０ｄ、３０ｅ、および３０ｆの外部へ延出するコイル端１６ｂとを有する。

なお、図１においては、スロット３０ｄ、３０ｅ、および３０ｆから軸方向上側に延出するコイル端１６ｂのみが図示されている。本実施形態においては、コイル１４のコイル端１４ｂは、コイル１６のコイル端１６ｂよりも径方向内側で配線されている。

絶縁部材１８は、スロット３０ａ、３０ｂ、および３０ｃに１つずつ設置されている。絶縁部材１８の各々は、継ぎ目のない単一部材である。なお、「継ぎ目のない単一部材」とは、複数の部材片を例えば接着等によって互いに結合させて作製されたものではない、モノリシックな単一部材であることを意味する。絶縁部材１８は、例えば、紙材または樹脂材から構成される。

図３に示すように、絶縁部材１８は、コイル辺絶縁部３８、コイル端絶縁部４０、およびコイル端絶縁部４２を有する。コイル辺絶縁部３８は、略Ｕ字状の断面を有し、底部３８ａと、該底部３８ａの周方向の両端縁から互いに対向するように延出する側部３８ｂおよび３８ｃとを有する。

コイル辺絶縁部３８は、周方向幅Ｗ_１と、軸方向長さＬ_１を有する。本実施形態においては、この周方向幅Ｗ_１は、スロット３０ａ、３０ｂ、および３０ｃの周方向幅以下となるように、設定される。また、軸方向長さＬ_１は、スロット３０ａ、３０ｂ、および３０ｃの軸方向長さ以上となるように、設定される。

コイル端絶縁部４０は、コイル辺絶縁部３８の軸方向上端３８ｄと一体に形成され、該コイル辺絶縁部３８から軸方向上方へ延出している。一方、コイル端絶縁部４２は、コイル辺絶縁部３８の軸方向下端３８ｅと一体に形成され、該コイル辺絶縁部３８から軸方向下方へ延出している。

コイル端絶縁部４０および４２は、周方向幅Ｗ_２およびＷ_２’と、軸方向長さＬ_２およびＬ_２’をそれぞれ有する。なお、周方向幅Ｗ_２およびＷ_２’は、互いに同じ寸法であってもよいし、または異なる寸法であってもよい。同様に、軸方向長さＬ_２およびＬ_２’ は、互いに同じ寸法であってもよいし、または異なる寸法であってもよい。

本実施形態においては、周方向幅Ｗ_２およびＷ_２’は、スロット３０ａ、３０ｂ、および３０ｃの周方向幅よりも大きくなるように、設定される。また、軸方向長さＬ_２およびＬ_２’は、後述するように、コイル端１４ｂとコイル端１６ｂとを絶縁するのに十分な長さとなるように、設定される。

図２に示すように、絶縁部材１８がスロット３０ａ、３０ｂ、３０ｃに設置されている状態においては、コイル辺絶縁部３８の底部３８ａは、スロット３０ａ、３０ｂ、３０ｃを画定する内壁面３２と、コイル１４のコイル辺１４ａとの間に配置され、該内壁面３２と該コイル辺１４ａとを電気的に絶縁する。

また、コイル辺絶縁部３８の側部３８ｂは、スロット３０ａ、３０ｂ、３０ｃを画定する側壁面３４と、コイル辺１４ａとの間に配置され、該側壁面３４と該コイル辺１４ａとを絶縁する。

また、コイル辺絶縁部３８の側部３８ｃは、スロット３０ａ、３０ｂ、３０ｃを画定する側壁面３６と、コイル辺１４ａとの間に配置され、該側壁面３６と該コイル辺１４ａとを絶縁する。

このように、スロット３０ａ、３０ｂ、３０ｃに収容されたコイル辺１４ａは、コイル辺絶縁部３８の底部３８ａ、側部３８ｂおよび３８ｃによって、周方向両側および径方向外側から取り囲まれ、スロット３０ａ、３０ｂ、３０ｃを画定する壁面３２、３４、および３６から電気的に絶縁される。

一方、絶縁部材１８のコイル端絶縁部４０は、図１に示すように、ステータコア１２の軸方向上側へ延びて、スロット３０ａ、３０ｂ、３０ｃの外部へ延出する。そして、コイル端絶縁部４０は、コイル１４のコイル端１４ｂと、スロット３０ａ、３０ｂ、３０ｃの軸方向上側で配線されているコイル１６のコイル端１６ｂとの間に配置され、該コイル端１４ｂと該コイル端１６ｂとを電気的に絶縁する。

したがって、コイル端絶縁部４０の軸方向長さＬ_２は、コイル端１４ｂと該コイル端１６ｂとを電気的に絶縁するのに十分な長さに設定される。例えば、軸方向長さＬ_２は、コイル端絶縁部４０の軸方向上端が、コイル端１４ｂおよび該コイル端１６ｂの軸方向上端よりも軸方向上側に位置できるような長さに、設定される。

また、図１に示すように、互いに周方向に隣り合う２つの絶縁部材１８のコイル端絶縁部４０は、径方向に互いに重なり合うように配置されている。したがって、コイル端絶縁部４０の周方向幅Ｗ_２は、図１に示す状態において、周方向に隣り合う２つのコイル端絶縁部４０が互いに重なり合うのに十分な幅に、設定される。

コイル端絶縁部４０と同様に、絶縁部材１８のコイル端絶縁部４２は、ステータコア１２の軸方向下側へ延びて、スロット３０ａ、３０ｂ、３０ｃの外部へ延出する。そして、コイル端絶縁部４２は、ステータコア１２の軸方向下側において、コイル１４のコイル端１４ｂと、コイル１６のコイル端１６ｂとの間に配置され、該コイル端１４ｂと該コイル端１６ｂとを電気的に絶縁する。

一方、絶縁部材２０は、スロット３０ｄ、３０ｅ、および３０ｆに１つずつ設置されている。絶縁部材２０の各々は、上述の絶縁部材１８と同様に、継ぎ目のない単一部材である。絶縁部材２０は、例えば、紙材または樹脂材から構成される。

図４に示すように、絶縁部材２０は、コイル辺絶縁部４４、コイル端絶縁部４６、およびコイル端絶縁部４８を有する。コイル辺絶縁部４４は、上述の底部３８ａと同様の形状を有する。具体的には、コイル辺絶縁部４４は、周方向幅Ｗ_３と、軸方向長さＬ_３を有する。

本実施形態においては、この周方向幅Ｗ_３は、スロット３０ｄ、３０ｅ、および３０ｆの周方向幅以下になるように設定される。また、軸方向長さＬ_３は、スロット３０ｄ、３０ｅ、および３０ｆの軸方向長さ以上となるように、設定される。

コイル端絶縁部４６は、コイル辺絶縁部４４の軸方向上端４４ａと一体に形成され、該コイル辺絶縁部４４から軸方向上方へ延出している。一方、コイル端絶縁部４８は、コイル辺絶縁部４４の軸方向下端４４ｂと一体に形成され、該コイル辺絶縁部４４から軸方向下方へ延出している。

コイル端絶縁部４６および４８は、周方向幅Ｗ_４およびＷ_４’と、軸方向長さＬ_４およびＬ_４’をそれぞれ有する。なお、周方向幅Ｗ_４およびＷ_４’は、互いに同じ寸法であってもよいし、または異なる寸法であってもよい。同様に、軸方向長さＬ_４およびＬ_４’は、互いに同じ寸法であってもよいし、または異なる寸法であってもよい。

本実施形態においては、周方向幅Ｗ_４およびＷ_４’は、スロット３０ｄ、３０ｅ、および３０ｆの周方向幅よりも大きくなるように設定される。また、軸方向長さＬ_４およびＬ_４’は、後述するように、コイル端１４ｂおよび１６ｂを絶縁するのに十分な長さに設定される。

図２に示すように、絶縁部材２０がスロット３０ｄ、３０ｅ、および３０ｆに設置されている状態においては、コイル辺絶縁部４４は、互いに対面する２つの突部２８ａの内壁面２８ｂと、コイル１６のコイル辺１６ａとの間に配置され、該内壁面２８ｂとコイル辺１６ａとを電気的に絶縁する。

これとともに、コイル辺絶縁部４４は、スロット３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの径方向内側の開口を閉塞する。これにより、コイル辺絶縁部４４は、コイル辺１６ａがスロット３０ｄ、３０ｅ、および３０ｆから脱落してしまうのを防止する。

一方、絶縁部材２０のコイル端絶縁部４６は、図１に示すように、ステータコア１２の軸方向上側へ延びて、スロット３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの外部へ延出する。そして、コイル端絶縁部４６は、コイル１６のコイル端１６ｂと、スロット３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの軸方向上側で配線されているコイル１４のコイル端１４ｂとの間に配置され、該コイル端１６ｂと該コイル端１４ｂとを電気的に絶縁する。

したがって、コイル端絶縁部４６の軸方向長さＬ_４は、コイル端１６ｂとコイル端１４ｂとを電気的に絶縁するのに十分な長さに設定される。例えば、軸方向長さＬ_４は、コイル端絶縁部４６の軸方向上端が、コイル端１４ｂおよびコイル端１６ｂの軸方向上端よりも軸方向上側に位置できるように、設定される。

また、図１に示すように、互いに周方向に隣り合う２つの絶縁部材２０のコイル端絶縁部４６は、径方向に互いに重なり合うように配置されている。したがって、コイル端絶縁部４６の周方向幅Ｗ_４は、図１に示す状態において、周方向に隣り合う２つのコイル端絶縁部４６が互いに重なり合うのに十分な幅に、設定される。

コイル端絶縁部４６と同様に、絶縁部材２０のコイル端絶縁部４８は、ステータコア１２の軸方向下側へ延びて、スロット３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの外部へ延出する。そして、コイル端絶縁部４８は、ステータコア１２の軸方向下側において、コイル１６のコイル端１６ｂと、コイル１４のコイル端１４ｂとの間に配置され、該コイル端１６ｂと該コイル端１４ｂとを電気的に絶縁する。

図１および図２に示すように、絶縁部材２２は、スロット３０ａ、３０ｂ、および３０ｃに１つずつ設置されている。絶縁部材２２の各々は、上述の絶縁部材２０のコイル辺絶縁部４４と同じ形状を有する。絶縁部材２２は、スロット３０ａ、３０ｂ、３０ｃを画定する内壁面２８ｂと、コイル１４のコイル辺１４ａとの間に配置され、該内壁面２８ｂと該コイル辺１６ａとを電気的に絶縁する。

これとともに、絶縁部材２２は、スロット３０ａ、３０ｂ、３０ｃの径方向内側の開口を閉塞する。これにより、絶縁部材２２は、コイル辺１４ａがスロット３０ａ、３０ｂ、および３０ｃから脱落してしまうのを防止する。

絶縁部材２４は、スロット３０ｄ、３０ｅ、および３０ｆに１つずつ設置されている。絶縁部材２４の各々は、上述の絶縁部材１８のコイル辺絶縁部３８と同じ形状を有する。具体的には、絶縁部材２４は、略Ｕ字状の断面を有し、底部３８ａ、側部３８ｂおよび３８ｃを有する。

図２に示すように、絶縁部材２４の底部３８ａは、スロット３０ｄ、３０ｅ、３０ｆを画定する内壁面３２と、コイル１６のコイル辺１６ａとの間に配置され、該内壁面３２と該コイル辺１６ａとを電気的に絶縁する。

また、絶縁部材２４の側部３８ｂは、スロット３０ｄ、３０ｅ、３０ｆを画定する側壁面３４と、コイル１６のコイル辺１６ａとの間に配置され、該側壁面３４と該コイル辺１６ａとを絶縁する。

また、絶縁部材２４の側部３８ｃは、スロット３０ｄ、３０ｅ、３０ｆを画定する側壁面３６と、コイル１６のコイル辺１６ａとの間に配置され、該側壁面３６と該コイル辺１６ａとを絶縁する。

本実施形態においては、絶縁部材１８のコイル辺絶縁部３８がスロット３０に収容されているので、絶縁部材１８の周方向への移動が規制される。これとともに、絶縁部材１８のコイル端絶縁部４０および４２がステータコア１２の軸方向の端面と係合することによって、絶縁部材１８の軸方向への移動が規制される。

同様に、絶縁部材２０のコイル辺絶縁部４４がスロット３０に収容されているので、絶縁部材２０の周方向への移動が規制される。これとともに、絶縁部材２０のコイル端絶縁部４６および４８がステータコア１２の軸方向の端面と係合することによって、絶縁部材２０の軸方向への移動が規制される。

したがって、本実施形態によれば、絶縁部材１８および２０を、図１に示す位置に安定して配置させることができるので、絶縁部材１８および２０が所定位置からずれてしまうことを防止できる。

また、本実施形態においては、絶縁部材１８および２０は、量産に適した簡単な形状を有しており、スロット３０に簡単に設置できる。したがって、絶縁部材１８および２０を予め量産すれば、スロット数の異なる様々な種類の電動機の製造に柔軟に対応できるとともに、作業も簡単化できるので、製造コストを削減することができる。

また、絶縁部材１８および２０は、その各々が、コイル辺１４ａ、１６ａとステータコア１２との間、および、コイル端１４ｂとコイル端１６ｂとの間の双方を、電気的に絶縁することができる。

また、本実施形態においては、周方向に隣り合うコイル端絶縁部４０、４６は、互いに重なり合うように配置されている。この構成によれば、隣り合うコイル端絶縁部４０、４６の間に隙間ができるのを防止できるので、コイル端１４ｂとコイル端１６ｂとを、確実に絶縁することができる。

次に、図５および図６を参照して、他の実施形態に係るステータ１０’について説明する。本実施形態に係るステータ１０’は、複数の結合部５０を備える点で、上述のステータ１０と相違する。

結合部５０は、互いに隣り合う２つの絶縁部材１８、２０のコイル端絶縁部４０、４６を互いに結合する。具体的には、結合部５０は、結合部５０ａ、５０ｂ、および５０ｃを含む。

結合部５０ａは、互いに隣り合う２つの絶縁部材１８のコイル端絶縁部４０同士を、互いに結合する。結合部５０ａは、隣り合う２つのコイル端絶縁部４０のうち、互いに径方向に重なり合う部分に、配置されている。

また、結合部５０ｂは、絶縁部材１８のコイル端絶縁部４０と、該絶縁部材１８と隣り合う絶縁部材２０のコイル端絶縁部４６とを、互いに結合する。結合部５０ｂは、隣り合うコイル端絶縁部４０および４６のうち、互いに径方向に重なり合う部分に、配置されている。

また、結合部５０ｃは、互いに隣り合う２つの絶縁部材２０のコイル端絶縁部４６同士を、互いに結合する。結合部５０ｃは、隣り合う２つのコイル端絶縁部４６のうち、互いに径方向に重なり合う部分に、配置されている。

結合部５０は、例えば、接着剤または粘着テープである。または、結合部５０は、例えばマジックテープ(登録商標)のように、互いに隣り合うコイル端絶縁部４０、４６のうちの一方に設けられた係合部と、他方に設けられた被係合部とによって構成されてもよい。

本実施形態によれば、結合部５０によって、コイル端絶縁部４０、４６を周方向に結合できるので、絶縁部材１８および２０を所定位置にさらに安定して配置させることができる。これにより、絶縁部材１８および２０が所定位置からずれてしまうことを効果的に防止できる。

なお、上述した実施形態においては、ステータ１０が、回転式電動機を構成する筒状のステータである場合について述べた。しかしながら、これに限らず、本発明の概念は、リニアモータを構成する直線状のステータにも適用できる。

この場合、ステータは、第１方向に直線状に延在するバックヨークと、第１方向と直交する第２方向へ向かって該バックヨークから突出し、該第１方向に整列する複数の歯部を有する。そして、上述した絶縁部材１８および２０は、図１および図２に示す形態と同様の方法で、互いに隣り合う歯部の間に形成されたスロットに１つずつ設置される。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得るが、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

１０，１０’ ステータ
１２ステータコア
１４，１６コイル
１８，２０，２２，２４絶縁部材
３８，４４コイル辺絶縁部
４０，４２，４６，４８コイル端絶縁部

Claims

電動機のステータであって、
複数のスロットが形成されたステータコアと、
前記ステータコアに巻回されたコイルであって、１つの前記スロットに収容されたコイル辺、および、前記スロットの外部に配置されるコイル端を有する、コイルと、
前記複数のスロットに１つずつ設置される複数の絶縁部材と、を備え、
前記絶縁部材の各々は、
該絶縁部材が設置された第１の前記スロットの壁面と、該第１のスロットに収容された第１の前記コイル辺との間に配置され、該壁面と該第１のコイル辺とを電気的に絶縁するコイル辺絶縁部と、
前記コイル辺絶縁部と一体に形成され、前記第１のスロットの外部に配置されたコイル端絶縁部であって、前記第１のコイル辺を有する第１の前記コイルの第１の前記コイル端と、該第１のスロットとは別の第２の前記スロットに収容された第２の前記コイル辺を有する第２の前記コイルの第２の前記コイル端との間に配置され、該第１のコイル端と該第２のコイル端とを電気的に絶縁する、コイル端絶縁部と、を有する、ステータ。
前記絶縁部材は、継ぎ目のない単一部材である、請求項１に記載のステータ。
互いに隣り合う２つの前記絶縁部材の前記コイル端絶縁部は、互いに重なり合うように配置される、請求項１または２に記載のステータ。
互いに隣り合う２つの前記絶縁部材の前記コイル端絶縁部を互いに結合する結合部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のステータ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のステータを備える電動機。